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摘要:地下水对地基强度会产生一定的破坏作用，尤其是在地基的不均匀沉降方面。当然，自然土对水的渗透能力方面表现出了很大的差异性，透水系数大的土层，容易使地基强度受到冲刷破坏。地下水通过减低了地基周围土壤的侧向支撑力而影响地基强度。笔者主要通过从地下水的物理和化学作用对地基的损害进行了分析。
关键词:地下水；建筑物；地基影响
Abstract: Groundwater will produce certain destructive effect on the strength of the foundation, especially in terms of the uneven subsidence of foundation. Of course, infiltration capacity of natural soil water showed a great difference, soil permeability coefficient large, easy to make the foundation strength by erosion. And the influence of foundation strength of groundwater through reduced lateral foundation soil around the supporting force. The author has carried on the analysis from the groundwater chemical and physical effects on the subgrade damage.
Key words: groundwater; buildings; the ground effect
中图分类号: TU991.11+2
0前言
地基是任何建筑物的基础，它直接影响着建筑物的安全。近年来，因为地基原因而发生的工程事故屡见不鲜。因地基沉降造成建筑物损害的主要形式有：建筑物裂缝、倾斜甚至坍塌。其中，特别典型的是沙土、卵砾石层区域的地下水，容易出现潜蚀、管涌现象，而使地基土强度降低，进而对上面的建筑安全存在着很大的隐患。
一般认为，地基土的破坏与地基强度及地下水有关，而地下水的影响是最常见的事故原因。这是因为：（1）地下水往往具有未知性，工程探测没有探测到地下水或者是对水量的测量不准确；（2）地表水通过渗透等形式，汇聚形成地下水，当地质变化会使得地表张力发生改变，引起的地表水渗透现象[1]。地下水的运动会使得地基土的稳定性变差，对建筑物主体结构产生安全隐患，进而引起建筑物裂缝、倾斜甚至坍塌
1.地下水对地基强度的影响
1.1地下水的变化影响地基强度
地下水的渗透会造成土壤颗粒的变相移动，影响地层局部的张力稳定，通过土壤颗粒的不断冲刷，会产生局部的地层块移位现象，导致地基受力层范围内的土的物理力学性质受到破坏，从而影响地基的强度；例如，工程力学中地基土的剪应力和抗剪强度是一对相互作用的关系，一方的增减会引起另一方的变化，这种往往造成的是局部的不稳定性，看似没有直接的关系，如果不采取行之有效的措施进行防止，也一样会产生对建筑物的损坏。
地下水往往还是运动的。地下水在运动的过程中产生的冲击力会对地基造成损伤。有人说，这种冲刷的力度很小，不会对地基产生破坏。可是，日积月累的作用力叠加效应，对地基的危害同樣是致命的；地下水在运动过程中极容易产生土涌、流砂现象，这是由于细沙的透水性良好，在地下水流速很快而且流量大的时候，水流产生向上的力会使地基表面突出，如果这种向上的力远大于细沙的浮力的时候，细沙就会随着地下水而移动，这就形成了土涌、流砂[2]。流砂就像我们地表上见的泥石流，它的冲击力往往比单独的水作用的力量要大，破坏了也大，因此，形成流沙对地基的破坏了很大，会造成地基下陷，引起建筑物失衡甚至坍塌。
1.2地下水经常变化的原因
人类过度取水会造成地下水水位的变化的。当前许多城市地表水源都不能够满足人们日常使用，需要进行深井取水。随着人口急剧增多以及生产规模的不断扩大，地下水的使用量日渐变大，很多时候地地下水都不能及时恢复和补充，造成入不敷出的情景，长年累月则地下水就会形成以上边城市为中心，四周高、中间低的漏斗地形。早些年开挖的井水在向下五米之内都会出来水，现在即便二三十米可能也没有水源出现。同时，地下水的过量使用，直接造成城市地面裂缝、下沉甚至地面塌陷，房屋出现倾斜、开裂，威胁人们财产损失及生命安全。据调查显示，全国各地地形出现“漏斗”范围已经超过9.0×104km2，比五个北京城的总和还要大。人们过度使用地下水，将地下水层致空没有了对上层岩的支撑，故而就是漏斗地区。如果海水不能及时将水层灌注则地表非常容易发现沉降，地表建筑的地基随着岩层的变化而出现下沉，将严重威胁建筑结构的稳定。
2.地下水对地基建设材料的破坏
2.1 地下水中的离子和建筑物相互作用引起的
我们都知道水中含有丰富的化学离子，阳离子如Ca2+、Mg2+、NH4+，阴离子如Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、OH-、NO3-，这些化学离子如果接触到另外的一些离子，就会形成对地基破坏的腐蚀性物质，混凝土中的Ca（OH）2是很容易和地下水中的的酸性离子（SO42-、HCO3-等）作用形成腐蚀类反应。一般来说，化学反应常生成二水石膏结晶体或者水化硫铝酸钙等腐蚀性物质，这些物质对地基的破坏性都比地下水的物理破坏要大得多，而且腐蚀的速度和快[3]。
2.2化学反应会对基材料进行分解作用
水中含的二氧化碳气体会对混凝土的主要成分CaCO3进行分解，且这种分解作用和地下水的流量和流速成正比关系。而且从化学角度来说，这些分解反应都充在电离平衡，是持续不断的分解，分解速度也很快，远大与物理破坏。
2.3分解后的物质和生成物的物质再次发生化学反应
化学生成物可能是一种不溶物，会沉积下来，阻止化学反应的继续；但有的不溶物会和化学分解物进行反应，有的还会发生体积膨胀现象，造成地基结构的物理性破坏。例如，Mg（OH）2不溶于水，但可以和CaCL2相溶。CaSO4遇水后生成二水石膏，这种物质会发生结晶现象，伴随着体积膨胀。
3.地下水造成的地基质量事故和预防措施
3.1 工程事故的实际例子
在广西某市的建筑区有一正在建设的16层水泥钢筋混合大楼，该楼坐落在一小湖旁边，其施工场地的土质主要为软弱土，质地均匀。考虑到场地软土地基的浅埋施工，采用的是条形钢筋混凝土设计，主要处理方法为换填法。对基础深埋设定为-1.50m，其上垫洒材料细沙，掺入的卵石量在40%。检测发现地下水位范围是-1.20m~-3.00m。针对实际情况设计横墙承重体系，其建筑物宽度为14.0m，长度为35.0m，间距保持住3.5m，实际高度为15.8m。上层楼板、屋顶均采用钢筋混凝土空心板搭建。外墙体宽度380mm，内墙体宽度240mm。工程使用的砖为烧结粘土MU10，其中有砂浆混合M5。场地土质物理指标数据见下表1
表1 软土地基、细沙垫层指标特性
该楼在建成投入使用后5个月出现后墙细微裂纹，其后逐渐增多。部分屋面有漏水，妨礙正常使用。在经过详细的勘察后发现裂缝主要表现为以下几点：临湖方向墙体同屋顶连接部位有水平走向裂缝；南北墙体之间从东向西也出现斜裂缝，宽度逐渐减小；外部纵横墙的结合处竖直方向有裂缝。
3.2建筑结构措施的分析
原设计中针对出现建筑物整体不均匀沉降问题采用的建筑结构也较为合理：实体建筑的整体长高之比为2.3<2.5，且横墙的最大间距控制在3.5m，小于建筑物宽度的2倍。楼梯、墙体四角、大开间均依据要求筑有构造柱，每层楼体都有圈梁。拉结钢筋也设计在纵横墙结合部位以及墙体转角处。从理论分析建筑可以抗不均匀的软土沉降。
3.3沉降原因分析
建筑施工时候选择细沙作为垫层材料，其中有40%的卵石，符合相关技术规范的指标要求。从整体结果来分析，沉降发生为边缘大、中间小，局部会有超过允许值的情况。建筑紧邻湖泊，因此沉降原因定为地下水变化。
场地地势不均，如果发生地下水位的较大变动或者是突然性暴雨，则非常容易在软土层中形成一定的水动力，该冲力会冲刷层状土，土中细微颗粒如粉土、细沙发生位移。实际测得数据表明建筑物外墙、横墙主要有两个不同方向的地下水流冲刷，因此会有局部的较大下沉。
湖水水位不同季节会有水位的变化，分析研究不同时期软土的力学性质可以发现天然状态和饱和状态下软土的压缩模量会有较大区别，因此地下水位的升高与降低会有软土层抗压力、承载力的相应变动。
4.结论
进行施工前，必须进行地下水的探测以及周围地下水的探测，进行全方位的地上检查和地下检查相结合的方法。地下水对地基进行着物理破坏的同时，还进行着化学腐蚀，而且物理破坏往往会加快化学破坏，化学破坏的速度却远大于物理破坏，并且具有持续性。这些破坏共同构成了地下水对地基的影响，这种影响是不易被察觉的，只能在建造设计时加以预防，但危害性却很大，一旦发生地质变动，严重影响建筑物的使用寿命。所以，必须重视地下水在建筑中的破坏作用，防微杜渐，保证建筑的安全性。
【参考文献】
[1] 高永生.地下水浮力对地下建筑结构安全影响[J].神州（下旬刊）,2012, (5):80-81.
[2] 史拥军.浅谈有地下水出渗段的渠道防渗工程施工[J].河南水利与南水北调,2011, (22):35-36.
[3] 周峰,黄建.地下水在建筑结构设计中出现的问题探讨[J].城市建设理论研究（电子版）,2011, (35):51-52.
关键词:地下水；建筑物；地基影响
Abstract: Groundwater will produce certain destructive effect on the strength of the foundation, especially in terms of the uneven subsidence of foundation. Of course, infiltration capacity of natural soil water showed a great difference, soil permeability coefficient large, easy to make the foundation strength by erosion. And the influence of foundation strength of groundwater through reduced lateral foundation soil around the supporting force. The author has carried on the analysis from the groundwater chemical and physical effects on the subgrade damage.
Key words: groundwater; buildings; the ground effect
中图分类号: TU991.11+2
0前言
地基是任何建筑物的基础，它直接影响着建筑物的安全。近年来，因为地基原因而发生的工程事故屡见不鲜。因地基沉降造成建筑物损害的主要形式有：建筑物裂缝、倾斜甚至坍塌。其中，特别典型的是沙土、卵砾石层区域的地下水，容易出现潜蚀、管涌现象，而使地基土强度降低，进而对上面的建筑安全存在着很大的隐患。
一般认为，地基土的破坏与地基强度及地下水有关，而地下水的影响是最常见的事故原因。这是因为：（1）地下水往往具有未知性，工程探测没有探测到地下水或者是对水量的测量不准确；（2）地表水通过渗透等形式，汇聚形成地下水，当地质变化会使得地表张力发生改变，引起的地表水渗透现象[1]。地下水的运动会使得地基土的稳定性变差，对建筑物主体结构产生安全隐患，进而引起建筑物裂缝、倾斜甚至坍塌
1.地下水对地基强度的影响
1.1地下水的变化影响地基强度
地下水的渗透会造成土壤颗粒的变相移动，影响地层局部的张力稳定，通过土壤颗粒的不断冲刷，会产生局部的地层块移位现象，导致地基受力层范围内的土的物理力学性质受到破坏，从而影响地基的强度；例如，工程力学中地基土的剪应力和抗剪强度是一对相互作用的关系，一方的增减会引起另一方的变化，这种往往造成的是局部的不稳定性，看似没有直接的关系，如果不采取行之有效的措施进行防止，也一样会产生对建筑物的损坏。
地下水往往还是运动的。地下水在运动的过程中产生的冲击力会对地基造成损伤。有人说，这种冲刷的力度很小，不会对地基产生破坏。可是，日积月累的作用力叠加效应，对地基的危害同樣是致命的；地下水在运动过程中极容易产生土涌、流砂现象，这是由于细沙的透水性良好，在地下水流速很快而且流量大的时候，水流产生向上的力会使地基表面突出，如果这种向上的力远大于细沙的浮力的时候，细沙就会随着地下水而移动，这就形成了土涌、流砂[2]。流砂就像我们地表上见的泥石流，它的冲击力往往比单独的水作用的力量要大，破坏了也大，因此，形成流沙对地基的破坏了很大，会造成地基下陷，引起建筑物失衡甚至坍塌。
1.2地下水经常变化的原因
人类过度取水会造成地下水水位的变化的。当前许多城市地表水源都不能够满足人们日常使用，需要进行深井取水。随着人口急剧增多以及生产规模的不断扩大，地下水的使用量日渐变大，很多时候地地下水都不能及时恢复和补充，造成入不敷出的情景，长年累月则地下水就会形成以上边城市为中心，四周高、中间低的漏斗地形。早些年开挖的井水在向下五米之内都会出来水，现在即便二三十米可能也没有水源出现。同时，地下水的过量使用，直接造成城市地面裂缝、下沉甚至地面塌陷，房屋出现倾斜、开裂，威胁人们财产损失及生命安全。据调查显示，全国各地地形出现“漏斗”范围已经超过9.0×104km2，比五个北京城的总和还要大。人们过度使用地下水，将地下水层致空没有了对上层岩的支撑，故而就是漏斗地区。如果海水不能及时将水层灌注则地表非常容易发现沉降，地表建筑的地基随着岩层的变化而出现下沉，将严重威胁建筑结构的稳定。
2.地下水对地基建设材料的破坏
2.1 地下水中的离子和建筑物相互作用引起的
我们都知道水中含有丰富的化学离子，阳离子如Ca2+、Mg2+、NH4+，阴离子如Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、OH-、NO3-，这些化学离子如果接触到另外的一些离子，就会形成对地基破坏的腐蚀性物质，混凝土中的Ca（OH）2是很容易和地下水中的的酸性离子（SO42-、HCO3-等）作用形成腐蚀类反应。一般来说，化学反应常生成二水石膏结晶体或者水化硫铝酸钙等腐蚀性物质，这些物质对地基的破坏性都比地下水的物理破坏要大得多，而且腐蚀的速度和快[3]。
2.2化学反应会对基材料进行分解作用
水中含的二氧化碳气体会对混凝土的主要成分CaCO3进行分解，且这种分解作用和地下水的流量和流速成正比关系。而且从化学角度来说，这些分解反应都充在电离平衡，是持续不断的分解，分解速度也很快，远大与物理破坏。
2.3分解后的物质和生成物的物质再次发生化学反应
化学生成物可能是一种不溶物，会沉积下来，阻止化学反应的继续；但有的不溶物会和化学分解物进行反应，有的还会发生体积膨胀现象，造成地基结构的物理性破坏。例如，Mg（OH）2不溶于水，但可以和CaCL2相溶。CaSO4遇水后生成二水石膏，这种物质会发生结晶现象，伴随着体积膨胀。
3.地下水造成的地基质量事故和预防措施
3.1 工程事故的实际例子
在广西某市的建筑区有一正在建设的16层水泥钢筋混合大楼，该楼坐落在一小湖旁边，其施工场地的土质主要为软弱土，质地均匀。考虑到场地软土地基的浅埋施工，采用的是条形钢筋混凝土设计，主要处理方法为换填法。对基础深埋设定为-1.50m，其上垫洒材料细沙，掺入的卵石量在40%。检测发现地下水位范围是-1.20m~-3.00m。针对实际情况设计横墙承重体系，其建筑物宽度为14.0m，长度为35.0m，间距保持住3.5m，实际高度为15.8m。上层楼板、屋顶均采用钢筋混凝土空心板搭建。外墙体宽度380mm，内墙体宽度240mm。工程使用的砖为烧结粘土MU10，其中有砂浆混合M5。场地土质物理指标数据见下表1
表1 软土地基、细沙垫层指标特性
该楼在建成投入使用后5个月出现后墙细微裂纹，其后逐渐增多。部分屋面有漏水，妨礙正常使用。在经过详细的勘察后发现裂缝主要表现为以下几点：临湖方向墙体同屋顶连接部位有水平走向裂缝；南北墙体之间从东向西也出现斜裂缝，宽度逐渐减小；外部纵横墙的结合处竖直方向有裂缝。
3.2建筑结构措施的分析
原设计中针对出现建筑物整体不均匀沉降问题采用的建筑结构也较为合理：实体建筑的整体长高之比为2.3<2.5，且横墙的最大间距控制在3.5m，小于建筑物宽度的2倍。楼梯、墙体四角、大开间均依据要求筑有构造柱，每层楼体都有圈梁。拉结钢筋也设计在纵横墙结合部位以及墙体转角处。从理论分析建筑可以抗不均匀的软土沉降。
3.3沉降原因分析
建筑施工时候选择细沙作为垫层材料，其中有40%的卵石，符合相关技术规范的指标要求。从整体结果来分析，沉降发生为边缘大、中间小，局部会有超过允许值的情况。建筑紧邻湖泊，因此沉降原因定为地下水变化。
场地地势不均，如果发生地下水位的较大变动或者是突然性暴雨，则非常容易在软土层中形成一定的水动力，该冲力会冲刷层状土，土中细微颗粒如粉土、细沙发生位移。实际测得数据表明建筑物外墙、横墙主要有两个不同方向的地下水流冲刷，因此会有局部的较大下沉。
湖水水位不同季节会有水位的变化，分析研究不同时期软土的力学性质可以发现天然状态和饱和状态下软土的压缩模量会有较大区别，因此地下水位的升高与降低会有软土层抗压力、承载力的相应变动。
4.结论
进行施工前，必须进行地下水的探测以及周围地下水的探测，进行全方位的地上检查和地下检查相结合的方法。地下水对地基进行着物理破坏的同时，还进行着化学腐蚀，而且物理破坏往往会加快化学破坏，化学破坏的速度却远大于物理破坏，并且具有持续性。这些破坏共同构成了地下水对地基的影响，这种影响是不易被察觉的，只能在建造设计时加以预防，但危害性却很大，一旦发生地质变动，严重影响建筑物的使用寿命。所以，必须重视地下水在建筑中的破坏作用，防微杜渐，保证建筑的安全性。
【参考文献】
[1] 高永生.地下水浮力对地下建筑结构安全影响[J].神州（下旬刊）,2012, (5):80-81.
[2] 史拥军.浅谈有地下水出渗段的渠道防渗工程施工[J].河南水利与南水北调,2011, (22):35-36.
[3] 周峰,黄建.地下水在建筑结构设计中出现的问题探讨[J].城市建设理论研究（电子版）,2011, (35):51-52.