浅析地下水升降引起的岩土工程问题

2019-07-12王治新

探索科学(学术版) 2019年4期

王治新

江西省地矿局902地质大队地矿新余地质工程勘察院江西新余 338000

随着经济的发展,城市化建设也越来越完善,由此,建筑工程的数量和规模都在不断壮大,在各种土建工程中,岩土工程占有十分重要的地位。然而,目前生态环境恶劣,地下水升降问题已经严重音响到了岩土工程的建设,对岩土勘察工作具有极大的干扰性。因此,岩土工程的专业施工团队和专家都必须认识到当前地下水位升降给岩土工程带来的问题,从而根据问题研究出相应的对策。本文主要是浅析地下水位升降引起的岩土工程问题,促使相关人员和部门重视地下水位升降问题,从而促进水文地质和岩土工程能够健康可持续发展。

一、地下水位上升引起的岩土工程问题

地下水位上升是指地下水面上升,随着地下水位的上升,会加强地下水与岩土体之间相互作用,导致地基岩土体承载力及抗剪性能力下降,因此容易引起地基承载力下降、砂土液化、塌陷家居、土壤盐碱化等问题,对岩土工程带来很多不利影响。

1.浅基础地基承载力降低。不同类型的砂性土和粘性土,其浅基础地基的基础结构不同,但都会因为地表水面的上升而降低其承载力度。以粘性土为例来说,粘性土在地下水位上升时,其土质含水量会增大,因此粘性土体积会膨胀,从而会使土的强度降低。又因为粘性土具备粘聚力,因此其承载力下降率相对会小一些,最大可下降50%,相较于砂性土,砂性土粘性不够,所以其承载力下降最高可达70%。土质地基的承载力下降,对岩土工程的建设来说,是一个巨大的挑战,其需要采取一些措施加大地基的承载力,防止建筑的沉降问题。

2.砂土液化。砂土液化是指饱水的疏松粉、细砂土在振动作用下突然破坏而呈现液态的现象,因为孔隙水压力上升,有效应力会减小,从而容易导致沙土液化。对地下水位的研究,随着地下水位的上升,沙土抗震液化形式会相对减弱,当覆土层厚度达到三米,同时地下水位从地下6米上升到地表面,沙土抗液化能力可以降低到75%；当地下水位在地下两米的位置,地下水位表面时,土体水含量越大,砂土液化现象越严重,同时,覆土层越薄,砂土液化现象也会越严重[1]。砂土液化会导致砂土层的承重能力下降,容易导致岩土工程塌陷等问题,极大地增加了岩土工程的施工难度。

3.土壤盐碱化和沼泽化。当地下水位上升至地表平面时,地下水的生物会产生毛细作用,从而使地表土层水含量过高,容易导致土壤沼泽化,又会因为外界的高温度,从而对土层内的水含量,从而使土层内部的盐分都集中在上部岩土层中,形成了盐渍土。地下水位上升带来的毛细作用不仅改变了岩土体原有的土壤性质,而且增加了岩土体以及地下水对建筑物的腐蚀能力,对岩土工程来说是非常严重的问题,腐蚀了岩土工程建筑地基会导致建筑物塌陷等问题,以及不利于建筑的安全。

4.岩土体变化。在河谷阶地、斜坡和岸边地带,地下水位上升时,会导致地下潜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,增大了对岩土体浸润的范围,对岩土体的浸润作用程度也加强,会造成岩土体水饱和、软化等变化,最终造成岩土体变形、划破、崩塌、失稳等不良现象。

5.冻胀作用。在纬度较高的地区,随着地下潜水位升高,地基土中含水量也会随之增多,又由于土壤温度低,其冻结作用会使含水量形成冰夹层等,促使工程地基土产生冻胀、地面隆起等现象,如果情况严峻,甚至会导致建筑物失去平衡倒塌现象。

二、地下水位下降引起的岩土工程问题

地下水位下降主要是地下潜水位的水位下降,也会导致地表水位的下降,会引起地表探险、地面沉降、海水入侵等问题,对岩土工程产生不利影响,具体表现在以下几个方面:

1.地表塌陷。地下水位下降会改变地下水动力条件,从而出现地表塌陷坑。地表塌陷的程度与地下水位下降的深度有直接关系,如果地下水位下降能够保持在基岩面及其以上的位置,就对地表不会造成什么影响；当地下水位下降深度比较小时,地表的塌陷坑数会少一些；如果地下水位下降深度较大是,地表塌陷的坑数就会较多,而且塌陷坑的形式会更加严峻,对岩土工程的施工造成不利的影响。

2.地表沉降。地表水位的下降长期没有得到改善,就会导致地表沉降问题。而导致地表沉降的主要原因不是因为自然的地表水位下降,而是因为人为对地下水的抽取,从而导致了地下水位不断下降,引起区域性地面沉降。根据地表沉降历史可知,在1921年到1965年,上海城市的地表沉降量最大达到了2.63米。虽然目前得到了一定的环节,上海的地表依然在以缓慢的速度进行沉降。地表沉降是一个亟待解决的岩土工程问题,需要引起相关的重视。

3.海水入侵。近海城市的地下水一般与海水相连接,如果地下水位降低,由陆地淡水向海水排泄的状况将会被扭转为海水入侵进内陆淡水系统,增加了淡水的腐蚀性,会对内陆淡水的水质造成巨大伤害,不利于生活和工业用水的质量,也加大了岩土土壤的盐碱性,不利于岩土工程的建设。

4.对岩土建筑的不利影响。当地下水位下降的水位保持在地基基础底面,也就是其下降水位范围不大时,其对岩土地基不会产生很大的影响,只会稍微增加地基基础的自身重量；如果地下水位的下降深度达到基础底面,在压缩层范围内变化时,将会增加地基岩土体的自重力,从而导致地基以上的建筑物伴随着地下水位下降而沉降,其下降程度以地下水位下降程度为准。另外,如果岩土土质的强度和密度不均,或者地下水位的动力线突然变化[2],也会造成建筑物的变形或者均布沉降,严重时会造成建筑物撕裂,对岩土工程的质量和安全以非常大的打击。