白蚁危害引起土坝渗漏的处理措施.pdf

2023.No.7收稿日期：20230120作者简介：陈宋斌（1991），男，工程师，主要从事水利水电工程设计工作。DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2023.07.027白蚁危害引起土坝渗漏的处理措施陈宋斌（山东省水利勘察设计院有限公司贵州分公司，贵州贵阳550002）摘要：白蚁危害是小型水库常见病险情况之一，防治白蚁是保障水利工程安全运行的必要举措。贵阳市修文县新坪水库大坝为均质黏土坝，因白蚁筑巢，导致坝体存在蚁道蛀空、追挖破坝及管流渗漏现象。为彻底解决白蚁引起的大坝问题，新坪水库采取坝基帷幕灌浆、坝体充填灌浆、下游坝面增加浆砌块石框架、增设量水设施等工程除险措施进行防治。此次处理措施应用，可为今后类似白蚁防治项目提供借鉴。关键词：白蚁；渗漏；灌浆；新坪水库中图分类号：TV697.3+2文献标识码：A文章编号：1004-7328（2023）07-0105-06白蚁是世界性害虫之一，越是湿热的地方，白蚁分布越多，危害也越突出，其危害性被称为“慢性地震”。气候湿热、土壤适宜、植被丰富等特定的地理环境，适宜白蚁衍生繁殖1。水利是农业的命脉，水库堤坝安全是水利工程的关键，而白蚁危害是水库堤坝安全运行的最大隐患之一，隐患不除，危害极大，轻则堤坝渗漏，重则溃堤、垮坝。白蚁往往在大坝内构筑巨大的蚁巢和数量众多的副巢及四通八达的蚁道，蚁道往往贯穿堤坝上下部位。水库水位上升时，水流进入蚁道和蚁巢，造成渗漏、管涌、沉陷、滑坡等重大险情，严重的甚至会酿成垮坝的严重后果2。因此，加强和规范水利工程白蚁防治工作已成为一项刻不容缓、关系水利工程安危的重要工作。但是长期以来，水利工程白蚁防治主要采用人工挖巢、毒土灌浆、烟剂熏杀等方法，有些会产生较大的负面影响，如人工挖巢会影响坝体结构，造成水土流失；毒土灌浆会造成水体污染，破坏生态等。基于修文县新坪水库白蚁危害处理实践，探索出新的白蚁危害处理思路，可为当前土石坝白蚁危害防治提供新的参考。1工程概况新坪水库位于贵州省贵阳市修文县六广镇新坪村境内，所在河流为纸厂沟，属长江流域乌江水系六广河右岸支流，总库容21.63万m，为小（2）型水库，工程任务是农田灌溉，设计灌溉面积32.47 hm。大坝为砂质黏土均质土坝，最大坝高 17.9 m，坝顶宽4.0 m，坝顶长 77.24 m，坝顶高程 1 147.54 m。工程枢纽建筑物主要由挡水大坝、左岸岸边溢洪道和右岸放水建筑物组成3。2022年6月，新坪水库大坝发现有白蚁病害，其蚁种为黑翅白蚁，该种白蚁生存密度大，向地表活动取食时筑有泥被和泥线，多在大雨或雨后傍晚分飞。该种白蚁危害面广，严重侵害水库坝体，是堤围、土坝的大敌。调查发现，在新坪水库大坝左右两端及周围山体有白蚁群体分布，根据白蚁危害严重程度，判断水库大坝属白蚁建巢危害类型。2坝址区勘探为进一步了解坝体填筑材料、填筑质量、建坝时清基情况、坝基肩地层岩性、裂隙发育情况、岩体风化特征及透水性等，通过现场检查、钻孔、物探（高密度电法）等对坝体质量进行评价，并在下游坝面布置了6条高密度电法勘探剖面，钻孔及高密度电法平面布置如图1所示。图1新坪水库大坝高密度电法勘探平面布置海河水利1052023年7月2.1物探新坪水库坝体为土坝，大坝夯土呈可塑软塑状态，电法勘探剖面上多表现为中低电阻，其中浸润线以上为中等电阻、浸润线以下多为低电阻。高电阻区主要为混凝土梯步、混凝土梗或深部较完整基岩。剖面23表面多为中电阻区，混凝土梯步位置为高阻区，大坝下游梯步附近、坝中至左坝段上部为低阻区，存在异常。剖面47除混凝土梯步外，多表现为低阻。大坝中部深处为较大范围的低阻区，与大坝填土处和浸润线以下基本符合。根据白蚁习性，蚁巢、蚁道在坝体表层 5 m 以内。电法勘探剖面显示，大坝浅表层除混凝土梯步为高阻区外，其余多为中低电阻区。剖面23表层低阻区以及剖面47大部分低阻区，根据电法勘探综合分析，基本确定是白蚁蚁道连通大坝上下游坝面造成大坝渗漏、浸润。2.2钻探在大坝左坝段、坝中及右坝段布置了3个钻孔，编号分别为ZK1、ZK2及ZK3。根据钻孔揭露，坝体填筑料为黄色黏土，可塑，表观质量较好，坝顶为碎石及细砂铺面，厚0.30.5 m，坝基岩性为寒武系中统石冷水组（2s）灰色白云岩，表层岩体裂隙发育，取芯破碎，多为碎块状，少量短柱状。为了解坝体及坝基岩土体渗透性，对钻孔坝体段进行注水试验，并对基岩段进行压水试验，成果统计详见表1。其中，ZK2第2段孔深约3.4 m处漏水，注水时漏水点为下游坝面已开挖蚁巢处，分布高程为1 1441 144.5 m；其余钻孔注水段表明坝体填筑料渗透系数为 5.3410-64.6710-5cm/s，属弱微透水。坝基接触带岩体压水试验表明，坝基岩体透水率介于7.08.1Lu，透水率稍偏大，为下游坝基渗漏的主要原因。3存在问题通过对大坝白蚁病害的检查、勘察发现，新坪水库大坝属于十分明显的白蚁危害且属于建巢危害，如图24所示。其主要分布于大坝左端近中部坝段，右坝段底部有白蚁痕迹，考虑白蚁蚁道管路的网状性、复杂性及白蚁的食性、生活习性，大坝下游坝面表层（地表以下 5 m 以内）存在白蚁蛀空坝体现象。另根据追挖蚁巢结果，发现主蚁巢1个，巢腔直径5060 cm；副蚁巢4084个，巢腔直径大小不一，最大30 cm，最小1 cm，属于较大规模的白蚁病害。表1钻孔注水及压水试验成果孔号ZK1ZK2ZK3位置左坝段坝中右坝段孔内深度/m0.37.67.613.30.55.55.512.312.317.70.55.55.510.510.514.914.922.4高程/m1 147.241 139.941 139.941 134.241 147.041 142.041 142.041 135.241 135.241 129.841 147.041 142.041 142.041 137.041 137.041 132.641 132.641 125.14透水率（q）/Lu或渗透系数（k）/（cms-1）k=3.2410-5（坝体）q=7.4（坝基基岩）漏水（坝体蚁巢处）k=4.6710-5（坝体）q=7.0（坝基基岩）k=2.4510-5（坝体）k=5.3410-6（坝体）k=4.1810-5（坝体）q=8.1（坝基基岩）图2大坝追挖清出的蚁巢图3蚁巢追挖破坝情况陈宋斌：白蚁危害引起土坝渗漏的处理措施1062023.No.7根据现场检查，蚁道已贯通上下游，形成管涌渗漏，渗漏量为 0.51.0 L/s，分布高程为 1 1441 144.5 m。坝体下游坝面未见明显浸润溢出点，管涌渗漏通道在坝体内部渗流排泄。管涌渗漏对坝体影响明显，主要是浅层蛀空坝体、渗流沿蚁道从内部软化筑坝夯土，其中蚁巢位置坝体呈软塑状态，表层呈可塑状态。管涌渗流在坝体内部存在隐蔽性，持续渗流会造成坝体局部破坏，严重影响大坝安全运行。4方案选择结合坝体及坝基渗漏情况，选择坝体充填灌浆+坝基帷幕灌浆+下游浆砌石框架、坝体开挖换填（回填）+坝基帷幕灌浆2种治理方案进行比较。4.1方案1：坝体充填灌浆+坝基帷幕灌浆+下游浆砌石框架根据 土坝灌浆技术规范（SL 564-2014），由于坝基存在渗漏情况，在坝顶布置1排帷幕灌浆孔，孔间距 2 m，主帷幕线长 131.12 m，帷幕灌浆总进尺710 m。根据地勘结果获悉，坝体存在蚁穴贯通的可能，为阻断坝体内蚁穴通道，对坝体进行充填灌浆，灌浆材料为黏土浆，充填钻孔周围蚁道。充填灌浆孔布置在坝顶，在帷幕灌浆孔中间加密钻孔，灌浆底界为岩土分界线；在帷幕灌浆孔上游布置1排充填灌浆孔，灌浆孔与另1排错开布置，灌浆底界为浸润线以下2 m，终孔高程为1 410.49 m。充填灌浆孔间距1 m，排距 1 m。灌浆结束后向孔内灌注密度大于1.5 g/cm稠浆，采用制浆土料将孔口回填捣实整平。充填灌浆总进尺1 609 m。在下游坝面布置浆砌石框格，切断坝面表面蚁道，增加下游坝坡稳定性。4.2方案2：坝体开挖换填（回填）+坝基帷幕灌浆坝体存在蚁穴贯通的可能，考虑到将计算浸润线以上坝体土料开挖处理后填筑坝体，下游坝坡坡比在马道以上为1 2、马道以下至排水棱体段为1 2.5，开挖过程中需剔除白蚁蚁巢和蚁道附近呈软塑状态的土体，开挖料经处理符合填筑要求的可用于坝体回填，其余外购。由于坝基存在渗漏情况，在坝顶布置 1排帷幕灌浆。帷幕灌浆间距 2 m，主帷幕线长131.12 m，帷幕灌浆总进尺710 m。4.3方案选择通过比较，方案1较方案2投资少27.38万元，且方案2坝体填筑施工作业面较小，大型机械难以上坝，只能利用小型机械进行坝体填筑施工，坝体填筑难度增大，并造成施工工期延长3个月，且坝体黏土料碾压受天气影响大。通过查找相关资料，参考类似工程，埋药诱杀、挖巢等办法根治白蚁隐患效果都不明显，而增加坝体充填灌浆，能有效填充白蚁外出活动和取食的通道，且浆液中掺药对杀死白蚁有很好的效果，可以较好地解决大坝白蚁治理难题，有效预防白蚁侵害再次发生，减少白蚁对水库大坝稳定带来的不利影响。综上，推荐坝体充填灌浆+坝基帷幕灌浆+下游浆砌石框架方案。5除险加固措施新坪水库大坝为均质黏土坝，为彻底解决白蚁引起的大坝问题，采取的除险措施为：对坝基进行帷幕灌浆，对坝体进行充填灌浆，下游坝面增加浆砌块石框架，增设量水设施。工程除险加固平面布置，如图5所示。5.1大坝充填灌浆设计（1）充填灌浆布置。如图67所示，坝顶布置2排充填灌浆孔，灌浆孔间距 1 m，排距 1 m，错开布置，其中1排孔在帷幕灌浆孔上加密布置，灌浆底界为岩土分界线；另1排布置于坝轴线上游，灌浆底界为1 140.49 m高程；充填灌浆总进尺1 609 m。（2）防渗目的和防渗标准。大坝为均质土坝，现存在白蚁病害，坝面有蚁巢及网状蚁道分布，蚁道贯通上下游坝面，已形成管道渗流现象，对大坝整体结构造成破坏。为增强坝体的密实度、防止坝体渗漏产生破坏，本次除险加固对坝体进行充填灌浆+下游坝坡浆砌块石框架设计。坝体防渗标准以渗透系数110-4cm/s为准。（3）灌浆材料和浆液。土坝坝体充填灌浆材料以黏土料为主，施工中如有特殊要求，还应准备适量其他材料，如：有加速浆液凝固和提高后期强度要求图4蚁道贯通大坝上、下游渗流照片海河水利1072023年7月图5大坝除险加固平面布置图6大坝充填灌浆设计图7大坝充填灌浆剖面1 1601 1551 1501 1451 1401 1351 1301 1251 1201 115高程/m1 1501 1451 1401 1351 1301 1251 120高程/m1 1601 1551 1501 1451 1401 1351 1301 1251 1201 115高程/m1 1501 1451 1401 1351 1301 1251 120高程/m帷幕10#孔帷幕20#孔帷幕30#孔帷幕40#孔帷幕50#孔溢洪道Qeld1 140.49 m1 140.49 m推测强风化线坝体充填灌浆坝顶高程1 147.54 m正常蓄水位1 145.72 m推测强风化线推测地下水位线设2排，孔距1m，排距1m推测土石分界线1 147.06 m1 146.64 m1 139.77 m1 133.18 m1 129.64 m1145.72m1 147.54 m1 139.88 m1 134.50 m1130.73m1129.64 mP=5%设计洪水位P=5%校核洪水位预制板厚0.08 m砂、碎石垫层厚0.15m块、碎石垫层厚0.60m正常蓄水位防浪墙泥结石路面块石路基厚200 mmM7.5浆砌块石排水沟马道设2排，孔距1m，排距1m坝体充填灌浆碎石垫层厚厚200 mm草皮护坡1 140.49 m均质土坝防滑墙挡墙帷幕灌浆推测强风化线死水位淤沙高程1 2.01 1.751 000 mm排水棱体量水堰1 2.831 2.01 500 mm坝轴线1 1119212s119212s2s2s陈宋斌：白蚁危害引起土坝渗漏的处理措施1082023.No.7时，可掺入适量水泥，水泥掺入量由试验确定；为提高泥浆的流动性，可掺入少量的水玻璃；为提高泥浆的稳定性和后期强度，可掺入适量澎润土等。本坝体存在白蚁病害，白蚁病害已通过白蚁防治工程进行治理，经现场勘查和管理人员反映，白蚁病害治理一段时间内仍有白蚁活动迹象，所以在黏土浆中掺入10%吡虫啉混悬剂治理现状白蚁病害，施工时应防止污染环境。（4）灌浆压力。为不破坏坝体，充填灌浆注浆管上端孔口压力值应严格控制在0.05 MPa以内，施工期以灌浆试验压力为准。以上灌浆压力为推荐值，待灌浆施工时，在先导孔钻灌的基础上作进一步的调整，既要达到防渗目的，又不至于破坏坝体。（5）灌浆要求。充填灌浆宜1次灌注至设计要求，多排孔灌浆时应先灌边排孔，再灌中排孔。（6）灌浆质量检查。坝体灌浆质量检查分为中间检查和最终检查。其中，中间检查为不定期进行，主要检查内容是：按设计要求检查布孔、造孔、工艺操作、浆液性能，综合控制情况、各孔终孔标准和施工中出现的问题及处理等。最终检查主要是从以下 2个方面进行：全面察看坝面裂缝、浸润线出逸点、渗流量变化等情况，了解灌浆前后的渗流量以及下游坝坡渗水出逸点的高低和湿润面积的大小在相同库水位时的变化情况，判断灌浆效果；根据灌浆记录，对照灌浆设计，检验各坝段隐患治理是否已达到设计标准，如有不符及时分析原因、及时处理。（7）封孔。每孔灌浆结束后，应进行灌浆封孔。封孔时，应将注浆管拔出，向孔内灌注密度大于1.5 g/cm3的稠浆，多次灌注，直至浆面升至孔口不再下降为止。待孔口完全析水后，应用含水率适中的制浆土料将孔口回填捣实整平。5.2坝基（肩）防渗设计（1）防渗边界条件。根据 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范（SL/T62-2020）规定，防渗帷幕底界以岩体透水率5 Lu为控制标准。坝基存在渗漏现象，对坝基进行帷幕灌浆处理。如图8所示，帷幕灌浆线沿坝轴线布置，两端分别向两岸偏上游延伸，帷幕边界以地下水位、钻孔透水率为依据，结合坝高进行控制。河床段防渗帷幕底界伸入基岩以下510 m，并结合0.50.7倍坝高综合考虑；岸坡段防渗底界以进入基岩510 m考虑，两岸帷幕端点至正常蓄水位与地下水位线的交点，防渗线总长 131.12 m。具体边界条件根据先导孔压水试验、灌浆试验成果可作相应调整。（2）防渗帷幕孔。根据大坝渗漏及坝基基岩岩体可灌性及裂隙发育情况，本次帷幕孔单排布置，孔距为2 m，共设67个孔，分3序次施工，主帷幕线长131.12 m，共计帷幕灌浆总进尺710 m。（3）帷幕灌浆材料及灌浆压力。坝基岩层及接触带采用水泥浆灌注，水泥可使用强度等级 P.O42.5的普通硅酸盐水泥。根据灌浆的需要，可在浆液中加入速凝剂和掺合料，速凝剂可选用水玻璃，掺合料可根据具体情况选用粗砂、细砂和粉煤灰，也可酌情使用纸屑、锯末等材料。制浆应采用专用机械，灌浆机应使用多缸柱塞泵。基岩帷幕灌浆采用自下而上分段进行的方法施工，灌浆压力为0.30.5 MPa。灌浆过程中应详细记录灌浆原始资料，注意观察坝基等部位出现的异常情况，并详细加以记录。（4）帷幕灌浆施工。大坝防渗帷幕灌浆按分序加密的原则进行，分3序次施工。先导孔作为灌浆试验孔先行施工，并进行压水试验及灌浆试验，测定钻孔的地下水位。施工单位应及时将先导孔的压水试验及灌浆试验成果等反馈给设计单位和监理单位，以便设计单位掌握实际情况，据此合理地确定帷幕的左右边界和灌浆下限，使灌浆设计更趋合理，为后续孔的施工作好技术准备。图8帷幕灌浆剖面1 1601 1551 1501 1451 1401 1351 1301 1251 1201 115高程/m01#孔10#孔20#孔30#孔40#孔50#孔60#孔67#孔Qeld1140.82m1124.30 m1140.82 m1124.30 m防 渗 底 界先导孔推测强风化线119212s119212s推测土石分界线帷幕灌浆底界推测强风化线推测地下水位线1 1601 1551 1501 1451 1401 1351 1301 1251 1201 115高程/m溢洪道坝顶高程1 147.54 m正常蓄水位1 145.72 m海河水利1092023年7月5.3浆砌块石框架设计新坪水库大坝下游坝坡1 139.88 m高程处马道以上坝坡坡比为1 1.75、马道以下坝坡坡比为1 2.83，本次除险加固为了提高下游坝坡的稳定性，在大坝下游坝面增设M7.5浆砌块石框架加固坝坡，共设5道横向框架，其中下游坝面梯步位置设立1道中间框架、左右坝面各设立2道框架，框架底宽1.5 m、高1.5 m；在横向框架中间采用“X”形框格梁连接，底宽1 m，高1.5 m。框格梁顶部设30 cm30 cm排水沟，底部铺设200 mm厚碎石垫层。5.4量水堰设计为监测坝体渗漏水量，本次除险加固措施中将大坝下游排水棱体处泵站进水池底板保留，拆除顶板及侧墙后改建成量水堰，堰槽长2 m、宽2 m，堰板嵌入边墙和底座50 mm，堰板底座采用C25素混凝土。量水堰堰板表面局部不平处不得大于1 mm，堰口的局部不平处不得大于1 mm；堰板两侧高差不得大于堰宽的1/500；堰板和侧墙的倾斜度不得大于1/200，侧墙局部不平处不得大于5 mm；两边侧墙局部宽度误差不得大于10 mm；堰板必须与水流方向正交，安放水平，竖向垂直，采用Q235钢制作；引槽内侧必须用水泥砂浆抹面，厚度20 mm；水尺预留槽内预埋2根9 mm间距50 mm的钢筋，水尺与之焊接，注意水尺零点高程与堰口高程之差不得大于1 mm。6结语基于类似工程采用埋药诱杀、挖巢等办法根治白蚁隐患效果都不明显的实际，新坪水库采用坝体充填灌浆+坝基帷幕灌浆+下游浆砌石框架的处理方案，可以有效地填充白蚁造成的通道且浆液中掺药对杀死白蚁有很好的效果，能较好解决大坝白蚁治理难题，有效预防白蚁侵害再次发生，减少白蚁对水库大坝稳定带来不利影响。同时，运行管理单位需对大坝坝体白蚁加强观测，避免白蚁灭杀不彻底，确保工程后续运行安全。参考文献1 黄立群，冉海林，跑热干.土坝在设计和运行中防治白蚁危害的研究J.中国水利水电科学研究院学报，2015（4）：290-294.2 屈章彬，蔡勤学，张树田，等.土石坝白蚁综合防控技术在黄河小浪底水利枢纽中的应用实践J.地基处理，2021（4）：355-360.3 山东省水利勘测设计院有限公司.贵州省贵阳市修文县新坪水库除险加固工程初步设计报告R.济南：山东省水利勘测设计院有限公司，2022.6 胡再强，黄帅，周衡立，等.干湿循环条件下人工制备遗址土动力特性试验研究J.岩石力学与工程学报，2022，41（S2）：3499-3507.7 孙壮，王荣，林立宏，等.超高含水率泥炭土力学特性的试验研究J.科技与创新，2022（10）：119-121，129.8 钱健，周琳，杨建冬，等.不同纤维改性石灰土的力学特性研究J.中外公路，2022，42（5）：203-208.9 韦富杰.膨胀土高边坡改性后力学特征及安全稳定性分析研究J.西部交通科技，2022（9）：38-42.10 董超凡，林城，张吾渝，等.寒旱区木质素纤维改良黄土的热学与力学性质研究J.干旱区资源与环境，2022，36（5）：119-126.11 董超凡，张吾渝，孙翔龙，等.木质素纤维改良黄土抗剪强度的试验研究J.安全与环境工程，2022，29（2）：102-110.12 刘钊钊，王谦，钟秀梅，等.木质素改良黄土的持水性和水稳性J.岩石力学与工程学报，2020，39（12）：2582-2592.13 王秦泽.冻融循环对U型黄土渠道的稳定性分析J.南方农机，2022，53（17）：10-12.14 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