不同時期止水帷幕滲漏檢測方法探究

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，如果止水帷幕產生裂縫，由于混凝土溫度還處于較高狀態，當發生滲漏時，水會帶走混凝土的大量熱量，導致局部混凝土溫度降低，通過溫度場的異常可以準確探測出止水帷幕的滲漏通道。在混凝土水化熱放熱結束后，由溫差產生的檢測滲漏優勢變弱，同一深度的止水帷幕的溫度趨于一致，且與周圍土壤環境的溫差較小，這時可采用高密度電法檢測是否發生滲漏。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，當止水帷幕發生滲漏時，由于滲流處水的流動，電導值較未發生滲漏處低，有明顯的電性差異。

【關鍵詞】? ?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〕? TU195.3 ? ?〔文獻標識碼〕? A ? ? ? ? ? ? ?〔文章編號〕 1674 - 3229（2021）01- 0068 - 03

0? ? ?引言

隨著我國城鎮化水平提高，城市人口不斷增長與城市內的建設用地緊張這一矛盾已經成為每個城市發展必須面對的難題。在地上建筑空間已經趨于飽和的情況下，21世紀初，地下空間的迅猛發展有效緩和了這一矛盾。而地下建筑的建設，會截斷區域地下水的自然流動，地下水會流入建筑基坑中。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]，必須通過建設止水帷幕阻止從基坑側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，導致混凝土內部溫度達到 50～60[°C][2]，還會引起體積變形，混凝土受到約束作用將產生約束應力，從而影響混凝土質量，造成張拉裂縫，導致地下水滲流進入基坑中。

從目前的施工技術來看，在地下200[m]范圍內，地下周圍環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，止水帷幕內部與周圍環境有較大溫差，如果止水帷幕有滲漏處，地下水的滲流將會帶走裂縫處大量的熱量，導致裂縫處的溫度降低，可采用溫度示蹤法來檢測發生滲漏的部位。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導致電阻率的差異，可以采用高密度電法進行滲漏檢測。

1? ? ?溫度示蹤法

地下水的流動伴隨著熱量的轉移，并且不會對周圍土體環境造成污染，所以水是一種優良的示蹤劑，在很多領域都發揮著重要的作用。水在地下的熱量傳遞過程中發揮著重要作用，地下水傳遞的熱量可以大于正常傳導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]為熱導率，[V]為地下水速度矢量，[t]為時間。

根據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墻也僅為140[m]，由地層深度產生的溫差遠遠小于初期混凝土放熱滲漏處與不滲漏處產生的溫差。在澆筑混凝土早期時，如果止水帷幕產生裂縫，由于混凝土溫度還處于較高狀態，當發生滲漏時，水會帶走混凝土的大量熱量，導致局部混凝土溫度降低，通過溫度場的異常可以準確地探測出止水帷幕的滲漏通道，這時采用溫度示蹤法來檢測帷幕是否發生滲漏較為合理，因為溫度曲線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，由于切斷了天然含水層，地下水會不斷滲入到基坑之中，止水帷幕在沒有產生相對較大裂縫的狀態下，只會有流速穩定且緩慢的孔隙水滲流，并且可以與周圍環境的土體進行充分的熱量交換，并保持整體溫度變化相對較小并基本一致。當止水帷幕產生較大裂縫時，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，離滲漏處較遠的地方，兩者之間的熱交換較滲漏處發生的慢，會在滲漏附近進行更多熱量的交換，然后向四周蔓延。離離滲漏處越遠的地方溫差越小，由此生成一座溫度場，根據溫度場的高低，來檢測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

根據地層中溫度的變化就可以準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。當鉆孔穿過裂隙或地層中強滲漏帶時，由于受地下水水平流動的影響，溫度分布曲線會出現“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生滲漏，找到滲漏處，使用合理手段填補。

通過汪集旸的由地下水作穩定垂向運動的概化模型，“傳導型”的溫度曲線是鉆孔在沒有地下水活動干擾時產生的，且溫度與深度線性相關;“對流型”的溫度曲線是鉆孔在有地下水運動干擾時產生的。若地下水流向為向上時，則呈現出“上凸型”曲線;地下水流向為向下時，則呈現出“下凹型”曲線，甚至有時會出現地溫梯度為0的孔段[6]。

1.3? ?溫度示蹤法優點

溫度示蹤法具有以下優點：①地下水傳遞的熱量大于正常傳導熱流量，且水是一種優良的示蹤劑，不會對周圍環境造成污染;②熱信號天然存在，且捕捉數據容易;③溫度指標可在野外直接測量，監測成本低，可通過設置大量監測點，實現高密度監測 [7]。

2? ? ?高密度電法

在混凝土水化熱放熱結束后，由溫差產生的檢測滲漏的優勢變弱，在同一深度的止水帷幕的溫度趨于一致，且與周圍土壤環境的溫差較小。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，當止水帷幕發生滲漏時，由于裂縫處水的滲流，電導值較未發生滲漏處低，有明顯的電性差異，這時可采用高密度電法檢測是否發生滲漏。

2.1? ?工作原理

高密度電法也叫電阻率層析成像[8]，是以巖土體的導電性差異為基礎，并在人工電場作用下，通過在監測區布設獲得地下二維空間的地電信息，當電阻率差異大時，可形成明顯的電性界面。電導是指水的導電能力，常用[mS/cm]和[μS/cm]為單位。當水中溶解的離子濃度增加時，電導值增加，同時隨著溫度每增加[1°C]，水的電導增加約2%。通過[A]、[B]電極向地下供電流[I]，然后在[M]、[N] 極間測量電位差[ΔV]， 從而求得該記錄點的視電阻率值[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，僅與電極布置形式有關。

水在地下流動過程中，會攜帶土壤中的不溶物和礦物質，水的流動速度越慢，攜帶的物質越多，則電導值越高。當止水帷幕出現裂縫，裂縫處水滲流速度較未裂縫處快，來不及攜帶較多物質，導致裂縫處的電導值較低，據此就可以判斷是否發生了滲漏。

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，當止水帷幕沒有發生滲漏時，因其地表處干燥，且隨著深度水分逐漸增加，電阻率等值線呈現層狀分布，并從地表向下呈降低的趨勢。當止水帷幕存在裂縫并發生較大滲漏時，電阻率等值線梯度變化大，多呈現異常閉合區域[10]。

2.3? ?高密度電法優點

高密度電法具有以下優點： ①大量電極一次布設完成，無需跑極，可有效防止電極移動引起的故障和干擾; ②在一條測線上，通過控制主機進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，可對采集數據進行實時監測，對飛值進行單點重測，保證數據質量[8]。

3? ? ?結論

在混凝土不同時期采用不同方法檢測滲漏，更符合當前的現狀。現在我國允許降水施工，當開挖基坑時，由于切斷了含水層，如果止水帷幕出現了裂縫發生滲漏，后期地下水會不斷滲入到基坑之中，對工程造成巨大的影響。溫度示蹤法和高密度電法都是當前檢測滲漏應用較多的方法，本文對兩種方法進行了辨析，以達到最優的檢測滲漏效果。

[參考文獻]：

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[3]? 林睦曾.巖石熱物理學及其工程應用[M].重慶：重慶大學出版社，1991.

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[7]? 馬瑞，董啟明，孫自永，等.地表水與地下水相互作用的溫度示蹤與模擬研究進展[J].地質科技情報，2013，32（2）：131-137.

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[9]? 鄧超文.高密度電法的原理及工程應用[J].韶關學院學報，2007（6）：65-67.

[10]? 李萌，黃昊，呂小彬，等.綜合物探法在西部某水庫滲漏檢測的應用實踐[J].大壩與安全，2016（3）：69-72.