【2017年整理】地下水对土木工程影响及防治对策 (1)

地下水对土木工程影响及防治对策摘要地下水渗透水流作用于岩土上的力，称渗透压力或动水压力。当此力达到一定值时，岩土中一些颗粒甚至整体就会发生移动而被渗流携走，从而引起岩土的结构变松、强度降低，甚至整体发生破坏，这种现象称之为渗透变形，其常发生在工程场地中，由于人类工程活动使渗流增强，往往导致危害严重的渗透变形发生。另外，当建筑物基础底面位于地下水位以下时，地下水还将对基础底面产生浮托力，在设计时应给予考虑。本文将详细介绍地下水对土木工程的影响以及防治对策。关键词地下水；渗透变形；浮托力地基沉降；防治对策正文一、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、流砂流砂具有很大的危害性，属于破坏性很强的地质灾害。流砂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砂现象，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砂。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。二、 防治措施1、针对地下水腐蚀的措施保证钢筋混凝土质量,提高密实性，控制和减少混凝土裂缝,以减少腐蚀介质从裂缝侵入是防腐蚀的关键。这主要由施工全过程的质量控制和质量保证来实现。就沿海环境钢筋混凝土基础防腐蚀而言,应着重要求施工过程注意以下几点:合理选择混凝土原材料 （水泥、粗细骨料、外加剂） ；控制混凝土的水灰比和水泥用量；严格保证混凝土保护层的厚度；加强混凝土的养护；钢筋与混凝土的表面防护。2、针对流砂的措施由于产生流砂的主要原因是动水压力的大小和方向。当动水压力方向向上且足够大时，土颗粒被带出而形成为流砂，当动水压力方向向下时，如发生土颗粒的流动，其方向向下，使土体稳定。因此在基坑开挖中，防治流砂的基本原则是减少或平衡动水压力、设法使动水压力方向向下及截断地下水流等。基坑工程对流砂的预防，可采用枯水期施工、打板桩、水中挖土、降低地下水位、地下连续墙法等方法。3、针对管涌的措施管涌抢护原则是：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：反滤围井、减压围井（或称养水盆） 、透水压渗台。4、针对潜蚀的措施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。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。5、针对沙土振动液化的措施主要从预防砂土液化的发生和防止或减轻建筑物不均匀沉陷两方面入手。包括合理选择场地；采取振冲、夯实、爆炸、挤密桩等措施，提高砂土密度；排水降低砂土孔隙水压力；换土，板桩围封，以及采用整体性较好的筏基、深桩基等方法。参考文献1王艺.地下水对土木工程不利影响及防治措施J.经营管理者,2013(08):1.2孙保卫,张在明.城市工程建设中的地下水问题J.工程勘察,2004(05):2-3.3梁卫东,张俊平,张耀,唐正国.深基坑工程中地下水问题的研究J.施工技术,2005(06):4-5.4李广信,刘早云,温庆博.渗透对基坑水土压力的影响J.水利学报,2002(05):1.5高福华.深基坑工程渗流与变形分析D.河海大学,2004:8-9.