论文部分内容阅读
摘要：地下水位对建筑工程基础施工的影响是不容忽视的，因此，文章基于本人的施工实践经验，探讨地下水不正常变化的影响，并分析因地下水不正常变化造成的施工事故原因及有效的解决方法。
关键词：建筑工程；地下水位；影响变化；施工事故分析。
地下水位上升时的附加浮托力，对建筑物略有上托作用，且有软化基础底持力上层，降低地基的承载力：地下水位下降或临近建筑深基坑开挖降水，会造成周围建筑的不均匀沉降，常产生倾斜、裂缝、滑坡等事故：常因上，下水的管道大量漏水，有的建筑物周围没有做散水坡和排除地表水的措施，使大量降水和地表水灌入地基软化持力上层，尤其是湿陷性黄土地区，常造成建筑物产生不均匀沉降事故。有的建筑工程因地下水的动态变化，如水分的聚集与散失，使土层产生软化、崩解、湿陷、胀缩等作用而破坏建筑物。有的地下水的化学反应腐蚀基础层，导致建筑物产生裂缝、倾斜的事故。
一、水对土的影响
（一）强结合水
没有传递静水压力和溶解盐类能力的强结合水，具有较大的黏滞性、弹性和抗剪强度。强结合水的外围有一层水膜，也具有较高的黏滞性和抗剪强度，不能传递静水压力，它可使土具有可塑性。
（二）毛细水
毛细水是受水与空气界面的表面张力作用而存在于细孔隙中的自由水，存在于地下水位以上的透水层中，由于表面张力作用，形成地下水沿着不规则的毛细孔上升；上升高度与土孔隙大小有关。孔隙较大(粒径大于2mm的颗粒)时，一般无毛细现象，极细小的孔隙，土粒周围有可能被结合水充满，也没有毛细现象。故毛细水主要存在于直径为0．002—0．50rnm的孔隙中。例如，粉砂土，粉土及粉质黏土中，毛细水含量较大。毛细水上升到地表会引起沼泽化、盐渍化，还会使基础墻体湿润，有的基础和基墙使用低劣建筑材料，湿润后软化，使强度降低，变形量增大，寒冷时还会加剧冻张作用，造成建筑物因地基，基础，基墙等湿润后冻胀和融沉，产生倾斜与裂缝，有的室内地面上还会有返潮现象。因此，必须做好地基、墙基的防潮层，做好室内地坪下的防潮垫层。
（三）重力水引起的工程质量事故
重力水是在土孔隙中受重力作用能自由流动的水，一般存在于地下水位以下的透水层中、重力水在土孔隙中流动，产生动水压力，能带走土中的细颗粒，溶解土中的盐类物质，严重时使土失去稳定如流砂，将引起土孔隙增大，压缩性提高、抗剪强度降低。
若地下水位在基础底的持力层、下卧层的压缩层范围内下降时，上体中水的渗透方向与上的重力方向一致，持力层中的有效应力增加：如遇持力层、下卧层的土质不均匀，基础就会产生附加沉降，或者地下水位沿建筑的一个侧面下降，比如在建筑物的一侧开挖沟、槽、深基坑或人工降水等现象，将会引起建筑物倾斜，甚至开裂和倒塌、地下水位上升，水能浸湿和软化基础底下面的压缩土层，降低地基土层的强度，增大土层的压缩性，建筑物也会产生沉降或不均匀沉降，轻则倾斜，开裂，重则倒塌，这是因为上层的渗透变形引起的：重力水渗透引起整体失稳问题，即在不渗流作用下，使整个土体发生滑动和坍塌：如建在斜坡上的建筑物下的水在斜坡中渗流(渗流方向几乎与重力方向垂直)，增大了上的剪喳力，使土的抗剪强度降低，造成边坡失稳、挡土墙倒塌等现象。
一般在沿海、湖泊潮汐水位涨落及洪水泛滥地区，易发生此类事故。如浙江常山县一幢砖混住宅楼突然坍塌，是一起罕见的粉碎性坍塌的恶性事故，主要由于使用强度等级不足Mu5的劣质欠火砖引起。砖没有烧结，遇水浸泡软化，加上砌筑砂浆强度等级又低于M1，在上部轴压力的作用下粉碎，引起坍塌。矿山，山坡地的重力水渗透会产生滑坡，有的挡土墙设计和施工不当，在重力水的渗透作用下，也会发生倒塌。若在深基槽、深基坑中挖土作业时，须要连续排水疏干作业区，被降低的地下水位呈1：10的坡度线，造成周围建筑基础底产生附加沉降差，导致周围建筑物的不均匀沉降、产生倾斜、裂缝和倒塌事故。
二、水的质量对基础的影响
1．水有酸性：当水有酸性时，则侵蚀，分解混凝土中的CaCO3成分，引起软化。
2．水中含SO42＋：硫酸盐与混凝土中某些成分相互作用，生成含水硫酸盐结晶，体积膨胀，使混凝土结构破坏。如生成CaSO4·2H2O寸，体积增大一倍；生成MgS04·7H2O时，体积增大430％等，故称之为结晶性侵蚀。
3．水中有Mg：镁盐和混凝土Ca(OH)2作用生成Mg(OH)：和易溶于水的CaCl2，而使混凝土结构破坏。水中有害成分，不仅影响混凝土质量，有的还腐蚀钢材，所以，地下水、地表水的有害成分，必须对其先进行化验，然后设计、施工。
三、工程事故实例实例
1．例一：某厂正在使用的多年厂房，墙体大面积开裂，部分砖柱受剪断裂，屋檐挠曲，门窗歪斜，破坏十分严重。
事故原因分析：厂区上游修筑水库的大坝，大坝竣工蓄水后不久，引起厂房开裂；经实测，排洪渠底部高度超过厂内建筑物的屋面高度，地下水位迅速上升，导致地基强度降低，压缩性增大，因而出现沉降和不均匀沉降，墙体产生开裂。
处理方法：根据建筑物的开裂程度，严重开裂的建筑拆除后重建，不严重的进行修补与加固处理。
2．例二：四川省某制药厂，厂区内发生大规模滑坡，滑坡体长61m、宽70—105m，厚8—12m，面积5287m²，体积在50000m³以上。滑坡体后缘地面开裂严重，最宽的裂缝达500mm；滑坡体使墙体开裂错位80mm，使楼板脱落，滑坡体产生裂缝14条，裂缝最短的长度达12m，最长的裂缝为70m；最小的裂缝宽为2mm，最大裂缝宽达400mm：滑坡体产生两个沉陷区，沉降量分别为300mm、500mm左右。
事故原因分析：
（1）厂区不平整，高差超过7m；
（2）厂区内排放土产废水的管道破裂，大量废水渗入地下，侵蚀与软化土体，地基的抗剪强度降低，压缩性增大，因而产生沉陷；
（3）6月中旬，连降三天大雨，降雨量乎均每天达60mm，雨水的渗入，使土层的有效应力降低，土体产生动水压力，使土的抗剪强度降低，位于斜坡带上的地质条件差，因而产生滑坡现象。
（4）滑坡的挡土墙设计不当，挡土墙的基础没有达到基岩，不能阻挡土层的滑动。
处理方法：
（1）在滑坡体范围内，采取钻孔灌注钢筋混凝土锚挡桩，桩径Ф370，桩间距1m。桩长必须深入滑动面以下3m左右新的基岩中，起到防止滑坡作用。
（2）全面检查给、排水管道和窨井，及时修补和更换已渗漏、破损及变形的给排水管。
（3）整修补好混凝土地面和散水坡，防止雨水渗入地面，避免新的滑坡出现。
（4）减轻滑坡体上部荷载，拆除危房等，在下坡重砌挡土墙，采取阻挡滑动的措施。
3．例三：常州市某厂厂房的深基坑中浇筑好C15混凝土墊层，3d后发现该混凝土没有硬结。
事故原因分析
（1）因混凝土垫层浇筑后，地下水上升淹没混凝土垫层。
（2）经检查，拌制混凝土原材料为水泥、砂、石子，拌和水都合格。
（3）发现基坑水呈黄色，经取水样测试，水中含有浓硫酸根SO42+，因SO42+与新拌制混凝土中某些成分相互作用，生成含水硫酸盐结晶，体积膨胀，使混凝土结构破坏(如生成CaSO4·2H2O时，体积增大1倍；生成MgSO4·7H2O时，体积增大约4倍)，所以使混凝土疏松。
（4）查该厂地下水的硫酸来自原该厂生产的废水中，因排污水管腐蚀破损而全部渗漏渗入土层中，因挖土排水后，使上层中的污染水渗流入低洼的基坑中。
处理方法
（1）加强基坑的排水，保持基坑上作面干燥；
（2）在混凝土垫层面，铺贴一毡二油隔离层；
（3）当基础混凝土浇筑硬化后，在外露部分涂热沥青二度，高度与室外地面平，做隔离保护层。
四、结语
综上所述，在建筑工程施工过程中，一定不能忽视地下水的不正常变化所带来的影响，如果稍有不注意，很容易会造成各种施工事故的出现。此外，在因地下水变化导致的施工故障中，一定要针对其“病根”进行分析，这样才能对症下药，并药到病除。
参考文献
[1]张双凤，孙晴，张小涛．邯郸地形变与地下水位动态相互关系研究[J]．西北地震学报，2009，（4）．
[2]李嘉林，陈小川．基于调节地下水位的建筑纠倾法[J]．工业建筑，2007，（21）．
作者简介：李冰（1972- ），男，广西华桂建筑安装工程有限责任公司工程师，研究方向：土木工程。
关键词：建筑工程；地下水位；影响变化；施工事故分析。
地下水位上升时的附加浮托力，对建筑物略有上托作用，且有软化基础底持力上层，降低地基的承载力：地下水位下降或临近建筑深基坑开挖降水，会造成周围建筑的不均匀沉降，常产生倾斜、裂缝、滑坡等事故：常因上，下水的管道大量漏水，有的建筑物周围没有做散水坡和排除地表水的措施，使大量降水和地表水灌入地基软化持力上层，尤其是湿陷性黄土地区，常造成建筑物产生不均匀沉降事故。有的建筑工程因地下水的动态变化，如水分的聚集与散失，使土层产生软化、崩解、湿陷、胀缩等作用而破坏建筑物。有的地下水的化学反应腐蚀基础层，导致建筑物产生裂缝、倾斜的事故。
一、水对土的影响
（一）强结合水
没有传递静水压力和溶解盐类能力的强结合水，具有较大的黏滞性、弹性和抗剪强度。强结合水的外围有一层水膜，也具有较高的黏滞性和抗剪强度，不能传递静水压力，它可使土具有可塑性。
（二）毛细水
毛细水是受水与空气界面的表面张力作用而存在于细孔隙中的自由水，存在于地下水位以上的透水层中，由于表面张力作用，形成地下水沿着不规则的毛细孔上升；上升高度与土孔隙大小有关。孔隙较大(粒径大于2mm的颗粒)时，一般无毛细现象，极细小的孔隙，土粒周围有可能被结合水充满，也没有毛细现象。故毛细水主要存在于直径为0．002—0．50rnm的孔隙中。例如，粉砂土，粉土及粉质黏土中，毛细水含量较大。毛细水上升到地表会引起沼泽化、盐渍化，还会使基础墻体湿润，有的基础和基墙使用低劣建筑材料，湿润后软化，使强度降低，变形量增大，寒冷时还会加剧冻张作用，造成建筑物因地基，基础，基墙等湿润后冻胀和融沉，产生倾斜与裂缝，有的室内地面上还会有返潮现象。因此，必须做好地基、墙基的防潮层，做好室内地坪下的防潮垫层。
（三）重力水引起的工程质量事故
重力水是在土孔隙中受重力作用能自由流动的水，一般存在于地下水位以下的透水层中、重力水在土孔隙中流动，产生动水压力，能带走土中的细颗粒，溶解土中的盐类物质，严重时使土失去稳定如流砂，将引起土孔隙增大，压缩性提高、抗剪强度降低。
若地下水位在基础底的持力层、下卧层的压缩层范围内下降时，上体中水的渗透方向与上的重力方向一致，持力层中的有效应力增加：如遇持力层、下卧层的土质不均匀，基础就会产生附加沉降，或者地下水位沿建筑的一个侧面下降，比如在建筑物的一侧开挖沟、槽、深基坑或人工降水等现象，将会引起建筑物倾斜，甚至开裂和倒塌、地下水位上升，水能浸湿和软化基础底下面的压缩土层，降低地基土层的强度，增大土层的压缩性，建筑物也会产生沉降或不均匀沉降，轻则倾斜，开裂，重则倒塌，这是因为上层的渗透变形引起的：重力水渗透引起整体失稳问题，即在不渗流作用下，使整个土体发生滑动和坍塌：如建在斜坡上的建筑物下的水在斜坡中渗流(渗流方向几乎与重力方向垂直)，增大了上的剪喳力，使土的抗剪强度降低，造成边坡失稳、挡土墙倒塌等现象。
一般在沿海、湖泊潮汐水位涨落及洪水泛滥地区，易发生此类事故。如浙江常山县一幢砖混住宅楼突然坍塌，是一起罕见的粉碎性坍塌的恶性事故，主要由于使用强度等级不足Mu5的劣质欠火砖引起。砖没有烧结，遇水浸泡软化，加上砌筑砂浆强度等级又低于M1，在上部轴压力的作用下粉碎，引起坍塌。矿山，山坡地的重力水渗透会产生滑坡，有的挡土墙设计和施工不当，在重力水的渗透作用下，也会发生倒塌。若在深基槽、深基坑中挖土作业时，须要连续排水疏干作业区，被降低的地下水位呈1：10的坡度线，造成周围建筑基础底产生附加沉降差，导致周围建筑物的不均匀沉降、产生倾斜、裂缝和倒塌事故。
二、水的质量对基础的影响
1．水有酸性：当水有酸性时，则侵蚀，分解混凝土中的CaCO3成分，引起软化。
2．水中含SO42＋：硫酸盐与混凝土中某些成分相互作用，生成含水硫酸盐结晶，体积膨胀，使混凝土结构破坏。如生成CaSO4·2H2O寸，体积增大一倍；生成MgS04·7H2O时，体积增大430％等，故称之为结晶性侵蚀。
3．水中有Mg：镁盐和混凝土Ca(OH)2作用生成Mg(OH)：和易溶于水的CaCl2，而使混凝土结构破坏。水中有害成分，不仅影响混凝土质量，有的还腐蚀钢材，所以，地下水、地表水的有害成分，必须对其先进行化验，然后设计、施工。
三、工程事故实例实例
1．例一：某厂正在使用的多年厂房，墙体大面积开裂，部分砖柱受剪断裂，屋檐挠曲，门窗歪斜，破坏十分严重。
事故原因分析：厂区上游修筑水库的大坝，大坝竣工蓄水后不久，引起厂房开裂；经实测，排洪渠底部高度超过厂内建筑物的屋面高度，地下水位迅速上升，导致地基强度降低，压缩性增大，因而出现沉降和不均匀沉降，墙体产生开裂。
处理方法：根据建筑物的开裂程度，严重开裂的建筑拆除后重建，不严重的进行修补与加固处理。
2．例二：四川省某制药厂，厂区内发生大规模滑坡，滑坡体长61m、宽70—105m，厚8—12m，面积5287m²，体积在50000m³以上。滑坡体后缘地面开裂严重，最宽的裂缝达500mm；滑坡体使墙体开裂错位80mm，使楼板脱落，滑坡体产生裂缝14条，裂缝最短的长度达12m，最长的裂缝为70m；最小的裂缝宽为2mm，最大裂缝宽达400mm：滑坡体产生两个沉陷区，沉降量分别为300mm、500mm左右。
事故原因分析：
（1）厂区不平整，高差超过7m；
（2）厂区内排放土产废水的管道破裂，大量废水渗入地下，侵蚀与软化土体，地基的抗剪强度降低，压缩性增大，因而产生沉陷；
（3）6月中旬，连降三天大雨，降雨量乎均每天达60mm，雨水的渗入，使土层的有效应力降低，土体产生动水压力，使土的抗剪强度降低，位于斜坡带上的地质条件差，因而产生滑坡现象。
（4）滑坡的挡土墙设计不当，挡土墙的基础没有达到基岩，不能阻挡土层的滑动。
处理方法：
（1）在滑坡体范围内，采取钻孔灌注钢筋混凝土锚挡桩，桩径Ф370，桩间距1m。桩长必须深入滑动面以下3m左右新的基岩中，起到防止滑坡作用。
（2）全面检查给、排水管道和窨井，及时修补和更换已渗漏、破损及变形的给排水管。
（3）整修补好混凝土地面和散水坡，防止雨水渗入地面，避免新的滑坡出现。
（4）减轻滑坡体上部荷载，拆除危房等，在下坡重砌挡土墙，采取阻挡滑动的措施。
3．例三：常州市某厂厂房的深基坑中浇筑好C15混凝土墊层，3d后发现该混凝土没有硬结。
事故原因分析
（1）因混凝土垫层浇筑后，地下水上升淹没混凝土垫层。
（2）经检查，拌制混凝土原材料为水泥、砂、石子，拌和水都合格。
（3）发现基坑水呈黄色，经取水样测试，水中含有浓硫酸根SO42+，因SO42+与新拌制混凝土中某些成分相互作用，生成含水硫酸盐结晶，体积膨胀，使混凝土结构破坏(如生成CaSO4·2H2O时，体积增大1倍；生成MgSO4·7H2O时，体积增大约4倍)，所以使混凝土疏松。
（4）查该厂地下水的硫酸来自原该厂生产的废水中，因排污水管腐蚀破损而全部渗漏渗入土层中，因挖土排水后，使上层中的污染水渗流入低洼的基坑中。
处理方法
（1）加强基坑的排水，保持基坑上作面干燥；
（2）在混凝土垫层面，铺贴一毡二油隔离层；
（3）当基础混凝土浇筑硬化后，在外露部分涂热沥青二度，高度与室外地面平，做隔离保护层。
四、结语
综上所述，在建筑工程施工过程中，一定不能忽视地下水的不正常变化所带来的影响，如果稍有不注意，很容易会造成各种施工事故的出现。此外，在因地下水变化导致的施工故障中，一定要针对其“病根”进行分析，这样才能对症下药，并药到病除。
参考文献
[1]张双凤，孙晴，张小涛．邯郸地形变与地下水位动态相互关系研究[J]．西北地震学报，2009，（4）．
[2]李嘉林，陈小川．基于调节地下水位的建筑纠倾法[J]．工业建筑，2007，（21）．
作者简介：李冰（1972- ），男，广西华桂建筑安装工程有限责任公司工程师，研究方向：土木工程。