不同時(shí)期止水帷幕滲漏檢測(cè)方法探究

鄒玉 郭明珠

【摘? ?要】? ?地下建筑的施工需要做好防滲工作，可通過兩種方法判斷止水帷幕是否存在滲漏通道。在澆筑混凝土早期，如果止水帷幕產(chǎn)生裂縫，由于混凝土溫度還處于較高狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生滲漏時(shí)，水會(huì)帶走混凝土的大量熱量，導(dǎo)致局部混凝土溫度降低，通過溫度場(chǎng)的異?？梢詼?zhǔn)確探測(cè)出止水帷幕的滲漏通道。在混凝土水化熱放熱結(jié)束后，由溫差產(chǎn)生的檢測(cè)滲漏優(yōu)勢(shì)變?nèi)?，同一深度的止水帷幕的溫度趨于一致，且與周圍土壤環(huán)境的溫差較小，這時(shí)可采用高密度電法檢測(cè)是否發(fā)生滲漏。地下水通常天然含有鉀、鈉、鎂、鈣、氯、硫酸根和碳酸氫根7 種離子，當(dāng)止水帷幕發(fā)生滲漏時(shí)，由于滲流處水的流動(dòng)，電導(dǎo)值較未發(fā)生滲漏處低，有明顯的電性差異。

【關(guān)鍵詞】? ?止水帷幕;溫度示蹤法;高密度電法

Research on Leakage Detection Methods of Waterpro of

Curtain in Different Periods

Zou Yu， Guo Mingzhu

（Beijing University of Technology， Beijing 100124， China）

【Abstract】? ? ?The construction of underground buildings requires anti-seepage work. Two methods can be used to judge whether there is a leakage channel in the water-stop curtain. In the early stage of concrete pouring， if the water-stop curtain has cracks， because the concrete temperature is still high， when leakage occurs， the water will take away a lot of heat from the concrete， causing the local concrete temperature to decrease. The abnormal temperature field can be accurate. The leakage channel of the water-stop curtain was detected. After the concrete hydration heat is released， the advantage of detecting leakage caused by the temperature difference becomes weak. The temperature of the water stop curtain at the same depth tends to be the same， and the temperature difference with the surrounding soil environment is smaller. Groundwater usually naturally contains 7 kinds of ions： potassium， sodium， magnesium， calcium， chlorine， sulfate and bicarbonate. When the water-stop curtain leaks， due to the flow of water in the seepage， the conductivity value is lower than that of the non-leaking place. There is a significant electrical difference， at this time high-density electrical method can be used to detect whether leakage occurs.

【Key words】? ? ?water-stop curtain; temperature tracing method; high-density electrical method

〔中圖分類號(hào)〕? TU195.3 ? ?〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕? A ? ? ? ? ? ? ?〔文章編號(hào)〕 1674 - 3229（2021）01- 0068 - 03

0? ? ?引言

隨著我國城鎮(zhèn)化水平提高，城市人口不斷增長與城市內(nèi)的建設(shè)用地緊張這一矛盾已經(jīng)成為每個(gè)城市發(fā)展必須面對(duì)的難題。在地上建筑空間已經(jīng)趨于飽和的情況下，21世紀(jì)初，地下空間的迅猛發(fā)展有效緩和了這一矛盾。而地下建筑的建設(shè)，會(huì)截?cái)鄥^(qū)域地下水的自然流動(dòng)，地下水會(huì)流入建筑基坑中。為了減少地下水流入，避免形成地下水位降落漏斗及地面沉降等工程病害[1]，必須通過建設(shè)止水帷幕阻止從基坑側(cè)壁及基坑底流入建筑基坑中的地下水。止水帷幕在混凝土澆筑過程中，由于混凝土早期的水化作用伴隨大量熱量釋放，受地層溫度的影響，不易快速釋放，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度達(dá)到 50～60[°C][2]，還會(huì)引起體積變形，混凝土受到約束作用將產(chǎn)生約束應(yīng)力，從而影響混凝土質(zhì)量，造成張拉裂縫，導(dǎo)致地下水滲流進(jìn)入基坑中。

從目前的施工技術(shù)來看，在地下200[m]范圍內(nèi)，地下周圍環(huán)境土體溫度相差不大。在澆筑完混凝土的早期，由于混凝土早期的水化熱作用，止水帷幕內(nèi)部與周圍環(huán)境有較大溫差，如果止水帷幕有滲漏處，地下水的滲流將會(huì)帶走裂縫處大量的熱量，導(dǎo)致裂縫處的溫度降低，可采用溫度示蹤法來檢測(cè)發(fā)生滲漏的部位。而在混凝土澆筑28d后，由于混凝土水化熱作用減弱，與周圍環(huán)境土壤溫度相差較小，如果止水帷幕有滲漏處，地下水在裂縫處的滲流會(huì)導(dǎo)致電阻率的差異，可以采用高密度電法進(jìn)行滲漏檢測(cè)。

1? ? ?溫度示蹤法

地下水的流動(dòng)伴隨著熱量的轉(zhuǎn)移，并且不會(huì)對(duì)周圍土體環(huán)境造成污染，所以水是一種優(yōu)良的示蹤劑，在很多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用。水在地下的熱量傳遞過程中發(fā)揮著重要作用，地下水傳遞的熱量可以大于正常傳導(dǎo)熱流量的幾倍甚至幾十倍。地層中地下水熱傳遞方程[3]為：

[?2T-c0ρ0λ??（VT）=cρλ?T?t] （1）

式中：[T]為溫度，[c0]和[c]為流體和圍巖的比熱，[ρ0]和[ρ]為流體和圍巖的密度，[λ]為熱導(dǎo)率，[V]為地下水速度矢量，[t]為時(shí)間。

根據(jù)王鈞的中國地溫分布的基本特征[4]，了解到中國東部的地溫梯度多在3.0-4.0[°C]/100[m]。而世界上最深的連續(xù)墻也僅為140[m]，由地層深度產(chǎn)生的溫差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于初期混凝土放熱滲漏處與不滲漏處產(chǎn)生的溫差。在澆筑混凝土早期時(shí)，如果止水帷幕產(chǎn)生裂縫，由于混凝土溫度還處于較高狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生滲漏時(shí)，水會(huì)帶走混凝土的大量熱量，導(dǎo)致局部混凝土溫度降低，通過溫度場(chǎng)的異?？梢詼?zhǔn)確地探測(cè)出止水帷幕的滲漏通道，這時(shí)采用溫度示蹤法來檢測(cè)帷幕是否發(fā)生滲漏較為合理，因?yàn)闇囟惹€的異常提供了地下水滲流的特定信息。

1.1? ?工作原理

在開挖基坑時(shí)，由于切斷了天然含水層，地下水會(huì)不斷滲入到基坑之中，止水帷幕在沒有產(chǎn)生相對(duì)較大裂縫的狀態(tài)下，只會(huì)有流速穩(wěn)定且緩慢的孔隙水滲流，并且可以與周圍環(huán)境的土體進(jìn)行充分的熱量交換，并保持整體溫度變化相對(duì)較小并基本一致。當(dāng)止水帷幕產(chǎn)生較大裂縫時(shí)，由于裂縫處的滲流水速度大于孔隙水，且水量也多于孔隙水，離滲漏處較遠(yuǎn)的地方，兩者之間的熱交換較滲漏處發(fā)生的慢，會(huì)在滲漏附近進(jìn)行更多熱量的交換，然后向四周蔓延。離離滲漏處越遠(yuǎn)的地方溫差越小，由此生成一座溫度場(chǎng)，根據(jù)溫度場(chǎng)的高低，來檢測(cè)止水帷幕是否有滲漏處[5]。

1.2? ?由鉆孔溫度曲線判斷是否滲漏

根據(jù)地層中溫度的變化就可以準(zhǔn)確地判定地層滲流的分布情況，從而確定地層的滲透性以及集中滲漏等。當(dāng)鉆孔穿過裂隙或地層中強(qiáng)滲漏帶時(shí)，由于受地下水水平流動(dòng)的影響，溫度分布曲線會(huì)出現(xiàn)“尖峰狀”異常[5]。通過觀察溫深曲線，我們可以直觀地判斷止水帷幕是否發(fā)生滲漏，找到滲漏處，使用合理手段填補(bǔ)。

通過汪集旸的由地下水作穩(wěn)定垂向運(yùn)動(dòng)的概化模型，“傳導(dǎo)型”的溫度曲線是鉆孔在沒有地下水活動(dòng)干擾時(shí)產(chǎn)生的，且溫度與深度線性相關(guān);“對(duì)流型”的溫度曲線是鉆孔在有地下水運(yùn)動(dòng)干擾時(shí)產(chǎn)生的。若地下水流向?yàn)橄蛏蠒r(shí)，則呈現(xiàn)出“上凸型”曲線;地下水流向?yàn)橄蛳聲r(shí)，則呈現(xiàn)出“下凹型”曲線，甚至有時(shí)會(huì)出現(xiàn)地溫梯度為0的孔段[6]。

1.3? ?溫度示蹤法優(yōu)點(diǎn)

溫度示蹤法具有以下優(yōu)點(diǎn)：①地下水傳遞的熱量大于正常傳導(dǎo)熱流量，且水是一種優(yōu)良的示蹤劑，不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成污染;②熱信號(hào)天然存在，且捕捉數(shù)據(jù)容易;③溫度指標(biāo)可在野外直接測(cè)量，監(jiān)測(cè)成本低，可通過設(shè)置大量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高密度監(jiān)測(cè) [7]。

2? ? ?高密度電法

在混凝土水化熱放熱結(jié)束后，由溫差產(chǎn)生的檢測(cè)滲漏的優(yōu)勢(shì)變?nèi)酰谕簧疃鹊闹顾∧坏臏囟融呌谝恢?，且與周圍土壤環(huán)境的溫差較小。地下水通常天然含有鉀、鈉、鎂、鈣、氯、硫酸根和碳酸氫根7 種離子，當(dāng)止水帷幕發(fā)生滲漏時(shí)，由于裂縫處水的滲流，電導(dǎo)值較未發(fā)生滲漏處低，有明顯的電性差異，這時(shí)可采用高密度電法檢測(cè)是否發(fā)生滲漏。

2.1? ?工作原理

高密度電法也叫電阻率層析成像[8]，是以巖土體的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，并在人工電場(chǎng)作用下，通過在監(jiān)測(cè)區(qū)布設(shè)獲得地下二維空間的地電信息，當(dāng)電阻率差異大時(shí)，可形成明顯的電性界面。電導(dǎo)是指水的導(dǎo)電能力，常用[mS/cm]和[μS/cm]為單位。當(dāng)水中溶解的離子濃度增加時(shí)，電導(dǎo)值增加，同時(shí)隨著溫度每增加[1°C]，水的電導(dǎo)增加約2%。通過[A]、[B]電極向地下供電流[I]，然后在[M]、[N] 極間測(cè)量電位差[ΔV]， 從而求得該記錄點(diǎn)的視電阻率值[9] ，公式如下：

[ρs=KΔV/I]? （2）

式中[ρs]為視電阻率;[V]為電壓;[I]為電流;[K]為裝置系數(shù)，僅與電極布置形式有關(guān)。

水在地下流動(dòng)過程中，會(huì)攜帶土壤中的不溶物和礦物質(zhì)，水的流動(dòng)速度越慢，攜帶的物質(zhì)越多，則電導(dǎo)值越高。當(dāng)止水帷幕出現(xiàn)裂縫，裂縫處水滲流速度較未裂縫處快，來不及攜帶較多物質(zhì)，導(dǎo)致裂縫處的電導(dǎo)值較低，據(jù)此就可以判斷是否發(fā)生了滲漏。

2.2? ?由三維圖判斷是否滲漏

通過處理視電阻率剖面，便可獲得地層中的電阻率分布情況，當(dāng)止水帷幕沒有發(fā)生滲漏時(shí)，因其地表處干燥，且隨著深度水分逐漸增加，電阻率等值線呈現(xiàn)層狀分布，并從地表向下呈降低的趨勢(shì)。當(dāng)止水帷幕存在裂縫并發(fā)生較大滲漏時(shí)，電阻率等值線梯度變化大，多呈現(xiàn)異常閉合區(qū)域[10]。

2.3? ?高密度電法優(yōu)點(diǎn)

高密度電法具有以下優(yōu)點(diǎn)： ①大量電極一次布設(shè)完成，無需跑極，可有效防止電極移動(dòng)引起的故障和干擾; ②在一條測(cè)線上，通過控制主機(jī)進(jìn)行電極變換可獲得不同裝置的電阻率斷面圖; ③交互式控制主機(jī)，可對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)飛值進(jìn)行單點(diǎn)重測(cè)，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量[8]。

3? ? ?結(jié)論

在混凝土不同時(shí)期采用不同方法檢測(cè)滲漏，更符合當(dāng)前的現(xiàn)狀?，F(xiàn)在我國允許降水施工，當(dāng)開挖基坑時(shí)，由于切斷了含水層，如果止水帷幕出現(xiàn)了裂縫發(fā)生滲漏，后期地下水會(huì)不斷滲入到基坑之中，對(duì)工程造成巨大的影響。溫度示蹤法和高密度電法都是當(dāng)前檢測(cè)滲漏應(yīng)用較多的方法，本文對(duì)兩種方法進(jìn)行了辨析，以達(dá)到最優(yōu)的檢測(cè)滲漏效果。

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