我国各种基坑的防水帷幕数量众多, 质量参差不齐。在软土地区, 尤其是临江、河、湖、海的基坑施工过程中, 基坑隔水是一个非常重要的问题^[1,2]。因基坑隔水处理不当而造成的隔水帷幕渗漏, 容易引起软土基坑围护结构发生位移和形变, 造成基坑失稳破坏;还可能导致基坑外侧土体产生水平位移与竖向位移, 对周边环境产生严重影响^[3,4]。为保证基坑工程顺利进行, 基坑开挖前预先对隔水帷幕的隔水效果进行检测具有重要意义。一些常规的检测方法, 如施工造孔检查、钻孔检查、轻型动力触探、围井压水和抽水试验等, 仅能反映帷幕局部的状况, 不能反映防水帷幕整体隔水效果。近年来, 在水利工程中出现了无损化检测堤坝等防渗墙渗漏的实例, 因其具有无损、效率高、准确等优点, 迅速得到了广泛应用, 其中以电阻率法应用最为广泛。冯嘉楠^[5]以某水库工程为背景, 尝试不同有损检测、无损检测方法, 对各检测方法对具体防渗帷幕的适用性及彼此的相关关系进行研究。孙聪^[6]分析了工程建筑领域地下混凝土连续墙渗漏及检测所涉及的问题, 对渗漏检测的地球物理方法可行性进行了探讨, 采用浅层地震勘探方法包括常规反射波法和井间地震勘探或井间CT方法与电磁法勘探联合进行围护渗漏检测技术。高镇^[7]采用有限差分法和模型试验法系统分析3种典型基坑防水帷幕渗漏病害的高密度电法检测剖面特征, 并给出了判定的典型异常特征。总结以上方法均是对隔水帷幕或者地下连续墙两侧的土体进行探测, 根据土体中水的渗流动向, 找到降水漏斗, 从而找到渗漏点, 均为间接性检测, 无法直接检测墙体, 具有一定的不准确性;且投入现场试验过程中, 施工现场工作面有限, 无法与施工现场工序契合, 可操作性不强。赵培龙等^[8]虽应用相同思路进行高密度电阻率法探测, 并取得了相关成果, 但方法单一, 成图效果不佳, 对低阻区的反映能力不强, 在复杂的现场环境下, 无法对渗漏点进行精准识别。其次, 经现场施工反映, 围护结构渗漏均发生在地下连续墙或者桩体的接缝处, 墙体出现病害的情况非常少见, 故而针对裂缝处重点区域展开相关研究。

本文方法是在相邻两幅地下连续墙靠近接缝处布设垂直方向电极管, 在吊装钢筋笼前将电极管预先绑扎在相应位置, 将工艺融入现场施工工序。应用3种跑极装置, 在降水开挖以前以及降水过程中对该区域的电阻率变化进行实时监控, 实现对地下连续墙接缝处的集中直接性探测。该方法克服了传统检测方法中无法直接对墙体进行探测的短板, 准确性高;在竖直方向上采用3种装置进行同步测量, 相互验证, 预测性强;可将整个工序穿插进地下连续墙施工工序中, 将测量工作面预埋至地下, 具有充足的作业面;预埋PVC管可进行混凝土回填, 基本不会影响地下连续墙的强度及质量。

武汉地铁8号线一期徐家棚站工程位于长江南岸, 周边地质条件复杂, 位于 (48) 轴左右处断面地质条件较差, 且周边建筑物分布较复杂 (见图1) , 故将试验断面设在此处。

试验断面处属典型软土复合地层, 上部为软弱透水的粉细砂层, 下部为强风化砾岩、弱胶结砾岩及中等胶结砾岩, 地下水分布广泛且不均匀, 降水过程中极易发生越层充水, 施工难度极大, 被称为基坑施工的“癌症”地层。

测量均匀大地的电阻率, 原则上可采用任意形式的电极排列, 探测原理如下:首先在地表任意两点A, B供电建立电场, 然后在任意两点用测量电极M, N测定电位差, 如图2所示。

根据点电源场的电位公式得到M, N两点的电位为:

式中:ρ为大地电阻率;I为供电电流强度;U为M, N点的测量电位, AM, BM, AN, BN分别为电极间距。显然, A, B在MN间产生的电位差为:

由式 (3) 得均匀大地电阻率的计算公式为:

式中:K=2π/ (1/AM-1/AN-1/BM+1/BN) 定义为电极装置系数, 是一个与电极空间位置有关的物理量。

视电阻率用ρ_s来表示:

物探方法的开展是以探测目标体和周围介质存在物性差异为前提的。目标体的物理性质包括波速、波阻抗、电阻率、介电常数等。电阻率法检测技术就是一种以介质中电阻率的变化为物理基础的检测手段。防渗墙在浇筑时, 由于墙体材料基本相同, 其电阻率可视为基本一致;在浇筑过程中, 若存在漏浇、欠浇或各槽段连接不好等质量隐患时, 隐患处的电阻率与其他完整防渗墙的电阻率有一定的差异, 这为检测提供了良好的前提条件。

如图3所示, 新一代微测井电阻率法检测技术原理与地面布设电极高密度电阻率法原理相同, 不同的是, 在垂直方向上, 不受操作界面的影响, 可利用多种电极装置, 集中对帷幕或地下连续墙接缝处电阻率变化进行测试, 实时监控, 方便易行。

根据现场试验的情况, 将物理模拟试验设置为现场尺寸的1/50, 即利用大约60cm深度的模型箱对两幅地下连续墙接缝处30m深度范围内进行模拟, 基坑内地层均根据现场实况, 取现场试验断面处原状土, 地层厚度等比例缩小后, 对模拟基坑进行填充, 已达到控制变量的目的。

模拟试验所采用模型重点应放在对地下连续墙渗漏性以及开挖过程的模拟上, 故将1m×1.0m×0.6m的模型箱分割为3部分, 中间部分模拟基坑内部, 两侧模拟基坑外侧, 一侧设置漏水检测试验, 另一侧设置非漏水对照试验, 试验模型外观如图4所示。

应用电阻率法进行渗漏检测时, 根据微测井法电极布设的特点, 每2cm布设一针状电极, 浇筑于混凝土地下连续墙中, 过程中做好防水措施, 防止造成电信号短路。

渗漏隐患病害模拟方面, 应用橡皮泥对地下连续墙接缝处相应渗漏位置进行填充, 进行试验时可用针将预留位置刺穿, 以此模拟渗漏隐患病害。

待地下连续墙制作完毕, 相应位置电极亦埋设完毕后, 进行土体填充压实, 将注水管埋设到预定位置, 每回填完1层进行相应压实。填完之后, 通过水管进行注水, 通过玻璃槽的玻璃观察水位达到预计水位后按步骤应用WDJD-3多功能数字直流激电仪进行测试。如图5所示。

无隐患的情况测量完成后, 设置渗漏隐患, 回填开挖部分, 通过注水管注水到预计水位后, 进行背景值测量。随后对“基坑”内侧进行开挖降水, 按步骤进行“基坑”降水过程中测量。

3种方法的背景值测量是通过预先设置的非漏墙 (对照组) 实现的, 由于受混凝土内金属 (钢板、钢丝模拟) 影响等因素, 垂直方向上虽稍有波动, 但无大幅度变化, 符合试验要求。

根据以往发生渗漏事故的位置以及裂缝的大小, 进行比例模拟, 最终在模型箱深度40cm以及50cm处设置2mm×8mm的预制裂缝。探测结果如图6所示。

探测结果显示:未开挖时, 靠近裂缝侧的微测井, 电阻率在该裂缝处出现稍大低阻区, 在另一裂缝处出现稍小低阻区。说明对于距离微测井较近的裂缝, 其反映程度较大, 反之则较小。

随着降水、开挖过程的推进, 相应渗漏点位置的低阻区越来越明显。说明随着降水开挖的进行, 该方法对裂缝处渗水情况反映愈加强烈。

探测结果与AMN法基本相同, 不同侧微测井对距离不同的裂缝反映能力强弱不一;随着开挖进行, 对裂缝处渗水情况反映愈加强烈。

AM方法对不同水平位置裂缝的反应能力无方向性, 但对渗漏点深度位置的把握与以上2种方法相同, 均比较明显。

现场试验过程原理以及测试过程与模拟试验基本相同, 不同的是需符合现场复杂作业条件, 融入现场施工工序。施工工艺流程:地下连续墙成槽 (制作电极管) →焊接钢筋笼 (捆绑入笼) →吊装钢筋笼→灌注混凝土→凝固28d降水开挖→开始量测。在 (48) 轴处选取WG24-25, WG25-26以及WG26-27幅地下连续墙, 共埋设6根电极管, 电极间距1m, 每根电极管布设30个针状电极。

在WG26-27幅地下连续墙处测试结果出现异常, 如图7所示。

根据对现场采集数据的分析, 3种方法在深度19.5~21.5m, 24~25m的位置均出现明显低阻区, 疑似渗漏点, 提醒施工单位施工过程中注意防范。

结果在降水开挖过程中, 开挖至24.5m位置时, 接缝处出现轻微渗漏, 施工单位及时采取堵漏措施, 未发生大的风险, 亦应用400MHz天线探地雷达对19.5~21.5m区域进行了质量检测, 发现存在相对疏松区域, 验证方法可行。

对新一代电阻率检测方法进行了室内模拟及现场试验验证, 得出了以下结论。

1) 3种方法均可对围护结构接缝处渗漏点进行精准的探测, 验证了方法的可行性。

2) AMNB法以及AMN法对不同距离裂缝的反应能力具有方向性, 这也与其为单侧装置吻合, 两种方法的不同点在于, AMN比AMNB的探测范围更大, 但两者皆存在底部和顶部盲区;AM因是跨孔对穿, 故对不同距离裂缝的反应能力无方向性, 探测范围上无盲区。

3) 方法可行性已得到验证, 但还需进一步改进装置, 将线束集成, 应用光纤光栅技术, 简化冗杂的装置构造, 投入到现场检测中进一步准确指导施工。