地下水对工程施工影响分析及探讨

地下水对工程施工影响分析及探讨地下水对工程施工影响分析及探讨 摘要 在当前建筑工程施工中 解决地下水对工程施工造成的影响是工程 建设领域所面临的重要课题 本文从施工实践出发结合理论阐述了地下水对工 程施工的影响 并从管理与技术上提出了以危害控制为主体的对策 关键词 地下水 建筑工程 施工影响 对策 在建设工程施工的周期当中 不得不提及的施工阶段是最为复杂和重要的 阶段之一 在施工阶段也经常出现各种复杂的问题和情形 地下水作为天然形 成的地下水质 在施工过程中有很大的阻碍作用 无论是地下工程还是地上工 程 在进行工程建造时 都要或多或少的深入地表岩层 但是 地下水作为在 广泛的地表岩土之中常见的现象 对建筑工程的影响却十分广泛而普遍 1 地下水在工程施工中产生的影响分析 1 1 地下水的分布 地下水分布较为复杂 它不仅受一般规律影响 还受 到岩土性质 地理环境条件与季节变换 结构发育程度 人类活动等不同因素 的相互影响 各个因素可能单独影响 也可能多个因素共同影响 地下水在分 布上包涵了地下水类别 储存数量 水位高低与补给条件等不同特征的分析 而在这些特征之中地下水的类别则最为重要 在地理学的研究中 按照埋藏条 件来分 可以把地下水分为潜水 包气滞水 承压水 不同种类的地下水对其 影响也自不同 具体有如下两点 首先 各种不同类型的地下水的固有特征有 所不同 如季节的变化 是否承压 补给条件的差异等 其次 我国现今在工 程建设技术的先进程度和行业限制有所不同 如大型水利工程 矿山与一般的 建筑工程之间的不同 在工程施工过程中潜水的影响最大 因其在地域上分布 较广 埋藏的深度和范围较大的特点 对工程施工建设过程中影响广泛而普遍 包气滞水由于埋藏浅 储量小 对工程的影响较小 承压水在工程施工中则影 响较大 但承压水的影响概率则很低 只对个别地带 个别行业带来影响 1 2 岩土的三相结构和岩土的水性质 在工程施工中的基础元素是岩土 岩土的结构 力学特征以及其他性质则直接决定了在工程施工中是否顺利 岩 土在结构上呈现气 液 固三态 固态的岩土主要是由不同的粒径级配固体颗 粒所组成 它是岩土的主体部分 液态的岩土主要是由依附于固态颗粒上以及 游散在固相结构空隙中的液体 气态的岩土主要是由扩散在液态与固态上以及 充溢在液态和固态空隙中的水蒸气和空气 岩土的三相结构之间相互作用 相 互影响岩土的稳定性与强度 在地理学上 我们通常将岩土中液态结构同地下水视为一种类型 其中 岩土的水性质则集中体现了地下水的性质 分别可以叙述为岩土的给水度 含 水性与透水性 在满足工程施工需要的角度来观察 各个类型的岩土在理论上 可以达到最佳水质的指标值 然而 岩土的水性质实际上的指标值同理论上的 最佳值往往出现不同程度的偏差 1 3 地下水和岩土之间的交互作用 地下水在工程施工方面 地下水和岩 土之间的交互作用是其主要影响根源 地下水和岩土之间的交互作用不但直接 决定了岩土三相结构中的性质 同时也决定了岩土三相结构在施工扰人后的变 化发展趋势 从而在工程施工过程中地下水起到决定性的重要作用 地下水和 岩土之间的交互作用相当复杂 下面我们将通过三个理论定律展开研究 1 3 1 太沙基有效应力理论 这种理论是指把岩土结构中固液两种状态 相对饱和的岩土结构 这种结构能得出固液两种状态的相对关联 相互影响和 作用的一种规律 它是岩土三相结构重要的理论 太沙基有效应力理论认为液 体不承受剪应力 但可以承受并传递法向应力 进而把结构总体应力区分为相 对独立的两部分 液相空隙压力 u 固相有效应力 o 该理论可表达为 a o u 由太沙基有效应力理论进行分析 液体在岩土之中具有流动性 施工开始 后将会导致液体的不同程度的流动 因而造成了整体结构的稳定性和应力强度 损失降低 1 3 2 地下水运动规律 这种规律可以用一个公式来表明 V kil m 在公式中 V 的含义是水移动速度 k 的含义是岩土的渗透系数 i 的含义是水 力的坡度 m 的含义是综合反映流速 地下水的流动方式和岩土三相结构特征 的参数 地下水在处于层流状态时 m 的值应当为 1 而当地下水在处于紊流状 态时 m 的值应当在 1 和 2 之间 然而 在大多数情况下 地下水在岩土中是 以层流方式运动的 所以 m 值常取 1 1 3 3 岩土强度理论 t d tan c 其中 t 表示岩土抗剪强度 o 表示剪 切面方向应力 f 表示岩土内摩擦角 C 表示岩土黏聚力 此式即为闻名遐迩 的摩尔一库仑强度理论 因为剪切破坏是岩土破坏最常见的方式 所以抗剪强 度作为基础的摩尔一库仑理论变为岩土结构非常重要的理论 在对以上叙述的 三个理论在理解和运用时 首要且必须要做到的是全面与统一 同时须具体明 确以下几点 在工程施工中 地下水的影响不是单独的 同时还受到许多其他因素的 影响 以上三个理论是相互统一的 三个理论共同决定了地下水和岩土之间 的交互作用 在工程施工过程中 地下水对其影响包含了物理 地理 化学 等不同学科 只有结合工程和地下水的实际情况才能避免得出错误结论 能更 正确有效的分析和解决问题 2 对策分析 通过地下水对工程施工影响的分析 结合上述三个理论 在实践中遵循三 个原则来确定对策 安全第一原则 经济可行原则 技术创新原则 以这三个 原则为指导 所确定的对策可分为管理类和技术类 2 1 管理类对策 管理类对策是指充分的运用决策理论 管理科学的成果 和实践经验 这类对策可以通过科学 创新 高效的方法进行管理 从而减轻 乃至消除在工程施工过程中地下水的影响 具体言之 有以下几点 合理安 排施工活动 提高管理效率 避免汛情 雨情等气候因素所带来的消极效应 提高从业人员特别是工程技术人员的业务素质 发挥其技术专长与思维能动 性 在施工需求基础上适度调整施工质量 费用与进度 从而适应在特定环 境下地下水问题的解决 2 2 技术方面的对策 技术方面的对策在操作上方法和措施有很多种 但 它们都能体现出共同的特征 在工程施工中不同中给的措施应当都有与其相适 应的范围 具体做法和技术指标 下面我们对一些技术对策的共同特征具体进 行论述 堵和截 这种方法在本质上以隔断地下水补给源为特征 以及在地 下水流动过程中设置障碍 提高阻力 具体方法可以利用设幕墙 打板桩等方 法 这是为了把地下水在流动过程中加以控制 为整个工程施工时打下基础保 障 从而有利于整个工程的施工 排和降 排是指把地下水以及补给源排放 到施工的作业范围外 降是指将基于 FPGA 的 HDB3 编译码器设计高水位降至作 业面以下从而使得作业面处于降水漏斗的范围内 利用排和降的方法可以把作 业范围内中的岩土三相结构中液态比例降低 并有利于整个工程的施工 保 留 在工程施工过程中采取其它技术方法成本过高时 我们可以采用保留的方 法 保留地下水 并采取开发或更换新施工方法和工艺来解决 譬如水下开挖 土方工法以及机械顶管替代人工顶管等 更换和 Al2O3 内表面上钨离子 分散的研究固结 更换是指将更换后的土质和地下水凝固或降低地下水流动速 率 从而与地下水结合而形成新的岩土三相结构 固结是指加入凝固性材料 冷冻等方法使岩土固化 以降低地下水的渗透破坏和流动性 防 这种技术 方法是指防止地表的径流 例如雨水以及其它特殊径流产生的地下水问题 2 3 技术对策的举例 管涌防治 这种方法是以堵截地下水补给源 阻碍或弱化地下水流动的方法 设置反滤层 减小地下水的水力坡度 替换土 质等 流土防治