地下水對(duì)建筑物地基的影響及防治措施

吳曉旭　安大勇

【摘 要】在建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，必須根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)資料，因地制宜，綜合考慮結(jié)構(gòu)類型、材料情況與施工條件的因素，精心設(shè)計(jì)。但在建筑工程的地基內(nèi)有地下水存在時(shí)，諸如地下水位變化、流沙、潛蝕、突涌和凍漲等不良地質(zhì)作用，對(duì)建筑工程的施工、建設(shè)后的正常使用和建筑物的穩(wěn)定性都有很大影響，必須給予高度重視。

【關(guān)鍵詞】地下水；建筑物地基；防治措施

存在于地表面土和巖石的孔隙、裂縫和溶洞中的水叫地下水。地下水的基本成因可分成：

1）滲透作用下形成的地下水：部分地下水是雨、雪、水大氣降水和江河、水庫(kù)或工業(yè)廢水等地表水經(jīng)巖石的孔隙、裂縫等滲入地下聚集而成。降水量越多、巖石透水性越強(qiáng)，地下水的補(bǔ)給來(lái)源就越豐富。當(dāng)?shù)乇硭乃桓哂诘叵滤粫r(shí)，經(jīng)巖石滲透的地下水就成為地下水的主要來(lái)源。

2）凝結(jié)作用形成的地下水：有些地下水是空氣中的水蒸氣進(jìn)入巖石的孔隙后凝結(jié)成水滴，水滴在重力作用下向下流動(dòng)，聚結(jié)而成。

按照地下水的埋藏條件可分為上層滯水、潛水合成壓水三類。上層滯水是指埋藏在地表淺處，且具有自由水面的地下水，它的分布范圍有限，其來(lái)源主要是由大氣降水補(bǔ)給，因此只能被作為季節(jié)性的或臨時(shí)的水源；潛水是指埋藏在地表以下底一個(gè)穩(wěn)定隔水層以上的具有自由水水面的地下水，潛水一般埋藏在第四季松軟沉積層及巖石的風(fēng)化層中，潛水直接受雨水滲透或河流深入土中而得到補(bǔ)給，同時(shí)也直接由于蒸發(fā)或流入河流而排泄。

在建筑物地區(qū)，地下水位的變化常與抽水、排水有關(guān)，因?yàn)榫植康某樗团潘?，能使地下水位發(fā)生變化。有時(shí)也可能因地質(zhì)、水文、氣候、人為地生產(chǎn)活動(dòng)等因素也能影響地下水位的變化，因此必須測(cè)定最高水位和最低水位，二者之差為水位變化幅度。

地下水位變化對(duì)建構(gòu)筑物可能引起各種不良后果：

1）當(dāng)?shù)叵滤坏纳当３衷诨A(chǔ)底面以上時(shí)，對(duì)地基及基礎(chǔ)的影響不大，水位下降，只是稍稍增加基礎(chǔ)的自重，這種情況會(huì)給施工帶來(lái)不便。

2）當(dāng)?shù)叵滤辉诨A(chǔ)底面下壓縮層范圍內(nèi)變化時(shí)，地下水在壓縮層范圍內(nèi)上升，則水會(huì)浸濕和軟化巖土，從而使地基土的強(qiáng)度降低，壓縮性增大，建筑物會(huì)產(chǎn)生較大的沉降，導(dǎo)致嚴(yán)重變形，引起上部結(jié)構(gòu)的破壞，特別是遇到結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的土，如濕陷性黃土、膨脹土等，這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。當(dāng)?shù)叵滤趬嚎s層范圍內(nèi)下降，則能增加巖土的自重壓力，引起基礎(chǔ)的附加沉降。如果地基土質(zhì)不均勻，或水位不是在整個(gè)建筑物下面均勻而緩慢的下降時(shí)，基礎(chǔ)就會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降，使建筑物變形或傾斜，甚至于破壞。這樣的地區(qū)可通過(guò)采用換土法（即將地基土換成摻有石灰的粘土）及灌漿法來(lái)改善其地基條件，或者采用樁基礎(chǔ)。

3）設(shè)有地下室或地下箱型建筑工程的地基內(nèi)，若有地下水位上升，將增加水浮力，對(duì)工程的防潮、防濕、穩(wěn)定性能均產(chǎn)生不利影響。這種情況可在混凝土達(dá)到初凝后，向箱體內(nèi)注水，以達(dá)到增大自重的目的，防止其浮起。

4）當(dāng)?shù)叵滤簧邥r(shí)，在河谷階地、岸坡或斜坡地帶，巖土被水浸泡軟化而降低抗剪強(qiáng)度，直接影響巖土層的穩(wěn)定，當(dāng)?shù)叵滤幌陆禃r(shí)，水沿斜坡巖土層滲入，能產(chǎn)生潛蝕或溶蝕作用，破壞巖土的結(jié)構(gòu)，從而形成巖土的不穩(wěn)定條件，這些條件繼續(xù)發(fā)展，河谷階地、岸坡或斜坡的巖土就會(huì)滑動(dòng)，形成滑坡現(xiàn)象。建構(gòu)筑物場(chǎng)地若選在上述滑坡地帶，建構(gòu)筑物會(huì)遭受破壞，這種事故在山區(qū)和河岸地區(qū)曾多次出現(xiàn)。通常我們要采取妥善措施，例如加設(shè)擋土墻及護(hù)坡，特別注意要有良好的排水措施。因此，在河谷階地、岸坡或斜坡地帶，應(yīng)事先了解地下水位變化的影響。最好避免選擇這種地方建筑房屋。

5）當(dāng)?shù)叵滤膭?dòng)水壓力大于土粒的浮容重或地下水的水力坡度大于臨界水力坡度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生流砂。流砂的工程地質(zhì)現(xiàn)象：流砂常是由于在地下水位以下開(kāi)挖基坑、埋設(shè)地下管道、打井等工程活動(dòng)而引起的，在細(xì)砂、粉砂和輕亞粘土等土中容易產(chǎn)生。在工程施工中，流砂能造成大量土體流動(dòng)，致使地表塌陷或建構(gòu)筑物的地基破壞，也能給基礎(chǔ)施工帶來(lái)很大困難，還會(huì)直接影響附近建筑物的穩(wěn)定。

針對(duì)流砂的危害性，可采取以下防制措施：

（1）在可能產(chǎn)生流砂的地區(qū)，應(yīng)盡量利用上面有一定厚度的土層作為持力層，盡可能避免開(kāi)挖。

（2）人工降低地下水位，使水位降至可能產(chǎn)生流砂的地層以下，然后開(kāi)挖。

（3）在土中打入板樁，既可加固坑壁，又增長(zhǎng)了地下水的滲流路程以減小水力坡度。

（4）在水力挖掘過(guò)程中，如局部地段出現(xiàn)流砂時(shí)，可立即拋入大塊石，也能克服流砂的活動(dòng)。

在地基層內(nèi)如具有地下水的潛蝕作用時(shí)，將會(huì)破壞地基土的強(qiáng)度，形成空洞，產(chǎn)生地表塌陷，影響建筑工程的穩(wěn)定。一般來(lái)說(shuō)，在我國(guó)黃土層及巖溶地區(qū)的土層中，常有潛蝕現(xiàn)象產(chǎn)生，所以修建建筑物時(shí)應(yīng)予注意。當(dāng)建筑物基坑下有承壓水存在，開(kāi)挖基坑減少了底部隔水層的厚度，在隔水層較薄時(shí)，承壓水的水頭壓力會(huì)沖破基坑薄層，形成突涌現(xiàn)象，突涌產(chǎn)生后，基坑沖毀，地基被破壞。

6）在嚴(yán)寒地區(qū)，當(dāng)建筑物地基內(nèi)埋藏有地下水時(shí)，水份常常因凍結(jié)作用遷移和重新分布，形成冰夾層或冰椎等。促使地基凍脹、融沉，建筑物則產(chǎn)生變形，輕者出現(xiàn)裂縫，重者危及使用，這種情況，在凍結(jié)地區(qū)必須慎重對(duì)待。

在有凍脹土的地區(qū)，宜采用下列防凍害措施：

（1）應(yīng)盡量選擇地勢(shì)高、地下水位低、地表排水良好和土凍脹性小的建筑場(chǎng)地。對(duì)低洼場(chǎng)地，宜在沿建筑物四周向外一倍凍深距離范圍內(nèi)，使室外地坪至少高出自然地面300—500mm。

（2）為了防止施工和使用期間的雨水、地表水、生產(chǎn)廢水和生活污水浸入地基，應(yīng)做好排水設(shè)施。在山區(qū)必須做好截水溝或在建筑物下設(shè)置暗溝，以排走地表水和潛水流，避免因基礎(chǔ)堵水而造成凍害。

（3）在凍深和土凍脹性均較大的地基上，宜采用獨(dú)立基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、自錨式基礎(chǔ)（凍層下有擴(kuò)大板或擴(kuò)底短樁）。當(dāng)采用條基時(shí)，宜設(shè)置非凍脹性墊層，其底面深度應(yīng)滿足基礎(chǔ)最小埋深的要求。

（4）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)凍深大于2米、基底以上為強(qiáng)凍脹土的采暖建筑及標(biāo)準(zhǔn)凍深大于1.5米、基底以上為凍脹土和強(qiáng)凍脹土的非采暖建筑，為防止凍切力對(duì)基礎(chǔ)側(cè)面的作用，可在基礎(chǔ)側(cè)面回填粗砂、中砂、爐渣等非凍脹性散粒材料或采取其他有效措施。

（5）在凍脹和強(qiáng)凍脹性地基上，宜設(shè)置鋼筋混凝土圈梁和基礎(chǔ)聯(lián)系梁，并控制建筑物的長(zhǎng)高比，增強(qiáng)房屋的整體剛度。

（6）當(dāng)基礎(chǔ)聯(lián)系梁下有凍脹性土?xí)r，應(yīng)在梁下回填以爐渣等松散材料，根據(jù)土的凍脹性大小可預(yù)留50—150mm空隙，以防止因土凍脹將基礎(chǔ)聯(lián)系梁拱裂。

（7）外門(mén)斗、室外臺(tái)階和散水坡等宜與主體結(jié)構(gòu)斷開(kāi)。散水坡分段不宜過(guò)長(zhǎng)，坡度不宜過(guò)小，其下宜填以非凍脹性材料。

（8）按采暖設(shè)計(jì)的建構(gòu)筑物，如凍前不能交付使用，或使用中因故冬季不能采暖時(shí)，應(yīng)對(duì)地基采取相應(yīng)的過(guò)冬保濕措施，對(duì)非采暖建筑的跨年度工程，入冬前基坑應(yīng)及時(shí)回填。

所以，我們?cè)谶M(jìn)行建構(gòu)物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，要認(rèn)真分析研究其地質(zhì)勘測(cè)材料，充分考慮由于地下水的存在可能引起的各種不良地質(zhì)作用，避免發(fā)生因地基變形破壞引起的質(zhì)量事故，基礎(chǔ)是建構(gòu)物的關(guān)鍵所在，我們必須要引起高度重視。

[責(zé)任編輯：楊玉潔]