地質勘查與地下水作用的問題

指導老師：羅云菊教授

小組成員：工程勘察中地下水作用問題1摘要：通過分析地下水對建筑工程的重要性和影響，作出地下水問題評價，分析其帶來的不良影響及防治建議，并提出了今后在工程勘察中加強地下水問題的評價的幾點建議。2024/5/2121.地下水問題對建筑工程的重要性

自然界中巖土層中的水按其存在的形式可分為氣態(tài)水、液態(tài)水和固態(tài)水，工程界中常說的地下水均指液態(tài)水。其存在于地下似乎對建筑工程無關緊要，實際情況恰恰相反，地下水與工程的設計方案、施工方法、工期、工程投資以及長期使用都有著密切的關系。地下水既是巖土體的組成部分，直接影響巖土體工程特性，又是工程基礎的環(huán)境，影響工程的穩(wěn)定性和耐久性。若對地下水處理不當，可能產(chǎn)生不良作用，甚至發(fā)生工程事故。在實際的勘察工作中，勘探成果大多只是簡單地對天然狀態(tài)下的地下水作一般性評價。在一些水文地質條件較復雜的地區(qū)，由于工程勘察中對地下水問題勘察不深人，設計中又忽視了此問題，經(jīng)常發(fā)生由地下水引發(fā)的各種工程地質危害問題。為了提高工程勘察質量，在工程勘察中加強地下水問題的研究是十分必要的。2024/5/2132.地下水對建筑工程的影響地下水的埋深與地下水對建筑工程的影響主要表現(xiàn)在以下7個方面。

1)確定基礎埋深通常設計基礎的埋置深度應小于地下水位深度。當寒冷地區(qū)基礎底面的持力層為粉砂或粘性土，若地下水位埋藏深度低于凍深，小于1．5一2．0m，則冬季可能因毛細水上升而使地基凍脹，頂起基礎，導致墻體開裂。2024/5/2142)施工排水當?shù)叵滤宦癫販\，基礎埋深大于地下水位深度時，基槽開挖與基礎施工必須進行排水。中小型工程水量不大，可能采用開挖水溝與集水井排水。重大工程地下水深度大、涌水量多時，應采用井點降低地下水位法，根據(jù)具體情況，選用輕型井點、管井井點或深井井點等。如不排水或排水不好，基槽被踩踏，破壞地基土的原狀結構，甚至地基成軟爛泥或橡皮土，則承載力降低，形成工程隱患，應當避免。2024/5/2153)地下水位升降當?shù)叵滤诘鼗至又猩仙?，則將使持力層土質增大壓縮性；濕陷性黃土則產(chǎn)生嚴重濕陷；膨脹土地基吸水膨脹，將基礎頂起。4)地下室防水隨著地下空間的不斷開發(fā)利用，地下建構筑物越來越多。當?shù)叵率页Ｄ昊蛴昙咎幵诘叵滤灰韵?，必須做好防水層?024/5/2165)水質侵蝕性當?shù)叵滤泻泻Φ幕瘜W物質，如硫酸根離子、侵蝕性二氧化碳過多時，會對建筑基礎侵蝕性，需采取必要的措施。6)空心結構物浮起地面下的水池與油罐等空心結構物，位于地下水位埋藏淺的場地，在竣工使用前，因場地的浮力，可能將空心結構物浮起，需要進行計算并采取適當?shù)拇胧﹣斫鉀Q。2024/5/2177)承壓水沖破基槽存在承壓水的地區(qū)，基槽開挖的深度需要考慮承壓水上面的隔水層的自重壓力應大于承壓水的壓力，否則承壓水可能沖破基槽底部的隔水層，使承壓水涌上基槽，不可收拾。2024/5/2183工程地質勘察中地下水評價內(nèi)容根據(jù)上述的影響內(nèi)容，在工程勘察中不僅要求查明與建筑工程地質有關的地下水問題，評價地下水對巖土體和建筑工程的作用及其影響，更要提出預防及治理措施的建議，為設計和施工提供必要的水文地質資料，以消除或減少地下水對建筑工程的不良作用。今后在工程勘察中對地下水問題的評價，主要應考慮以下內(nèi)容：1)不僅要查明地下水的類型、賦存狀態(tài)及主要含水層的分布規(guī)律，更重要的是分析預測在人為工程活動中地下水的變化情況，及對巖土體和建筑物的反作用。2024/5/2192)應重點評價地下水對巖土體和建筑物的作用和影響，預測和評估可能產(chǎn)生的工程地質危害，提出評價的結論與防治措施。3)工程勘察中還應密切結合建筑物地基基礎類型的需要，查明有關水文地質問題，包括地下水的補給排泄條件、地表水與地下水的補排關系及對地下水位的影響、勘察時的地下水位、歷史最高水位、3—5年最高地下水位、水位變化趨勢和主要影響因素提供選型所需的水文地質資料。4)應從工程角度，按地下水對工程的作用與影響，提出不同條件下應當著重評價的地質問題。2024/5/21104重視巖土水理性質的測試和研究

巖土水理性質是指巖土與地下水相互作用時顯示出來的各種性質。巖土水理性質與巖土的物理性質都是巖土重要的工程地質性質。巖土的水理性質不僅影響巖土的強度和變形，而且有些性質還直接影響到建筑物的穩(wěn)定性。因而正確認識巖土的水理性質有著重要的意義。巖土的水理性質是巖土與地下水相互作用顯示出來的性質，而地下水在巖土中有不同的賦存方式，不同形式的地下水對巖土水理性質的影響程度有所不同，而且影響程度又與巖土類型有關。液態(tài)水按水分子的受力狀態(tài)可分為結合水、重力水和毛細管水。其中的結合水又分為強結合水和弱結合水。而結合水是地下水在粘性土中的主要賦存形式，在砂土中由于顆粒的比表面積較小以及其它原因，結合水含量甚微。結合水尤其是弱結合水由于抗剪強度較小，在外界土壓力作用下可以變形、蒸發(fā)，可從土中逸出地表，粘性土的性質如可塑性、膨脹性、收縮性等物理力學性質與之密切相關；因其受強力束縛，活動范圍極為有限，對巖土的動態(tài)水理性質影響較小。

2024/5/21115重視地下水的水質分析和腐蝕性評價

由于地下水中某些化學成分的含量過高、過低或微生物組分的存在，從而產(chǎn)生對人體健康或某些經(jīng)濟活動產(chǎn)生不良影響的地下水環(huán)境問題。按其形成原因可分為兩類：受天然、地球化學因素控制的稱為天然水質不良問題；由人類活動造成的，稱為地下水污染問題。對于地下水位以下的各類工程結構物，應評價地下水對混凝土及金屬材料的腐蝕性。當?shù)叵滤泻泻Φ幕瘜W物質，如硫酸根離子、侵蝕性二氧化碳過多時，對建筑基礎具有侵蝕性，需采取必要的措施。地下水因所含的酸堿物質或某種離子超過一定限度，會對金屬管材或混凝土等發(fā)生腐(侵)蝕作用，如分解性腐(侵)蝕，結晶性腐(侵)蝕及分解結晶復合性腐(侵)蝕。2024/5/21121)結晶類腐蝕①當?shù)叵滤泻^多的硫酸根時，與砼作用生成二水石膏，硬石膏中二水石膏使體積增大31％，產(chǎn)生O．15MPa的膨脹壓力，破壞砼。②當硫酸根濃度不大時，與砼中的鋁酸三鈣起作用生成水化硫鋁酸鈣，水化硫鋁酸鈣結合著很多化合水，體積可膨脹近2．5倍，破壞力很大。2)分解類侵蝕。主要由于水中的pH值低，碳酸氫根及腐蝕性二氧化碳(過多的游離)等成分引起的分解破壞作用。硅、酸鹽水泥遇水生成Ca(OH)：，它與HCI、H2S04、HNO，反應。3)結晶分解復合類侵蝕當?shù)叵滤袖@根離子、硝酸根離子、氯離子、鎂離子的離子含量超過一定數(shù)量時，與混凝土中的Ca(OH)：發(fā)生反應。2024/5/2113在工程中主要通過對水質進行水質簡分析后，得出該場地淺層地下水對建筑基礎工程、地下隱蔽工程的主要材料——鋼筋和混凝土的物理化學影響規(guī)律。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021—2001)第12．1．1規(guī)定：當有足夠經(jīng)驗或充分資料，認定工程場地的土或水(地下水或地表水)對建筑材料不具腐蝕性時，可不取樣進行腐蝕性評價；否則，應取水試樣或土試樣進行試驗，并按本章評定其對建筑材料的腐蝕性。如果建筑物(構筑物)地下結構位于地下水位之上，且基礎持力層以下又存在一定厚度的隔水層，可不做地下水的腐蝕性試驗。如果地下水與建筑物(構筑物)地下結構或基礎接觸，地方又未出臺相關規(guī)定，是必須做這個試驗，因為一般建筑物使用基準年限為50年，如果在建筑物使用周期內(nèi)，地下結構或基礎被腐蝕、破壞，極易發(fā)生工程事故，造成財產(chǎn)損失、人員傷亡。2024/5/21146重視現(xiàn)場水文地質測試

工程勘察中為了查明建筑場地天然巖(土)層地下水的流向流速、裂隙性、滲透性和富水性，通過現(xiàn)場測試測定有關水文地質參數(shù)，為建筑設計提供水文地質資料。測定水文地質參數(shù)的方法有多種，包括現(xiàn)場地下水流向流速的測定、抽水試驗、壓水試驗、注水(滲水)試驗，應根據(jù)地層透水性能的大小和工程的重要性以及對參數(shù)的要求，選擇測試方法。其中，滲透系數(shù)等水文地質參數(shù)的測定，有現(xiàn)場試驗和室內(nèi)試驗兩種方法。一般室內(nèi)試驗誤差較大，現(xiàn)場試驗比較切合實際，故應重視通過現(xiàn)場試驗測定。同樣，多層地下水分層水位(水頭)的觀測，尤其是承壓水壓力水頭的觀測，雖然對基礎設計和基坑設計都十分重要，但目前不少勘察工程忽視這項工程，造成勘察資料的欠缺。故現(xiàn)場水文測試是十分重要和必要的。2024/5/21157全面了解地下水引起的不良作用及其防治措施地下水引起的不良作用，主要是由于地下水位升降變化和地下水動水壓力作用兩個方面的原因造成的。地下水位變化可由天然因素或人為因素引起，但不管什么原因，當?shù)叵滤坏淖兓_到一定程度時，都會對工程地質造成危害。地下水位變化引起危害又可分為以下3種方式。2024/5/21161)水位上升引起的不良作用

潛水位上升的原因是多種多樣的，其主要受地質因素如含水層結構、總體巖性產(chǎn)狀，水文氣象因素如降雨量、氣溫等，及人為因素如灌溉、工程活動等的影響，有時往往是幾種因素的綜合結果。①土壤沼澤化、鹽漬化，巖土及地下水對建筑物腐蝕性增強。②有地下水出露的斜坡、河岸等巖土產(chǎn)生滑移、崩塌等不良地質現(xiàn)象。③一些具特殊性的巖土體結構破壞，強度降低、軟化。④引起有水頭壓差的粉細砂及粉土飽和液化，出現(xiàn)潛蝕、流砂、管涌等現(xiàn)象。⑤地下洞室充水淹沒，基礎上浮，建筑物失穩(wěn)。⑥在濕陷性黃土地區(qū)引起濕陷性變化。⑦當基坑底下存在高水頭的承壓含水層時，會使坑底土層的隆起或產(chǎn)生突涌。2024/5/2117

2)地下水位下降引起的不良作用

當?shù)叵滤魉佥^大時，如果土體粗粒孑L隙中充填的細粒土被沖走，則產(chǎn)生潛蝕，長期潛蝕會形成地下土洞并導致地表塌陷。在石灰?guī)r溶洞發(fā)育地區(qū)或礦產(chǎn)開采采空區(qū)，在地下水滲流作用下，溶洞或采空區(qū)頂部土體不斷塌落或潛蝕，最終也可導致地表塌陷。例如，徐州市故黃河河道區(qū)域，沉積有較厚的粉砂和粉土，其底部即為古生代奧陶系灰?guī)r，中間缺失老粘土隔水層，灰?guī)r中存在大量溶洞與裂隙。而過量開采地下水引起的水位下降導致覆蓋層粉砂和粉土中形成潛蝕與空洞并不斷擴大，最終形成多處地面塌陷事故，導致塌陷區(qū)房屋倒塌，鄰近區(qū)域房屋開裂。

地下水位的下降多是由于人為因素造成的，如集中大量抽取地下水、采礦活動中的礦床疏干以及上游筑壩、修建水庫截奪下游地下水的補給等。地下水的過大下降，常常誘發(fā)地裂、地面沉降、地面塌陷等地質災害，以及地下水源枯竭、水質惡化等環(huán)境問題，對巖土體、建筑物的穩(wěn)定性和人類自身的居住環(huán)境造成很大威脅。若在施工中，對地下水的降水不當，造成基坑側面地面變形過大，引起鄰近建筑、道路或地下設施的破壞時常發(fā)生。2024/5/21183)地下水頻繁升降引起的不良作用。地下水的升降變化能引起膨脹性巖土產(chǎn)生不均勻的脹縮變形，當?shù)叵滤殿l繁時，不僅使巖土的膨脹收縮變形往復，而且會導致巖土的膨脹收縮幅度不斷加大，進而形成地裂引起建筑物特別是輕型建筑物的破壞。地下水在天然狀態(tài)下動水壓力作用比較微弱，一般不會造成什么危害，但在人為工程活動中由于改變了地下水天然動力平衡條件，在移動的動水壓力作用下，往往會引起一些嚴重的工程