地下水对岩土工程的影响及水文地质的条件评价

郭　辉 / 河北省环境地质勘查院

地下水对岩土工程的影响及水文地质的条件评价

郭辉 / 河北省环境地质勘查院

地下水是岩土体的一种重要组成部分，在岩土工程的施工中，地下水具有重要的影响作用，因此，在岩土工程施工前，要对岩土体进行勘察，在设计阶段，要对地下水可能在工程中造成的危害进行分析，并加以预防，确保工程施工的顺利进行。本文就地下水对岩土工程的影响进行了探讨，并针对岩土工程中水文地质的条件进行了评价分析。

地下水；岩土工程；影响；勘察要点

1.引言

本文中的地下水是指存在于地表以下松散堆积物和基岩空隙中的潜水或承压水，也指施工工程中由于管道渗漏、破损带来的水。由于岩土具有崩解性、胀缩性、软化性和透水性等明显的水理性质［1］，因此对基坑工程、基础工程和边坡工程等常见的岩土工程进行设计和施工时必须考虑地下水的存在对其的不利影响。

2.地下水对基坑工程的影响

地下水对基坑工程的影响主要体现在对基坑侧壁和基坑底上。对基坑侧壁的支护结构进行土压力分析，可知地下水位上升时，对于按水土分算的砂土类的基坑外向主动土压力［2］并与无地下水的状态进行计算比较如下：

对于按水土合算的粘土类

由上述分析可知，单考虑静水压力的影响，地下水的存在使得主动土压力增加，从而增加了支护结构的荷载，影响到其倾覆和整体稳定性，使得嵌固深度比无水时要长。如果有水从坑外向坑内渗流时，则坑外向下渗透力使得主动土压力增加，而坑内向上渗透力使得被动土压力减少，对基坑稳定更加不利。另一方面，对坑底而言，承压水的存在将会引起坑底突涌和流砂。第三，软化基坑周围的土质，降低坑壁、坑底岩土体的强度，产生侧壁变形和、底鼓等。所以基坑施工时，应及时采取以下措施防止出现基坑事故：（1）明沟排水，在基坑内设置排、截水沟和集水井，用抽水设备将地下水排走；（2）井点降水，利用井孔在基坑周围同时抽水，把地下水降低到基坑底面以下的降水方法；（3）隔渗，包括侧向隔渗和封底隔渗即侧向隔渗有截水墙、截水帷幕和冻结法。

3.地下水对基础工程的影响

地下水对基础工程的影响主要集中在对地基土的承载力和沉降及对基础腐蚀的影响上。当地下水位上升时，土中水的增加使得非饱和土的粘聚力减少，达到饱和时，土的抗剪强度降低由下式可知，土的承载力也将下降。

同时，土中水将使岩土矿物软化，土的结构也遭到破坏，土的承载力降低，从而导致地基土容易出现剪切破坏。另一方面，当地下水渗入到基础内部时，将会腐蚀混凝土与钢筋，使基础本身的强度下降，地下水甚至进入建筑物内部，引起受潮等问题。

地下水的突然下降将会产生附加沉降，如图2所示当地下水位降深为h1，仅考虑地下水的降低影响时，a点附加应力增加值为0，b点增加值为：

c 点增加值为：

绘成附加应力曲线图后可知，可用应力面积法计算基底中心的沉降值，当地下水水位急剧下降时，产生的沉降值不容忽视。

在基础工程中，采取以下措施可有效减少地下水对基础工程的影响：（1）选择不受地下水影响的地段作为地下工程的位置；（2）控制地表水的补给；（3）基底设置垫层；（4）采取超前探水、放水、修防水墙和防水等措施。

4.地下水对边坡工程的影响

边坡工程主要含两类问题，一是边坡本身的稳定问题，如果失稳，即发生滑坡；而是对经计算或勘察后易发生滑坡失稳的地段采取的边坡支护问题。无论哪一类，地下水都将是重要的影响因素。地下水是滑坡的显要触发因素；由于边坡中存在大量的张开裂隙，当地下水位上升时，裂隙中将充满水，则充水的张开裂隙将承受裂隙水静水压力的作用，如发生渗流，还将受到动水压力的作用，如图3所示F1为静水压力，F2为静水压力，显然F1和F2都对边坡的稳定起不利作用。同时地下水对边坡岩体还产生软化或泥化作用，使岩土体的抗剪强度大为降低。

5.岩土工程水文地质条件评价

5.1地下水力学作用评价

地下水的力学作用是可以进行定量计算的，通过参数的测定和力学模型的简陋，可以使用数值法或者是解析法进行合理的评价。担忧由于地下水的作用较为复杂多变，即使在水质和赋存条件不变的基础下，地下水对结构基础和岩土体的影响也是一个变化的过程，在最初时的影响并不明显，但是一旦发现问题，则处理起来较为困难，因此西药要防范于未然，进行必要的水文地质评价。

（1）降水和周围环境评价。降水和基坑挖掘必须要对周围的建筑物安全进行考虑，尤其是在细颗粒的软弱土层中，必须要进行认真的评价分析。降水对周围环境的影响要按照抽水试验资料对含水地层的富水性和渗透性进行评价，对因为工程施工降水，在地下水位下降影响的范围中，是否会发生影响周围建筑物的稳定性、地面边坡失稳或者是沉降、土体沉降等问题进行评价。

（2）地下水渗流作用评价。为了防止地下水对基坑产生破坏影响，要对区域的水文资料进行调查，对有关的水文地质参数进行监测，对于基坑的岩土工程地质条件进行分析，做出综合的评价分析。从土质条件角度出发，如岩土层的不均匀系数Cu＞10时，会发生潜蚀的现象，所以在工程的勘察中，要对基坑范围内的隔水层重度、岩性、厚度和承压含水层的承压水头高度、顶板埋深以及含水层的岩性、类型等进行调查，要按照基坑挖掘的深度，对是否会出现突涌现象进行判断，同时对突涌的形式和危害进行预测。

（3）抗浮评价。地下水对基础的浮力作用是较为显著的一种力学影响。通常在节理发育的岩石地层或者是透水性较好的图层中，浮力可以适应阿基米德原来进行计算，但是对渗透系数较低的粘性土而言，因为渗透的过程较为复杂，基础受到的浮力较水柱的高度较低。当地下水为潜水类型时，丙炔没有长期的水位观测资料，只根据勘察期间所测得的水位对抗浮设防水位进行确定是不足够的，需要和场地的含水层顶板标高、排泄条件、地下水补给、地貌、地形等因素进行结合，做出综合评价。

5.2地下水化学、物理作用评价

如建筑地基的基础需要埋藏在地下水位以下，需要按照地下水质对资料和地基基础所在的地下水环境进行分析，对地下水对混凝土的腐蚀性进行评价。如建筑场地选择使用膨胀土、残积土、强风化石、软质岩石等岩土体作为地基的基本持力层，需要按照地下水的动态变化和埋藏深度资料对地下水活动对岩土体会产生的胀缩、崩解、软化等不良影响进行评价。

地下水的影响在岩土工程中是较为重要的因素，对地下水进行准确合理的勘察，可以使资料的可靠程度提高，更好的对岩土体的潜在能力进行利用。所以为了使岩土工程的施工质量得到提高，在施工前要对地下水对岩土的影响和与岩土工程有关的水文地质问题进行评价，减少或者是防止地下水对岩土工程的影响。

6.结语

岩土工程质量常受到地下水的影响，因此在当前的岩土工程设计与施工中加入了地下水的勘探察。参照严格的地下水勘察要求能够就地下水对土体的影响制定方案，降低地下水的危害，进而增加工程的稳固性。

［1］滕玉奎.地下水对岩土工程的影响及勘察现场需要注意事项［J］.中华民居，2012（12）.

［2］王道炀.地下水对岩土工程的危害及预防［J］.吉林地质，2009（28）.