地下水对建筑物地基的影响及防治措施
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作者: 吴晓旭 安大勇
【摘 要】在建筑物地基基础设计中，必须根据地质勘测资料，因地制宜，综合考虑结构类型、材料情况与施工条件的因素，精心设计。但在建筑工程的地基内有地下水存在时，诸如地下水位变化、流沙、潜蚀、突涌和冻涨等不良地质作用，对建筑工程的施工、建设后的正常使用和建筑物的稳定性都有很大影响，必须给予高度重视。
【关键词】地下水；建筑物地基；防治措施
存在于地表面土和岩石的孔隙、裂缝和溶洞中的水叫地下水。地下水的基本成因可分成：
1）渗透作用下形成的地下水：部分地下水是雨、雪、水大气降水和江河、水库或工业废水等地表水经岩石的孔隙、裂缝等渗入地下聚集而成。降水量越多、岩石透水性越强，地下水的补给来源就越丰富。当地表水的水位高于地下水位时，经岩石渗透的地下水就成为地下水的主要来源。
2）凝结作用形成的地下水：有些地下水是空气中的水蒸气进入岩石的孔隙后凝结成水滴，水滴在重力作用下向下流动，聚结而成。
按照地下水的埋藏条件可分为上层滞水、潜水合成压水三类。上层滞水是指埋藏在地表浅处，且具有自由水面的地下水，它的分布范围有限，其来源主要是由大气降水补给，因此只能被作为季节性的或临时的水源；潜水是指埋藏在地表以下底一个稳定隔水层以上的具有自由水水面的地下水，潜水一般埋藏在第四季松软沉积层及岩石的风化层中，潜水直接受雨水渗透或河流深入土中而得到补给，同时也直接由于蒸发或流入河流而排泄。
在建筑物地区，地下水位的变化常与抽水、排水有关，因为局部的抽水和排水，能使地下水位发生变化。有时也可能因地质、水文、气候、人为地生产活动等因素也能影响地下水位的变化，因此必须测定最高水位和最低水位，二者之差为水位变化幅度。
地下水位变化对建构筑物可能引起各种不良后果：
1）当地下水位的升降保持在基础底面以上时，对地基及基础的影响不大，水位下降，只是稍稍增加基础的自重，这种情况会给施工带来不便。
2）当地下水位在基础底面下压缩层范围内变化时，地下水在压缩层范围内上升，则水会浸湿和软化岩土，从而使地基土的强度降低，压缩性增大，建筑物会产生较大的沉降，导致严重变形，引起上部结构的破坏，特别是遇到结构不稳定的土，如湿陷性黄土、膨胀土等，这种现象更为严重。当地下水在压缩层范围内下降，则能增加岩土的自重压力，引起基础的附加沉降。如果地基土质不均匀，或水位不是在整个建筑物下面均匀而缓慢的下降时，基础就会产生不均匀沉降，使建筑物变形或倾斜，甚至于破坏。这样的地区可通过采用换土法（即将地基土换成掺有石灰的粘土）及灌浆法来改善其地基条件，或者采用桩基础。
3）设有地下室或地下箱型建筑工程的地基内，若有地下水位上升，将增加水浮力，对工程的防潮、防湿、稳定性能均产生不利影响。这种情况可在混凝土达到初凝后，向箱体内注水，以达到增大自重的目的，防止其浮起。
4）当地下水位升高时，在河谷阶地、岸坡或斜坡地带，岩土被水浸泡软化而降低抗剪强度，直接影响岩土层的稳定，当地下水位下降时，水沿斜坡岩土层渗入，能产生潜蚀或溶蚀作用，破坏岩土的结构，从而形成岩土的不稳定条件，这些条件继续发展，河谷阶地、岸坡或斜坡的岩土就会滑动，形成滑坡现象。建构筑物场地若选在上述滑坡地带，建构筑物会遭受破坏，这种事故在山区和河岸地区曾多次出现。通常我们要采取妥善措施，例如加设挡土墙及护坡，特别注意要有良好的排水措施。因此，在河谷阶地、岸坡或斜坡地带，应事先了解地下水位变化的影响。最好避免选择这种地方建筑房屋。
5）当地下水的动水压力大于土粒的浮容重或地下水的水力坡度大于临界水力坡度时，就会产生流砂。流砂的工程地质现象：流砂常是由于在地下水位以下开挖基坑、埋设地下管道、打井等工程活动而引起的，在细砂、粉砂和轻亚粘土等土中容易产生。在工程施工中，流砂能造成大量土体流动，致使地表塌陷或建构筑物的地基破坏，也能给基础施工带来很大困难，还会直接影响附近建筑物的稳定。
针对流砂的危害性，可采取以下防制措施：
（1）在可能产生流砂的地区，应尽量利用上面有一定厚度的土层作为持力层，尽可能避免开挖。
（2）人工降低地下水位，使水位降至可能产生流砂的地层以下，然后开挖。
（3）在土中打入板桩，既可加固坑壁，又增长了地下水的渗流路程以减小水力坡度。
（4）在水力挖掘过程中，如局部地段出现流砂时，可立即抛入大块石，也能克服流砂的活动。
在地基层内如具有地下水的潜蚀作用时，将会破坏地基土的强度，形成空洞，产生地表塌陷，影响建筑工程的稳定。一般来说，在我国黄土层及岩溶地区的土层中，常有潜蚀现象产生，所以修建建筑物时应予注意。当建筑物基坑下有承压水存在，开挖基坑减少了底部隔水层的厚度，在隔水层较薄时，承压水的水头压力会冲破基坑薄层，形成突涌现象，突涌产生后，基坑冲毁，地基被破坏。
6）在严寒地区，当建筑物地基内埋藏有地下水时，水份常常因冻结作用迁移和重新分布，形成冰夹层或冰椎等。促使地基冻胀、融沉，建筑物则产生变形，轻者出现裂缝，重者危及使用，这种情况，在冻结地区必须慎重对待。
在有冻胀土的地区，宜采用下列防冻害措施：
（1）应尽量选择地势高、地下水位低、地表排水良好和土冻胀性小的建筑场地。对低洼场地，宜在沿建筑物四周向外一倍冻深距离范围内，使室外地坪至少高出自然地面300―500mm。
（2）为了防止施工和使用期间的雨水、地表水、生产废水和生活污水浸入地基，应做好排水设施。在山区必须做好截水沟或在建筑物下设置暗沟，以排走地表水和潜水流，避免因基础堵水而造成冻害。
（3）在冻深和土冻胀性均较大的地基上，宜采用独立基础、桩基础、自锚式基础（冻层下有扩大板或扩底短桩）。当采用条基时，宜设置非冻胀性垫层，其底面深度应满足基础最小埋深的要求。
（4）对标准冻深大于2米、基底以上为强冻胀土的采暖建筑及标准冻深大于1.5米、基底以上为冻胀土和强冻胀土的非采暖建筑，为防止冻切力对基础侧面的作用，可在基础侧面回填粗砂、中砂、炉渣等非冻胀性散粒材料或采取其他有效措施。
（5）在冻胀和强冻胀性地基上，宜设置钢筋混凝土圈梁和基础联系梁，并控制建筑物的长高比，增强房屋的整体刚度。
（6）当基础联系梁下有冻胀性土时，应在梁下回填以炉渣等松散材料，根据土的冻胀性大小可预留50―150mm空隙，以防止因土冻胀将基础联系梁拱裂。
（7）外门斗、室外台阶和散水坡等宜与主体结构断开。散水坡分段不宜过长，坡度不宜过小，其下宜填以非冻胀性材料。
（8）按采暖设计的建构筑物，如冻前不能交付使用，或使用中因故冬季不能采暖时，应对地基采取相应的过冬保湿措施，对非采暖建筑的跨年度工程，入冬前基坑应及时回填。
所以，我们在进行建构物基础设计时，要认真分析研究其地质勘测材料，充分考虑由于地下水的存在可能引起的各种不良地质作用，避免发生因地基变形破坏引起的质量事故，基础是建构物的关键所在，我们必须要引起高度重视。
[责任编辑：杨玉洁]
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