地下水对岩土工程勘察的影响及控制措施

周 默

（北京城建勘测设计研究院有限责任公司，北京 100101）

在岩土工程勘察工作中，部分工作人员忽视了对水文地质问题的勘察，将之当作一项象征性工作，在勘察报告中仅做简单的一般性评价。但在实际工程中，部分地区的水文地质条件非常复杂，会对重要工程或高层建筑产生巨大影响，如果岩土工程勘察缺乏对水文地质问题的深入探究，就可能导致工程建设因地下水而引发管涌、流沙、基坑突涌等地质危害，进而对工程施工安全、施工进度和工程质量造成严重影响[1]。因此，研究和探讨地下水对岩土勘察工作的影响，并制定有效的控制措施具有非常重要的意义。下面，笔者将先介绍岩土的水理性质。

1 岩土的水理性质

1.1 透水性

透水性主要指重力作用下，岩土允许水穿透的性能。岩土越松散，颗粒越不均匀、越细，其透水性就会越弱。岩溶越发育或坚硬岩石的裂隙，其透水性会越强。通常情况下，可用渗透系数表示岩土的透水性，可利用抽水试验的方法求取岩土体的渗透系数。

1.2 软化性

软化性主要指浸水后的岩土体力学强度减弱的特性，可用来判断岩石的耐水浸水、耐风化能力，通常用软化系数来表示。各种成因的泥岩、黏性土层、泥质砂岩、页岩等都会存在软化特性，尤其是泥页岩软化特性尤为突出。

1.3 给水性

给水性主要指饱水岩土在重力作用下可从裂隙、孔隙中流出一定水量的特性，通常用给水度来表示。给水度通常运用实验室方法来测定，其可对场地的疏干时间造成一定影响，是含水层一项较为重要的地质水文参数。

1.4 崩解性

崩解性主要指浸水湿化后的岩土，因土粒连接被破坏、削弱，而导致的土体解体、崩散特性。岩土崩解性与土的矿物成分、颗粒成分、结构具有密切的关系。

1.5 涨缩性

涨缩性主要指吸水后岩土体积变大，失水后岩土体积变小的性质，因为岩土表面颗粒结合水膜会在吸水后增厚，失水后会变薄，因此岩土具有胀缩性。岩土的胀缩性常常会造成基坑隆起、地裂缝，会造成地基变形，对土坡表层稳定性造成不良影响。岩土胀缩性主要表现为体缩率、自由膨胀率、收缩系数等几个方面。

2 地下水对岩土工程的影响

2.1 水位升降的影响

2.1.1 地下水位上升对岩土工程的影响

地下水位上升，会增加土壤中的含水量，增加土壤的重量，部分河岸和斜坡地区较易发生不良地质问题，如崩塌、滑坡等，会增加地质灾害发生的概率；地下水位上升会造成对土壤的浸泡，久而久之土壤会被盐渍化或形成沼泽，同时由于地下水对建筑物的腐蚀，建筑物的耐久性也会受到影响；地下水位上升会增加粉细砂中的水含量，档粉土中含水量高于饱和状态时，会导致土壤中颗粒被带走，形成流沙和管涌现象；地下水位上升会造成岩体因被水浸泡、侵蚀而软化，降低建筑物的抗剪力[2]。

2.1.2 地下水位下降对岩土工程的影响

过度抽取地下水或浪费水资源，会造成水质严重恶化，水资源枯竭，严重影响人类的居住环境和生态环境；地下水位下降会改变地下水浮力对地表的影响，导致各种地质灾害的发生，如地面裂缝、地面塌陷等，还会对建筑物的稳定性造成一定影响，严重的还会威胁居住者的生命安全和财产安全[3]。

2.2 水腐蚀性的影响

一是潮湿的土或地下水中含有某些盐类物质，它们透过毛隙孔上升，渗透到混凝土毛细孔中，在干湿作用之下，浸入毛细孔中的盐溶液过渡到饱和状态，当温度下降时，会结晶出盐晶体，盐晶体在温度影响下体积膨胀会对混凝土产生腐蚀破坏作用。在水汽加大、温度上升时，盐晶体又会发生潮解作用，在温度降低时，又会再次形成结晶，进一步增加腐蚀的力度。在温湿度不断变化的情况下，混凝土的腐蚀速度会加快，进而大大减少建筑物使用寿命[4]。

二是如果地下水中含有某些过高的化学成分，将会对可溶性石材、混凝土、钢铁构件、管道以及器材等产生腐蚀作用，如地下水中含有过高的SO42、CI-时，混凝土钢筋的表面会生成一层钝化保护层，水泥在发生水化反应时会自行产生这一保护层，而氯离子可破坏该保护层，钢筋在氧和水的共同作用下会遭到腐蚀。钢筋在发生锈蚀后会出现两种情况：一种情况是锈蚀物体积会增大几倍，从而造成混凝土剥落、破裂和分层，导致腐蚀剂很快侵入钢筋表面，加快钢筋锈蚀速度；另一种情况是锈蚀会缩小钢筋横截面面积，从而使钢筋的荷载能力减弱。氯盐是造成钢筋锈蚀的主要原因。

三是地下水中含有过高的SO42-，会对建筑物造成巨大危害，同时地下水位太高，建筑物的地基长期浸泡在腐蚀性较强的环境中，会出现严重侵蚀，影响建筑物的稳定性和耐久性，会给居住者的人身、财产安全造成威胁[5]。

2.3 水压的影响

在自然情况下，地下水水压的作用很小，一般不会产生什么危害。但是人工施工会破坏地下水的天然动力平衡，当地下水压过高时，会造成管涌、流沙等严重工程危害。基坑突涌通常是由承压含水层性质决定的，假如承压含水层为孔隙水、裂缝水或溶洞水，在基底顶破裂之后，地下水就会通过裂缝喷涌而出，造成基坑积水。如果承压含水层是细小的颗粒沙层，基底则会发生喷水冒砂的情况。

3 岩土工程勘察对地下水的要求

3.1 岩土工程勘察对地下水的要求

3.1.1 水文地质条件

一是该地区的气候材料，主要包括降水量、历史水位、蒸发量和水位变化趋势等方面的材料，以及该地区的地下水与地表水补排关系、地下水补给排泄条件可能对其造成的影响等。二是主要含水层如何分布，隔水层和含水层埋藏环境、地下水相关情况；利用现场试验等方式取得该地区地层渗透系统等水位地质数值，包括地下水位可能对建筑物造成的腐蚀和具体位置；着重加大对软基岩土建筑工程水文地质条件的勘察力度。三是地表水或地下水是否遭到污染，受污染情况。四是该地区地质条件可能对地下水产生的影响，如渗流状态或赋存状态等。

3.1.2 水文地质参数

在实施地质工程勘察时，如果发现有含水层，就应测定地下水的水位。测量静止水位需要一定的稳定时间，含水层渗透性不同，静止水位的稳定时间也不相同，因此在勘察工作完成后要对静止水位进行统一测量。如果工程需要泥浆钻进，应先洗孔后测量水位，或者把测水管深入含水层20 cm处再测量水位。如果需要测量多层含水层，必要时可通过止水措施把需要测量的含水层与其他含水层进行隔离，再进行分别测量[6]。

可利用几何测定地下水的流向，并对各个孔中的水位进行测量；通常采用充电法或批示剂法测量地下水的流速。

如果地下水渗透条件满足抽水试验要求，可采用抽水试验。具体操作步骤为：首先，抽水试验一般采取三次降深，同时降深要满足工程设计对地下水位降深的要求；其次，利用同样的仪器和方式对水位进行测量，观测孔以毫米为单位，抽水孔以厘米为单位；再次，动水位与时间关系曲线、涌水量与时间关系曲线在一定范围内小幅波动，未出现持续下降或上升情况，就可认定其为稳定；最后，完成抽水工作以后，要对水位恢复情况进行测量。

3.1.3 地理条件与岩土水理性质

在岩土工程勘察中，工作人员应高度重视岩土水理情况，加强对气象环境、地理环境、地质条件、水文条件和岩土水理情况的研究，重点对水理性质进行分析。水理性质主要指土层在地下水作用下呈现出来的性质，主要包括岩土的给水性、透水性、崩解性、软化性和胀缩性等。在对岩层水理进行分析时，可通过采样检测进行分析，取得岩土水理性质相关数据后，根据工程地基的具体要求，合理改善地基设计方案，增强工程设计方案的可操作性，尽可能地减少地下水对工程地基的破坏程度。

地下水会对工程建筑造成很大影响，因此勘察工作务必要快速且准确。人们应深入了解地下水潜水层、含水层的具体分布，结合有关数据进一步调整工程建筑设计方案，同时制定行之有效的预防方案。实施岩土工程勘察时，应严格按照工程施工和地基环境要求，对区域水文情况进行勘察，同时结合勘察结果制定防治措施和方案。工程地基会对含水层的水压产生一定影响，所以在设计岩土工程时要对该因素进行周密考虑。在选择施工材料时，最好选择防腐性能强的混凝土，以增强工程底板的抗腐蚀性，延长底板使用寿命。在勘察工作中，应高度重视地下水岩层性质分析，并采取措施预防流沙、喷涌等情况。

3.2 岩土工程勘察对地下水作用的评价

一是对埋藏于地下水位之下的建筑物混凝土以及其内部钢筋的腐蚀性进行评价；二是地基压缩层存在饱和、松散的细砂土时，应对出现流沙、潜蚀管涌可能性进行预测；三是对以强风化岩、软质岩石、残积土、膨胀土等作为建筑基础持力层的场地，要对地下水可能对岩土体产生的崩解、软化、涨缩作用进行重点评价；四是基坑开挖到地下水位以下后，要开展富水性和渗透性试验，同时对因人工降水造成的边坡失稳、土体沉降造成的建筑物失稳进行评价。

4 岩土工程地下水的控制措施

4.1 基坑突涌的控制

首先要对发生的基坑突涌情况进行判断。勘察时，要对基坑内隔水层岩性、厚度、重量、含水层类型岩性进行勘察。结合基坑的深度，对突涌产生的可能性、突涌形式和危害进行预测。假如有产生突涌的可能性，则应制定防治措施，可通过两种方案防治突涌发生：一是在基坑周围开凿排水孔，以减弱承压水头压力，降低承压水位；二是减小基坑的开挖深度，使基底水层厚度保持在不致出现突涌的范围之内。

4.2 地下水腐蚀的控制

一是最大限度地减少工业废料污染，提高污水净化的工艺，加大对日常生活和工业废料的环保无公害利用。二是提高混凝土耐久性，在对混凝土腐蚀强的地段，使用矿渣水泥或抗硫酸盐水泥。在腐蚀特别严重的区域建造桩基础时，要对桩身进行防腐处理，例如对桩身采取高分子树脂、沥青等涂膜防护，并可采用排水换土、场地降水等防治方法。

4.3 其他方面

首先，在岩土工程施工中，地下水控制的效果不仅取决于控制方案，也取决于管理水平和施工质量。在具体施工中，必须重点考虑降水井的结构，洗井效果，抽水泵抽水能力与出水能力是否适应。在降水期间，应加强对设备的维护，切勿随意停抽。

其次，降水会引起地下水的变化，在降水时施工也会面临一些意外因素，施工区域附近的河流、湖泊等在丰水期、枯水期对地下水有不同的影响，也会给施工带来影响。如果周边区域流截河流施工，在地下室底板完全封底前河流水位发生变化，也会导致工程问题。大量降水会引起地下水上升，对边坡等造成影响。

最后，部分人为因素导致的基坑边地下水问题也应引起注意。例如，有些项目部因场地限制，在基坑边设置卫生间、厨房等，如果这些场所的废水排放不合理，就回冲刷周围的土体，导致导致工程建设受到影响。

5 结语

在岩土工程勘察中，水文地质勘察工作具有非常重要的意义。在今后的岩土工程勘察中，应强化对水文地质问题的研究分析，提高地下水对岩土工程影响的认识，科学评价地下水对建筑物和岩土体造成的影响和作用，制定有效的治理和预防措施，最大限度地减少和消除地下水对工程造成的不良影响。