白蟻危害引起土壩滲漏的處理措施

陳宋斌

（山東省水利勘察設(shè)計院有限公司貴州分公司，貴州 貴陽 550002）

白蟻是世界性害蟲之一，越是濕熱的地方，白蟻分布越多，危害也越突出，其危害性被稱為“慢性地震”。氣候濕熱、土壤適宜、植被豐富等特定的地理環(huán)境，適宜白蟻衍生繁殖[1]。水利是農(nóng)業(yè)的命脈，水庫堤壩安全是水利工程的關(guān)鍵，而白蟻危害是水庫堤壩安全運(yùn)行的最大隱患之一，隱患不除，危害極大，輕則堤壩滲漏，重則潰堤、垮壩。白蟻往往在大壩內(nèi)構(gòu)筑巨大的蟻巢和數(shù)量眾多的副巢及四通八達(dá)的蟻道，蟻道往往貫穿堤壩上下部位。水庫水位上升時，水流進(jìn)入蟻道和蟻巢，造成滲漏、管涌、沉陷、滑坡等重大險情，嚴(yán)重的甚至?xí)劤煽鍓蔚膰?yán)重后果[2]。因此，加強(qiáng)和規(guī)范水利工程白蟻防治工作已成為一項刻不容緩、關(guān)系水利工程安危的重要工作。但是長期以來，水利工程白蟻防治主要采用人工挖巢、毒土灌漿、煙劑熏殺等方法，有些會產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，如人工挖巢會影響壩體結(jié)構(gòu)，造成水土流失；毒土灌漿會造成水體污染，破壞生態(tài)等?；谛尬目h新坪水庫白蟻危害處理實踐，探索出新的白蟻危害處理思路，可為當(dāng)前土石壩白蟻危害防治提供新的參考。

1 工程概況

新坪水庫位于貴州省貴陽市修文縣六廣鎮(zhèn)新坪村境內(nèi)，所在河流為紙廠溝，屬長江流域烏江水系六廣河右岸支流，總庫容21.63 萬m3，為?。?）型水庫，工程任務(wù)是農(nóng)田灌溉，設(shè)計灌溉面積32.47 hm2。大壩為砂質(zhì)黏土均質(zhì)土壩，最大壩高17.9 m，壩頂寬4.0 m，壩頂長77.24 m，壩頂高程1147.54 m。工程樞紐建筑物主要由擋水大壩、左岸岸邊溢洪道和右岸放水建筑物組成[3]。

2022年6月，新坪水庫大壩發(fā)現(xiàn)有白蟻病害，其蟻種為黑翅白蟻，該種白蟻生存密度大，向地表活動取食時筑有泥被和泥線，多在大雨或雨后傍晚分飛。該種白蟻危害面廣，嚴(yán)重侵害水庫壩體，是堤圍、土壩的大敵。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在新坪水庫大壩左右兩端及周圍山體有白蟻群體分布，根據(jù)白蟻危害嚴(yán)重程度，判斷水庫大壩屬白蟻建巢危害類型。

2 壩址區(qū)勘探

為進(jìn)一步了解壩體填筑材料、填筑質(zhì)量、建壩時清基情況、壩基肩地層巖性、裂隙發(fā)育情況、巖體風(fēng)化特征及透水性等，通過現(xiàn)場檢查、鉆孔、物探（高密度電法）等對壩體質(zhì)量進(jìn)行評價，并在下游壩面布置了6 條高密度電法勘探剖面，鉆孔及高密度電法平面布置如圖1所示。

圖1 新坪水庫大壩高密度電法勘探平面布置

2.1 物探

新坪水庫壩體為土壩，大壩夯土呈可塑～軟塑狀態(tài)，電法勘探剖面上多表現(xiàn)為中低電阻，其中浸潤線以上為中等電阻、浸潤線以下多為低電阻。高電阻區(qū)主要為混凝土梯步、混凝土?；蛏畈枯^完整基巖。剖面2～3 表面多為中電阻區(qū)，混凝土梯步位置為高阻區(qū)，大壩下游梯步附近、壩中至左壩段上部為低阻區(qū)，存在異常。剖面4～7 除混凝土梯步外，多表現(xiàn)為低阻。大壩中部深處為較大范圍的低阻區(qū)，與大壩填土處和浸潤線以下基本符合。

根據(jù)白蟻習(xí)性，蟻巢、蟻道在壩體表層5 m 以內(nèi)。電法勘探剖面顯示，大壩淺表層除混凝土梯步為高阻區(qū)外，其余多為中低電阻區(qū)。剖面2～3 表層低阻區(qū)以及剖面4～7 大部分低阻區(qū)，根據(jù)電法勘探綜合分析，基本確定是白蟻蟻道連通大壩上下游壩面造成大壩滲漏、浸潤。

2.2 鉆探

在大壩左壩段、壩中及右壩段布置了3 個鉆孔，編號分別為ZK1、ZK2 及ZK3。根據(jù)鉆孔揭露，壩體填筑料為黃色黏土，可塑，表觀質(zhì)量較好，壩頂為碎石及細(xì)砂鋪面，厚0.3～0.5 m，壩基巖性為寒武系中統(tǒng)石冷水組（∈2s）灰色白云巖，表層巖體裂隙發(fā)育，取芯破碎，多為碎塊狀，少量短柱狀。

為了解壩體及壩基巖土體滲透性，對鉆孔壩體段進(jìn)行注水試驗，并對基巖段進(jìn)行壓水試驗，成果統(tǒng)計詳見表1。其中，ZK2 第2 段孔深約3.4 m 處漏水，注水時漏水點(diǎn)為下游壩面已開挖蟻巢處，分布高程為1144～1144.5 m；其余鉆孔注水段表明壩體填筑料滲透系數(shù)為5.34×10-6～4.67×10-5cm/s，屬弱～微透水。壩基接觸帶巖體壓水試驗表明，壩基巖體透水率介于7.0～8.1Lu，透水率稍偏大，為下游壩基滲漏的主要原因。

表1 鉆孔注水及壓水試驗成果

3 存在問題

通過對大壩白蟻病害的檢查、勘察發(fā)現(xiàn)，新坪水庫大壩屬于十分明顯的白蟻危害且屬于建巢危害，如圖2—4 所示。其主要分布于大壩左端近中部壩段，右壩段底部有白蟻痕跡，考慮白蟻蟻道管路的網(wǎng)狀性、復(fù)雜性及白蟻的食性、生活習(xí)性，大壩下游壩面表層（地表以下5 m 以內(nèi)）存在白蟻蛀空壩體現(xiàn)象。另根據(jù)追挖蟻巢結(jié)果，發(fā)現(xiàn)主蟻巢1個，巢腔直徑50～60 cm；副蟻巢40～84 個，巢腔直徑大小不一，最大30 cm，最小1 cm，屬于較大規(guī)模的白蟻病害。

圖2 大壩追挖清出的蟻巢

圖4 蟻道貫通大壩上、下游滲流照片

根據(jù)現(xiàn)場檢查，蟻道已貫通上下游，形成管涌滲漏，滲漏量為0.5～1.0 L/s，分布高程為1144～1144.5 m。壩體下游壩面未見明顯浸潤溢出點(diǎn)，管涌滲漏通道在壩體內(nèi)部滲流排泄。管涌滲漏對壩體影響明顯，主要是淺層蛀空壩體、滲流沿蟻道從內(nèi)部軟化筑壩夯土，其中蟻巢位置壩體呈軟塑狀態(tài)，表層呈可塑狀態(tài)。管涌滲流在壩體內(nèi)部存在隱蔽性，持續(xù)滲流會造成壩體局部破壞，嚴(yán)重影響大壩安全運(yùn)行。

4 方案選擇

結(jié)合壩體及壩基滲漏情況，選擇壩體充填灌漿+壩基帷幕灌漿+下游漿砌石框架、壩體開挖換填（回填）+壩基帷幕灌漿2種治理方案進(jìn)行比較。

4.1 方案1：壩體充填灌漿+壩基帷幕灌漿+下游漿砌石框架

根據(jù)《土壩灌漿技術(shù)規(guī)范》（SL 564-2014），由于壩基存在滲漏情況，在壩頂布置1排帷幕灌漿孔，孔間距2 m，主帷幕線長131.12 m，帷幕灌漿總進(jìn)尺710 m。

根據(jù)地勘結(jié)果獲悉，壩體存在蟻穴貫通的可能，為阻斷壩體內(nèi)蟻穴通道，對壩體進(jìn)行充填灌漿，灌漿材料為黏土漿，充填鉆孔周圍蟻道。充填灌漿孔布置在壩頂，在帷幕灌漿孔中間加密鉆孔，灌漿底界為巖土分界線；在帷幕灌漿孔上游布置1 排充填灌漿孔，灌漿孔與另1排錯開布置，灌漿底界為浸潤線以下2 m，終孔高程為1410.49 m。充填灌漿孔間距1 m，排距1 m。灌漿結(jié)束后向孔內(nèi)灌注密度大于1.5 g/cm3稠漿，采用制漿土料將孔口回填搗實整平。充填灌漿總進(jìn)尺1609 m。在下游壩面布置漿砌石框格，切斷壩面表面蟻道，增加下游壩坡穩(wěn)定性。

4.2 方案2：壩體開挖換填（回填）+壩基帷幕灌漿

壩體存在蟻穴貫通的可能，考慮到將計算浸潤線以上壩體土料開挖處理后填筑壩體，下游壩坡坡比在馬道以上為1∶2、馬道以下至排水棱體段為1∶2.5，開挖過程中需剔除白蟻蟻巢和蟻道附近呈軟塑狀態(tài)的土體，開挖料經(jīng)處理符合填筑要求的可用于壩體回填，其余外購。由于壩基存在滲漏情況，在壩頂布置1 排帷幕灌漿。帷幕灌漿間距2 m，主帷幕線長131.12 m，帷幕灌漿總進(jìn)尺710 m。

4.3 方案選擇

通過比較，方案1較方案2投資少27.38萬元，且方案2 壩體填筑施工作業(yè)面較小，大型機(jī)械難以上壩，只能利用小型機(jī)械進(jìn)行壩體填筑施工，壩體填筑難度增大，并造成施工工期延長3個月，且壩體黏土料碾壓受天氣影響大。

通過查找相關(guān)資料，參考類似工程，埋藥誘殺、挖巢等辦法根治白蟻隱患效果都不明顯，而增加壩體充填灌漿，能有效填充白蟻外出活動和取食的通道，且漿液中摻藥對殺死白蟻有很好的效果，可以較好地解決大壩白蟻治理難題，有效預(yù)防白蟻侵害再次發(fā)生，減少白蟻對水庫大壩穩(wěn)定帶來的不利影響。

綜上，推薦壩體充填灌漿+壩基帷幕灌漿+下游漿砌石框架方案。

5 除險加固措施

新坪水庫大壩為均質(zhì)黏土壩，為徹底解決白蟻引起的大壩問題，采取的除險措施為：對壩基進(jìn)行帷幕灌漿，對壩體進(jìn)行充填灌漿，下游壩面增加漿砌塊石框架，增設(shè)量水設(shè)施。工程除險加固平面布置，如圖5所示。

5.1 大壩充填灌漿設(shè)計

（1）充填灌漿布置。如圖6—7所示，壩頂布置2排充填灌漿孔，灌漿孔間距1 m，排距1 m，錯開布置，其中1排孔在帷幕灌漿孔上加密布置，灌漿底界為巖土分界線；另1排布置于壩軸線上游，灌漿底界為1140.49 m高程；充填灌漿總進(jìn)尺1609 m。

圖6 大壩充填灌漿設(shè)計

圖7 大壩充填灌漿剖面

（2）防滲目的和防滲標(biāo)準(zhǔn)。大壩為均質(zhì)土壩，現(xiàn)存在白蟻病害，壩面有蟻巢及網(wǎng)狀蟻道分布，蟻道貫通上下游壩面，已形成管道滲流現(xiàn)象，對大壩整體結(jié)構(gòu)造成破壞。為增強(qiáng)壩體的密實度、防止壩體滲漏產(chǎn)生破壞，本次除險加固對壩體進(jìn)行充填灌漿+下游壩坡漿砌塊石框架設(shè)計。壩體防滲標(biāo)準(zhǔn)以滲透系數(shù)≤1×10-4cm/s為準(zhǔn)。

（3）灌漿材料和漿液。土壩壩體充填灌漿材料以黏土料為主，施工中如有特殊要求，還應(yīng)準(zhǔn)備適量其他材料，如：有加速漿液凝固和提高后期強(qiáng)度要求時，可摻入適量水泥，水泥摻入量由試驗確定；為提高泥漿的流動性，可摻入少量的水玻璃；為提高泥漿的穩(wěn)定性和后期強(qiáng)度，可摻入適量澎潤土等。本壩體存在白蟻病害，白蟻病害已通過白蟻防治工程進(jìn)行治理，經(jīng)現(xiàn)場勘查和管理人員反映，白蟻病害治理一段時間內(nèi)仍有白蟻活動跡象，所以在黏土漿中摻入10%吡蟲啉混懸劑治理現(xiàn)狀白蟻病害，施工時應(yīng)防止污染環(huán)境。

（4）灌漿壓力。為不破壞壩體，充填灌漿注漿管上端孔口壓力值應(yīng)嚴(yán)格控制在0.05 MPa 以內(nèi)，施工期以灌漿試驗壓力為準(zhǔn)。以上灌漿壓力為推薦值，待灌漿施工時，在先導(dǎo)孔鉆灌的基礎(chǔ)上作進(jìn)一步的調(diào)整，既要達(dá)到防滲目的，又不至于破壞壩體。

（5）灌漿要求。充填灌漿宜1 次灌注至設(shè)計要求，多排孔灌漿時應(yīng)先灌邊排孔，再灌中排孔。

（6）灌漿質(zhì)量檢查。壩體灌漿質(zhì)量檢查分為中間檢查和最終檢查。其中，中間檢查為不定期進(jìn)行，主要檢查內(nèi)容是：按設(shè)計要求檢查布孔、造孔、工藝操作、漿液性能，綜合控制情況、各孔終孔標(biāo)準(zhǔn)和施工中出現(xiàn)的問題及處理等。最終檢查主要是從以下2 個方面進(jìn)行：①全面察看壩面裂縫、浸潤線出逸點(diǎn)、滲流量變化等情況，了解灌漿前后的滲流量以及下游壩坡滲水出逸點(diǎn)的高低和濕潤面積的大小在相同庫水位時的變化情況，判斷灌漿效果；②根據(jù)灌漿記錄，對照灌漿設(shè)計，檢驗各壩段隱患治理是否已達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，如有不符及時分析原因、及時處理。

（7）封孔。每孔灌漿結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行灌漿封孔。封孔時，應(yīng)將注漿管拔出，向孔內(nèi)灌注密度大于1.5 g/cm3的稠漿，多次灌注，直至漿面升至孔口不再下降為止。待孔口完全析水后，應(yīng)用含水率適中的制漿土料將孔口回填搗實整平。

5.2 壩基（肩）防滲設(shè)計

（1）防滲邊界條件。根據(jù)《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（SL/T62-2020）規(guī)定，防滲帷幕底界以巖體透水率≤5 Lu 為控制標(biāo)準(zhǔn)。壩基存在滲漏現(xiàn)象，對壩基進(jìn)行帷幕灌漿處理。如圖8所示，帷幕灌漿線沿壩軸線布置，兩端分別向兩岸偏上游延伸，帷幕邊界以地下水位、鉆孔透水率為依據(jù)，結(jié)合壩高進(jìn)行控制。河床段防滲帷幕底界伸入基巖以下5～10 m，并結(jié)合0.5～0.7 倍壩高綜合考慮；岸坡段防滲底界以進(jìn)入基巖5～10 m 考慮，兩岸帷幕端點(diǎn)至正常蓄水位與地下水位線的交點(diǎn)，防滲線總長131.12 m。具體邊界條件根據(jù)先導(dǎo)孔壓水試驗、灌漿試驗成果可作相應(yīng)調(diào)整。

圖8 帷幕灌漿剖面

（2）防滲帷幕孔。根據(jù)大壩滲漏及壩基基巖巖體可灌性及裂隙發(fā)育情況，本次帷幕孔單排布置，孔距為2 m，共設(shè)67 個孔，分3 序次施工，主帷幕線長131.12 m，共計帷幕灌漿總進(jìn)尺710 m。

（3）帷幕灌漿材料及灌漿壓力。壩基巖層及接觸帶采用水泥漿灌注，水泥可使用強(qiáng)度等級P.O42.5 的普通硅酸鹽水泥。根據(jù)灌漿的需要，可在漿液中加入速凝劑和摻合料，速凝劑可選用水玻璃，摻合料可根據(jù)具體情況選用粗砂、細(xì)砂和粉煤灰，也可酌情使用紙屑、鋸末等材料。制漿應(yīng)采用專用機(jī)械，灌漿機(jī)應(yīng)使用多缸柱塞泵?；鶐r帷幕灌漿采用自下而上分段進(jìn)行的方法施工，灌漿壓力為0.3～0.5 MPa。灌漿過程中應(yīng)詳細(xì)記錄灌漿原始資料，注意觀察壩基等部位出現(xiàn)的異常情況，并詳細(xì)加以記錄。

（4）帷幕灌漿施工。大壩防滲帷幕灌漿按分序加密的原則進(jìn)行，分3 序次施工。先導(dǎo)孔作為灌漿試驗孔先行施工，并進(jìn)行壓水試驗及灌漿試驗，測定鉆孔的地下水位。施工單位應(yīng)及時將先導(dǎo)孔的壓水試驗及灌漿試驗成果等反饋給設(shè)計單位和監(jiān)理單位，以便設(shè)計單位掌握實際情況，據(jù)此合理地確定帷幕的左右邊界和灌漿下限，使灌漿設(shè)計更趨合理，為后續(xù)孔的施工作好技術(shù)準(zhǔn)備。

5.3 漿砌塊石框架設(shè)計

新坪水庫大壩下游壩坡1139.88 m 高程處馬道以上壩坡坡比為1∶1.75、馬道以下壩坡坡比為1∶2.83，本次除險加固為了提高下游壩坡的穩(wěn)定性，在大壩下游壩面增設(shè)M7.5 漿砌塊石框架加固壩坡，共設(shè)5道橫向框架，其中下游壩面梯步位置設(shè)立1 道中間框架、左右壩面各設(shè)立2 道框架，框架底寬1.5 m、高1.5 m；在橫向框架中間采用“X”形框格梁連接，底寬1 m，高1.5 m。框格梁頂部設(shè)30 cm×30 cm 排水溝，底部鋪設(shè)200 mm厚碎石墊層。

5.4 量水堰設(shè)計

為監(jiān)測壩體滲漏水量，本次除險加固措施中將大壩下游排水棱體處泵站進(jìn)水池底板保留，拆除頂板及側(cè)墻后改建成量水堰，堰槽長2 m、寬2 m，堰板嵌入邊墻和底座50 mm，堰板底座采用C25 素混凝土。量水堰堰板表面局部不平處不得大于±1 mm，堰口的局部不平處不得大于±1 mm；堰板兩側(cè)高差不得大于堰寬的1/500；堰板和側(cè)墻的傾斜度不得大于1/200，側(cè)墻局部不平處不得大于±5 mm；兩邊側(cè)墻局部寬度誤差不得大于±10 mm；堰板必須與水流方向正交，安放水平，豎向垂直，采用Q235鋼制作；引槽內(nèi)側(cè)必須用水泥砂漿抹面，厚度20 mm；水尺預(yù)留槽內(nèi)預(yù)埋2 根Φ9 mm 間距50 mm 的鋼筋，水尺與之焊接，注意水尺零點(diǎn)高程與堰口高程之差不得大于1 mm。

6 結(jié)語

基于類似工程采用埋藥誘殺、挖巢等辦法根治白蟻隱患效果都不明顯的實際，新坪水庫采用壩體充填灌漿+壩基帷幕灌漿+下游漿砌石框架的處理方案，可以有效地填充白蟻造成的通道且漿液中摻藥對殺死白蟻有很好的效果，能較好解決大壩白蟻治理難題，有效預(yù)防白蟻侵害再次發(fā)生，減少白蟻對水庫大壩穩(wěn)定帶來不利影響。同時，運(yùn)行管理單位需對大壩壩體白蟻加強(qiáng)觀測，避免白蟻滅殺不徹底，確保工程后續(xù)運(yùn)行安全。