【摘 要】地下水是水资源的重要组成部分，也是农业灌溉、工矿企业和城市建设的重要水源之一。生产、生活与工程建设使得地下水发生变化，一定条件下，也会引起沼泽化、盐渍化、滑坡等不利自然现象，在工程建设中还会产生地面沉降、地面塌陷、流砂、管涌、浮托作用、基坑突涌以及对钢筋混凝土的腐蚀作用等现象，因此，了解和掌握地下水的不利影响对工程建设有着重大的意义，对地下水作用处理得当甚至决定了工程建设能否成功。
　　【关键词】工程建设；地下水；不利影响；防治措施
　　1、前言
　　地下水，是贮存于包气带以下地层空隙，包括岩石孔隙、裂隙和溶洞之中的水。地下水是水资源的重要组成部分，是农业灌溉、工矿企业和城市建设的重要水源之一。生产、生活与工程建设使得地下水发生变化，在工程建设中，会引起地面沉降、地面塌陷、流沙、管涌、浮托作用、基坑突涌以及对钢筋混凝土的腐蚀作用等现象。下面主要介绍了地下水对工程建设的不利影响、产生原因以及防治措施。
　　2、地下水对建筑工程的不利影响、产生原因及防治措施
　　2.1地面沉降：（由于地下水位下降引起的地面沉降）
　　全国有近70个城市因不合理开采地下水诱发了地面沉降，沉降范围6.4万平方千米，沉降中心最大沉降量超过2m的有上海、天津、太原、西安、苏州、无锡、常州等城市，天津塘沽的沉降量居然达到3.1m。西安、大同、苏州、无锡、常州等市的地面沉降同时伴有地裂缝。发生地裂缝的地区还有河北、山东、云南、广东、海南等地。
　　地面沉降以及地裂缝，对城市基础设施构成严重威胁，因其引起垂直移动以及向沉降中心的水平移动，使建筑物基础、桥墩错动，铁路和管道扭曲拉断等现象不断发生，给地面沉降影响范围内的建（构）筑物、市政道路、上下水管道、煤气热力管道、电力通讯管线等都带来极大危害；不得不引起人们高度重视，这也只是国内仅有的问题，国外沿海软土地区也存在这种现象，这是一个全球性的环境工程地质问题。wwW.11665.cOm
　　通过国内外同行多年的监测、分析和研究，控制方法：合理开采地下水；对已开发的地区，对含水层进行回灌。
　　2.2地面塌陷：（岩溶地区人为局部改变地下水位引起的）
　　地面塌陷是指地表岩、土体在自然或人为因素作用下向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一种动力地质现象。其类型可分为岩溶塌陷和非岩溶塌陷。
　　岩溶塌陷是由于可溶岩（以碳酸岩为主，其次有石膏、岩盐等）中存在的岩溶洞隙而产生的。在可溶岩上有松散土层覆盖的覆盖岩溶区，塌陷主要产生在土层中，称为“土层塌陷”，其发育数量最多、分布最广；当组成洞隙顶板的各类岩石较破碎时，也可发生顶板陷落的“基岩塌陷”。据统计，全国岩溶塌陷总数达2841处，塌陷坑33192个，塌陷面积约332平方公里，造成年经济损失达1.2亿元以上。
　　由于非岩溶洞穴产生的塌陷，如采空塌陷，黄土地区黄土陷穴引起的塌陷，玄武岩地区其通道顶板产生的塌陷等。后两者分布较局限。采空塌陷指煤矿及金属矿山的地下采空区顶板易落塌陷，在我国分布较广泛。据不完全统计，在全国21个省区内，共发生采空塌陷182处以上，塌坑超过1592个，塌陷面积大于1150平方公里，年经济损失达3.17亿元。
　　地面塌陷现场参见下图：
　　防治措施：①采取措施减少地表水的下渗；②合理采矿，预留保护煤柱；③加强采空区的地质工程勘察工作④防治结合，加强工程自身防护能力以及⑤在重大工程附近应严格禁止会引起地下水位大幅度改变的工程施工，如必须施工，应进行回灌。
　　2.3流砂：（不合理的地下水流动）
　　流砂是土体的一种现象，通常细颗粒、颗粒均匀、松散、饱和的非粘性土容易发生这个现象。流砂的形成是多种多样的，但它对建筑物的安全和正常使用影响极大。
　　流砂与管涌的区别与联系
　　流砂发生的原因是由于土体中的水存在压力差，水对土体产生渗流力。如果单位颗粒土体受到的孔隙水压力大于或等于其自身重力，则土体发生悬浮、移动。即孔隙水压力-单元体总重量=γw*h-γsat*h>0，则流砂形成。其中γw为水的重度，γsat为土体的饱和重度。
　　流砂的产生会引起建筑物基础移动、基坑坍塌、堤坝损毁等危害，必须加以防治。
　　流砂现象的防治原则是：
　　①减小或消除水头差，如采取基坑外的井点降水法降低地

下水位，或采取水下挖掘；
　　②增长渗流路径，如打板桩；
　　③在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡渗流力；
　　④土层加固处理，如采用换土垫层法、深层密实法、排水固结法、化学加固法、加筋法、热学法等。
　　2.4管涌：（不合理的地下水流动）
　　在渗透水流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗透速度不断增加，较粗的颗粒也相继被水流逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。可见，管涌破坏一般有个时间发展过程，是一种渐进性质的破坏。
　　土是否发生管涌，首先取决于土的性质，管涌多发生在砂性土中，其特征是颗粒大小差别较大，往往缺少某种粒径，孔隙直径大且相互连通。无粘性土产生管涌必须具备两个条件：①几何条件：土中粗颗粒所构成的孔隙直径必须大于细颗粒的直径，这是必要条件，一般不均匀系数>10的土才会发生管涌；②水力条件：渗流力能够带动细颗粒在孔隙间滚动或移动是发生管涌的水力条件，可用管涌的水力梯度来表示。但管涌临界水力梯度的计算至今尚未成熟。对于重大工程，应尽量由试验确定。
　　防治管涌现象，一般可从下列两个方面采取措施：①改变几何条件，在渗流逸出部位铺设反滤层是防止管涌破坏的有效措施。②改变水力条件，降低水力梯度，如打板桩。
　　如坝身或坝基内的土壤颗粒被渗流带走的现象称为管涌。 发生原因：（1）堤坝、水闸地基土壤级配缺少某些中间粒径的非粘性土壤，在上游水位升高，出逸点渗透坡降大于土壤允许值时，地基土体中较细土粒被渗流推动带走形成管涌；（2）基础土层中含有强透水层，上面覆盖的土层压重不够；（3）工程防渗或排水（渗）设施效能低或损坏失效；
　　管涌发生时，水面出现翻花，随着上游水位升高，持续时间延长，险情不断恶化，大量涌水翻沙，使堤防、水闸地基土壤骨架破坏，孔道扩大，基土被淘空，引起建筑物塌陷，造成决堤、垮坝、倒闸等事故。
　　抢护方法：临截背导，导压兼施，降低渗压，防止渗流带出泥沙。
　　①反滤围井.在冒水孔周围垒土袋，筑成围井.井壁底与地面紧密接触.井内按三层反滤要求分铺垫沙石或柴草滤料.在井口安设排水管，将渗出的清水引走，以防溢流冲塌井壁.如遇涌水势猛量大粗沙压不住，可先填碎石、块石消杀水势，再按反滤要求铺填滤料，注意观察防守，填料下沉，则继续加填，直到稳定为止.此法适应于地基土质较好，管涌集中出现，险情较严重情况。
　　②养水盆：在管涌周围用土袋垒成围井，井中不填反滤料，井壁须不漏水，如险情面积较大.险口附近地基良好时，可筑成土堤，形成一个蓄水池（即养水盆），不使渗水流走，蓄水抬高井（池）内水位，以减小临背水位差，制止险情发展.此法适用于临背水位差小、高水位持续时间短的情况，也可与反滤井结合处理。
　　③滤水压浸台：在大片管涌面上分层铺填粗沙、石屑、碎石，下细上粗，每层厚20cm左方，最后压块石或土袋。如缺乏沙石料，可用秸柳作成柴排（厚15-30cm），再压块石或土袋，袋上也可再压沙料，厚度以不使柴草压辱太紧为限。此法适用于管涌数目多，出现范围较大的情况。如系水下发生管涌：切不可将水抽干再填料。以免险情恶化。
　　2.5浮托作用：（地下水对位于水位以下岩石、土层和建筑物）
　　地下水对位于水位以下岩土体产生静水压力，并产生浮托力，浮托力的大小可以按照阿基米德原理确定，即当岩土体空隙或孔隙中的水与岩土体外界的地下水相通时，浮托力等于岩土体骨架颗粒体积部分的浮力。当建筑物以粉土、砂土、碎石土或节理裂隙发育的岩石作地基时，按设计水位100%计算浮托力；当建筑物以节理裂隙不发育的岩石作地基时，按设计水位50%计算浮托力；当建筑物以粘性土做地基时，其浮托力难以确切地确定，应结合地区实际经验确定。
　　如建筑物处于地下水位较浅，而基础埋深较深时，若不考虑地下水浮托力的影响，就可能会产生地下室裂缝、地下室渗水、以及桩基抗拉破坏等严重影响使用功能现象甚至产生建筑物安全问题，因而必须加以考虑。
　　2.6基坑突涌：（基坑下伏有承压含水层，当基坑下有承压水存在，开挖基坑减小了含水层上覆不透水层的厚度，在厚度减小到一定程度时，承压水的的水头压力能顶裂或冲毁基坑底板

，造成基坑突涌现象。基坑突涌将会破坏地基强度，并给施工带来很大困难。
　　发生基坑突涌处理方法主要有两种：①降压，即通过降压井降低承压水的水头；②对基底进行加固处理，可采用化学注浆法或高压旋喷注浆法即通过对基底隔水土层加固，形成具有一定厚度和强度的隔水底板利用压力平衡防止突涌发生。
　　2.7对混凝土的腐蚀性：（地下水中的各种化学成分）
　　当地下水中的某些化学成分含量过高时，水对建筑材料有腐蚀性，地下水对建筑材料的腐蚀性分三类：①结晶类腐蚀：如果地下水中so42-离子的含量超过规定值，那么so42-离子将与混凝土中的ca（oh）2起反应，生成二水石膏结晶体caso4·2h2o，这种石膏再与水化铝酸钙 caoal2o3·6h2o发生化学反应，生成水化硫铝酸钙，这是一种铝和钙的复合硫 酸盐，习惯上称为水泥杆菌。由于水泥杆菌结合了许多的结晶水，因而其体积比化合前增大很多，约为原体积的221.86%，于是在混凝土中产生很大的内应力，使混凝土的结构遭受破坏；②分解类腐蚀：地下水中含有co2和hco3-，co2与混凝土中的ca（oh）2作用，生成碳酸钙沉淀。当地下水中c02 的含量超过一定数值，再与碳酸钙反应，生成重碳酸钙并溶于水，即：caco3+h2o+co2=ca2++2hco3-。所以地下水中腐蚀性的c02愈多，对混凝土的腐蚀愈强。地下水流量、流速都很大时，c02易补充，平衡难以建立，因而腐蚀加快。另一方面，hco-离子含量愈高，对混凝土腐蚀愈强；③ 结晶分解复合腐蚀：当地下水中nh+，n03-，cl-和mg2+离子的含量超过一定数量时，与混凝土中的ca（oh）反应，生成mg（oh）2不易溶解；cac12则易溶于水，并随之流失；硬石膏caso4一方面与混凝土中的水化铝酸钙反应生成水泥杆菌；另一方面，硬石膏遇水后生成二水石膏；二水石膏在结晶时，体积膨胀，破坏混凝土的结构。
　　地下水对混凝土建筑物的腐蚀是一项复杂的物理化学过程，在一定的工程地质与水文地质条件下，对建筑材料的耐久性影响很大。当有足够经验或充分资料认定工程场地及其附近的地下水（或地表水）和土对建筑材料为微腐蚀性时，可不取样进行试验。否则，应取水或土试样进行试验，评定其对建筑材料的腐蚀性。
　　3、结论
　　综上所述，地下水是重要的人类生产、生活的水资源之一，但在工程建设必须考虑地下水的影响（特别是不利影响）与作用，合理利用、开发与保护地下水，否则就有可能出现地面沉降、地面塌陷、流砂、管涌、浮托作用、基坑突涌以及对钢筋混凝土的腐蚀作用等，并做好防治措施，使得工程建设得以顺利进行。
　　参考文献
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