淺談地下水對工程施工的影響

 引言
地下水作為地球上的重要水體，與人們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)。在建筑工程施工過程中，常常遇到與地下水相關(guān)的阻礙施工問題，這就要求我們必須對地下水的物理化學(xué)性質(zhì)、主要特點(diǎn)有清楚的認(rèn)識。明確地下水對工程造成的各種不利影響，提高人們對這些影響的認(rèn)識和重視程度。
1 地下水性質(zhì)及建筑工程中的主要特點(diǎn)
1.1 地下水物理性質(zhì) 地下水的物理性質(zhì)主要包括溫度、顏色、透明度、氣味、味道、導(dǎo)電性和放射性等。
1.1.1 溫度 地下水的溫度受其賦存與循環(huán)所處的地溫控制，按其溫度不同可分為過冷水、冷水、溫水、熱水、過熱水。
在測定地下水的溫度時，可以根據(jù)以下公式進(jìn)行計算：
T=t+（H-h）r
式中：H為地下水的埋藏深度（m）；r為地溫梯度（℃/100m）；T為深度為H處地下水溫度（℃）；t為年平均溫度（℃）；h為年常溫帶深度（m）。
1.1.2 顏色 地下水的顏色由它的成分如亞鐵、硫化氫的含量和懸浮于其中的雜質(zhì)所決定，一般為無色。野外工作中，地下水顏色的測定方法是在玻璃管中用試樣和蒸餾水進(jìn)行對比。在室內(nèi)時，地下水顏色的測定方法是用標(biāo)準(zhǔn)色液進(jìn)行比較。
1.1.3 透明度 地下水的透明度取決于水中固體礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)和膠體懸浮物的含量，可分為透明的、微濁的、渾濁的、極濁的。
1.1.4 氣味 地下水的氣味取決于水中所含的氣體成分和有機(jī)質(zhì)的含量。在一般溫度下氣味不易辨別，而在40度左右時氣味最顯著，在測定地下水氣味時常采用先降水微熱，使其氣味明顯。地下水一般為無味的。
1.1.5 味道 地下水的味道取決于它的化學(xué)成分。如純水是淡而無味的，含氯化鈉的水具有咸味。測定地下水的味道時常將水溫加熱至20-30度，此時味道最為明顯。
1.1.6 導(dǎo)電性 地下水的導(dǎo)電性取決于各種離子的含量和離子價，離子含量越高，離子價越高，水的導(dǎo)電性越強(qiáng)。
1.1.7 放射性 地下水的放射性取決于其中所含放射性元素的數(shù)量。地下水在不同程度上或多或少地都具有放射性，但一般地下水的放射性極弱，埋藏和運(yùn)動于放射性礦床以及酸性火山巖分布區(qū)的地下水，其放射性顯著增強(qiáng)。
1.2 地下水化學(xué)性質(zhì) 地下水的化學(xué)性質(zhì)主要體現(xiàn)在礦化度、酸堿度、硬度三方面[1]。
1.2.1 地下水的礦化度 水中所含離子、分子及化合物的總量稱為水的總礦化度，通常以1升水中含有各種鹽分的總克數(shù)來表示（克/升）。依據(jù)礦化度由低到高把水分為五類：淡水、微咸水、咸水、鹽水、鹵水。其中高礦化度的水能降低水泥混凝土的強(qiáng)度，并且容易腐蝕鋼筋。
1.2.2 地下水的酸堿度 地下水的酸堿度又稱pH值、地下水氫離子濃度，是衡量地下水酸堿性的指標(biāo)。pH=7的水為中性水，pH>7時為堿性水，pH<7時則為酸性水。地下水的pH值變化較大，硫化礦床氧化帶的地下水pH值可達(dá)2左右，而某些堿性熱水pH值則為10左右，但一般地下水的pH值多在6～8之間。
1.2.3 地下水的硬度 地下水的硬度最初是指水中鈣、鎂離子沉淀肥皂水化液的能力。水的總硬度指水中鈣、鎂離子的總濃度，其中包括碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度。
①碳酸鹽硬度：主要是由鈣、鎂的碳酸氫鹽[Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2]所形成的硬度，還有少量的碳酸鹽硬度。碳酸氫鹽硬度經(jīng)加熱之后分解成沉淀物從水中除去，故亦稱為暫時硬度。②非碳酸鹽硬度：主要是由鈣鎂的硫酸鹽、氯化物和硝酸鹽等鹽類所形成的硬度。這類硬度不能用加熱分解的方法除去，故也稱為永久硬度，如CaSO4、MgSO4、CaCL2、MgCL2、Ca（NO3）2、Mg（NO3）2等。
碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度之和稱為總硬度；水中Ca2+的含量稱為鈣硬度；水中Mg2+的含量稱為鎂硬度；當(dāng)水的總硬度小于總堿度時，它們之差，稱為負(fù)硬度。
1.3 地下水在建筑工程中的主要特點(diǎn)
1.3.1 周期性、多變性、長期性 地下水是不停的運(yùn)動和變化的，在自然和人為因素影響下有季節(jié)性和多年周期性變化，同時受影響因素的復(fù)雜多變出現(xiàn)異常的變化。地下水存在有其客觀性，伴隨建筑工程的始終，這也決定了地下水作用的長期性。
1.3.2 直接作用和間接作用 直接作用是地下水作為改變建筑地基土力學(xué)強(qiáng)度的主要因素參與作用，如地下水的過度開采，使飽水巖層浮托力下降，引起地層壓密，導(dǎo)致地基沉降而波及建筑物破壞。間接作用是地下水作為改變地基土力學(xué)強(qiáng)度的因素之一參與作用，如地下水腐蝕性的體現(xiàn)。
1.3.3 瞬時作用和緩慢作用 瞬時作用是突然發(fā)生的破壞作用，如暴雨造成的山體滑坡泥石流等破壞。緩慢作用是指有較長破壞顯示過程，但一旦極限平衡破壞也可表現(xiàn)為突發(fā)性的破壞作用。
1.3.4 地下水類型的復(fù)雜性 在建筑工程中，地下水的研究仍以飽水帶含水系統(tǒng)和重力水為主?？紤]地下水的復(fù)雜性，兼顧非飽水帶、重力水、弱透水層和隔水層的研究，另外土體微結(jié)構(gòu)中地下水作用特性也是重要的研究內(nèi)容[2]。
2 地下水對工程施工的影響
2.1 地下水位變化對工程的影響
2.1.1 地下水位自然升降 地下水位上升，導(dǎo)致地基壓縮層范圍內(nèi)土體的土質(zhì)軟化、壓縮性增大、強(qiáng)度降低、承載力減小、地基沉降增大。地下水位下降會使周圍地基土層產(chǎn)生固結(jié)沉降，輕者造成鄰近建筑物或地下管線的不均勻沉降；重者使建筑物基礎(chǔ)下的土體顆粒流失，甚至掏空，導(dǎo)致建筑物開裂并危及安全使用。
2.1.2 地下水過度開發(fā) 地下水的過度開采，會造成地下水位的急劇下降，在建筑工程中產(chǎn)生的后果是非常嚴(yán)重的。經(jīng)常造成地面大面積沉陷，致使周邊建筑物開裂，地基失穩(wěn)，給人們的生產(chǎn)生活帶來極大的安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。
2.2 地下水滲流破壞
2.2.1 流砂現(xiàn)象 由于動力水的方向與水流方向一致，因此當(dāng)水的滲流自上而下時，動力水方向與土體重力方向一致，這樣將增加土顆粒間的壓力。若水的滲流方向自下而上時，動力水方向與土體重力方向相反，這樣將減少土顆粒間壓力。這時土顆粒間的壓力等于零，土顆粒將處于懸浮狀態(tài)而失去穩(wěn)定，這種現(xiàn)象成為流砂現(xiàn)象。
2.2.2 管涌現(xiàn)象 地下水在砂性土中滲流時，土中的一些細(xì)小顆粒在動力水作用下，可能通過粗顆粒的空隙被水帶走，這種現(xiàn)象稱為管涌。管涌可以發(fā)生在局部范圍，也可能逐步擴(kuò)大，最后導(dǎo)致土體失穩(wěn)破壞[3]。
2.2.3 滲透固結(jié)作用 滲透固結(jié)作用是指由于振動或者外荷載的作用，土體內(nèi)產(chǎn)生超孔隙水壓力，在水頭差的作用下，土體內(nèi)部發(fā)生滲流，導(dǎo)致土中水排出，超孔隙水壓力消散，土體孔隙比降低，體積減小，發(fā)生固結(jié)沉降。
2.3 地下水對建筑的侵蝕性 由地下水的化學(xué)性質(zhì)可以把地下水看作電化學(xué)溶液。它的某些化學(xué)成分的含量決定了它對工程施工的腐蝕性影響是客觀存在的。地下水對工程施工的腐蝕類型有：結(jié)晶類腐蝕、分解類腐蝕、結(jié)晶分解復(fù)合腐蝕[4]。腐蝕影響有：導(dǎo)致某些憎水工藝難以進(jìn)行，如電焊作業(yè)，防水作業(yè)等；某些工程材料結(jié)構(gòu)實體隱蔽前可能因同時暴露于大氣和地下水條件下發(fā)生腐蝕、氧
化等。
2.4 地下水的基坑突涌現(xiàn)象 當(dāng)基坑下有承壓水存在，開挖基坑減小了含水層上覆不透水層的厚度，在厚度減小到一定程度時，承壓水的水頭壓力能頂裂或沖毀基坑底板，造成基坑突涌現(xiàn)象。基坑突涌將會破壞地基強(qiáng)度，并給施工帶來很大困難。
2.5 地下水凍脹作用 由于低溫的影響，使土中水分凍結(jié)形成凍土。某些細(xì)粒土層在凍結(jié)時往往會發(fā)生體積膨脹，使地面隆起成丘，產(chǎn)生凍脹現(xiàn)象。一方面是由于水分凍結(jié)成冰時體積增大9%，另一方面由于土層凍結(jié)時，周圍未凍結(jié)區(qū)中的水分向表層凍結(jié)區(qū)集聚，使凍結(jié)區(qū)土層中水分增加，凍結(jié)后的冰晶體不斷增大，土體積也隨之發(fā)生膨脹隆起。凍脹現(xiàn)象會使上部建筑物抬起，引起建筑物開裂、傾斜、甚至倒塌。氣溫回暖，土中水融化使土中含水率大大增加，加之細(xì)粒土排水能力差，土層處于飽和狀態(tài)，土層軟化，強(qiáng)度大大降低。會使建筑物發(fā)生下沉或不均勻沉降，同樣引起建筑物開裂破壞。
3 結(jié)語
工程施工中，要求充分的認(rèn)識和理解地下水對建筑的各種影響及危害，并學(xué)會把問題與其性質(zhì)特點(diǎn)相聯(lián)系。從本質(zhì)出發(fā)，以更好的發(fā)現(xiàn)、研究問題并找到解決方案，達(dá)到安全設(shè)計、安全施工和安全使用的要求。