一种利用人工热源和地下水温度示踪判定基坑止水帷幕渗漏的方法

专利名称：一种利用人工热源和地下水温度示踪判定基坑止水帷幕渗漏的方法
技术领域：
本发明属于主要用于市政工程、工业与民用建筑工程深基坑降水领域，具体涉及一种利用人工热源和地下水温度示踪判定基坑止水帷幕渗漏的方法。
背景技术：
在基坑施工特别是超大超深基坑开挖施工中，基坑止水帷幕发挥着重要的安全保障作用。如果基坑止水帷幕渗漏，地下水位就会长高，对基坑内施工造成不利影响，严重时会威胁施工甚至直接造成基坑塌陷。因此渗漏监测历来是基坑工程施工的重要环节。通常的做法是在基坑止水帷幕两侧设置一定的观测钻孔，对地下水位进行对比观测来判断是否有渗漏发生。这一作法存在以下缺陷与不足观测效果不明显，观测结果比较滞后，从而陷于被动局面，基坑安全系数不够高等。因此，在基坑工程的建设中，提高止水帷幕渗漏监测效率与精度十分重要。而温度场是普遍存在于地质体中的天然物理场。温度场分布的规律决定于水流特征和热传导规律，是进行温度场示踪研究的基础。这就为我们除直接测定地下水位之外提供了另一种了解渗流场的物理量。本发明尽量利用原有钻孔，通过主动施加热源，大大提高监测效率。不仅节约了工程成本，提高监测效率与精度，减弱了监测工作对基坑施工的影响，而且运用温度场进行监测具有成本低、效率高、无污染等优点。对现有的技术文献检索发现，功能要求与本发明相似的温度示踪的技术主要是通过探测装置或传感器，利用仪器采集到的温度数据进行分析与判断。如河海大学梁越、陈建生、陈亮、王宇铭提出的实用新型“一种以温度为示踪剂的地下水流速流向探测装置”(专利号201020105886);河海大学陈亮、李刚、王宇铭、付长静、闻晓璐的发明专利“以温度为示踪剂探测堤坝渗漏通道位置的系统及方法”(专利号CN101261053A)。但是这些专利都没有考虑到主动施加热源对基坑止水帷幕进行渗漏的判断。

发明内容
针对现有技术的不足和缺陷，本发明所要解决的技术问题是在现有钻孔基础上，提供一种利用人工热源和地下水温度示踪判定基坑止水帷幕渗漏的方法。为了解决上述技术问题，本发明提出的利用人工热源和地下水温度示踪判定基坑止水帷幕渗漏的方法，具体步骤如下
(1)、现场岩土工程勘察、水文地质勘察，查明目标基坑的工程地质水文地质条件，结合现场实际调查，确定目标基坑的工程地质参数(如渗透系数、导热系数及储水系数等)；
(2)、利用原有井位，合理规划与布置基坑外、基坑内观测井，确保覆盖基坑止水帷幕两侦1K无遗漏；
(3)、现场测定目标基坑内、基坑外钻孔的初始温度场参数，得出其分布特征、正常值等；结合步骤(I)中岩土工程勘察及水文地质勘察得到的相关工程地质数据，建立相关热传导模型；
(4)、利用加热装置，向基坑外侧钻孔施加热源，使基坑外温度升高；由于地下水流运动的作用，如果存在渗漏，则基坑内钻孔温度因渗流带来的热量而温度升高。(5)、测量基坑内侧钻孔的温度，根据已测得的基坑内钻孔初始温度场数值进行分析与判断，结合热力学知识进行推理，对可能的渗漏点进行判断与定位。本发明中，所述的现场观测井为常规观测井。本发明中，步骤(3)中所述建立模型依据为经典的热力学传导知识、目标基坑的水文地质数据与温度场数据。本发明中，步骤(4)中所述加热装置采用人工热源为主动施加，结合温度示踪测得相关温度场。
本发明中，所述的观测井为滤管观测井，并设置在监测目的层或需重点关注水位的地层。其布置位置根据工程需要进行布置。本发明中，步骤(5)中通过对基坑内钻孔最高温度平面与温度突变点的分析，从而达到基坑止水帷幕渗漏点的判断与定位。该方法原理明确，适应性强，可在利用原有基坑观察井的条件下，适当增加观测井，通过主动向坑外钻孔内施加热源而进行基坑渗漏的判断，同时，通过结合热力学知识对观测井地下水温度场进行分析与判断，达到快速、方便地进行基坑渗漏的判断与定位的双重目的，是一种经济可行的方法。


图I是本发明的流程示意图。图2是基坑止水帷幕内外两侧观测井分布图。其中GN+数字表基坑内侧观测井及编号，Gff+数字表基坑外侧观测井及编号。图3是基坑止水帷幕两侧初始温度场分布图。图中各区域温度范围为A、B、C及D 表示温度区域范围，A 20. 5-2TC ；B 21. 5-22°C ；C 19. 5°C 以下；D 19.5-20。。。图4是钻孔中正常温度分布与“尖峰状”异常温度分布示意图。图5是人工施加热源后基坑止水帷幕初始温度场分布图。其中A、B、C及D表示温度区域范围，A 20. 5-2 TC ；B 41. 5-42 °C ；C 49.5°C 以下；D 49.5_50°C。图6是人工施加热源后坑内钻孔GN2温度-深度曲线。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例I :以某地区基坑渗漏点测试为例，具体应用按以下步骤进行
步骤一，现场地质勘探在目标基坑止水帷幕影响范围内地层分为8层，分别是①层人工填土底板标闻2. 03m,层厚I. 5m -’②i层粉质粘土底板标闻O. 63m,层厚I. 4m -’②3层砂质粉土底板标闻_3. 97m,层厚4. 6m ;③层游泥质粉质粘土底板标闻-6. 97m,层厚3m ;④层游泥质土底板标高-12. 47m,层厚5. 5m !⑤层粘土底板标高-18. 17m,层厚3. 2m !⑤层砂质粉土底板标高-24. 97m,层厚9. 7m 2层粘质粉土夹粉质粘土底板标高-48. 07m,层厚23.1m。观测范围层为⑤i_t层砂质粉土。由于⑤η层砂质粉土层以下沿有⑤2层粘质粉土夹粉质粘土层，且层厚达23. lm，考虑到水比热最大，可以认为本次试验温度测试不受帷幕下端绕流影响，而主要受人工施加热源影响。现场试验，测得渗透系数、导热系数分别为
I.76X 1(T3 cm/s,O. 5W/m。步骤二，利用原有降水井及观测井，在目标基坑的某侧止水帷幕内、外两侧分别布置了 GN1-3、GW1_3共6个观测井，用于测定该止水帷幕的渗漏(见图2)；
步骤三，利用测温仪，测定目标基坑内外钻孔的初始温度场参数，其中通过钻孔GN1-3、GW1-3测得初始温度场分布，即A区域在20. 5-21°C、B区域在21. 5_22°C、C区域在19. 5°C以下、D区域在19. 5-20°C，绘成初始温度场分布图(见图3);结合热力学传导知识，建立判定准则(见图4)。
步骤四，利用加热装置，向基坑外侧钻孔施加热源，使基坑孔外温度升高约30°C。步骤五，测量基坑内侧钻孔的温度，通过钻孔GN1-3、GW1-3测得初始温度场分布，即A区域在20. 5-21°C、B区域在41. 5_42°C、C区域在49. 5°C以下、D区域在49. 5_50°C，绘制成加热后的基坑温度场平面分布图(见图5)。结合热力学知识，通过与前面测得的初始温度场数值与判定准则，对最高温平面与温度异常点进行分析与判断，对渗漏点进行判断与定位。对比步骤三中的初始温度场可知，在利用人工热源对坑外钻孔地下水加加热升温约30度后，坑内钻孔测得的地下水温度有所改变，在B区域温度明显升高，形成坑内最高温度平面分布位置。分析可见，渗漏点应发生在坑内钻孔GN2附近。结合GN2温度-深度曲线(见图6)，可知渗漏点深度约在20m的位置。本实施例的效果在现有降水井及观测井的基础上，通过人工施加热源，对基坑止水帷幕渗漏进行判断与定位。
权利要求
1.一种利用人工热源和地下水温度示踪判定基坑止水帷幕渗漏的方法，其特征在于具体步骤如下 (1)、现场岩土工程勘察、水文地质勘察，查明目标基坑的工程地质水文地质条件，结合现场实际调查，确定目标基坑的工程地质参数； (2)、利用原有井位，合理规划与布置基坑外、基坑内观测井，确保覆盖基坑止水帷幕两侦1K无遗漏； (3)、现场测定目标基坑内、基坑外钻孔的初始温度场参数，得出其分布特征、正常值等；结合步骤(I)中岩土工程勘察及水文地质勘察得到的相关工程地质数据，建立相关热传导模型； (4)、利用加热装置，向基坑外侧钻孔施加热源，使基坑外温度升高；由于地下水流运动的作用，如果存在渗漏，则基坑内钻孔温度因渗流带来的热量而温度升高； (5)、测量基坑内侧钻孔的温度，根据已测得的基坑内钻孔初始温度场数值进行分析与判断，结合热力学知识进行推理，对可能的渗漏点进行判断与定位。
2.根据权利要求I所述的利用人工热源和地下水温度示踪判定基坑止水帷幕渗漏的方法，其特征在于所述的模型建立依据为经典的热力学传导知识、目标基坑的水文地质数据与温度场数据。
3.根据权利要求I所述的利用人工热源和地下水温度示踪判定基坑止水帷幕渗漏的方法，其特征在于所述的坑内外钻孔为常规钻孔，且利用原有基坑降水井及观测井。
4.根据权利要求I所述的利用人工热源和地下水温度示踪判定基坑止水帷幕渗漏的方法，其特征在于步骤(5)中通过对基坑内钻孔最高温度平面与温度突变点的分析，从而达到基坑止水帷幕渗漏点的判断与定位。
全文摘要
本发明涉及一种利用人工热源和地下水温度示踪判定基坑止水帷幕渗漏的方法，具体步骤包括(1)岩土工程地勘察及现场调查确定目标基坑的相关水文地质学参数，包括渗透系数、导热系数及储水系数等；(2)利用原有井位，合理布置坑外、坑内观测井，确保覆盖基坑止水帷幕两侧、无遗漏；(3)现场测定目标基坑内外钻孔的初始温度场参数，得出其分布特征、正常值等；(4)向基坑外侧钻孔施加热源，使基坑外侧钻孔孔内温度升高；(5)测量基坑内侧钻孔的温度，根据前面测得的初始温度场数值进行分析与判断，结合热力学知识进行推理，对可能的渗漏点进行判断与定位。该方法原理明确，适应性强，可在利用原有基坑观察井的条件下，适当增加观测井，通过主动向坑外钻孔内施加热源而进行基坑渗漏的判断，通过结合热力学知识对观测井地下水温度场进行分析与判断，达到快速、方便地进行基坑渗漏的判断与定位的双重目的。
文档编号E02D19/18GK102704456SQ20121017725
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者司鹏飞, 吴远斌, 王建秀, 谷雪影, 邹宝平, 黄天荣 申请人:同济大学