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1、地下水对建筑工程的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#;不合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。亠、地下水位下降引起软土地基沉降在沿海软上层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，导致建筑物开裂和危及 安全使用。例如：上海康乐路十二层大楼，采用箱基，开挖深度为5.5m,采用钢板桩外加井点降水，抽水
2、6 天后，各沉降沉测点的沉降量如表 3-5 所示。降水与地面沉降表 3-5离降水井点距（m3 35 5102.5厂 20203131n n410地面沉降量（mr）104.5II 2 |i降水期间，距基坑 610m 处；日民房有裂缝。在上海地区井点降水的影响 范围一般为84m如果抽水井滤网和砂滤层的设计不合理或施工质量差，那么，抽水时会将软上层中的粘粒、粉粒、甚至细砂等细小土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，井外含水层中的地下水不断 流向滤管，经过一段时间后，在井周围形成漏斗状
3、的弯曲水面一一降水漏斗#。在这一降水漏斗范围内的软上层会发生渗透固结而造成地基土沉降。而且，由于上层的不均匀性和边界条件的复杂性， 降水漏斗往往是不对称的，因而使周围建 筑物或地下管线产生不均匀沉降，甚至开裂。1、动水压力产主流砂和潜蚀设想在地下水渗流的任意一个土体微段两端装上测压管，如图3-1 所示。因为我们只考虑计算相应的平均值， 所以假设测压管都位于断面的中点。 该 土体微段的长度为 I，截面积为 S,其体积 V=Al -ASo当地下水从左端向 右端渗流时，左面的水头高度为 H1,右面的水头高度为 H2,其两点间的水头差AH 为：AH = H1 一 H2 (3-5)图M勒小J k hw试
4、脸陳理示査图土体微段左截上作用的水压力 F2= 丫 WHAS,右截面上作用的水压力 F2=YWH2 S,如果忽略渗流过程中水的惯性力，则沿渗流方向作用于土体微段上水压 力的合力AF下为：A F=F1 一 F2=Y W( H1 一 Z1) ( H2 一 Z2)AS = 丫 W（H1 一 H2） + （Z2 一 Z1）AS（3-6）当地下水静止不动时，AH=0,此时，沿渗流方向作用于土体微段上水压力 的合力AF0为：AF0= 丫W(Z1-Z2)AS(3-7)实际上 F0 就是作用于与土体微段同体积的水上的重力在渗流方向上的分 力。所以，地下水在渗流时，作用于土体微段上动水压力的合力厶Fw 为： F
5、W 衣 F- F0= 丫 W（ H1 H2）AS （3-8 ）我们把地下水在渗流时作用于单位体积土骨架力 fd，即:总舸黑舞(已一:- ： ./J3- ；（土颗粒）上的力称为动水压-工 J；:桑=硕=亚亟=人 di = N 7TZ&.J赢“陥亠a1vs J富- -A3-9)-J r式中：-地下水渗流水力坡度。设土颗粒密度为ps ,纯水在 4C时的密度为pw , 土的孔隙比为 e,则土 的有效重度丫 为：(3-10)式中土颗粒的比重当地下水自下而上流动时产生的动水压力等于土体的 有效重度 时，即:/d =严(3-11)土颗粒之间的有效应力等于零，土粒就处于悬浮状态，这种现象称为 流砂 出现流砂时
6、的水力坡度称为 临界水力坡度，用几表示，由（3-9）式及（3-11） 式可得：d1a * (3-12)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主要有 :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， 常常会出现一堆粉细砂缓缓冒起， 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
7、生上述现象而仍然继续往下开挖， 流砂的冒出速度会迅速增加， 有时会象开水初沸时的翻泡， 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，以致沉井发生倾斜，甚至发生重 大事故。根据对上海软土地层的研究，得出易产生流砂的 土层条件 为：1. 粘粒含量小于 10%15%，粉粒含量大于 65%75%;2. 颗粒级配不均匀系数 uv5;3. 土的孔隙比 e0.85 ;4. 土的含水量大于 30%;5. 地层中粉细砂或粉土层厚度大于 25cm。如果地下水渗流产生的动水压力小于土颗粒的有效重度丫 ，即渗流水力
8、坡 度小于临界水力坡度。 那么，虽然不会发生流砂现象， 但是土中细小颗粒仍有可 能穿过粗颗粒之间的孔隙被渗流携带而走。 时间长了，在上层中将形成管状空洞， 使土体结构破坏，强度降低，压缩性增加，我们将这种现象称为 机械潜蚀 。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 ，即产生浮托力。 如果基础位于粉性土、 砂性土、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；如果基础位于粘性土地基上；其浮托力 较难确切地确定，应结合地区的实际经验考虑。地下水不仅对建筑物基
9、础产生浮托力，同样对其水位以下的岩石、土体产生 浮托力。所以建筑地基基础设计规范（GBJ7-89）第 5.1.3 条规定：确定地 基承载力设计值时，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，地下水位以下一律取 有效重度。四、承压水对基坑的作用当深基坑下部有承压含水层时，必须分析承压水头是否会冲毁基坑底部的粘 性上层，通常用压力平衡概念进行验算，即：丫 M =丫 wH （3-13）式中丫、丫 w 分别为粘性土的重度和地下水的重度;H相对于含水层顶板的承压水头值；M基坑开挖后粘土层的厚度。所以，基坑底部粘上层的厚度必须满足（3-14）式，见图 3-2MMH（3-14）7 7
10、1 1 F iff iffF 尸如果?：，则必须用深井抽汲承压含水层中的地下水， 使其承压水 头下降至基坑底面以下（如图 3-3），而且，相对于含水层顶板的承压水头 Hw 必须满足：Hw 1500SO42 在水中含量（mg/L）U类环境川类环境V500500150015003000V15001500300030006000强腐蚀性30006000分解类腐蚀评价标准表 3-8pH 值侵蚀性 CO2( mg/L)腐蚀等级无腐蚀性弱腐蚀性中腐蚀性强腐蚀性AB 5.05.04.04.03.5AHCO3-(mmol/L)A6.56.55.05.04.0V1515303060-厂BV301.01.00.5
11、306060100 100V0.5-V4.0V3.5备注A 直 接 临 水 、 或 强 透 水 土 层 中 的 地 下 水 、 或 湿 润 的 强 透 水 土 层 。B弱透水土层的地下水或湿润的弱透水土层结晶分解复合类腐蚀评价标准表 3-9川环境腐蚀等级Mg2+NH4O-+SO42-+NO3-Mg2+NH4卜 CI-+SO42-Mg2+NH4+CI-+SO42-+N(+NO3-mg/L无腐蚀V1000V3000V2000V5000V3000V10000性弱腐蚀100020003000500020003000500080003000400010000200C性20000中腐蚀性200030005000800030004000800010000400050003000强腐蚀 3000 400010000 5000300008000性I环境U环境
