浅谈天津地区工程勘察中地下水的作用
[摘 要]：该文探讨了地下水在建筑工程中的重要性，分析了其可能带来的不良作用，可供相关专业人员参考。
[关键词]：地下水；不良作用；建筑工程
1 地下水的重要性
地下水既是岩土体的组成部分，直接影响岩土体工程特性，又是工程基础的环境，影响工程的稳定性和耐久性。在设计中既要考虑地下水对岩土及建筑物的各种作用,及可能产生的各种结果;施工中又要估计地下水对施工带来的各种问题和事先应采取的防治措施。因此,在工程勘察中,提供地下水完整的、准确的、可靠的技术数据是不可忽视的大问题。若对地下水处理不当可能产生不良作用，甚至发生工程事故。
2 地下水对建筑工程的影响
2.1对土质的影响
在地下水位以上、地下水位变动带和地下水位以下，具有一般的规律即：土体从上到下，天然含水量、孔隙比由小→大→小，压缩模量、承载力由大→小→大的变化规律。这是由于地下水位以上部位，经长期淋滤作用，铁铝富集，并对土颗粒起胶结和充填作用，增大了土粒间连接力，往往形成“硬壳层”，因而含水量、孔隙比小EI/SCI论文代写而压缩模量和承载力增高；而位于地下水位变动带的土层，由于地下水积极交替，土中的铁铝成分淋失，土质变松，因而含水量、孔隙比增大，压缩模量、承载力降低；位于地下水位以下的土层，由于地下水交替缓慢，氧化、水解作用减弱，加之上覆土层的自重压力作用，土质比较密实，因而含水量、孔隙比减小，压缩模量、承载力增高。
2.2地下水水位
在工程勘察中首先要准确地测定地下水水位。天津地区浅层地下水主要指第四系潜水水位。液化判别初判及标准贯入试验判别计算时需要地下水埋置深度dw。
《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-;2008）、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）中规定，天然地基的桥梁、建筑，当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件之一时，可不考虑液化影响：
A：du>d0+db-2 （1）
B：dw>d0+db-3 （2）
C：du+dw>1.5d0+2db-4.5（3）
式中：dw－地下水位深度（m），宜按设计基准期内年平均最高水位采用，也可按近期内年最高水位采用；du－上覆非液化土层厚度（m），计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除；db－基础埋置深度（m），不超过2 m时应采用2 m。标准贯入试验判别公式为：在地面下15 m深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算：
Ncr=N0［0.9+0.1（ds－dw）］3/ρc%姨（ds≤15）（4）
在地面下15～20 m范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算：
Ncr=N0(2.4－0.1dw)3/ρc%姨(15<ds≤20)（5）
由公式可以得出，地下水位上升，dw变小，Ncr变大，会使浅基础地基承载力降低,砂土地震液化加剧，建筑物震陷加剧。
《公路工程抗震设计规范》（TJ004-89）中规定，基础埋置深度不超过2 m的天然地基，可根据下图中规定的上覆非液化土层厚度du或地下水位深度dw判定土层是否考虑液化影响，见图1。标准贯入试验判别公式为：
N1=CnN63.5（6）
Nc=｛11.8［1+13.06(σ0/σe)KhCv］1/2-8.09｝ξ
σo=rudw+rd（ds-dw）
σe=rudw+（rd-10）（ds-dw）。
由于地下水的存在，应注意计算标准贯入点处土的总上覆压力σo及有效覆盖压力σe的不同，σe=σo-（ds-dw）。地下水位以上，砂土容重取18.0 kN/m3，亚砂土容重取18.5 kN/m3，地下水位以下，砂土容重取20.0 kN/m3，亚砂土容重取20.5 kN/m3，而不是取试验作出来的ρ0值乘以10。由公式亦可以得出，地下水位上升会使砂土地震液化加剧，建筑物震陷加剧的结论。
2.3地下水水位的升降
地下水位的天然变化是区域性、渐变的，而且变化幅度较小。地下水水位是相对的，它也随着地下水补给或排泄条件的变化而变化；人为因素亦可引起局部性的地下水位升降变化。不管什么原因，当地下水位的变化达到一定程度时，都会对工程地质造成危害。
地下水位的升降变化对基础影响极大。地下水在地基持力层中上升，则将使粘性软化，压缩性增大，地基承载力降低。地下水位下降往往会引起地表塌陷、地面沉降、地裂缝的产生,岩土体稳定性的破坏，进而危害建筑物的稳定性。
天津地区地下水位埋藏较浅，基础埋深大于地下水位深度时，基槽开挖与基础施工必须进行排水。中小型工程水量不大，可能采用开挖水沟与集水井排水。重大工程地下水深度大、涌水量多时，应采用井点降低地下水位法，根据具体情况，选用轻型井点、管井井点或深井井点等。如不排水或排水不好、基槽被踩踏、破坏地基土的原状结构、甚至地基成软烂泥或橡皮土，则承载力降低，形成工程隐患，应当避免。采取降水措施，亦应考虑到地下水位下降可能引起的危害，应在施工中避免因地下水的降水不当，造成基坑内外土体的变形，引起基础桩、邻近建筑道路或地下设施破坏的发生。
2.4地下水的腐蚀性
工程勘察过程中应取水试验进行腐蚀性评价。
《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）中，需按环境类型水对混凝土结构的腐蚀性、按地层渗透性水对混凝土结构的腐蚀性、对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性三方面对场区地下水对建筑材料的腐蚀性进行评价，并分为微、弱、中、强、严重图1土层液化影响示意五个等级，评价标准详见《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）表12.2.1、12.2.2、12.2.4。
《公路工程地质勘察规范》(JTJ 064-98)中，需按结晶类腐蚀、分解类腐蚀、结晶分解复合类腐蚀分别对地下水对混凝土的腐蚀性进行评价，并分为无、弱、中、强、严重五个等级，评价标准详见《公路工程地质勘察规范》(JTJ 064-98)附录D。
施工时需根据场区地下水腐蚀等级采用相应的防护措施。
2.5抗浮问题
随着天津各类建筑大量兴建，城市地下空间的开发利用，各种地下建筑类型也越来越多、规模也是越来越大。建筑物基础底面位于地下水位以下时，在水头的压力下，地下水会对基础底面产生向上的静水压力，即地下水的浮托力。在施工中可降排水使潜水位或承压水头下降，以减少水的浮托力。当加大基础自重不可行时要考虑采用抗拔桩，进行抗浮评价。基桩的抗拔极限承载力标准值计算公式：
Uk=∑λiqsikuili（7）
式中：ui———破坏表面周长；qsik———桩周表面第i层土的抗压极限侧阻力标准值；λi———抗拔系数，砂土0.50～0.70，粘性土、粉土0.70～0.80。
抗浮评价中的重要内容就是要确定抗浮设防水位—地下室抗浮评价计算所需的、保证设防安全和经济合理的场地地下水位。它有两层意思，一是保证设防安全，它是要保证几十甚至上百年建筑使用期间的安全，在此期间不致因地下水上升，浮力加大而引起抗浮失效，因而应有足够安全度；二是要以区域水文地质条件为基础，从EI/SCI论文代写较大范围的整个场地来考虑，而不是以某个单独建筑来考虑。这是因抗浮设防水位必须是根据区域和整个场地的水文地质条件或地下水埋藏条件来决定，即应根据地下水的类型、分布和埋藏深度、含水层数目、岩性结构、含水构造特点、地下水的补给、排泄条件等来决定，而不是仅以某栋建筑基础所在地下水层的最高水位来决定。场地地下水抗浮设防水位的综合确定宜符合下列规定：（1）当有长期水位观测资料时，场地抗浮设防水位可采用实测最高水位；无长期水位观测资料或资料缺乏时，按勘察期间实测最高稳定水位并结合场地地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定；（2）场地有承压水且与潜水有水力联系时，应实测承压水水位并考虑其对抗浮设防水位的影响；（3）只考虑施工期间的抗浮设防时，抗浮设防水位可按一个水文年的最高水位确定。
3 结论
（1）工程勘察中应重点评价地下水对岩土体和建筑物的作用和影响，预测可能产生的岩土工程危害，提出防治措施。
（2）工程勘察中还应密切结合建筑物地基基础选型的需要，查明有关水文地质问题，提供选型所需要的水文地质资料。
（3）工程勘察中不仅要查明地下水的天然状态和天然条件，更重要的是要分析预测在人为工程活动中地下水天然状态和天然条件的变化，及其对岩土体和建筑物的反作用，这是岩土工程设计与施工中必然遇到的问题。
（4）工程勘察中的水文地质评价内容，应从工程角度，按地下水对工程的作用与影响，提出不同条件下应当着重评价的水文地质问题。
参考文献
[1]JTG/T B02-01-2008,公路桥梁抗震设计细则[S].
[2]GB50011-200,建筑抗震设计规范[S].
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[4]TJ004-89,公路工程抗震设计规范[S].
[5]高峰,段永强.工程勘察中地下水作用问题浅谈[J].常州工学院学报,2008,21.