地下水地质作用对工程建筑的影响与对策.doc

课程论文/三月 地下水及对工程建筑的影响与应对措施摘要：地下水是埋藏和运移在地表以下图层及岩石空隙中的水。地下水主要来源于大气降水，冰雪融水，地面流水，湖水及海水等，经土壤渗入地下形成。地下水的地质运动会对工程建筑产生一些不好的影响，甚至会造成安全隐患，因此，解决地下水对工程施工造成的影响是工程建设领域所面临的重要课题。该文简单地分析了地下水运动对土体、工程建筑的部分影响，并探讨性地提出部分对策。关键词：地下水；工程建筑；影响；对策 一、地下水1、地下水的分布。地下水分布较为复杂，它不仅受一般规律影响，还受到岩土性质、地理环境条件与季节变换、结构发育程度、人类活动等不同因素的相互影响，各个因素可能单独影响，也可能多个因素共同影响。地下水在分布上包涵了地下水类别、储存数量、水位高低与补给条件等不同特征的分析，而在这些特征之中地下水的类别则最为重要。在地理学的研究中，按照埋藏条件来分，可以把地下水分为潜水、包气滞水、承压水。按照水层空隙性质的不同，可分为孔隙水裂隙水和岩溶水：按照结合方式不同可分为结合水和非结合水。不同种类的地下水对其影响也自不同，具体有如下两点：首先，各种不同类型的地下水的固有特征有所不同，如季节的变化、是否承压、补给条件的差异等；其次，我国现今在工程建设技术的先进程度和行业限制有所不同，如大型水利工程、矿山与一般的建筑工程之间的不同。在工程施工过程中潜水的影响最大，因其在地域上分布较广、埋藏的深度和范围较大的特点，对工程施工建设过程中影响广泛而普遍；包气滞水由于埋藏浅、储量小，对工程的影响较小；承压水在工程施工中则影响较大，但承压水的影响概率则很低，只对个别地带、个别行业带来影响。二、地下水的危害及影响1、地下水对混凝土的腐蚀沿海地下中镁、氯及硫酸根离子的浓度比较高，能够对钢筋混泥土产生非常大的腐蚀作用。地下水中的硫酸根离子同混凝土相互作用能生成复硫酸盐。它的体积相比化和前会膨胀2.5倍，在很大程度上破坏混泥土结构；另外如果地下水酸性，会对混凝土中存在的碳酸钙和氢氧化钙产生破坏性作用；氯离子对钢筋有很强腐蚀性作用，对混凝土也有中度腐蚀作用。2、流沙 流沙具有很大的危害性，属于破坏性很强的地质灾害。流沙现象的产生是因为当从下往上渗流的动水力同土的有效重度相当时，土粒之间的有效应力就会消失，致使土粒处于悬浮状态，随水自由流动。举例说，在低于地下水位的地方挖地基，若是不进行降水作业，地基外水头大于基地内，基地内地下水向上方渗流，就很有可能会发生流沙现象，致使基地坑底泥沙翻涌，会给施工过程带来极大的不便和困难，还有很大可能会影响到附近建筑物的安全。目前在施工过程中一般都通过增加渗流路径、减少基地坑内外水头差防治流沙。 3、管涌管涌是指地基土在渗流作用下，土体中的细颗粒在粗颗粒形成的空隙中发生移动并被带出，逐渐形成管状渗流通道而造成的水土大量涌出破坏的现象也就是说在一定的水头梯度的渗透水流作用下，其细小颗粒被冲走，图中的空隙逐渐增大，慢慢形成一种能穿越坝基的细管状渗流通路，从而掏空地基或坝体，使地基或斜坡变形失稳管涌险情的发展，以流土最为迅速。如不及时抢护，任其发展，就将把堤坝工程地基下的沙层淘空，导致堤坝工程骤然塌陷，造成决堤溃坝。管涌出水孔径小的如蚁穴，大的可达几十厘米；少则出现一两个，多则出现冒孔群或称泡泉群，冒沙处形成“沙环”。有时也表现为土块隆起、膨胀、浮动和断裂等现象。地基上面覆盖有弱透水层，下面有强透水层，在高水位时，渗透坡降变陡，渗透的流速和压力加大。当渗透坡降大于地基表层弱透水层允许的渗透坡降时，即在堤坝下游坡脚附近发生渗透破坏，或者在背水坡脚以外地面，因取土、挖坑等，破坏表面覆盖，在较大的水力坡降作用下，渗水冲破土层，将下面地层中的粉细沙料带出而发生管涌。4潜蚀潜蚀是渗透水流在一定的水力梯度下产生较大的动水压力冲刷，带走细小颗粒或溶石岩土体，使岩土体中的孔隙逐渐增大形成洞穴导致地下岩土结构破坏，从而产生地表裂缝、塌陷，影响建筑物地基稳定的一种地质现象。5、沙土振动液化 沙土饱和过后，由于受到震动使其变得密实，致使沙土孔隙水压增加，沙土颗粒之间的有效应力减少，抗剪强度降低。通过周期振动作用，沙土孔隙水压不断增加，严重者会完全抵消沙土颗粒之间的有效应力，使其处于悬浮状态，接近液体性状，土变被液化。 如果沙土被液化，通常会在地表裂缝处冒沙或是喷水，导致地基失去作用，发生沉降。现一般采用挤密砂桩、振动加密,或是把地桩的基础部分打入液化深度以下稳定的土层之中等措施加密。三、地下水防治措施 1、流砂的防治途径防治流砂的主要途径有：减少或平衡动水压力；设法使动水压力方向向下；截断地下水流。其具体措施有：（1）枯水期施工法。枯水期地下水位较低，基坑内外水位差小，动水压力小，就不易产生流砂。（2）抢挖并抛大石块法。分段抢挖土方，使挖土速度超过冒砂速度，在挖至标高后立即铺竹、芦席，并抛大石块，以平衡动水压力，将流砂压住。此法适用于治理局部的或轻微的流砂。（3）设止水帷幕法。将连续的止水支护结构（如连续板桩、深层搅拌桩、密排灌注桩等）打入基坑底面以下一定深度，形成封闭的止水帷幕，从而使地下水只能从支护结构下端向基坑渗流，增加地下水从坑外流入基坑内的渗流路径，减小水力坡度，从而减小动水压力，防止流砂产生。（4）人工降低地下水位法。即采用井点降水法（如轻型井点、管井井点、喷射井点等），使地下水位降低至基坑底面以下，地下水的渗流向下，则动水压力的方向也向下，从而水不能渗流入基坑内，可有效地防止流砂的发生。因此，此法应用广泛且较可靠。 此外，采用地下连续墙、压密注浆法、土壤冻结法等，阻止地下水流入基坑，以防止流砂发生2、管涌的防治途径管涌抢护原则是：上堵下排，反滤压重，保护管涌出口。即在管涌入渗处，采取“临水截渗”措施，对管涌入口进行封堵；在管涌出口用透水材料进行反滤压重保护，既使透水层不再被破坏，又可降低渗水压力，使险情得以稳定。具体抢护方法有以下几种：1. 反滤围井在翻沙鼓水处，抢筑反滤围井，制止涌水带沙，防止险情扩大。一般使用于背水坡脚附近地面或洼地坑塘数目不多和面积不大，或数目虽多，但未连成大面积，可分片处理严重翻沙鼓水险情。对于水下的翻沙鼓水，当水深较浅，也可采用此法。在背水坡堤坝坡脚附近险情处，抢筑反滤压盖，降低涌水流速，制止地基泥沙流失，以稳定险情。一般适用于翻沙鼓水范围面积较大，漏水涌沙成片的地方。 2.减压围井（或称养水盆） 在堤坝背水坡脚附近险情处使用土袋抢筑围井，壅高井内水位，减小水头差，降低渗透压力，减小水利坡降，制止渗透破坏，以稳定管涌险情。此法适用临背水头差较小，高水短时，出现翻沙鼓水险情范围小，周围地表较坚实完整，未遭破坏，渗透性较小，出险处少，沙石反滤材料的翻沙鼓水险情抢护。3.透水压渗台 在堤坝背水坡脚抢筑透水压渗台，可以平衡渗压，延长渗径，减小水力坡降，能导出渗水，防止土沙细粒流失，使险情趋于稳定。此法适用于翻砂鼓水险情较多、范围较大、反滤料缺乏，但沙土料源丰富的堤坝处管涌又叫翻沙鼓水，是在渗流作用下，土体细颗粒沿骨架颗粒形成的孔隙涌出的现象孔隙周围多形成隆起的沙环管涌发生时，水面出现翻花随着上游水位升高，持续时间廷长，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3、潜蚀的防治措施(1)改变渗透水流的水动力条件：使水流梯度小于临街水力梯度，可用堵截地表水流入地下岩土层：阻止地下水在岩土层中流动：设反滤层：减小地下水的流速等。(2)改善岩土体的性质：增强岩土体的抗渗能力。如对溶洞等爆炸压密注浆加固、打止水桩等措施可以增加岩土的密实度，降低岩土层的渗透性能。4、降低地下水位的措施（1）明沟排水明沟排水，是利用设置在基坑内或外的明沟、集水井和抽水设备把地下水从集水井中不断排走，保持基坑干燥，此法适合对土质好而又不深的基坑，设备和施工比较简单，管理方便，但不易疏于基坑。同时需随着基坑开挖加深而不断修建，对砂石和沙壤土还需防止滑坡或流砂现象的产生。（2）井点降水其原理是在基坑周围按一定间距布置井点从中连续抽水，使井周围地下水下降而形成所谓的地下漏斗“，则井之间的地下水位也将降低，并降低到坑底设计标高以下，从而保证开挖工作可在干燥无水的情况下进行。此法的优点是抽水时水流方向向下，土受到动水力的作用而得到压实，同时增加坑壁的稳定性，且施工方便，但其缺点是水位下降后土的重度由浮重度变为饱和重度，增加了土的自重应力，再加动水力的作用，可能引起周围建筑物过大而不均匀的附加沉降所以利用井点降水过程中应对附近建筑物及地下水位进行专门观测。四、总结防治地下水必须从思想上认识到地下水的危害，同时要加强监管，做好勘测设计施工验收各阶段地下水防治工作，确保施工质量和安全： （1）做好水文地质检测、记录工作 要尽可能详细、全面地了解最高地下水的所有性质、参数，和地层的冻结深度，以及历年以来的气候变化情况，降水、蒸发量等技术指标，这是工作是科学合理地确定工程防护要求、防水标高和其他地下水防护相应措施的基础保障（2）做好结构防水设计 应采用科学合理的结构形式,使用建筑结构自身的憎水性和密实性以及刚度，来增加建筑结构自身的抗渗属性。而且在设计中要尽可能的选用整齐、规则的造型，来增强建筑结构整体的刚度；想要解决好变形缝渗漏问题，做好