地下水对工程建设的不利影响及防治措施

地下水对工程建设的不利影响及防治措施

[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。

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。