浅谈地下水对工程施工的影响

 引言
地下水作为地球上的重要水体，与人们的生产生活密切相关。在建筑工程施工过程中，常常遇到与地下水相关的阻碍施工问题，这就要求我们必须对地下水的物理化学性质、主要特点有清楚的认识。明确地下水对工程造成的各种不利影响，提高人们对这些影响的认识和重视程度。
1 地下水性质及建筑工程中的主要特点
1.1 地下水物理性质 地下水的物理性质主要包括温度、颜色、透明度、气味、味道、导电性和放射性等。
1.1.1 温度 地下水的温度受其赋存与循环所处的地温控制，按其温度不同可分为过冷水、冷水、温水、热水、过热水。
在测定地下水的温度时，可以根据以下公式进行计算：
T=t+（H-h）r
式中：H为地下水的埋藏深度（m）；r为地温梯度（℃/100m）；T为深度为H处地下水温度（℃）；t为年平均温度（℃）；h为年常温带深度（m）。
1.1.2 颜色 地下水的颜色由它的成分如亚铁、硫化氢的含量和悬浮于其中的杂质所决定，一般为无色。野外工作中，地下水颜色的测定方法是在玻璃管中用试样和蒸馏水进行对比。在室内时，地下水颜色的测定方法是用标准色液进行比较。
1.1.3 透明度 地下水的透明度取决于水中固体矿物质、有机质和胶体悬浮物的含量，可分为透明的、微浊的、浑浊的、极浊的。
1.1.4 气味 地下水的气味取决于水中所含的气体成分和有机质的含量。在一般温度下气味不易辨别，而在40度左右时气味最显著，在测定地下水气味时常采用先降水微热，使其气味明显。地下水一般为无味的。
1.1.5 味道 地下水的味道取决于它的化学成分。如纯水是淡而无味的，含氯化钠的水具有咸味。测定地下水的味道时常将水温加热至20-30度，此时味道最为明显。
1.1.6 导电性 地下水的导电性取决于各种离子的含量和离子价，离子含量越高，离子价越高，水的导电性越强。
1.1.7 放射性 地下水的放射性取决于其中所含放射性元素的数量。地下水在不同程度上或多或少地都具有放射性，但一般地下水的放射性极弱，埋藏和运动于放射性矿床以及酸性火山岩分布区的地下水，其放射性显著增强。
1.2 地下水化学性质 地下水的化学性质主要体现在矿化度、酸碱度、硬度三方面[1]。
1.2.1 地下水的矿化度 水中所含离子、分子及化合物的总量称为水的总矿化度，通常以1升水中含有各种盐分的总克数来表示（克/升）。依据矿化度由低到高把水分为五类：淡水、微咸水、咸水、盐水、卤水。其中高矿化度的水能降低水泥混凝土的强度，并且容易腐蚀钢筋。
1.2.2 地下水的酸碱度 地下水的酸碱度又称pH值、地下水氢离子浓度，是衡量地下水酸碱性的指标。pH=7的水为中性水，pH>7时为碱性水，pH<7时则为酸性水。地下水的pH值变化较大，硫化矿床氧化带的地下水pH值可达2左右，而某些碱性热水pH值则为10左右，但一般地下水的pH值多在6～8之间。
1.2.3 地下水的硬度 地下水的硬度最初是指水中钙、镁离子沉淀肥皂水化液的能力。水的总硬度指水中钙、镁离子的总浓度，其中包括碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。
①碳酸盐硬度：主要是由钙、镁的碳酸氢盐[Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2]所形成的硬度，还有少量的碳酸盐硬度。碳酸氢盐硬度经加热之后分解成沉淀物从水中除去，故亦称为暂时硬度。②非碳酸盐硬度：主要是由钙镁的硫酸盐、氯化物和硝酸盐等盐类所形成的硬度。这类硬度不能用加热分解的方法除去，故也称为永久硬度，如CaSO4、MgSO4、CaCL2、MgCL2、Ca（NO3）2、Mg（NO3）2等。
碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度之和称为总硬度；水中Ca2+的含量称为钙硬度；水中Mg2+的含量称为镁硬度；当水的总硬度小于总碱度时，它们之差，称为负硬度。
1.3 地下水在建筑工程中的主要特点
1.3.1 周期性、多变性、长期性 地下水是不停的运动和变化的，在自然和人为因素影响下有季节性和多年周期性变化，同时受影响因素的复杂多变出现异常的变化。地下水存在有其客观性，伴随建筑工程的始终，这也决定了地下水作用的长期性。
1.3.2 直接作用和间接作用 直接作用是地下水作为改变建筑地基土力学强度的主要因素参与作用，如地下水的过度开采，使饱水岩层浮托力下降，引起地层压密，导致地基沉降而波及建筑物破坏。间接作用是地下水作为改变地基土力学强度的因素之一参与作用，如地下水腐蚀性的体现。
1.3.3 瞬时作用和缓慢作用 瞬时作用是突然发生的破坏作用，如暴雨造成的山体滑坡泥石流等破坏。缓慢作用是指有较长破坏显示过程，但一旦极限平衡破坏也可表现为突发性的破坏作用。
1.3.4 地下水类型的复杂性 在建筑工程中，地下水的研究仍以饱水带含水系统和重力水为主。考虑地下水的复杂性，兼顾非饱水带、重力水、弱透水层和隔水层的研究，另外土体微结构中地下水作用特性也是重要的研究内容[2]。
2 地下水对工程施工的影响
2.1 地下水位变化对工程的影响
2.1.1 地下水位自然升降 地下水位上升，导致地基压缩层范围内土体的土质软化、压缩性增大、强度降低、承载力减小、地基沉降增大。地下水位下降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；重者使建筑物基础下的土体颗粒流失，甚至掏空，导致建筑物开裂并危及安全使用。
2.1.2 地下水过度开发 地下水的过度开采，会造成地下水位的急剧下降，在建筑工程中产生的后果是非常严重的。经常造成地面大面积沉陷，致使周边建筑物开裂，地基失稳，给人们的生产生活带来极大的安全隐患和经济损失。
2.2 地下水渗流破坏
2.2.1 流砂现象 由于动力水的方向与水流方向一致，因此当水的渗流自上而下时，动力水方向与土体重力方向一致，这样将增加土颗粒间的压力。若水的渗流方向自下而上时，动力水方向与土体重力方向相反，这样将减少土颗粒间压力。这时土颗粒间的压力等于零，土颗粒将处于悬浮状态而失去稳定，这种现象成为流砂现象。
2.2.2 管涌现象 地下水在砂性土中渗流时，土中的一些细小颗粒在动力水作用下，可能通过粗颗粒的空隙被水带走，这种现象称为管涌。管涌可以发生在局部范围，也可能逐步扩大，最后导致土体失稳破坏[3]。
2.2.3 渗透固结作用 渗透固结作用是指由于振动或者外荷载的作用，土体内产生超孔隙水压力，在水头差的作用下，土体内部发生渗流，导致土中水排出，超孔隙水压力消散，土体孔隙比降低，体积减小，发生固结沉降。
2.3 地下水对建筑的侵蚀性 由地下水的化学性质可以把地下水看作电化学溶液。它的某些化学成分的含量决定了它对工程施工的腐蚀性影响是客观存在的。地下水对工程施工的腐蚀类型有：结晶类腐蚀、分解类腐蚀、结晶分解复合腐蚀[4]。腐蚀影响有：导致某些憎水工艺难以进行，如电焊作业，防水作业等；某些工程材料结构实体隐蔽前可能因同时暴露于大气和地下水条件下发生腐蚀、氧
化等。
2.4 地下水的基坑突涌现象 当基坑下有承压水存在，开挖基坑减小了含水层上覆不透水层的厚度，在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，造成基坑突涌现象。基坑突涌将会破坏地基强度，并给施工带来很大困难。
2.5 地下水冻胀作用 由于低温的影响，使土中水分冻结形成冻土。某些细粒土层在冻结时往往会发生体积膨胀，使地面隆起成丘，产生冻胀现象。一方面是由于水分冻结成冰时体积增大9%，另一方面由于土层冻结时，周围未冻结区中的水分向表层冻结区集聚，使冻结区土层中水分增加，冻结后的冰晶体不断增大，土体积也随之发生膨胀隆起。冻胀现象会使上部建筑物抬起，引起建筑物开裂、倾斜、甚至倒塌。气温回暖，土中水融化使土中含水率大大增加，加之细粒土排水能力差，土层处于饱和状态，土层软化，强度大大降低。会使建筑物发生下沉或不均匀沉降，同样引起建筑物开裂破坏。
3 结语
工程施工中，要求充分的认识和理解地下水对建筑的各种影响及危害，并学会把问题与其性质特点相联系。从本质出发，以更好的发现、研究问题并找到解决方案，达到安全设计、安全施工和安全使用的要求。