地下水对地基基础设计的影响

王德林邢峻

摘要:本文主要论述了地下水对地基基础设计方面的影响，论述了如何更好的做好地基基础设计工作，如何在地基基础设计的过程中，避免地下水对地基基础设计造成各种不良影响，提出了一些比较可行的措施和方法，供同行参考和借鉴。

关键词:地下水;地基;基础设施;设计

前言

在地基基础设计的过程中，我们必须要思考如何更好的做好设计工作，针对目前设计过程中容易受到地下水影响的情况，设计人员要进行重点把控，尽量避免地下水对地基基础设计造成不利影响。

1地下水对基底压力的影响

基底压力是地基和基础地面接触中产生的压力，是基础作用地基土上的有效应力。在计算地基承载力时，尤其是有地下水存在时，怎样对基地压力进行确定。通常情况下可分为4种情况，下图为地下水存在时地基示意图。

在a种情况下，基底下面是地下水位，其基底压力可按照式计算。同理，在b、c两种情况下，基础底面分别位于隔水层以下与隔水层之间，由于其不存在水浮力作用，因此也可以按照①式子计算。

而在d种情况下，基础底面位于隔水层与地下水位之间，地下水对基础施加了作用力，所以其基底压力要减去水浮力作用，并按照式计算，γw表示水的重力密度。

2地下水对基础反力的影响

基础底面受到的总作用力就是基础反力，但不是基底压力的反作用力，其数值和地基压力有可能存在差异。在基础底面不受水浮力作用时，比如a、b、c三种情况，只有土体对基础底面有力的作用，该作用力和基底压力方向相反、大小相同，是基底压力的反作用力，其基础反力R可按照③式计算。

在基础底面位于地下水位下面时，也就是d种情况，基础底面不仅受到基底压力的反作用力，同时也受到水浮力作用，这两个力有着相同的方向，一起作用于基础底面，此时基底压力反作用力和水浮力的和就是基础反力值，按照④式计算。

3地下水对地基工程设计中的其他方面的影响

3.1地下水对于抗浮验算的一些影响

为了能够更加有效的使用紧张的土地资源，为了保证城市的可持续发展，建筑行业开始了不断的向地下开拓面积，对于基坑的挖掘规模及深度也就越来越大，在触及含有地下水的区域时，地下水的浮力对于地下建筑物和地下室的施工、结构设计上的影响也就越来越明显，如果对这方面的重视还不够的话，对它的影响结果主要有两方面：(1)被地下水强大的浮力将地下室上浮或是梁、柱、底板开裂，(2)没有重视地下水在岩土中具有渗流的特征，盲目的套用一些原理，过分的看重了地下水的浮力作用，加大了不必要的抗浮工作，带来了过多的工程建设费用。

3.2地下水对于强夯地基稳定性的影响

对于接近湖边、河边或是池塘边的一些建筑物，如果考略到场地上面存在着较厚的软弱土时，就来利用换填与强夯复合地基的方法，由于存在于地表的水位和地下水位有着十分密切的关系，就会造成地下水位的升降比较频繁。假设复合地基存在于地下水位的变化范围之中，这样地下水位的升降就会在复合地基当中产生较大的动力水，就会导致因为地下水的强力冲刷，造成复合地基里面的细颗粒发生错位或是或是产生移动的现象，将很多的小颗粒带走。另外在地下水位的上升过程中，降低了复合地基的抗剪强度和有效的重度，造成复合地基的承载力严重的下降，基础的沉降量增大后导致建筑物出现下沉的情况或是开裂。比如说，某市的一个住宅小区为1—4层的地层建筑，与东南面江支流江边的距离是5—10米左右，填土的厚度大概在12—15米左右，采用强夯的办法来处理地基基础。因为对填配的使用擦料上的不均匀，大小之间的悬殊较大，在01年的时候，河水发生了一场50年一遇的特大洪水，水位一下升到了77.6米，小区的地坪仅仅高于支流水水位的3米左右，导致河水渗入复合地基的土层之中，在维持了大概有3天的时间洪水才退却，然而在水退的4个月之后，靠近支流河边的建筑物都出现了不均匀的沉降（大概在10厘米左右）和裂缝的情况。

4地下结构的抗浮问题及相关措施分析

近年来,城市高层建筑和广场式复合体建筑群迅速发展,并带动地下空间的利用,地下室层数增多,基础埋深大(北京已出现地下部分埋深超过40m的建筑)对地基土的承载力和变形特性的要求相应增加,同时不可避免地涉及地下水的作用。结构复杂的广场式建筑中的低层裙房和纯地下车库的基础往往处于超补偿状态,基础抗浮设计问题已成为影响结构设计和工程投资效益的难题之一,并逐步引起岩土工程师和结构工程师的重视和广泛关注。

地下结构的抗浮设计问题首先必须确定基础抗浮设计水位。然而,目前结构设计所遵循的有关国家标准、地方标准或技术措施中并未明确地提出建筑物抗浮验算的设计水位取值方法,如现行的国家标准《建筑地基基础设计规范》(GBJ7-89);或者只是提出了可以参照勘探实测水位、近年高水位以及历史最高水位确定基础抗浮水位的取值原则,但在具体应用时仍存在许多实际问题。因为地下水的运动特性决定了地下水位高度的随机动态变化特征,特别是在北京等城市化问题突出的大城市,地下水位受人类活动影响显著,多年年均水位呈现不规则的高低变化,这就需要从本地区的水文地质背景进行研究分析和对多年地下水位动态状况进行监测,才能合理确定基础抗浮水位。

地下结构的抗浮措施包括:增加压重、盲沟排水、抗拔桩和抗浮锚杆。增加压重只有在结构自身重量与所受到的水浮力差别不大时才可行,否则从工程造价上会造成浪费,同时会以牺牲相当的地下空间为代价,真正是得不偿失。

盲沟排水方法需要在地下结构下设置导滤层和排水管道,其基建投资比较可观,同时在地下结构建成以后的整个使用期内,需要不断地排水,长期的排水费用也很可观。根据的统计,广东省广州地铁一号线东山口车站采用排水方案抗浮时基建费用约72万元,50年运行期间的排水费用154万元,合计226万元。但采用锚杆抗浮时,只需要一次性投资196万元的基建费用,可以节约30万元的建设资金。

锚杆抗浮方案不仅能解决大型地下结构地下水的浮力问题(抗拉),而且能同时解决有关抗压问题,因此往往成为首选方案。

结束语:

综上所述，地基基础设计的过程中，一定要关注地下水方面的影响，积极做好相关的防范工作，做好提前预案，才能够保证地基基础设计更加有效果，避免设计出现各种问题。

参考文献:

[1]张岩，邢晨曦，王海强.地下水上升对岩土性质的影响和评价[J].河北勘察，2015.2.

[2]刘睿，黑瑞卿，于海.地下水对地基承载力的影响研究[J].山西建筑，2016.9.

[3]雷晓雨，闫明礼，申雪静，闫雪峰.地下水对地基基础设计的影响[J].工业建筑，2014.11.