工程建筑中地下水危害及防治

1、工程建筑中地下水危害及防治摘要：地下水是很重要的水資源，對(duì)人類的水源提供具有很重要的意義，然而在 工程建設(shè)中，由于地下水的特殊性和其化學(xué)成分，對(duì)鋼筋混泥土具有很大的侵蝕 性，對(duì)工程建筑有極大的作用和影響。本文有針對(duì)性地提出了勘測(cè)、設(shè)計(jì)，施工 等各階段防治地下水的相關(guān)措施，以便有效地防范由地下水引發(fā)的工程事故。關(guān)鍵詞：地下水；化學(xué)分析；侵蝕性；工程建筑；防治,地下水性質(zhì)及對(duì)工程建筑的危害1地下水的物理性質(zhì)由于地下水在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與各種巖土體相互作用，而巖土中的可溶性物質(zhì) (很多是礦物)隨水遷移、聚集，使地下水成為一種復(fù)雜的溶液，這種復(fù)雜的地下 水溶液通常具有溫度、顏色、透明度、氣味、味道和導(dǎo)電性等

2、等的物理性質(zhì)。2地下水的化學(xué)成分02、N2、H2S、CO2等，地下水中氣體分地下水中含量最多、分布最廣的離子有七種,K+、Ca2+、Mg2+。Fe2O3、AI2O3、H2SiO3 等。第一，地下水中常見(jiàn)的氣體有: 子能夠很好地反映地球化學(xué)環(huán)境。第二，地下水中含有的離子有: 即：CI-、SO2-4、HC03-、Na+、第三，地下水中的化合物有：3地下水的主要化學(xué)性質(zhì)由于地下水具有如上的物理性質(zhì)和化學(xué)成分，因此在地下水中通常具有如下 的化學(xué)性質(zhì)：第一，地下水的礦化度。水中所含離子、分子及化合物的總量稱為水的總礦化度， 低礦化度的水中常 以含有HCO3-為主，中等礦化度水常以含有SO2-4為主；高礦

3、化度的水常以含 有CI-為主。高礦化度的水能降低水泥混凝土的強(qiáng)度，腐蝕鋼筋等等。第二，地下水的酸堿度。地下水的酸堿度用水的PH值來(lái)表示，常溫常壓下當(dāng)PH值小于5時(shí)，水為 強(qiáng)酸性水；PH值在57之間為弱酸性水，PH值為7時(shí)，為中性的水；PH值 在79之間時(shí)為弱堿性水；PH值大于9時(shí)為強(qiáng)堿性水。第三，地下水的硬度。通常情況下水的硬度按水中的 Ca2+、Mg2+離子的含量的多少可以分為以 下三種情況：(1) 總硬度，它是指水在未被煮沸時(shí) Ca2+、Mg2+離子的總含量。(2) 暫時(shí)硬度，它是指水在被煮沸時(shí)水中的Ca2+、Mg2+離子因失去CO2生 成沉淀碳酸鹽而失去的Ca2+、Mg2+離子的數(shù)量。(

4、3) 永久硬度是指水經(jīng)過(guò)煮沸后，仍然留在水中的Ca2+、Mg2+離子的含量， 也就是總硬度與暫時(shí)硬度的差值?？偟恼f(shuō)來(lái)，地下水的礦化度、酸堿度和硬度對(duì)水泥混凝土的強(qiáng)度都有影響。4 地下水的侵蝕性具體地說(shuō)，即為侵蝕性的 CO2 和游離的 CO2 。CO2 是地下水中的氣體成分之一。 以氣體狀態(tài)存在于水中的 CO2 稱為游離 的 CO2 。當(dāng)水中游離的 CO2 的量增加時(shí)，水溶解碳酸鹽的能力就相應(yīng)的增強(qiáng)。當(dāng)水中含有一定數(shù)量的 HCO-3 時(shí)，必須有相當(dāng)?shù)挠坞x CO2 與之保持平衡， 這部分游離的 CO2 稱為平衡 CO2 。游離的 CO2 一部分與新生的 HCO-3 相平衡， 另一部分則消耗于對(duì)碳酸

5、鹽的溶解， 這后一部分的 CO2 就被稱之為侵蝕性 CO2 。 不是所有的游離 CO2 都能和碳酸鹽起作用， 能溶解碳酸鹽的只是其中的一部分。另外， SO2-4 與混凝土中的某些成分相互作用，生成含水硫酸鹽結(jié)晶，體 積膨脹，使混凝土結(jié)構(gòu)破壞， ，也稱為結(jié)晶式侵蝕。另外，鎂鹽和混凝土中的 Ca(OH)2 作用，形成 Mg(OH)2 和易溶于水的 CaCl2 ，而使混凝土結(jié)構(gòu)破壞。5 地下水對(duì)工程建筑的危害(1) 地下水位的變化，對(duì)工程建筑的危害影響極大，如地下水位上升，可引 起淺基礎(chǔ)地基承載力的降低， 在有地震砂土液化的地區(qū)會(huì)引起液化的加劇， 巖土 體產(chǎn)生變形、滑移、崩塌失穩(wěn)等不良的地質(zhì)作用。再

6、有，在寒冷地區(qū)產(chǎn)生地下水 的凍脹影響。 其實(shí)就建筑物本身而言， 若是地下水位在基礎(chǔ)底面以下壓縮層內(nèi)發(fā) 生上升變化，水浸濕和軟化巖土，因而使地基土的強(qiáng)度降低，壓縮性增大，建筑 物則會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的沉降，導(dǎo)致地基嚴(yán)重變形。尤其是對(duì)于結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的土 (例如濕陷性黃土，膨脹土等 )這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重，對(duì)設(shè)有地下室 的建筑的防潮和防濕也均為很不利。(2) 地下水侵蝕性的影響主要體現(xiàn)在水對(duì)混凝土、可溶性石材、管道以及金 屬材料的侵蝕和危害。 突出表現(xiàn)在地下水的侵蝕性和地下水中的化學(xué)性質(zhì)的積極 作用，在工程上帶來(lái)很大的危害， 侵蝕性在或快或慢的進(jìn)行， 改變了各種建筑材 料的使用預(yù)期。(3) 在飽和的砂性土層中施工

7、，由于地下水的水力狀態(tài)的改變，使土顆粒之 間的有效應(yīng)力等于零，土顆粒懸浮于水中，隨著水一起流出的現(xiàn)象被稱為流砂。 這種不良地質(zhì)作用的影響主要表現(xiàn)為在工程施工過(guò)程中會(huì)造成大量的土體流動(dòng)， 致使地表塌陷或建筑物的地基破壞， 會(huì)給工程帶來(lái)極大的困難， 或者直接影響建 筑工程及附近建筑物的穩(wěn)定。(4) 如果地下水滲流水力坡度小于臨界水力坡度，那么雖然不會(huì)產(chǎn)生流砂現(xiàn) 象，但是土中細(xì)小顆粒仍有可能穿過(guò)粗顆粒之間的孔隙被滲流帶走。 其結(jié)果是使 地基土的強(qiáng)度受到破壞， 土下形成空洞， 從而導(dǎo)致地表塌陷， 破壞建筑場(chǎng)地的穩(wěn) 定，此種現(xiàn)象就是常說(shuō)的潛蝕。(5) 地下水的不良地質(zhì)作用中，還有一個(gè)應(yīng)尤其注意的是基坑涌

8、水現(xiàn)象。這 種現(xiàn)象發(fā)生在建筑物基坑下有承壓水時(shí)， 開(kāi)挖基坑會(huì)減小基坑底下承壓水上部的 隔水層厚度， 減小過(guò)多會(huì)使承壓水的水頭壓力沖破基坑底板形成涌水現(xiàn)象。 涌水 會(huì)沖毀基坑，破壞地基，給工程帶來(lái)一定程度的經(jīng)濟(jì)損失。(6) 過(guò)度開(kāi)采地下水，經(jīng)常造成地面沉陷，塌陷的地面給工程造成極大的危 害，經(jīng)濟(jì)損失很大。此類的工程實(shí)例很多，例如某一工廠為了賺取更大的利潤(rùn)， 工業(yè)用水采用地下水， 由于開(kāi)采量超大， 過(guò)度抽取地下水而造成了地面塌陷成很大的漏斗狀，因此而造成周邊的建筑開(kāi)裂， 地基很多失穩(wěn)， 給人們帶來(lái)了極大的 安全隱患， 過(guò)渡開(kāi)采地下水的實(shí)例告訴我們， 地下水資源可以被利用， 但是不能 盲目的過(guò)度的利

9、用，否則就會(huì)受到大自然的懲罰?？傊捎诘叵滤膹?fù)雜成分和性質(zhì)， 對(duì)工程建筑的不良影響以及危害體現(xiàn) 在以上諸多方面，因此工程建筑中要謹(jǐn)防地下水的影響， 避免地下水的多種危害。二、防治地下水的工程措施防治地下水必須從思想上認(rèn)識(shí)到地下水的危害， 同時(shí)要加強(qiáng)監(jiān)管， 做好勘測(cè)、 設(shè)計(jì)、施工。驗(yàn)收各階段地下水防治工作，確保施工質(zhì)量和安全。（一）水文地質(zhì)勘測(cè) 要詳盡了解最高地下水位的標(biāo)高、類型、補(bǔ)給來(lái)源、水質(zhì)、流量、流向、滲 透系數(shù)、壓力以及歷年氣候變化情況、 降水量、 蒸發(fā)量及地層凍結(jié)深度等技術(shù)指 標(biāo)，這是合理確定工程防水標(biāo)高、防護(hù)要求與地下水防止措施的前提與保證。（二）結(jié)構(gòu)自防水設(shè)計(jì) 1選用合理結(jié)構(gòu)形

10、式：應(yīng)根據(jù)防護(hù)要求、使用功能結(jié)合工程地質(zhì)和水文地 質(zhì)條件等因素綜合確定， 能短的不長(zhǎng)、能整的不散，避免結(jié)構(gòu)突變（或斷面突變） ， 盡量使結(jié)構(gòu)選型規(guī)則、整齊，借以提升結(jié)構(gòu)的整體剛度。2優(yōu)化構(gòu)造節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)：構(gòu)造節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)期以來(lái)就有“十縫九漏”的說(shuō)法，雖然 有些夸張， 卻也充分暴露出變形縫防水存在的問(wèn)題。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要盡量減少裂縫 開(kāi)展及變形縫的設(shè)置。 后澆帶與構(gòu)造節(jié)點(diǎn)的防水宜優(yōu)先采用復(fù)合式防水設(shè)計(jì)， 如 中埋式止水帶與外貼防水層復(fù)合使用； 中埋式止水帶與遇水膨脹橡膠條、 嵌逢材 料復(fù)合使用等。宜優(yōu)先采用3避免設(shè)計(jì)上“強(qiáng)度越高越好”的錯(cuò)誤觀念：高強(qiáng)度的混凝土中水泥含量 較多，產(chǎn)生大量水化熱易使結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。

11、如采用較高強(qiáng)度的混凝土?xí)r， 水化熱小的礦渣水泥。用抽水設(shè) 隨排隨挖，措（三）降排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)1排水是指坑內(nèi)明排，一般是在基坑周圍設(shè)置排水溝及集水井， 備不斷將基坑中的滲水排除， 疏干開(kāi)挖土方及基礎(chǔ)施工的作業(yè)面， 施比較簡(jiǎn)單。2降水是人工強(qiáng)制降低施工面地下水位， 常用的降水方法有輕型井點(diǎn)降水、 噴射井點(diǎn)降水、 電滲井點(diǎn)降水等， 采用何種方法一般應(yīng)根據(jù)含水層特性、 滲透系 數(shù)、降水要求 （深度）等確定。（四）支護(hù)與隔水設(shè)計(jì) 支護(hù)結(jié)構(gòu)不僅能承受基坑開(kāi)挖卸載所產(chǎn)生的土壓力， 而且能夠有效的承擔(dān)動(dòng) 水壓力，起到阻隔地下水的作用。 其中地下連續(xù)墻在軟土層大基坑開(kāi)挖中應(yīng)用最 為廣泛。地下連續(xù)墻是在泥漿護(hù)壁的條

12、件下分槽段構(gòu)筑的鋼筋混凝土墻體， 其剛 度大，止水效果好，并且可以作為擬建主體結(jié)構(gòu)的外墻， 可取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。此外，內(nèi)撐式支護(hù)、水泥土重力擋墻支護(hù)、土釘支護(hù)、鋼板樁支護(hù)、錨桿支 護(hù)、噴射混凝土支護(hù)等也都能起到相應(yīng)的支護(hù)隔水功能。 尤其是錨桿支護(hù)現(xiàn)已廣 泛應(yīng)用于煤礦井田開(kāi)拓及地鐵隧道掘進(jìn)等地下工程中。（五）抗浮設(shè)計(jì) 主體工程采用天然地基時(shí)， 單層地下室或裙房地下室可采用加大恒載 （如覆 土）抗浮。例如，國(guó)家體育館地基位置較深，恰恰這塊地的地下水位較高，地下 水對(duì)場(chǎng)館產(chǎn)生較大浮力。 經(jīng)過(guò)多次研究，最終選用 8萬(wàn)噸廢舊鋼渣回填。 大空間、 大面積的單層地下室亦可采用抗浮錨樁協(xié)助抗浮。(六) 特殊

13、施工工藝凍結(jié)法 凍結(jié)法是利用人工制冷技術(shù)對(duì)地層土體進(jìn)行加固支護(hù)的一種施工方法。 1862 年英國(guó)首先利用人工地層凍結(jié)技術(shù)成功地進(jìn)行了深基坑開(kāi)挖圍護(hù)， 隨后，我國(guó)的 基坑及地下工程建設(shè)中也較多采用凍結(jié)法， 如潤(rùn)揚(yáng)大橋懸索錨碇施工、 上海地鐵 線施工以及 80%以上的煤礦井筒掘進(jìn)等都采用了凍結(jié)法。凍結(jié)法以氨水為制冷劑以鹽水作為冷媒劑， 通過(guò)人工制冷的方法實(shí)現(xiàn)施工面 內(nèi)地下水凍結(jié)， 一方面有效地阻隔地下水對(duì)施工面的干擾， 另一方面， 被凍結(jié)的 土層具有較強(qiáng)的承載力，能夠很好的支撐土壁。凍結(jié)法不僅具有適應(yīng)性強(qiáng)、隔水效果好、干作業(yè)、無(wú)污染無(wú)噪音等優(yōu)點(diǎn)，而 且其經(jīng)濟(jì)效益也是不容忽視的。 基坑越深，凍結(jié)法施工越具有優(yōu)越性。 一般認(rèn)為， 當(dāng)基坑深度小于7m時(shí)，凍結(jié)法在經(jīng)濟(jì)上