淺析地下水升降引起的巖土工程問題

王治新

江西省地礦局902地質大隊地礦新余地質工程勘察院 江西 新余 338000

隨著經濟的發展,城市化建設也越來越完善,由此,建筑工程的數量和規模都在不斷壯大,在各種土建工程中,巖土工程占有十分重要的地位。然而,目前生態環境惡劣,地下水升降問題已經嚴重音響到了巖土工程的建設,對巖土勘察工作具有極大的干擾性。因此,巖土工程的專業施工團隊和專家都必須認識到當前地下水位升降給巖土工程帶來的問題,從而根據問題研究出相應的對策。本文主要是淺析地下水位升降引起的巖土工程問題,促使相關人員和部門重視地下水位升降問題,從而促進水文地質和巖土工程能夠健康可持續發展。

一、地下水位上升引起的巖土工程問題

地下水位上升是指地下水面上升,隨著地下水位的上升,會加強地下水與巖土體之間相互作用,導致地基巖土體承載力及抗剪性能力下降,因此容易引起地基承載力下降、砂土液化、塌陷家居、土壤鹽堿化等問題,對巖土工程帶來很多不利影響。

1.淺基礎地基承載力降低。不同類型的砂性土和粘性土,其淺基礎地基的基礎結構不同,但都會因為地表水面的上升而降低其承載力度。以粘性土為例來說,粘性土在地下水位上升時,其土質含水量會增大,因此粘性土體積會膨脹,從而會使土的強度降低。又因為粘性土具備粘聚力,因此其承載力下降率相對會小一些,最大可下降50%,相較于砂性土,砂性土粘性不夠,所以其承載力下降最高可達70%。土質地基的承載力下降,對巖土工程的建設來說,是一個巨大的挑戰,其需要采取一些措施加大地基的承載力,防止建筑的沉降問題。

2.砂土液化。砂土液化是指飽水的疏松粉、細砂土在振動作用下突然破壞而呈現液態的現象,因為孔隙水壓力上升,有效應力會減小,從而容易導致沙土液化。對地下水位的研究,隨著地下水位的上升,沙土抗震液化形式會相對減弱,當覆土層厚度達到三米,同時地下水位從地下6米上升到地表面,沙土抗液化能力可以降低到75%；當地下水位在地下兩米的位置,地下水位表面時,土體水含量越大,砂土液化現象越嚴重,同時,覆土層越薄,砂土液化現象也會越嚴重[1]。砂土液化會導致砂土層的承重能力下降,容易導致巖土工程塌陷等問題,極大地增加了巖土工程的施工難度。

3.土壤鹽堿化和沼澤化。當地下水位上升至地表平面時,地下水的生物會產生毛細作用,從而使地表土層水含量過高,容易導致土壤沼澤化,又會因為外界的高溫度,從而對土層內的水含量,從而使土層內部的鹽分都集中在上部巖土層中,形成了鹽漬土。地下水位上升帶來的毛細作用不僅改變了巖土體原有的土壤性質,而且增加了巖土體以及地下水對建筑物的腐蝕能力,對巖土工程來說是非常嚴重的問題,腐蝕了巖土工程建筑地基會導致建筑物塌陷等問題,以及不利于建筑的安全。

4.巖土體變化。在河谷階地、斜坡和岸邊地帶,地下水位上升時,會導致地下潛水位和河水位都上升到地表一定高度,因此,地表水面的上升,增大了對巖土體浸潤的范圍,對巖土體的浸潤作用程度也加強,會造成巖土體水飽和、軟化等變化,最終造成巖土體變形、劃破、崩塌、失穩等不良現象。

5.凍脹作用。在緯度較高的地區,隨著地下潛水位升高,地基土中含水量也會隨之增多,又由于土壤溫度低,其凍結作用會使含水量形成冰夾層等,促使工程地基土產生凍脹、地面隆起等現象,如果情況嚴峻,甚至會導致建筑物失去平衡倒塌現象。

二、地下水位下降引起的巖土工程問題

地下水位下降主要是地下潛水位的水位下降,也會導致地表水位的下降,會引起地表探險、地面沉降、海水入侵等問題,對巖土工程產生不利影響,具體表現在以下幾個方面:

1.地表塌陷。地下水位下降會改變地下水動力條件,從而出現地表塌陷坑。地表塌陷的程度與地下水位下降的深度有直接關系,如果地下水位下降能夠保持在基巖面及其以上的位置,就對地表不會造成什么影響；當地下水位下降深度比較小時,地表的塌陷坑數會少一些；如果地下水位下降深度較大是,地表塌陷的坑數就會較多,而且塌陷坑的形式會更加嚴峻,對巖土工程的施工造成不利的影響。

2.地表沉降。地表水位的下降長期沒有得到改善,就會導致地表沉降問題。而導致地表沉降的主要原因不是因為自然的地表水位下降,而是因為人為對地下水的抽取,從而導致了地下水位不斷下降,引起區域性地面沉降。根據地表沉降歷史可知,在1921年到1965年,上海城市的地表沉降量最大達到了2.63米。雖然目前得到了一定的環節,上海的地表依然在以緩慢的速度進行沉降。地表沉降是一個亟待解決的巖土工程問題,需要引起相關的重視。

3.海水入侵。近海城市的地下水一般與海水相連接,如果地下水位降低,由陸地淡水向海水排泄的狀況將會被扭轉為海水入侵進內陸淡水系統,增加了淡水的腐蝕性,會對內陸淡水的水質造成巨大傷害,不利于生活和工業用水的質量,也加大了巖土土壤的鹽堿性,不利于巖土工程的建設。

4.對巖土建筑的不利影響。當地下水位下降的水位保持在地基基礎底面,也就是其下降水位范圍不大時,其對巖土地基不會產生很大的影響,只會稍微增加地基基礎的自身重量；如果地下水位的下降深度達到基礎底面,在壓縮層范圍內變化時,將會增加地基巖土體的自重力,從而導致地基以上的建筑物伴隨著地下水位下降而沉降,其下降程度以地下水位下降程度為準。另外,如果巖土土質的強度和密度不均,或者地下水位的動力線突然變化[2],也會造成建筑物的變形或者均布沉降,嚴重時會造成建筑物撕裂,對巖土工程的質量和安全以非常大的打擊。

三、結語

地下水位無論是上升還是下降,其變化程度過大,都會對巖土工程產生許多不利的影響,甚至會危害到人類的生命安全和財產安全。因此,在巖土工程施工時,需要充分考慮地下水位的變化,從而排除潛在的安全隱患。