止水帷幕水渗漏电位检测技术

王泳翔

摘要：止水帷幕是很多常见工程中地下水控制的主要技术措施。止水帷幕是否可靠有效，这直接关系到整个工程的安全。全国各地几乎每年都有隔水失败事例的报道，正是这个原因，止水帷幕的水渗漏检测技术变得尤为重要。鉴于此，本文提出了一种在地面布置供电电极，建立稳定人工电流场，通过电阻率法，来检测止水帷幕是否有渗漏点。以及利用电测深法检测计算出渗漏点的深度位置，利用电剖面法检测出渗漏点的水平位置，结合两种方法即可得到渗漏点的空间位置。基于 COMSOL 仿真软件，对有无渗漏点的止水帷幕电势分布规律进行了简单建模，并分别研究了当渗漏点在深层、浅层，不同水平位置，以及不同渗漏点大小三种情况。从理论上说明使用电测深法与电剖面法来检测止水帷幕是否渗漏，渗漏点位置以及渗漏点大小的可行性。

关键词：止水帷幕;电测深法;电剖面法;水渗漏

1.1止水帷幕的概念与分类

止水帷幕指的是一个概念，是工程主体外围止水系列的总称。用于阻止或减少基坑侧壁及基坑底地下水流入基坑而采取的连续止水体。

组成结构：有些不是很深大的基坑，它的基坑围护分3个部分。第一部分是挡土桩部分，其主要的起到挡土墙的作用，形式可能有钢筋混凝土灌注桩或其它形式的桩，桩与桩之间有一定的空隙，但是能挡土。第二部分是止水帷幕部分，其作用是使挡土墙后的土体固结，阻断基坑内外的水层交流，形式可能是水泥土搅拌桩或者压密注浆。第三部分是支撑。而地下连续墙是基坑围护的另一种形式，多用于深大的基坑。

主要功能：如果基坑底面处于地下水位以下，降水有困难时，基本都需要设置止水帷幕，以防止地下水的渗漏。连续搅拌桩（水泥土搅拌桩等），单管、三管旋喷桩形成的止水墙称为止水帷幕。常见的止水帷幕有高压旋喷桩、深层搅拌桩止水帷幕，旋喷桩止水帷幕，近来出现了螺旋钻机素砼或压浆止水帷幕;像地下连续墙、钻孔咬合桩等形式的地下围护结构形式，因为自防水效果较好，有的都不需要再施作止水帷幕。

1.2止水帷幕的应用场景

深基坑中对地下水的隔离控制是近五十年才发展起来的一项技术。二十世纪五十年代初期，美国得克萨斯州的某基坑工程中，通过先埋设钢板桩以此来阻止地下水渗入基坑中取得了可喜的成果。工程防水实例中第一个有记录的是一百多年前英国伦敦到伯明翰铁路的隧道施工中通过设置竖井以此来防水;而把止水帷幕与基坑等工程中降水相结合的地下水防渗控制技术则是近几十年才发展起来的一种方法。构筑止水帷幕可使用的施工工艺搅拌桩构建帷幕、化学注浆、静压注浆、喷射注浆、地下连续墙和咬合式排桩等。在日本北海道曾经出现过成功的人工地层冻结和冰冻墙的工程实例，但是规模比较小，而且造价昂贵.七十年代初期，我国从日本引进了旋喷技术（即三重管喷射注浆技术），由于三重管施工时存在众多不便之处，我国将其改进为三列管，该技术被列为八五期间水利部十大推广项目之一，大量用于水利工程，如堤防、土坝、水闸、围堰的防渗处理，在黄河小浪底、白浪河、哈尔滨松花江大堤、东风水电站以及后来的三峡围堰等工程中都取得了良好的效果。之后，这种工艺又迅速被应用到铁路、公路和矿山等工程领域，上世纪八十年代末城市高层建筑深基坑地下水控制开始使用该项技术，处理了多项复杂程度很高的深基坑防渗工程，并在这一领域各种处理方法中占据了重要的地位。

1.3止水帷幕渗漏的解决方法

影响基坑隔水质量的因素很多，现有工艺无法做到基坑不渗漏，一旦发现基坑渗水、漏泥，往往令人猝不及防，应及时采取隔水堵漏措施，方可减小工程损失。现阶段常用的堵漏方法主要有以下几种：

（1）降低地下水位，减小地下水对开挖面土体的影响：

（2）用短钢管引流，周围采用防水砂浆修补;

（3）用膨胀材料对缝隙进行封堵：

（4）隔水帷幕施工质量较差而发生渗漏时，补打旋喷桩;

（5）缝隙较大时，用砂袋堆堵坑内渗漏点，坑外采用注浆法堵漏。

2研究原理与方法

2.1止水帷幕渗漏电位检测技术的原理

止水帷幕渗漏电位检测技术主要以电阻率法为主。

电阻率法利用地壳中不同岩石间导电性（以电阻率表示）的差异，通过观测与研究在地下人工建立的稳定电流场的分布规律，来寻找煤和其它有益矿产和地下水，以及解决有关地质问题的一种电法勘探方法。电阻率法是电法勘探中研究应用最早、使用最广泛的方法。早在20世纪20年代，法国C.施伦贝格和M.施伦贝格（C.& M.Schlum-berger）兄弟首先研究和试验了这一方法。后来，随着仪器的不断更新，方法理论和技术的不断完善，逐渐衍生出多种分支方法在世界很多国家的众多领域内得到广泛应用。

岩石的电阻率还随地温的增高和所承受压力的增大而降低。1996年，这两种因素在实际工作中较少考虑。由于岩石成分和结构的不均一性，特别是砂岩、泥岩、板岩、片岩以及煤等成层状的岩石和沉积矿产，在沿岩层走向、倾向和垂向测得的电阻率值一般都不相同，这种性质称为岩石电阻率的各向异性（或称非各向同性）。这种特性在实际工作中对电法资料的地质解释影响较大。

岩石电阻率一般以火成岩最高，沉积岩相对较低（石灰岩、白云岩较高），变质岩的电阻率介于两者之间，并与变质前原来岩石的电阻率大小有密切关系。煤及煤系常见岩石的电阻率值大体如下页表所示。

电阻率法观测到的实际不是单个岩层的真电阻率，而是在地下一定空间范围内多种具不同导电性的岩层电阻率的综合值称为视电阻率ρs，其单位为Ωm。

应用条件：1.地面为无限大的水平面2.地下充满均匀各向同性的导电介质

实际上大地介质常不满足均匀介质条件，地形往往起伏不平，地下介质也不均匀，各種岩石相互重叠，断层裂隙纵横交错，或者有矿体充填其中，这时由上式得到的电阻率值在一般情况下既不是围岩电阻率，也不是矿体电阻率，我们称之为视电阻率。

视电阻率不是岩石的真电阻率，勘探体积范围内电性不均匀体的综合反映。

地下介质为非均匀时，视电阻率公式可变为：

电剖面法：是用以研究地电断面某一深度范围内横向电性变化的一类方法。

一般采用固定的电极距并使电极装置沿着剖面移动，这样便可观测到在一定深度范围内视电阻率沿着剖面的变化。相对于电测深而言，电剖面法更适用于探测产状陡立的高、低阻体，如划分不同岩性的接触带、追索断层及构造破碎带等。

常见电剖面法装置形式有对称四极剖面法，复合对称四极剖面法，联合剖面法，偶极剖面法，中间梯度法。

电测深法：电测深法是根据岩石和矿石导电性的差异，在地面上不斷改变供电电极和测置电极的位置，观测和研究所供直流电场在地下介质中的分布，了解测点电阻率沿深度的变化，达到测深、找矿和解决其他地质问题的目的。随布极方式不同，直流电测深法又可分为三极、对称四极和偶极测深法等。实践证明，电测深法无论在普查金属、非金属矿产方面，还是在能源勘探、地质填图以及水文、工程地质调查等方面，都有良好的地质效果，发挥着重要作用。

电测深法是在同一测点上逐次增大供电电极距，使勘探深度由小逐渐加深，于是可观测到测点处沿深度方向的视电阻率的变化规律。通过对反映地电断面变化的电测深曲线的分析，可以了解深度方向地质剖面的特征。

2.2 止水帷幕渗漏电位检测技术的方法

止水帷幕渗漏电位检测技术的方法主要由电剖面法和电测深法构成。当止水帷幕发生渗漏时，找渗漏点就是要分别从深度和水平两个方向上找出渗漏点与其他正常的止水帷幕之间的不同。

深度方面，我们可以用电测深法来进行检测。可以通过改变两个电极AB之间的电极距离，从而改变探测深度。当探测深度由小逐渐加深时，可以观测到测点处沿深度方向视电阻率的变化情况。若达到某深度时视电阻率突然减小或是异常变小。则止水帷幕渗漏点很有可能在此AB极距所对应的深度附近，通过公式即可求出渗漏点的深度。

水平方面，我们可以用电剖面法来进行检测。我们可以以电测深法时异常变小点的ABMN作为极距不改变，沿止水帷幕切线方向移动测线，可观测到在此深度范围内视电阻率沿着止水帷幕垂直剖面的变化情况。当测到某位置时视电阻率突然减小或是异常变小，则止水帷幕渗漏点很有可能在此测线相对应的位置。

通过这种方法，我们可以确定止水帷幕渗漏点的水平位置和垂直位置从而确定止水帷幕渗漏点的具体位置。

3 结论

通过对止水帷幕有无渗漏点，以及渗漏点空间位置和大小的变化所建立的模型可以看出，其电势分布规律与构建的模型实际情况一致，这说明了止水帷幕水渗漏电位检测技术的可行性。

并且当止水帷幕渗漏点的水平位置发生变化时，相对的测点在切线方向移动得到的结果也会发生变化，并且与设置的模型一致。当渗漏点所处深度发生变化时，相对的测点在法线方向移动得到的结果也会随之发生改变，并且与设置的模型相对应。这说明了通过测点在止水帷幕切线方向发生改变也就是电剖面法，可以很容易通过视电阻率变化情况来找到止水帷幕水渗漏的水平位置。通过测点在止水帷幕法向方向上发生改变，也就是电测深法。

当止水帷幕水渗漏点较大时，有渗漏测得的电势差曲线与无渗漏测得的电势差曲线相差较大，这说明因为止水帷幕渗漏点较大而导致水渗漏情况已经比较严重，也因此止水帷幕两侧的电势差相差不大。而当止水帷幕渗漏点较小时电势差曲线则相差较小，这说明止水帷幕因为渗漏点较小而没有造成较严重的地下水渗漏，因此止水帷幕两侧的电势差相差依然较大。

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