简述地下水对建筑工程的作用和影响

王晓明　韩智力　张华军

[摘要]本文介绍了地下水的概念、分类，简述了地下水对建筑工程的作用和影响。

[关键词]地下水；建筑工程；作用和影响

一、地下水的概念

地下水是地壳中一个极其重要的天然资源，也是岩土三相组成部分中的一个重要部分，岩石、土层的空隙即是地下水的储存场所，又是地下水的渗透通道，空隙的多少、大小极其分布规律，决定着地下水分布与渗透的特点。

我们把存于地壳表面以下岩土空隙（如岩石裂隙、溶穴、土孔隙等）中的水称为地下水。地下水有气态、液体和固态三种形式。根据岩土中水的物理力学性质可将地下水分为：气态水、结合水、毛细水、重力水、固态水以及结晶水和结构水。其中重力水是一种很活跃的流动介质，它对岩土的工程力学性质影响很大。

当岩石、土层的空隙完全被水饱和时，黏土颗粒之间除结合水以外的水都是重力水，它不受静电引力的影响，而在重力作用下运动，可传递静水压力。重力水能产生浮托力，对岩土产生化学潜蚀，导致土的成分及结构的破坏。

岩层、土层中含有各种状态的地下水。我们把能够给出并透过相当数量重力水的岩层或土层，称为含水层。构成含水层的条件，一是岩土中要有空隙存在，并充满足够数量的重力水，二是这些重力水能够在岩土空隙中自由运动。隔水层是指那些不能给出并透过水的岩层、土层，或者这些岩土层给出与透过水的数量是微不足道的。

二、地下水的分类

岩石中的空隙是地下水储存场所和运动通道。空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布规律，对地下水的分布和运动具有重要影响。岩石中空隙可分为三类：松散岩层中的空隙，坚硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的溶穴。赋存于不同岩层中的地下水，由于其介质特征不同，具有不同的分布和运动特点。因此按岩层的空隙类型区分为三种类型的地下水：孔隙水、裂隙水和岩溶水。

地表以下一定深度上，岩石中的空隙被重力水所充满，形成地下水面。地下水面以上部分称为包气带；地下水面以下部分称为饱水带。包气带自上而下可分为土壤水带、中间带和毛细水带。饱水带岩石空隙全为液态水所充满。饱水带中的水体是连续分布的能够传递静水压力，水头差的作用下，这是因为它们的定义具有相对性，含水层、隔水层与若透水层的定义取决于运用它们时的具体条件义。

根据埋藏条件与含水介质类型的不同，可对地下水进行分类。地下水埋藏条件是指含水层在地质剖面中所处的部位及受隔水层（弱透水层）限制的情况。据此可将地下水划分为包气带水、潜水及承压水。按含水介质（空隙）类型，可将地下水分为空隙水、裂隙水和岩溶水。（见表一）

潜水：是饱水带中的第一个具有自由表面的含水层中的地下水。潜水没有隔水顶板或只有局部隔水顶板。潜水面为自由面，不承受大气压以外的任何附加压强。从潜水面到地面的距离为潜水埋藏深度。潜水面到隔水底板的距离为潜水含水层的厚度。

承压水：是指充满于两个稳定的隔水层（弱水层）之间的含水层中的地下水。含水层上部的隔水层（弱水层）称为隔水顶板，下部的隔水层（弱透水层）称为承压隔水底板。隔水顶板与隔水底板之间的距离为承压含水层的厚度。

上层滞水：当包气带存在局部隔水层（弱透水层）时，局部隔水层（弱透水层）上会积聚具有自由水面的重力水，便是上层滞水。上层滞水分布最接近地表，接受大气降水的补给，通过蒸发或向隔水底板（弱透水层底板）的边线排泄。雨季获得补充，积存一定水量。旱季水量逐渐耗失。

三、地下水对建筑物工程的作用和影响

地下水对建筑工程的不良影响主要有：降低地下水会使软土地基产生固结沉降，不含理的地下水流动会诱发某些土层出现流砂现象和机械潜蚀，地下水对位于水位以下的岩石、土层和建筑物基础产生浮托作用，某些地下水对钢筋混凝土基础产生腐蚀。

（一）地下水位下降引起软土地基沉降

在沿海软土中进行深基础施工时，往往需要人工降低地下水位。若降水不当，会使周围地基土层产生固结沉降，轻者造成邻近建筑物或地下管线的不均匀沉降：重者是建筑物基础下的土体颗粒流失，甚至掏空，导致建筑物开裂和危及安全使用。

如果抽水升虑网和砂滤层的设计不合理或施工质量差，那么抽水时会将软土层中的黏粒、粉粒，甚至细砂等细小颗粒随同地下水一起带出地面，使周围地面土层很快产生不均匀沉降，造成地面建筑物和地下管线不同程度的损坏。另一方面井管埋设完成开始抽水时，井内水位下降，井外含水层的地下水不断流向滤管，经过一段时间后，在井周围形成漏斗状的弯曲水面

降水漏斗。在这一降水漏斗范围内的软土层会发生渗透固结而造成地基沉降。而且，由于土层的不均匀性利边界条件的复杂性，降水漏斗往往是不对称的，因而是周围建筑物或地下管线产生不均匀沉降，甚至开裂。

（二）动水压力产生主流砂和潜蚀

流砂是一种不良的工程地质现象，在建筑物深基础工程和地下建筑工程的施工中所遇到的流砂现象有：

1、轻微流砂：当基坑围护桩排间隙处隔水措施不当或施工质量欠缺时，或当地下连续墙接头的施工质量不佳时，有些细小的土颗粒会随着地下水渗漏一起穿过缝隙而流入基坑，增加坑底的泥泞程度。

2、中等流砂：在基坑底部尤其是靠近围护桩墙的地方，常常会出现一推粉细砂缓缓冒起，仔细观察，可以看到粉细砂堆中形成许多小小的排水沟，冒出的水夹带着细小土粒在慢慢地流动。

3、严重流砂：基坑开挖时如发生上述现象而仍继续往下开挖，流砂的冒出速度会迅速增加，有时会像开水初沸时翻泡，此时基坑底部成为流动状态，给施工带来很大困难，甚至影响邻近建筑物的安全。如果在沉井施工中，产生严重流砂，那么沉井就突然下沉，无法用人力控制，以致沉井發生倾斜，甚至发生重大事故。

（三）地下水的浮托作用

当建筑物基础底面位于地下水位以下时，地下水对基础底面产生静水压力，即产生浮水托力。如果基础位于粉性土、砂性土、碎性土、碎石土和节理裂隙发育的岩石地基上，则按地下水位100%计算浮托力；如果基础位于节理裂隙不发育的岩石地基上，则按地下水位50%计算浮托力；如果基础位于节理裂隙发育的岩石地基上，其浮托力较难确切确定，应结合地区的实际经验考虑。

地下水不仅对建筑物基础产生浮力，同样对其水位以下的岩石、土体产生浮托力。所以在有关规范中规定：确定地基承载力设计时，无论是基础底面以下土的天然重度或是基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下一律有效重度。

（四）承压水对基坑的作用

当深基坑小部有承压含水层时，开挖基坑回减小含水层上覆隔水层的厚度，在隔水层厚度减小到一定程度时，承压水的水头压力能顶裂或冲毁基坑底板，造成突涌现象，基坑突涌将会破坏地基，给施工带困难。

（五）地下水对钢筋混凝土的腐蚀

地下水对混凝土建筑物的腐蚀是一项复杂的物理化学过程，在一定的工程地质与水文地质条件下，对建筑材料的耐久性影响很大。