地下水對工程建設的影響解析

  引言

 

  地下水水位、靜壓及動(dòng)壓、地下水中所含離子及化合物是影響建筑工程的主要因素。在工程建設中，要盡可能降低其對工程的傷害。

 

  1、地下水位與沉降作用

 

  在進(jìn)行基礎建設的過(guò)程中，特別是在沿海地區。深基礎建設會(huì )碰到地下水位過(guò)高的問(wèn)題，這時(shí)就要人工降低地下水位。

 

  如果降水所采取的措施不正確，隨著(zhù)時(shí)間的延續，外荷不變空隙水不斷外排，導致發(fā)生地基固結沉降。  抽水井的設計不合理在井內水位下降的同時(shí)，周?chē)牡叵滤畷?huì )向抽水井中流。形成漏斗。由于水的流動(dòng)沒(méi)有規律性，這樣形成的漏斗狀結構往往是不對稱(chēng)分布的。因而 承壓能力也是不均勻的。這樣就造成了地基的沉降。

 

  固結沉降會(huì )引發(fā)地表建筑的不均勻下沉，影響到建筑物的結構改變，比如，主承重墻斷裂、傾斜、倒塌，框架結構的會(huì )出現框架的斷裂、塌落等。

 

  由于人工降低地下水位時(shí)的不合理施工引發(fā)的地基沉降帶來(lái)的影響是巨大的。因此在施工過(guò)程中，要充分考慮底層結構，施工設備等多方面因素，力求避免或降低其對工程的影響。

 

  2、動(dòng)水壓力與流砂和機械潛蝕

 

  動(dòng)水壓力是指地下水進(jìn)行滲流時(shí)，作用在單位體積土顆粒上的力。地下水流動(dòng)時(shí)的動(dòng)水壓等于土體的重度時(shí)，由于達到平衡，土顆粒之間的力就不復存在。土顆粒處于不受力的漂浮狀態(tài)。這是流砂形成的臨界狀態(tài)，固此時(shí)的水力坡度稱(chēng)為臨界水力坡度。

 

  流沙根據其嚴重程度可分為輕微，中等，重度流沙三類(lèi)。流沙對建筑工程的危害是從地基處開(kāi)始。在基礎施工中，如果沒(méi)有解決好這一問(wèn)題，基礎就會(huì )和砂層一起發(fā)生流動(dòng)。這樣，基礎的持力層就會(huì )發(fā)生變化。上層建筑就會(huì )發(fā)生滑移，這對建筑的危害是很大的。

 

  如果滲流水力坡度小于臨界水力坡度，土中的細小顆粒也會(huì )被地下滲流帶走形成孔洞。

 

  使土體結構破環(huán)，強度降低，壓縮性增加。這就是機械侵蝕。

 

  根據流砂的形成原因，目前，防治流砂的途徑有：一是減小或平衡動(dòng)水壓力；二是設法使動(dòng)水壓力向下；三是截斷地下水流。

 

  3、地下水的浮托作用

 

  當建筑物基礎位于地下水位以下時(shí)，地下水對基礎底面產(chǎn)生靜水壓，地下水就會(huì )對其產(chǎn)生浮托力。若基礎位于粉性土、砂性土、碎石土和節理裂隙不發(fā)育的巖石地基上，就按地下水位100%計算浮托力；若基礎位于節理裂隙不發(fā)育的巖石地基上，就按地下水位的50%計算浮托力；如果基礎位于粘性土地基上時(shí)，其浮托力需要根據實(shí)地考察具體計算。

 

  地下水在對建筑物基礎產(chǎn)生浮托力的同時(shí)，也會(huì )對水位以下的巖石和土體產(chǎn)生浮托力。所以確定地基承載力設計值時(shí)，地下水位應取有效重度。

 

  4、地下水與鋼筋混凝土的腐蝕腐蝕的類(lèi)型

 

  （1）結晶類(lèi)腐蝕

 

  結晶類(lèi)腐蝕主要是因為地下水中的-24so離子含量過(guò)多。- 24so離子會(huì )和Ca2)(OH發(fā) 生反應生成一種新的物質(zhì)，化學(xué)式為CaSO4·2H2O，叫做二水石膏結晶體。這種物質(zhì)可以和水化鋁酸鈣發(fā)生化學(xué)反應，生成水化硫鋁酸鈣，習慣上叫做水泥桿菌。因為水泥桿菌中參雜了大量的結晶水，體積比之前大許多，約為原來(lái)的221.86%。產(chǎn)生很大內應力，使結構破壞。由此可見(jiàn)，當水泥中的水化鋁酸鈣含量少時(shí)，抗結晶腐蝕的能力就越強。

 

  （2）分解類(lèi)腐蝕

 

  地下水中的二氧化碳和碳酸氫根離子是造成分解力腐蝕的原因。具體來(lái)說(shuō)，二氧化碳會(huì )和鋼筋混凝土中的氫氧化鈣發(fā)生反應生成難容的碳酸鈣沉淀。一般來(lái)說(shuō)，因為碳酸氫鈣不溶于水，固會(huì )形成一層保護膜附在鋼筋混凝土表面進(jìn)而防止其繼續腐蝕。但事實(shí)上超量的二氧化碳會(huì )和碳酸氫鈣發(fā)生反應生成重碳酸鈣，這種物質(zhì)是溶于水的。

 

  此為一個(gè)平衡反應，當二氧化碳過(guò)量時(shí)，反應正向進(jìn)行生成碳酸氫根離子。當兩種物質(zhì)達到平衡時(shí)，反應也達到一種平衡態(tài)。由此可見(jiàn)，當地下水中的二氧化碳含量高時(shí)，鋼筋混凝土的腐蝕會(huì )加??；而當地下水中的碳酸氫根離子的含量增多時(shí)，這種腐蝕作用就會(huì )越弱。這就是地下水對鋼筋混凝土的分解類(lèi)腐蝕。

 

  此外，地下水的酸度也會(huì )加快氫氧 化鈣的分解。而氯離子含量多時(shí)，混凝土結構中的氯離子能夠使得陰、陽(yáng)極之間的歐姆電阻不斷減小,而離子通路得到強化,加快了腐蝕電流的作用。這是鋼筋點(diǎn)化腐蝕加快的重要因素,而氯離子對混凝土中鋼筋銹蝕的速度要更快。

 

  （3）結晶分解復合類(lèi)腐蝕  所謂結晶分解復合類(lèi)腐蝕是指地下水中的各種離子與氫氧化鈣發(fā)生反應，

 

  生成一些易溶于水的物質(zhì)隨水流失，或是生成的新物質(zhì)體積有明顯得變化，如膨脹而引起混凝土材料的變形與開(kāi)裂。如氨根離子，硝酸根離子，氯離子，鎂離子等。當這些離子過(guò)量時(shí)會(huì )與氫氧化鈣發(fā)生反應，生成如氯化鈣等易溶物質(zhì)及水泥桿菌及二水石膏等引起大變形的新物質(zhì)。

 

  5、結論

 

  （1）地下水對工程建設的影響在靜水壓力方面體現在地下水對基礎工程的浮托作用；

 

  （2）地下水對工程建設的影響在凍水壓力方面體現在流砂和潛蝕現象的形成；

 

  （3）地下水水位的下降會(huì )使基礎工程發(fā)生沉降作用；

 

  （4）地下水中所含的多種化學(xué)物質(zhì)會(huì )對鋼筋混凝土產(chǎn)生很劇烈的腐蝕作用。