土坝在设计和运行中防治白蚁危害的研究

黄立群，冉海林，跑热干

（1.云南省水利水电勘测设计研究院，云南 昆明 650021；2.云南省瑞丽市水利局，云南 瑞丽 678600）

土坝在设计和运行中防治白蚁危害的研究

黄立群1，冉海林1，跑热干2

（1.云南省水利水电勘测设计研究院，云南 昆明 650021；2.云南省瑞丽市水利局，云南 瑞丽 678600）

以往在水库大坝发生白蚁危害病情后，方采取工程措施进行除险加固。为把白蚁控制在危害之前，本文结合工程典型实例，根据气候、土壤、植被等建坝外部环境条件和白蚁生存需具备的土、水、食料基本因素，考虑白蚁具有喜温好湿、畏光避风、蔓延等生物特性，通过填筑坝料土质分析，研究了水库蓄水坝体浸润性、坝土级配及湿度与白蚁生存之间的关系，并提出相应对策以达到防患于未然。结果表明，坝体结构设计时，通过截断白蚁吸水水源，增加坝体干燥区，缩限白蚁生存空间；通过调整坝料级配，防止白蚁筑巢；合理采用护坡，切断白蚁食源。同时，结合水库运行管理，采取“预防为主，综合防治”的措施，使坝体周边一定范围内成为无蚁区，防止白蚁蔓延至坝，维护水库大坝的安全。

土坝；白蚁；设计；管理；综合防治

1 研究背景

水库的修建依赖于自然环境，就地取材利用天然土料筑坝，具有运输成本低、坝体适应基础变形良好以及施工工序少等优点。云南属低纬度地区，全省大部分为亚热带气候，平均海拔2 000m，92%为山区、半山区，河流纵多，所修建的中、小型水库大坝坝型为土石坝居多，通过对本省文山、玉溪两地区26座水库白蚁危害实地考察［1］，除海拔2 000m以上的水库大坝外，普遍存在蚁害，地理环境、气候条件和森林植被是白蚁生存的自然因素［2］。云南瑞丽地处低纬度高原区，属南亚热带湿润季风气候，温暖、潮湿、多雨，植被多样，是典型白蚁衍生繁殖地区；而当地土料丰富，在本地区修筑多为土坝；外部环境因素及土料特性使该地区土坝极易遭受白蚁危害。姐勒水库兴建于20世纪50年代，受当时条件限制，存在工程质量问题，长期带病运行，其中病因之一为白蚁危害［3］；新建芒林水库在设计理念注重技术措施缩限白蚁生存条件［4］，并重在防治。本文以两座水库为典型实例，研究分析土坝遭受蚁害的成因，通过设计手段采取相应防范对策，结合水库综合防治，鉴此提出见解，以期为解决土坝受白蚁危害问题提供参考。

2 危害分析

白蚁属于动物界、节肢动物门、昆虫纲、等翅目，是一类比较古老和低等的昆虫，距今已有2.5亿年的历史。白蚁活动十分隐蔽，蛀蚀范围广，造成经济损失，对人类建设带来威胁。瑞丽区内以古生界寒武系变质岩、上第三系（N）半胶结碎屑岩和第四系全新统（Qh）松散堆积层为主，强风化底界深，基础承载力低，适宜修建土坝。

2.1 坝料原因危害水库土坝多为土栖白蚁，土栖白蚁群体生活离不开土壤，它在土壤里筑巢，在地下及地面修路，构筑泥被、泥线和分飞孔等都需要土壤。白蚁通过口器搬运土粒一般小于1mm，否则搬运不动，它喜欢土质细嫩、含水适中的黏性土，所以颗粒小的土料筑坝容易发生蚁害，而颗粒较大的风化岩料、砾石土料填坝，则很少或基本不会受到白蚁危害。在当地天然建筑材料中，土料极为丰富，多采用第四系残坡积层（Qedl）黏土、砂壤土、含砾石砂土和全风化岩料做均质坝料，坝料的渗透系数3.06×10-4～1.8×10-7cm/s，范围比较大，具有浸润性和阻水性，白蚁离不开水，喜欢在接近水源处筑巢，巢穴在常水位浸润线的上方，去上游迎水坝坡吸水，在下游背水坝坡取食。图1为当地两座水库均质坝料级配曲线，包线中小于1mm颗粒占坝全料的70%以上，0.1～1mm颗粒约占坝全料的1/4，并且是均质坝料的主要组成部分。土栖白蚁宜营巢于0.1～1 mm土颗粒中，随着巢龄增长和蚁群发展，坝体中蚁巢垒叠密布，筑巢附近发展有许多副巢，主、副巢之间有蚁道联通，蚁道在坝体中纵横交错，四通八达，均质坝体成为滋生白蚁的营地。

图1 坝料级配曲线（单位：mm）

2.2 环境因素当地土厚山多、土壤肥沃、雨水充沛，坝体两岸植被较好，茂林草丛中食料丰富，水分充足，适宜白蚁繁殖；白蚁取食各种植物的根茎和树皮，并特别喜食干枯植物，它常在地下1～2m深处筑巢，还通过树的根部在地下修筑蚁路，蔓延危害附近的坝体。

2.3 危害实例瑞丽区内姐勒水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电和供水的综合利用水利工程。主、副坝坝型为均质坝，坝高分别为40、34m，坝顶高程820.1m。水库建成至今55年以来，对减轻下游洪水灾害、提供城镇用水、发电和灌溉发挥了作用。水库于1958年动工兴建，1964年基本建成，受当时历史条件限制，坝体与坝基接触带未采取工程措施，透水性强，坝土碾压不均匀、不密实，浸润线高。以主坝为例，当接近正常蓄水位815.6m时，下游坝坡中下部出现潮湿，且有部分区域渗水；靠近左坝肩在高程799.315 m处下游坝坡及左岸山坡高涵出口（高程807.315 m）产生渗漏且涌砂，渗漏量约为0.61 L/s；接近右坝肩高程800.45m处下游坝坡以及高程802m处下游岸坡产生渗漏，渗漏量为0.63～0.72 L/s，经勘查，大坝渗漏与白蚁危害密切相关。当时，主要通过白蚁活动外露特征、追挖和采集标本进行鉴定蚁害程度，坝体及左右两岸全风化花岗岩中白蚁活动频繁，蚁穴多为贯通式，高水位时期大坝下游管涌渗水处，涌砂时均带有白蚁流出，白蚁对坝体已产生不同程度的危害，1993年水库除险加固时，曾清除蚁穴达112窝。随着科技发展，现可以采用地质雷达法结合浅层地震反射法以及现场开挖验证勘察手段［7］。

3 结构设计

根据白蚁的活动特性，在坝体结构设计中采取必要的措施与方法，减少白蚁生存条件，避免白蚁的危害。

3.1 除险加固工程姐勒水库是一座病险工程，渗漏情况：①坝土与坝基接触带透水性强，透水率q左=62.3～813 Lu，为中等—强透水带，q右=0.8～31.5 Lu，为中等-弱透水带；②两岸接合部位，岸坡为松散残坡积粗砂土，坝体填筑结构松散，透水性强，当库水位接近正常蓄水位815.6m时，实际水力坡降J≥0.3，产生渗漏破坏，坝基强风化花岗岩裂隙发育，有黄泥充填；③回填坝料为含砾砂土夹粗砂土（级配曲线见图1），填筑质量不均匀，坝高20.8m以下坝体碾压相对密实，透水性较小，之上碾压不密实、不均匀，并且透水性强，形成上部透水下部相对隔水的双层构造，高水位期库水自上部渗入从相对隔水层顶界渗出，使下游坝坡潮湿，当库水位下降时，坝内浸润线下降缓慢，维持高位状态。坝体渗漏潮湿、小颗粒坝料以及草皮护坡为白蚁提供了较好的生存空间。因此，水库除险加固时，通过设计，调整坝体结构，增加相应措施，消除险情，限制白蚁衍生繁殖。设计方式：一是在坝体及坝基建造混凝土防渗墙，防止渗透破坏，并阻隔白蚁向上游水源吸水，降低下游坝体浸润线，增加坝体干燥区，减少白蚁的活动范围；二是在下游坝坡培厚部分采用大粒径风化岩料填筑，避免白蚁筑巢的可能性；三是原坝面草皮护坡改为混凝土护坡，切断白蚁在坝上的植物食源。图2为姐勒水库主坝结构断面图。

图2 姐勒水库主坝结构断面（单位：m）

3.2 新建工程芒林水库为新建工程，坝址上第三系覆盖，下伏古生界寒武系地层，由老至新分为：下古生界寒武系、上第三系（N）、第四系（Q）。大坝开挖时表层第四系松散土层清除，基础置于上第三系密实砂质黏土混碎块石层或寒武系强风化基岩，由于基础承载力低，仅为0.24～0.3MPa，强风化深度达25m，地质条件适宜修建土坝，并且坝址附近土料丰富，而石料匮乏，因此选择均质坝型。该坝料黏粒含量偏高为22%～33.5%，渗透系数较小（1.8～8.0）×10-7cm/s，经计算，k/（μ·v）值为0.129（k为坝体渗透系数；μ为给水度；v为水位降落速度），库水位降落属缓降型，为减小坝体湿度，在坝内设置昂式排水体降低浸润线，其结构型式是与坝土、坝基接触部分设置砂层，砂层之间设碎石层，同时也起到反滤过渡保护作用。上昂排水体每层厚1.5m，水平部分与下游坝脚排水棱体联通，使坝内渗水顺畅排出。昂式排水体阻隔白蚁向上游水源吸水，在其下游坝体部分形成干燥区，减小白蚁的生存条件，坝坡采用混凝土护坡，阻止白蚁入土筑巢，部分景观需要，采用草皮护坡时须设置一层预防层。图3为芒林水库坝体结构断面图。

图3 芒林水库坝体结构断面（单位：m）

4 管理及对策

4.1 土坝产生白蚁的途径在坝体设计中采取结构型式以减少白蚁滋生外，水库在运行管理的同时也要注重对白蚁的预防治理，把白蚁控制在危害之前。为了做好白蚁的预防工作，要知道坝体产生白蚁的途径，然后采取相应对策。坝中产生白蚁的主要途径有：①蔓延危害，两坝肩多与山体连接，上游坝坡的浪渣漂浮物也是白蚁的食料，如果两岸山坡有蚁害，很容易招引白蚁蔓延到坝上；②白蚁纷飞途径，春末夏初是白蚁纷飞盛期，也是水库抗旱防汛期，坝上路灯、探测灯是招引白蚁有翅成虫飞向大坝的主要因素，有翅成虫飞落在坝上便钻入土中繁殖后代，也是坝上产生白蚁的主要原因；③管理不善招惹白蚁，如在坝上堆晒木柴，在坝边盖房舍，在大坝两岸坡种植白蚁喜食的树木，坝坡上杂草丛生等，都人为地招致白蚁。总之，土坝产生白蚁来源多，坝体又具备白蚁生活所需要的条件，并且白蚁蔓延发展很快，所以要做好白蚁的防治工作。

4.2 预防为主综合治理姐勒水库建库55年，坝体曾受到过白蚁的危害，出现渗漏、涌砂，1993年进行病险处理时，清除了白蚁巢穴，根据除险加固后的监测资料以及现场勘查，大坝区病险处理后至今未发生新的坝面潮湿、管涌渗漏以及白蚁危害现象，并每3～5年对大坝进行一次白蚁防治工作。通过监查，发现大坝周边存在筑巢白蚁后，确定白蚁防治范围，采取防治措施：（1）大坝轮廓以外100m范围的蚁穴开挖后进行药杀；（2）在主、副坝上分别布置25、20个诱杀坑，坑深为0.3～0.5m，坑内放置诱饵，诱来白蚁接触药粉后，回巢穴内传染达到诱杀的作用；（3）大坝和两岸山体接触部位设置隔离沟，沟的断面尺寸为0.5m×0.5m，沟内喷洒药液，让药液渗至0.3～0.5m，形成一道隔离层，防止白蚁从两岸山坡蔓延到坝内产生危害。

新建的芒林水库大坝基本没有白蚁入侵，但坝址的地理环境和本地气候为白蚁生存创造良好地繁殖条件。为了防患于未然，将白蚁危害消灭在萌芽中，预防是较好地选择。首先在大坝周边100m范围内进行清巢处理，消灭原始蚁巢，并及时杀药回填，使大坝周边防治范围变成无蚁区；其次在已完工的坝体周边设置诱杀坑，诱杀坑的间距5～10m，把周边白蚁引诱到坑内，让其感染中毒，通过白蚁之间的相互传染，达到灭杀目的；其三在坝体与周边连接部位，设置三药二土的隔离带，阻止山体及周边白蚁蔓延至坝上。图4是芒林水库白蚁诱杀坑的布置图。

图4 芒林水库白蚁诱杀坑布置（单位：m）

同时采取利于环保的物理措施。每年5—6月是白蚁纷飞的季节，利用白蚁的趋光性，诱杀长翅繁殖蚁。根据现场情况布置1～2排黑光灯，灯距50～100 m，灯下装有水盆，水中放入少许柴油或煤油，让长翅繁殖蚁扑灯掉入盆中淹死。利用黑光灯诱杀长翅繁殖蚁，可减少新的白蚁群体产生，是一项简单易行的预防措施。

4.3 治理效果白蚁活动隐蔽，潜伏期长，不易察觉［6］，根据其生活习性，常用看、诱、问、查寻找白蚁的活动迹象，判断白蚁对坝体的侵害程度。芒林水库在未对大坝周边100m范围内进行清巢处理前，下游景观部分草皮没有发现白蚁活动迹象，但在大坝两岸发现白蚁活动迹象，经过10个月的密切观测，下游草皮发现白蚁运土堆积现象，雨后有新的泥土堆积并明显增大，干燥时没有变化，继续观测堆积明显变大，直径约20 cm，并出现两个2～3 cm的小蚁包。经两岸逐点挖除蚁巢和蚁后，对大坝周边设置隔离带和诱杀坑，预防治理后，通过观测没有发现新的白蚁活动迹象及蚁包。

5 结语

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”。本地区气候湿热、土壤适宜、植被丰富等特定的地理环境，适宜白蚁衍生繁殖，并且区域内岩层强风化底界较深，基础承载力偏低，而当地天然建材土料丰富，适宜修建土坝。通过对坝料土质、坝的浸润性以及坝体周边因素与白蚁习性相关分析研究，认为水库土坝具有适应白蚁生存的必要条件，因此提出在坝体结构设计时，通过采取相应对策，遏制白蚁生存繁衍。同时，结合水库运行管理，采取“预防为主，综合防治”的措施，将白蚁控制在危害之前，维护水库大坝的安全。

［1］ 李栋，赵元，石锦祥，等 .云南文山、玉溪（州、区）大坝白蚁害调查研究［J］.白蚁科技，2000，17（1）：9-14.

［2］ 刘继辉，毛冬龙.白蚁防治实用技术［M］.南昌：江西科学技术出版社，2009.

［3］ 云南省水利水电勘测设计研究院.姐勒水库安全评价报告［R］.昆明：云南省水利水电勘测设计研究院，2013.

［4］ 云南省水利水电勘测设计研究院.芒林水库初步设计报告［R］.昆明：云南省水利水电勘测设计研究院，2008.

［5］ SL274-2001，碾压式土石坝设计规范［S］.

［6］ 监测-控制装置防治水库堤坝白蚁技术规程（草案）［S］.

［7］ 王静.勐海县勐邦水库大坝白蚁防治的工程处理措施［J］.云南水力发电，2007，23（5）：110-112.

［8］ 李映波.水库大坝白蚁防治［J］.吉林水力，2011，344（1）：64-67.

［9］ 罗田白蚁防治研究所.姐勒水库白蚁防治方案［R］.罗田：湖北罗田白蚁防治研究所，2012.

［10］ 瑞丽市水务局.芒林水库白蚁防治报告［R］.瑞丽：瑞丽市水利局，2013.

Research of preventing termite damage during design and operation of the earth dam

HUANG Liqun1，RAN Hailin1，PAO Regan2
（1.Yunnan Water Conservancy and Hydroelectric Survey Design and Research Institute，Kunm ing 650021，China；2.Yunnan RuiliWater Conservancy Bureau，Ruili 678600，China）

Previously，the engineering measures of danger elimination and consolidation were taken only af⁃ter the termite damage illness of the reservoir dam happened.In order to control the damage of termite ef⁃fectively，the corresponding treatments are studied by typical project cases，in which the external environ⁃ment conditions，such as climate，soil and vegetation，the basic survival factors of termite，such as soil，water and food，the biological characteristics of termite，such as thermophilic，hygrophilous，photophobia，shelter and spread are considered.Through the analysis of the relation between the properties of soil，the wettability of dam，the graduation and humidity of soil and the survival of termite，the corresponding treat⁃ments are proposed to prevent the damage of term ite.The results show that，the water source of term ite can be blocked by optimizing design of dam，the living space of term ite can be reduced by increasing the dry area of dam，the nesting of term ite can be prevent by adjustment of gradation of soil，and the food source of term ite can be cut off by the proper design of slope protection.Meanwhile，by combining the op⁃eration management of reservoir with the policy of“Prevention first，Comprehensive prevention and con⁃trol”，no ants area can be formed within a certain range of dam to prevent the spread of termite to the dam.The results have practical significance for the safety of dam.

Earth da m；Term ites；Design；Management；Comprehensive prevention and control

TV641

：Adoi：10.13244/j.cnki.jiwhr.2015.04.008

11672-3031（2015）04-0290-08

（责任编辑：李 琳）

2014-12-08

黄立群（1962-），女，甘肃兰州人，高级工程师，主要从事水工建筑物设计研究。E-mail：726746188@qq.com