地下水

地下水最常見的問題主要是對巖體的軟化、侵蝕和靜水壓力、動水壓力作用及其滲透破壞等。

(一)地下水對土體和巖體的軟化

地下水使土體尤其是非黏性土軟化，降低強度、剛度和承載能力。有侵蝕性的地下水使巖石發(fā)生化學(xué)變化，也可能導(dǎo)致巖石的強度降低。尤其是地下水使結(jié)構(gòu)面的黏結(jié)力C降低和摩擦

減小，使結(jié)構(gòu)面的抗剪強度降低，造成巖體的承載力和穩(wěn)定性下降。

(二)地下水位下降引起軟土地基沉降

一般在沿海軟土層中進(jìn)行基礎(chǔ)施工時，需要人工降低地下水位。若降水措施不當(dāng)，輕者造成鄰近建筑物或地下管線的不均勻沉降，重者使建筑物基礎(chǔ)下的土體顆粒流失，甚至掏空，導(dǎo)致建筑物開裂，進(jìn)而危及安全使用。

此外，還應(yīng)注意抽水環(huán)節(jié)。如果抽水井濾網(wǎng)和砂濾層的設(shè)計不合理或施工質(zhì)量差，那么抽水時會將軟土層中的黏粒、粉粒、細(xì)砂等細(xì)小土顆粒隨同地下水一起帶出地面，使周圍地面土層很快產(chǎn)生不均勻沉降，造成地面建筑物和地下管線不同程度的損壞。其次，井管埋設(shè)完成開始抽水時，井內(nèi)水位下降，井外含水層中的地下水不斷地流向濾管，經(jīng)過一段時間后，在井周圍形成漏斗狀的彎曲水面一降水漏斗。在這一降水漏斗范圍內(nèi)的軟土層會發(fā)生滲透固結(jié)而造成地基土沉降。而且，由于土層的不均勻性和邊界條件的復(fù)雜性，降水漏斗往往是不對稱的，因而使周圍建筑物或地下管線產(chǎn)生不均勻沉降，甚至開裂。

(三)動水壓力產(chǎn)生流沙和潛蝕

流沙是一種不良的工程地質(zhì)現(xiàn)象。在建筑物深基礎(chǔ)工程和地下建筑工程的施工中所遇到的流沙現(xiàn)象，按其嚴(yán)重程度可分下列三種：輕微流沙，當(dāng)基坑圍護(hù)樁排的間隙處隔水措施不當(dāng)或施工質(zhì)量欠缺時，或當(dāng)?shù)叵逻B續(xù)墻接頭的施工質(zhì)量不佳時，有些細(xì)小的土顆粒會隨著地下水滲漏一起穿過縫隙而流入基坑，增加坑底的泥濘程度;中等流沙，在基坑底部，尤其是靠近圍護(hù)樁墻的地方，常會出現(xiàn)一堆粉細(xì)砂緩緩冒起，仔細(xì)觀察，可以看到粉細(xì)砂堆中形成許多小小的排水溝，冒出的水夾帶著細(xì)小土粒在慢慢地流動;嚴(yán)重流沙，基坑開挖時如發(fā)生上述現(xiàn)象而仍然繼續(xù)往下開挖，流沙的冒出速度會迅速增加，有時會像開水初沸時的翻泡，此時基坑底部稱為流動狀態(tài)，給施工帶來極大困難，甚至影響鄰近建筑物的安全。如果在沉井施工中，產(chǎn)生嚴(yán)重流沙，那么沉井就突然下沉，無法用人力控制，以致沉井發(fā)生傾斜，甚至發(fā)生重大事故。

如果地下水滲流產(chǎn)生的動水壓力小于土顆粒的有效重度，即滲流水力坡度小于臨界水力坡度。那么，雖然不會發(fā)生流沙現(xiàn)象，但是土中細(xì)小顆粒仍有可能穿過粗顆粒之間的孔隙被滲流攜帶而走。時間長了，在土層中將形成管狀空洞，使土體結(jié)構(gòu)破壞，強度降低，壓縮性增加，這種現(xiàn)象稱之為機械潛蝕。

(四)地下水的浮托作用

當(dāng)建筑物基礎(chǔ)底面位于地下水位以下時，地下水對基礎(chǔ)底面產(chǎn)生靜水壓力，即產(chǎn)生浮托力。如果基礎(chǔ)位于粉土、砂土、碎石土和節(jié)理裂隙發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位100%計算浮托力;如果基礎(chǔ)位于節(jié)理裂隙不發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位50%計算浮托力;如果基礎(chǔ)位于黏性土地基上，其浮托力較難確切地確定，應(yīng)結(jié)合地區(qū)的實際經(jīng)驗考慮。

習(xí)題：基礎(chǔ)設(shè)計時，必須以地下水位100%計算浮托力的地層有( )。

A.節(jié)理不發(fā)育的巖石

B.節(jié)理發(fā)育的巖石

C.碎石土

D.粉土

E.粘土

答案：BCD

(五)承壓水對基坑的作用

當(dāng)深基坑下部有承壓含水層時，必須分析承壓水頭是否會沖毀基坑底部的黏性土層，通常用壓力平衡概念即式(1.3.1)進(jìn)行驗算：

γM=γWH (1.3.1)

式中：γ、γW——分別為黏性土的重度和地下水的重度;

H——相對于含水層頂板的承壓水頭值;

M—基坑開挖后黏性土層的厚度。

所以，基坑底部黏性土層的厚度必須滿足式(1.3.2)的要求：

M>γWH/γ·K (1.3.2)

式中：K-安全系數(shù)，一般取1.5-2.0,主要視基坑底部黏性土層的裂隙發(fā)育程度及坑底面積大小而定。

當(dāng)M<γWH/γ·K，則必須用深井抽汲承壓含水層中的地下水，使其承壓水頭下降。

(六)地下水對鋼筋混凝土的腐蝕

地下水對混凝土建筑物的腐蝕是一項復(fù)雜的物理化學(xué)過程，在一定的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件下，對建筑材料的耐久性影響很大。硅酸鹽水泥遇水硬化，形成Ca(OH)2、水化硅酸鈣Ca0Si02·12H20、水化鋁酸鈣CaOAl2O3·6H20等，這些物質(zhì)往往會受到地下水的腐蝕。