邹玉 郭明珠

【摘   要】   地下建筑的施工需要做好防渗工作，可通过两种方法判断止水帷幕是否存在渗漏通道。在浇筑混凝土早期，如果止水帷幕产生裂缝，由于混凝土温度还处于较高状态，当发生渗漏时，水会带走混凝土的大量热量，导致局部混凝土温度降低，通过温度场的异常可以准确探测出止水帷幕的渗漏通道。在混凝土水化热放热结束后，由温差产生的检测渗漏优势变弱，同一深度的止水帷幕的温度趋于一致，且与周围土壤环境的温差较小，这时可采用高密度电法检测是否发生渗漏。地下水通常天然含有钾、钠、镁、钙、氯、硫酸根和碳酸氢根7 种离子，当止水帷幕发生渗漏时，由于渗流处水的流动，电导值较未发生渗漏处低，有明显的电性差异。

【关键词】   止水帷幕;温度示踪法;高密度电法

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

〔中圖分类号〕  TU195.3    〔文献标识码〕  A              〔文章编号〕 1674 - 3229（2021）01- 0068 - 03

0     引言

随着我国城镇化水平提高，城市人口不断增长与城市内的建设用地紧张这一矛盾已经成为每个城市发展必须面对的难题。在地上建筑空间已经趋于饱和的情况下，21世纪初，地下空间的迅猛发展有效缓和了这一矛盾。而地下建筑的建设，会截断区域地下水的自然流动，地下水会流入建筑基坑中。为了减少地下水流入，避免形成地下水位降落漏斗及地面沉降等工程病害[1]，必须通过建设止水帷幕阻止从基坑侧壁及基坑底流入建筑基坑中的地下水。止水帷幕在混凝土浇筑过程中，由于混凝土早期的水化作用伴随大量热量释放，受地层温度的影响，不易快速释放，导致混凝土内部温度达到 50～60[°C][2]，还会引起体积变形，混凝土受到约束作用将产生约束应力，从而影响混凝土质量，造成张拉裂缝，导致地下水渗流进入基坑中。

从目前的施工技术来看，在地下200[m]范围内，地下周围环境土体温度相差不大。在浇筑完混凝土的早期，由于混凝土早期的水化热作用，止水帷幕内部与周围环境有较大温差，如果止水帷幕有渗漏处，地下水的渗流将会带走裂缝处大量的热量，导致裂缝处的温度降低，可采用温度示踪法来检测发生渗漏的部位。而在混凝土浇筑28d后，由于混凝土水化热作用减弱，与周围环境土壤温度相差较小，如果止水帷幕有渗漏处，地下水在裂缝处的渗流会导致电阻率的差异，可以采用高密度电法进行渗漏检测。

1     温度示踪法

地下水的流动伴随着热量的转移，并且不会对周围土体环境造成污染，所以水是一种优良的示踪剂，在很多领域都发挥着重要的作用。水在地下的热量传递过程中发挥着重要作用，地下水传递的热量可以大于正常传导热流量的几倍甚至几十倍。地层中地下水热传递方程[3]为：

[∇2T-c0ρ0λ∇⋅（VT）=cρλ∂T∂t] （1）

式中：[T]为温度，[c0]和[c]为流体和围岩的比热，[ρ0]和[ρ]为流体和围岩的密度，[λ]为热导率，[V]为地下水速度矢量，[t]为时间。

根据王钧的中国地温分布的基本特征[4]，了解到中国东部的地温梯度多在3.0-4.0[°C]/100[m]。而世界上最深的连续墙也仅为140[m]，由地层深度产生的温差远远小于初期混凝土放热渗漏处与不渗漏处产生的温差。在浇筑混凝土早期时，如果止水帷幕产生裂缝，由于混凝土温度还处于较高状态，当发生渗漏时，水会带走混凝土的大量热量，导致局部混凝土温度降低，通过温度场的异常可以准确地探测出止水帷幕的渗漏通道，这时采用温度示踪法来检测帷幕是否发生渗漏较为合理，因为温度曲线的异常提供了地下水渗流的特定信息。

1.1   工作原理

在开挖基坑时，由于切断了天然含水层，地下水会不断渗入到基坑之中，止水帷幕在没有产生相对较大裂缝的状态下，只会有流速稳定且缓慢的孔隙水渗流，并且可以与周围环境的土体进行充分的热量交换，并保持整体温度变化相对较小并基本一致。当止水帷幕产生较大裂缝时，由于裂缝处的渗流水速度大于孔隙水，且水量也多于孔隙水，离渗漏处较远的地方，两者之间的热交换较渗漏处发生的慢，会在渗漏附近进行更多热量的交换，然后向四周蔓延。离离渗漏处越远的地方温差越小，由此生成一座温度场，根据温度场的高低，来检测止水帷幕是否有渗漏处[5]。

1.2   由钻孔温度曲线判断是否渗漏

根据地层中温度的变化就可以准确地判定地层渗流的分布情况，从而确定地层的渗透性以及集中渗漏等。当钻孔穿过裂隙或地层中强渗漏带时，由于受地下水水平流动的影响，温度分布曲线会出现“尖峰状”异常[5]。通过观察温深曲线，我们可以直观地判断止水帷幕是否发生渗漏，找到渗漏处，使用合理手段填补。

通过汪集旸的由地下水作稳定垂向运动的概化模型，“传导型”的温度曲线是钻孔在没有地下水活动干扰时产生的，且温度与深度线性相关;“对流型”的温度曲线是钻孔在有地下水运动干扰时产生的。若地下水流向为向上时，则呈现出“上凸型”曲线;地下水流向为向下时，则呈现出“下凹型”曲线，甚至有时会出现地温梯度为0的孔段[6]。

1.3   温度示踪法优点

温度示踪法具有以下优点：①地下水传递的热量大于正常传导热流量，且水是一种优良的示踪剂，不会对周围环境造成污染;②热信号天然存在，且捕捉数据容易;③温度指标可在野外直接测量，监测成本低，可通过设置大量监测点，实现高密度监测 [7]。

2     高密度电法

在混凝土水化热放热结束后，由温差产生的检测渗漏的优势变弱，在同一深度的止水帷幕的温度趋于一致，且与周围土壤环境的温差较小。地下水通常天然含有钾、钠、镁、钙、氯、硫酸根和碳酸氢根7 种离子，当止水帷幕发生渗漏时，由于裂缝处水的渗流，电导值较未发生渗漏处低，有明显的电性差异，这时可采用高密度电法检测是否发生渗漏。

2.1   工作原理

高密度电法也叫电阻率层析成像[8]，是以岩土体的导电性差异为基础，并在人工电场作用下，通过在监测区布设获得地下二维空间的地电信息，当电阻率差异大时，可形成明显的电性界面。电导是指水的导电能力，常用[mS/cm]和[μS/cm]为单位。当水中溶解的离子浓度增加时，电导值增加，同时随着温度每增加[1°C]，水的电导增加约2%。通过[A]、[B]电极向地下供电流[I]，然后在[M]、[N] 极间测量电位差[ΔV]， 从而求得该记录点的视电阻率值[9] ，公式如下：

[ρs=KΔV/I]  （2）

式中[ρs]为视电阻率;[V]为电压;[I]为电流;[K]为装置系数，仅与电极布置形式有关。

水在地下流动过程中，会携带土壤中的不溶物和矿物质，水的流动速度越慢，携带的物质越多，则电导值越高。当止水帷幕出现裂缝，裂缝处水渗流速度较未裂缝处快，来不及携带较多物质，导致裂缝处的电导值较低，据此就可以判断是否发生了渗漏。

2.2   由三维图判断是否渗漏

通过处理视电阻率剖面，便可获得地层中的电阻率分布情况，当止水帷幕没有发生渗漏时，因其地表处干燥，且随着深度水分逐渐增加，电阻率等值线呈现层状分布，并从地表向下呈降低的趋势。当止水帷幕存在裂缝并发生较大渗漏时，电阻率等值线梯度变化大，多呈现异常闭合区域[10]。

2.3   高密度电法优点

高密度电法具有以下优点： ①大量电极一次布设完成，无需跑极，可有效防止电极移动引起的故障和干扰; ②在一条测线上，通过控制主机进行电极变换可获得不同装置的电阻率断面图; ③交互式控制主机，可对采集数据进行实时监测，对飞值进行单点重测，保证数据质量[8]。

3     结论

在混凝土不同时期采用不同方法检测渗漏，更符合当前的现状。现在我国允许降水施工，当开挖基坑时，由于切断了含水层，如果止水帷幕出现了裂缝发生渗漏，后期地下水会不断渗入到基坑之中，对工程造成巨大的影响。温度示踪法和高密度电法都是当前检测渗漏应用较多的方法，本文对两种方法进行了辨析，以达到最优的检测渗漏效果。

[参考文献]：

[1]  徐凤昌，董锋，陈洪泳，等.深基坑施工渗水、流砂等病害分析和处理[J].上海地质，2007（1）：33-35+44.

[2]  贾晓云，朱永全，李文江.高原冻土区桩基施工温度场研究[J].岩土力学，2004（7）：1139-1142.

[3]  林睦曾.岩石热物理学及其工程应用[M].重庆：重庆大學出版社，1991.

[4]  王钧.中国地温分布的基本特征[M].北京：地质出版社，1990.

[5]  段珣.基于温度示踪法的堤坝渗漏探测研究[J].科学技术与工程，2014，14（9）：140-143.

[6]  汪集旸.中低温对流型地热系统[J].地学前缘，1996（3）：97-99，101-104.

[7]  马瑞，董启明，孙自永，等.地表水与地下水相互作用的温度示踪与模拟研究进展[J].地质科技情报，2013，32（2）：131-137.

[8]  刘海心，朱瑞，王文甫，等.高密度电法在水库大坝渗漏勘察中的应用[J].人民黄河，2018，40（10）：99-103.

[9]  邓超文.高密度电法的原理及工程应用[J].韶关学院学报，2007（6）：65-67.

[10]  李萌，黄昊，吕小彬，等.综合物探法在西部某水库渗漏检测的应用实践[J].大坝与安全，2016（3）：69-72.