综合物探法探测堤坝白蚁蚁巢技术

余金煌 吴 琼

综合物探法探测堤坝白蚁蚁巢技术

余金煌 吴 琼

一、概述

安徽省是水利大省，境内堤坝众多。据最新水利普查资料：安徽省共有水库5826座，总库容324.78亿m3。堤防总长度为34463.3km，5级及以上堤防长度为21073.4km。塘坝61.72万处，总容积48.19亿m3。这些水利工程的兴建和运行，为安徽省的防洪保安、农业灌溉发挥了巨大的作用。白蚁活动主要分布在淮河以南的广大地区，向北渐渐稀少，往南逐渐递增。安徽省堤坝工程大多数为土石堤坝，在堤坝运行中受白蚁危害十分严重，尤其是皖南的堤坝工程。近年来，由于气候变化等原因，皖北的堤坝白蚁危害也逐渐严重。

白蚁对堤坝的本质性威胁是在堤坝内挖掘的四通八达的蚁道、主巢腔及众多的菌圃腔。蚁巢一般修筑在背水坡距坝面2m以下，常水位浸润线以上。一般从有翅成虫分飞配对到成熟群体，历经8～10年，主巢腔积可达0.15m3,再加上菌圃和蚁道，一个群体可掏空约1m3的土壤腔积。白蚁除在背水坡取食植被外，还可通过地下蚁道，穿过堤坝到迎水坡取食枯枝落叶和浪渣，而当汛期水位上升时，水流便有可能进入隐藏在堤坝内的蚁道和巢腔内，造成散浸、管漏、跌窝和滑坡等险情。有些堤坝为提高标准而加高培厚，但在工程实施前未把旧堤坝内已存在的白蚁隐患彻底清除，使得原堤坝内的白蚁隐患埋藏得更深。白蚁巢穴越深，对堤坝的安全威胁就越大，水位升高后常发生因蚁患导致的险情。

白蚁的防治工作一直是堤坝管理的一项重要工作。在白蚁防治过程中，首先需要寻找白蚁活动的痕迹，然后探测白蚁在堤坝内的蚁巢。目前对白蚁蚁巢探测主要采取人工开挖的方法。人工开挖的方法具有直观、技术要求不高的优点，但也有工作效率低、成本高的局限性。随着工程物探技术的逐渐成熟，目前普遍利用综合物探的方法探测白蚁蚁巢。

二、工程物探法探测白蚁蚁巢可行性

工程物探是工程地球物理勘探的简称，它是以地下岩土层（或地质体）的物性差异为基础，通过仪器观测自然或人工物理场的变化，确定地下地质体的空间展布范围（大小、形状、埋深等）并可测定岩土体的物性参数，达到解决地质问题的一种物理勘探方法。

由于白蚁蚁巢与周围的岩土体在物性上存在较大的差异，尤其是在电阻率和电磁波波速上的差异。这种差异的存在为采用工程物探方法探测蚁巢提供了物性前提。加之，蚁巢一般埋深较浅、规模相对较大，且基本在浸润线之上，利用工程物探方法可以达到预期的深度和精度。

使用工程物探方法探测白蚁蚁巢具有工作效率高、成本低的特点。在采用工程物探方法的基础上，辅之钻孔、静力触探或人工开挖的手段验证，可以达到较高的探测准确率。

综合以上所述，利用综合物探的方法探测堤坝白蚁蚁巢是可行的。

三、探测方法

根据堤坝内蚁巢蚁道的特点以及其与周围岩土的电性差异，使用探地雷达和高密度电法进行综合探测。

1.方法的原理

（1）探地雷达原理

探地雷达是根据电磁波在不同介质中传播特性不同的原理进行工作的，由探地雷达发射天线（T）发出的电磁脉冲向地下传播，在存在电性差异的界面产生反射，反射波被雷达接收天线（R）接收并被仪器记录下来，见图1。反射脉冲总是滞后于发射脉冲一段时间，这个时间是电磁脉冲通过穿透介质的速度和目标体埋藏深度的函数，即：

式中：t—电磁波的双程走时，ns，1ns=10-9s；

z—为目标体的埋藏深度，m；

v—为电磁波在穿透介质中的传播速度，m/ns。

发射的电磁脉冲信号以时间和振幅的函数记录下来，称之为一次扫描。当收发天线沿地面移动时，记录地面不同位置上的多次扫描，得到时间域脉冲信号的剖面，构成探地雷达记录。地下不同的介质一般具有不同的介电常数，电磁波在不同介电常数的界面会产生反射，通过对反射波的振幅及相位等波形特征进行研究，即可对地下目标体的性状作出一定程度的判别。

（2）高密度电法原理

高密度电法测试原理是根据被测体的电流和电位差在目的体长度、深度方向上的变化差异，进行特征体的判读和解释。用该法在测线上相同剖面采集数据后传入计算机，用与之配套的处理软件进行处理，在计算机上进行处理和滤波后，得到目的体的电性在测线长度、深度方向上的变化分布图。高密度电法测量系统工作原理见图2。

图1 探地雷达基本原理示意图

图2 高密度电法测量系统工作原理示意图

2.现场探测

现场探测按以下步骤开展工作：

（1）现场查勘

现场调查地形、地貌、植被、土质，寻找白蚁活动的范围。确定探测范围。

（2）拟定探测方案

根据现场查勘结果，确定探测范围、具体探测方法。

在探测原理上，探地雷达法是根据电磁波速的差异，高密度法是根据电阻率的差异，两者各有优缺点：探地雷达法比较适合高精度的探测2m以内的缺陷，探测时效率高，一般每天可以探测10km；高密度电法比较适合于探测深度较大的缺陷，一般探测深度可以达到30m，甚至更深，但探测时电极距需设置较大或者需要的电极数量较多。如需要探测深度小于2m的缺陷，可以通过小电极间距以提高测试精度。高密度电法一般每天能探测2km测线。

在白蚁蚁巢探测时，可以首先使用探地雷达法测试；再根据探地雷达测试成果推断存在蚁巢部位，使用高密度电法进行进一步确认。在两种方法探测均推断存在蚁巢处，采用钻孔、静力触探或人工开挖的方式进行结果验证。

（3）现场探测

在拟定的探测范围内布置探地雷达测线，根据探测深度选择雷达天线中心频率。天线中心频率一般为100MHz、200MHz、400MHz。

在拟定的探测范围布置高密度电法测线，一般采用二维探测，在有条件时可选择三维探测。探测时电极距一般为0.5～3m，电极距原则上普查时选择大间距以提高工作效率，详查时选择小间距以提高探测精度。测试方法一般选择温纳法。

根据探地雷达、高密度电法测试成果，对可能存在白蚁蚁巢的区域，根据其埋藏深度和范围采用人工开挖、钻孔或静力触探进行验证。

四、结论

（1）探地雷达和高密度电法均能较准确反映蚁巢异常区域，且两种方法测试结果具有统一性。

（2）现场操作来看，雷达探测效率较高，但是对场地环境要求也比较高，一般要求场地无障碍并且比较平坦，探测深度受地下水位影响较大；相对来说，高密度电法对场地要求较低，只需保证电极与地面有良好的接触即可，并且不易受外界环境干扰，信号可靠度比较好。

（3）在实际探测工作中，宜采用两种方法进行综合探测。探测结果处理后，应通过现场开挖进一步验证探测结果■

（作者单位：安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院 233000 水利部淮河水利委员会 233001）