止水帷幕水滲漏電位檢測(cè)技術(shù)

王泳翔

摘要：止水帷幕是很多常見工程中地下水控制的主要技術(shù)措施。止水帷幕是否可靠有效，這直接關(guān)系到整個(gè)工程的安全。全國(guó)各地幾乎每年都有隔水失敗事例的報(bào)道，正是這個(gè)原因，止水帷幕的水滲漏檢測(cè)技術(shù)變得尤為重要。鑒于此，本文提出了一種在地面布置供電電極，建立穩(wěn)定人工電流場(chǎng)，通過電阻率法，來檢測(cè)止水帷幕是否有滲漏點(diǎn)。以及利用電測(cè)深法檢測(cè)計(jì)算出滲漏點(diǎn)的深度位置，利用電剖面法檢測(cè)出滲漏點(diǎn)的水平位置，結(jié)合兩種方法即可得到滲漏點(diǎn)的空間位置。基于 COMSOL 仿真軟件，對(duì)有無滲漏點(diǎn)的止水帷幕電勢(shì)分布規(guī)律進(jìn)行了簡(jiǎn)單建模，并分別研究了當(dāng)滲漏點(diǎn)在深層、淺層，不同水平位置，以及不同滲漏點(diǎn)大小三種情況。從理論上說明使用電測(cè)深法與電剖面法來檢測(cè)止水帷幕是否滲漏，滲漏點(diǎn)位置以及滲漏點(diǎn)大小的可行性。

關(guān)鍵詞：止水帷幕;電測(cè)深法;電剖面法;水滲漏

1.1止水帷幕的概念與分類

止水帷幕指的是一個(gè)概念，是工程主體外圍止水系列的總稱。用于阻止或減少基坑側(cè)壁及基坑底地下水流入基坑而采取的連續(xù)止水體。

組成結(jié)構(gòu)：有些不是很深大的基坑，它的基坑圍護(hù)分3個(gè)部分。第一部分是擋土樁部分，其主要的起到擋土墻的作用，形式可能有鋼筋混凝土灌注樁或其它形式的樁，樁與樁之間有一定的空隙，但是能擋土。第二部分是止水帷幕部分，其作用是使擋土墻后的土體固結(jié)，阻斷基坑內(nèi)外的水層交流，形式可能是水泥土攪拌樁或者壓密注漿。第三部分是支撐。而地下連續(xù)墻是基坑圍護(hù)的另一種形式，多用于深大的基坑。

主要功能：如果基坑底面處于地下水位以下，降水有困難時(shí)，基本都需要設(shè)置止水帷幕，以防止地下水的滲漏。連續(xù)攪拌樁（水泥土攪拌樁等），單管、三管旋噴樁形成的止水墻稱為止水帷幕。常見的止水帷幕有高壓旋噴樁、深層攪拌樁止水帷幕，旋噴樁止水帷幕，近來出現(xiàn)了螺旋鉆機(jī)素砼或壓漿止水帷幕;像地下連續(xù)墻、鉆孔咬合樁等形式的地下圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，因?yàn)樽苑浪Ч^好，有的都不需要再施作止水帷幕。

1.2止水帷幕的應(yīng)用場(chǎng)景

深基坑中對(duì)地下水的隔離控制是近五十年才發(fā)展起來的一項(xiàng)技術(shù)。二十世紀(jì)五十年代初期，美國(guó)得克薩斯州的某基坑工程中，通過先埋設(shè)鋼板樁以此來阻止地下水滲入基坑中取得了可喜的成果。工程防水實(shí)例中第一個(gè)有記錄的是一百多年前英國(guó)倫敦到伯明翰鐵路的隧道施工中通過設(shè)置豎井以此來防水;而把止水帷幕與基坑等工程中降水相結(jié)合的地下水防滲控制技術(shù)則是近幾十年才發(fā)展起來的一種方法。構(gòu)筑止水帷幕可使用的施工工藝攪拌樁構(gòu)建帷幕、化學(xué)注漿、靜壓注漿、噴射注漿、地下連續(xù)墻和咬合式排樁等。在日本北海道曾經(jīng)出現(xiàn)過成功的人工地層凍結(jié)和冰凍墻的工程實(shí)例，但是規(guī)模比較小，而且造價(jià)昂貴.七十年代初期，我國(guó)從日本引進(jìn)了旋噴技術(shù)（即三重管噴射注漿技術(shù)），由于三重管施工時(shí)存在眾多不便之處，我國(guó)將其改進(jìn)為三列管，該技術(shù)被列為八五期間水利部十大推廣項(xiàng)目之一，大量用于水利工程，如堤防、土壩、水閘、圍堰的防滲處理，在黃河小浪底、白浪河、哈爾濱松花江大堤、東風(fēng)水電站以及后來的三峽圍堰等工程中都取得了良好的效果。之后，這種工藝又迅速被應(yīng)用到鐵路、公路和礦山等工程領(lǐng)域，上世紀(jì)八十年代末城市高層建筑深基坑地下水控制開始使用該項(xiàng)技術(shù)，處理了多項(xiàng)復(fù)雜程度很高的深基坑防滲工程，并在這一領(lǐng)域各種處理方法中占據(jù)了重要的地位。

1.3止水帷幕滲漏的解決方法

影響基坑隔水質(zhì)量的因素很多，現(xiàn)有工藝無法做到基坑不滲漏，一旦發(fā)現(xiàn)基坑滲水、漏泥，往往令人猝不及防，應(yīng)及時(shí)采取隔水堵漏措施，方可減小工程損失。現(xiàn)階段常用的堵漏方法主要有以下幾種：

（1）降低地下水位，減小地下水對(duì)開挖面土體的影響：

（2）用短鋼管引流，周圍采用防水砂漿修補(bǔ);

（3）用膨脹材料對(duì)縫隙進(jìn)行封堵：

（4）隔水帷幕施工質(zhì)量較差而發(fā)生滲漏時(shí)，補(bǔ)打旋噴樁;

（5）縫隙較大時(shí)，用砂袋堆堵坑內(nèi)滲漏點(diǎn)，坑外采用注漿法堵漏。

2研究原理與方法

2.1止水帷幕滲漏電位檢測(cè)技術(shù)的原理

止水帷幕滲漏電位檢測(cè)技術(shù)主要以電阻率法為主。

電阻率法利用地殼中不同巖石間導(dǎo)電性（以電阻率表示）的差異，通過觀測(cè)與研究在地下人工建立的穩(wěn)定電流場(chǎng)的分布規(guī)律，來尋找煤和其它有益礦產(chǎn)和地下水，以及解決有關(guān)地質(zhì)問題的一種電法勘探方法。電阻率法是電法勘探中研究應(yīng)用最早、使用最廣泛的方法。早在20世紀(jì)20年代，法國(guó)C.施倫貝格和M.施倫貝格（C.& M.Schlum-berger）兄弟首先研究和試驗(yàn)了這一方法。后來，隨著儀器的不斷更新，方法理論和技術(shù)的不斷完善，逐漸衍生出多種分支方法在世界很多國(guó)家的眾多領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。

巖石的電阻率還隨地溫的增高和所承受壓力的增大而降低。1996年，這兩種因素在實(shí)際工作中較少考慮。由于巖石成分和結(jié)構(gòu)的不均一性，特別是砂巖、泥巖、板巖、片巖以及煤等成層狀的巖石和沉積礦產(chǎn)，在沿巖層走向、傾向和垂向測(cè)得的電阻率值一般都不相同，這種性質(zhì)稱為巖石電阻率的各向異性（或稱非各向同性）。這種特性在實(shí)際工作中對(duì)電法資料的地質(zhì)解釋影響較大。

巖石電阻率一般以火成巖最高，沉積巖相對(duì)較低（石灰?guī)r、白云巖較高），變質(zhì)巖的電阻率介于兩者之間，并與變質(zhì)前原來巖石的電阻率大小有密切關(guān)系。煤及煤系常見巖石的電阻率值大體如下頁(yè)表所示。

電阻率法觀測(cè)到的實(shí)際不是單個(gè)巖層的真電阻率，而是在地下一定空間范圍內(nèi)多種具不同導(dǎo)電性的巖層電阻率的綜合值稱為視電阻率ρs，其單位為Ωm。

應(yīng)用條件：1.地面為無限大的水平面2.地下充滿均勻各向同性的導(dǎo)電介質(zhì)

實(shí)際上大地介質(zhì)常不滿足均勻介質(zhì)條件，地形往往起伏不平，地下介質(zhì)也不均勻，各種巖石相互重疊，斷層裂隙縱橫交錯(cuò)，或者有礦體充填其中，這時(shí)由上式得到的電阻率值在一般情況下既不是圍巖電阻率，也不是礦體電阻率，我們稱之為視電阻率。

視電阻率不是巖石的真電阻率，勘探體積范圍內(nèi)電性不均勻體的綜合反映。

地下介質(zhì)為非均勻時(shí)，視電阻率公式可變?yōu)椋?/p>

電剖面法：是用以研究地電斷面某一深度范圍內(nèi)橫向電性變化的一類方法。

一般采用固定的電極距并使電極裝置沿著剖面移動(dòng)，這樣便可觀測(cè)到在一定深度范圍內(nèi)視電阻率沿著剖面的變化。相對(duì)于電測(cè)深而言，電剖面法更適用于探測(cè)產(chǎn)狀陡立的高、低阻體，如劃分不同巖性的接觸帶、追索斷層及構(gòu)造破碎帶等。

常見電剖面法裝置形式有對(duì)稱四極剖面法，復(fù)合對(duì)稱四極剖面法，聯(lián)合剖面法，偶極剖面法，中間梯度法。

電測(cè)深法：電測(cè)深法是根據(jù)巖石和礦石導(dǎo)電性的差異，在地面上不斷改變供電電極和測(cè)置電極的位置，觀測(cè)和研究所供直流電場(chǎng)在地下介質(zhì)中的分布，了解測(cè)點(diǎn)電阻率沿深度的變化，達(dá)到測(cè)深、找礦和解決其他地質(zhì)問題的目的。隨布極方式不同，直流電測(cè)深法又可分為三極、對(duì)稱四極和偶極測(cè)深法等。實(shí)踐證明，電測(cè)深法無論在普查金屬、非金屬礦產(chǎn)方面，還是在能源勘探、地質(zhì)填圖以及水文、工程地質(zhì)調(diào)查等方面，都有良好的地質(zhì)效果，發(fā)揮著重要作用。

電測(cè)深法是在同一測(cè)點(diǎn)上逐次增大供電電極距，使勘探深度由小逐漸加深，于是可觀測(cè)到測(cè)點(diǎn)處沿深度方向的視電阻率的變化規(guī)律。通過對(duì)反映地電斷面變化的電測(cè)深曲線的分析，可以了解深度方向地質(zhì)剖面的特征。

2.2 止水帷幕滲漏電位檢測(cè)技術(shù)的方法

止水帷幕滲漏電位檢測(cè)技術(shù)的方法主要由電剖面法和電測(cè)深法構(gòu)成。當(dāng)止水帷幕發(fā)生滲漏時(shí)，找滲漏點(diǎn)就是要分別從深度和水平兩個(gè)方向上找出滲漏點(diǎn)與其他正常的止水帷幕之間的不同。

深度方面，我們可以用電測(cè)深法來進(jìn)行檢測(cè)。可以通過改變兩個(gè)電極AB之間的電極距離，從而改變探測(cè)深度。當(dāng)探測(cè)深度由小逐漸加深時(shí)，可以觀測(cè)到測(cè)點(diǎn)處沿深度方向視電阻率的變化情況。若達(dá)到某深度時(shí)視電阻率突然減小或是異常變小。則止水帷幕滲漏點(diǎn)很有可能在此AB極距所對(duì)應(yīng)的深度附近，通過公式即可求出滲漏點(diǎn)的深度。

水平方面，我們可以用電剖面法來進(jìn)行檢測(cè)。我們可以以電測(cè)深法時(shí)異常變小點(diǎn)的ABMN作為極距不改變，沿止水帷幕切線方向移動(dòng)測(cè)線，可觀測(cè)到在此深度范圍內(nèi)視電阻率沿著止水帷幕垂直剖面的變化情況。當(dāng)測(cè)到某位置時(shí)視電阻率突然減小或是異常變小，則止水帷幕滲漏點(diǎn)很有可能在此測(cè)線相對(duì)應(yīng)的位置。

通過這種方法，我們可以確定止水帷幕滲漏點(diǎn)的水平位置和垂直位置從而確定止水帷幕滲漏點(diǎn)的具體位置。

3 結(jié)論

通過對(duì)止水帷幕有無滲漏點(diǎn)，以及滲漏點(diǎn)空間位置和大小的變化所建立的模型可以看出，其電勢(shì)分布規(guī)律與構(gòu)建的模型實(shí)際情況一致，這說明了止水帷幕水滲漏電位檢測(cè)技術(shù)的可行性。

并且當(dāng)止水帷幕滲漏點(diǎn)的水平位置發(fā)生變化時(shí)，相對(duì)的測(cè)點(diǎn)在切線方向移動(dòng)得到的結(jié)果也會(huì)發(fā)生變化，并且與設(shè)置的模型一致。當(dāng)滲漏點(diǎn)所處深度發(fā)生變化時(shí)，相對(duì)的測(cè)點(diǎn)在法線方向移動(dòng)得到的結(jié)果也會(huì)隨之發(fā)生改變，并且與設(shè)置的模型相對(duì)應(yīng)。這說明了通過測(cè)點(diǎn)在止水帷幕切線方向發(fā)生改變也就是電剖面法，可以很容易通過視電阻率變化情況來找到止水帷幕水滲漏的水平位置。通過測(cè)點(diǎn)在止水帷幕法向方向上發(fā)生改變，也就是電測(cè)深法。

當(dāng)止水帷幕水滲漏點(diǎn)較大時(shí)，有滲漏測(cè)得的電勢(shì)差曲線與無滲漏測(cè)得的電勢(shì)差曲線相差較大，這說明因?yàn)橹顾∧粷B漏點(diǎn)較大而導(dǎo)致水滲漏情況已經(jīng)比較嚴(yán)重，也因此止水帷幕兩側(cè)的電勢(shì)差相差不大。而當(dāng)止水帷幕滲漏點(diǎn)較小時(shí)電勢(shì)差曲線則相差較小，這說明止水帷幕因?yàn)闈B漏點(diǎn)較小而沒有造成較嚴(yán)重的地下水滲漏，因此止水帷幕兩側(cè)的電勢(shì)差相差依然較大。

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