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水文地質(zhì)

地下水對(duì)工程建設(shè)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(shè)中，要盡可能降低其對(duì)工程的傷害。
 
  1、地下水位與沉降作用
 
  在進(jìn)行基礎(chǔ)建設(shè)的過(guò)程中，特別是在沿海地區(qū)。深基礎(chǔ)建設(shè)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，隨著時(shí)間的延續(xù)，外荷不變空隙水不斷外排，導(dǎo)致發(fā)生地基固結(jié)沉降。  抽水井的設(shè)計(jì)不合理在井內(nèi)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(guī)律性，這樣形成的漏斗狀結(jié)構(gòu)往往是不對(duì)稱分布的。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(jié)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(jié)構(gòu)改變，比如，主承重墻斷裂、傾斜、倒塌，框架結(jié)構(gòu)的會(huì)出現(xiàn)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(jié)構(gòu)，施工設(shè)備等多方面因素，力求避免或降低其對(duì)工程的影響。
 
  2、動(dòng)水壓力與流砂和機(jī)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(dá)到平衡，土顆粒之間的力就不復(fù)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)的水力坡度稱為臨界水力坡度。
 
  流沙根據(jù)其嚴(yán)重程度可分為輕微，中等，重度流沙三類。流沙對(duì)建筑工程的危害是從地基處開(kāi)始。在基礎(chǔ)施工中，如果沒(méi)有解決好這一問(wèn)題，基礎(chǔ)就會(huì)和砂層一起發(fā)生流動(dòng)。這樣，基礎(chǔ)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(duì)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(xì)小顆粒也會(huì)被地下滲流帶走形成孔洞。
 
  使土體結(jié)構(gòu)破環(huán)，強(qiáng)度降低，壓縮性增加。這就是機(jī)械侵蝕。
 
  根據(jù)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(shè)法使動(dòng)水壓力向下；三是截?cái)嗟叵滤鳌?/div>
 
  3、地下水的浮托作用
 
  當(dāng)建筑物基礎(chǔ)位于地下水位以下時(shí)，地下水對(duì)基礎(chǔ)底面產(chǎn)生靜水壓，地下水就會(huì)對(duì)其產(chǎn)生浮托力。若基礎(chǔ)位于粉性土、砂性土、碎石土和節(jié)理裂隙不發(fā)育的巖石地基上，就按地下水位100%計(jì)算浮托力；若基礎(chǔ)位于節(jié)理裂隙不發(fā)育的巖石地基上，就按地下水位的50%計(jì)算浮托力；如果基礎(chǔ)位于粘性土地基上時(shí)，其浮托力需要根據(jù)實(shí)地考察具體計(jì)算。
 
  地下水在對(duì)建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生浮托力的同時(shí)，也會(huì)對(duì)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(shè)計(jì)值時(shí)，地下水位應(yīng)取有效重度。
 
  4、地下水與鋼筋混凝土的腐蝕腐蝕的類型
 
  （1）結(jié)晶類腐蝕
 
  結(jié)晶類腐蝕主要是因?yàn)榈叵滤械?24so離子含量過(guò)多。- 24so離子會(huì)和Ca2)(OH發(fā) 生反應(yīng)生成一種新的物質(zhì)，化學(xué)式為CaSO4·2H2O，叫做二水石膏結(jié)晶體。這種物質(zhì)可以和水化鋁酸鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水化硫鋁酸鈣，習(xí)慣上叫做水泥桿菌。因?yàn)樗鄺U菌中參雜了大量的結(jié)晶水，體積比之前大許多，約為原來(lái)的221.86%。產(chǎn)生很大內(nèi)應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)破壞。由此可見(jiàn)，當(dāng)水泥中的水化鋁酸鈣含量少時(shí)，抗結(jié)晶腐蝕的能力就越強(qiáng)。
 
  （2）分解類腐蝕
 
  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(yīng)生成難容的碳酸鈣沉淀。一般來(lái)說(shuō)，因?yàn)樘妓釟溻}不溶于水，固會(huì)形成一層保護(hù)膜附在鋼筋混凝土表面進(jìn)而防止其繼續(xù)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(yīng)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(yīng)，當(dāng)二氧化碳過(guò)量時(shí)，反應(yīng)正向進(jìn)行生成碳酸氫根離子。當(dāng)兩種物質(zhì)達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)也達(dá)到一種平衡態(tài)。由此可見(jiàn)，當(dāng)?shù)叵滤械亩趸己扛邥r(shí)，鋼筋混凝土的腐蝕會(huì)加?。欢?dāng)?shù)叵滤械奶妓釟涓x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(duì)鋼筋混凝土的分解類腐蝕。
 
  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(jié)構(gòu)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(qiáng)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(duì)混凝土中鋼筋銹蝕的速度要更快。
 
  （3）結(jié)晶分解復(fù)合類腐蝕  所謂結(jié)晶分解復(fù)合類腐蝕是指地下水中的各種離子與氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，
 
  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(dāng)這些離子過(guò)量時(shí)會(huì)與氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，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(jié)論
 
  （1）地下水對(duì)工程建設(shè)的影響在靜水壓力方面體現(xiàn)在地下水對(duì)基礎(chǔ)工程的浮托作用；
 
  （2）地下水對(duì)工程建設(shè)的影響在凍水壓力方面體現(xiàn)在流砂和潛蝕現(xiàn)象的形成；
 
  （3）地下水水位的下降會(huì)使基礎(chǔ)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(duì)鋼筋混凝土產(chǎn)生很劇烈的腐蝕作用。