綜合物探法探測(cè)堤壩白蟻蟻巢技術(shù)

余金煌 吳 瓊

綜合物探法探測(cè)堤壩白蟻蟻巢技術(shù)

余金煌 吳 瓊

一、概述

安徽省是水利大省，境內(nèi)堤壩眾多。據(jù)最新水利普查資料：安徽省共有水庫(kù)5826座，總庫(kù)容324.78億m3。堤防總長(zhǎng)度為34463.3km，5級(jí)及以上堤防長(zhǎng)度為21073.4km。塘壩61.72萬(wàn)處，總?cè)莘e48.19億m3。這些水利工程的興建和運(yùn)行，為安徽省的防洪保安、農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)揮了巨大的作用。白蟻活動(dòng)主要分布在淮河以南的廣大地區(qū)，向北漸漸稀少，往南逐漸遞增。安徽省堤壩工程大多數(shù)為土石堤壩，在堤壩運(yùn)行中受白蟻危害十分嚴(yán)重，尤其是皖南的堤壩工程。近年來(lái)，由于氣候變化等原因，皖北的堤壩白蟻危害也逐漸嚴(yán)重。

白蟻對(duì)堤壩的本質(zhì)性威脅是在堤壩內(nèi)挖掘的四通八達(dá)的蟻道、主巢腔及眾多的菌圃腔。蟻巢一般修筑在背水坡距壩面2m以下，常水位浸潤(rùn)線以上。一般從有翅成蟲(chóng)分飛配對(duì)到成熟群體，歷經(jīng)8～10年，主巢腔積可達(dá)0.15m3,再加上菌圃和蟻道，一個(gè)群體可掏空約1m3的土壤腔積。白蟻除在背水坡取食植被外，還可通過(guò)地下蟻道，穿過(guò)堤壩到迎水坡取食枯枝落葉和浪渣，而當(dāng)汛期水位上升時(shí)，水流便有可能進(jìn)入隱藏在堤壩內(nèi)的蟻道和巢腔內(nèi)，造成散浸、管漏、跌窩和滑坡等險(xiǎn)情。有些堤壩為提高標(biāo)準(zhǔn)而加高培厚，但在工程實(shí)施前未把舊堤壩內(nèi)已存在的白蟻隱患徹底清除，使得原堤壩內(nèi)的白蟻隱患埋藏得更深。白蟻巢穴越深，對(duì)堤壩的安全威脅就越大，水位升高后常發(fā)生因蟻患導(dǎo)致的險(xiǎn)情。

白蟻的防治工作一直是堤壩管理的一項(xiàng)重要工作。在白蟻防治過(guò)程中，首先需要尋找白蟻活動(dòng)的痕跡，然后探測(cè)白蟻在堤壩內(nèi)的蟻巢。目前對(duì)白蟻蟻巢探測(cè)主要采取人工開(kāi)挖的方法。人工開(kāi)挖的方法具有直觀、技術(shù)要求不高的優(yōu)點(diǎn)，但也有工作效率低、成本高的局限性。隨著工程物探技術(shù)的逐漸成熟，目前普遍利用綜合物探的方法探測(cè)白蟻蟻巢。

二、工程物探法探測(cè)白蟻蟻巢可行性

工程物探是工程地球物理勘探的簡(jiǎn)稱，它是以地下巖土層（或地質(zhì)體）的物性差異為基礎(chǔ)，通過(guò)儀器觀測(cè)自然或人工物理場(chǎng)的變化，確定地下地質(zhì)體的空間展布范圍（大小、形狀、埋深等）并可測(cè)定巖土體的物性參數(shù)，達(dá)到解決地質(zhì)問(wèn)題的一種物理勘探方法。

由于白蟻蟻巢與周圍的巖土體在物性上存在較大的差異，尤其是在電阻率和電磁波波速上的差異。這種差異的存在為采用工程物探方法探測(cè)蟻巢提供了物性前提。加之，蟻巢一般埋深較淺、規(guī)模相對(duì)較大，且基本在浸潤(rùn)線之上，利用工程物探方法可以達(dá)到預(yù)期的深度和精度。

使用工程物探方法探測(cè)白蟻蟻巢具有工作效率高、成本低的特點(diǎn)。在采用工程物探方法的基礎(chǔ)上，輔之鉆孔、靜力觸探或人工開(kāi)挖的手段驗(yàn)證，可以達(dá)到較高的探測(cè)準(zhǔn)確率。

綜合以上所述，利用綜合物探的方法探測(cè)堤壩白蟻蟻巢是可行的。

三、探測(cè)方法

根據(jù)堤壩內(nèi)蟻巢蟻道的特點(diǎn)以及其與周圍巖土的電性差異，使用探地雷達(dá)和高密度電法進(jìn)行綜合探測(cè)。

1.方法的原理

（1）探地雷達(dá)原理

探地雷達(dá)是根據(jù)電磁波在不同介質(zhì)中傳播特性不同的原理進(jìn)行工作的，由探地雷達(dá)發(fā)射天線（T）發(fā)出的電磁脈沖向地下傳播，在存在電性差異的界面產(chǎn)生反射，反射波被雷達(dá)接收天線（R）接收并被儀器記錄下來(lái)，見(jiàn)圖1。反射脈沖總是滯后于發(fā)射脈沖一段時(shí)間，這個(gè)時(shí)間是電磁脈沖通過(guò)穿透介質(zhì)的速度和目標(biāo)體埋藏深度的函數(shù)，即：

式中：t—電磁波的雙程走時(shí)，ns，1ns=10-9s；

z—為目標(biāo)體的埋藏深度，m；

v—為電磁波在穿透介質(zhì)中的傳播速度，m/ns。

發(fā)射的電磁脈沖信號(hào)以時(shí)間和振幅的函數(shù)記錄下來(lái)，稱之為一次掃描。當(dāng)收發(fā)天線沿地面移動(dòng)時(shí)，記錄地面不同位置上的多次掃描，得到時(shí)間域脈沖信號(hào)的剖面，構(gòu)成探地雷達(dá)記錄。地下不同的介質(zhì)一般具有不同的介電常數(shù)，電磁波在不同介電常數(shù)的界面會(huì)產(chǎn)生反射，通過(guò)對(duì)反射波的振幅及相位等波形特征進(jìn)行研究，即可對(duì)地下目標(biāo)體的性狀作出一定程度的判別。

（2）高密度電法原理

高密度電法測(cè)試原理是根據(jù)被測(cè)體的電流和電位差在目的體長(zhǎng)度、深度方向上的變化差異，進(jìn)行特征體的判讀和解釋。用該法在測(cè)線上相同剖面采集數(shù)據(jù)后傳入計(jì)算機(jī)，用與之配套的處理軟件進(jìn)行處理，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行處理和濾波后，得到目的體的電性在測(cè)線長(zhǎng)度、深度方向上的變化分布圖。高密度電法測(cè)量系統(tǒng)工作原理見(jiàn)圖2。

圖1 探地雷達(dá)基本原理示意圖

圖2 高密度電法測(cè)量系統(tǒng)工作原理示意圖

2.現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)按以下步驟開(kāi)展工作：

（1）現(xiàn)場(chǎng)查勘

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查地形、地貌、植被、土質(zhì)，尋找白蟻活動(dòng)的范圍。確定探測(cè)范圍。

（2）擬定探測(cè)方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查勘結(jié)果，確定探測(cè)范圍、具體探測(cè)方法。

在探測(cè)原理上，探地雷達(dá)法是根據(jù)電磁波速的差異，高密度法是根據(jù)電阻率的差異，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)：探地雷達(dá)法比較適合高精度的探測(cè)2m以內(nèi)的缺陷，探測(cè)時(shí)效率高，一般每天可以探測(cè)10km；高密度電法比較適合于探測(cè)深度較大的缺陷，一般探測(cè)深度可以達(dá)到30m，甚至更深，但探測(cè)時(shí)電極距需設(shè)置較大或者需要的電極數(shù)量較多。如需要探測(cè)深度小于2m的缺陷，可以通過(guò)小電極間距以提高測(cè)試精度。高密度電法一般每天能探測(cè)2km測(cè)線。

在白蟻蟻巢探測(cè)時(shí)，可以首先使用探地雷達(dá)法測(cè)試；再根據(jù)探地雷達(dá)測(cè)試成果推斷存在蟻巢部位，使用高密度電法進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)。在兩種方法探測(cè)均推斷存在蟻巢處，采用鉆孔、靜力觸探或人工開(kāi)挖的方式進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證。

（3）現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)

在擬定的探測(cè)范圍內(nèi)布置探地雷達(dá)測(cè)線，根據(jù)探測(cè)深度選擇雷達(dá)天線中心頻率。天線中心頻率一般為100MHz、200MHz、400MHz。

在擬定的探測(cè)范圍布置高密度電法測(cè)線，一般采用二維探測(cè)，在有條件時(shí)可選擇三維探測(cè)。探測(cè)時(shí)電極距一般為0.5～3m，電極距原則上普查時(shí)選擇大間距以提高工作效率，詳查時(shí)選擇小間距以提高探測(cè)精度。測(cè)試方法一般選擇溫納法。

根據(jù)探地雷達(dá)、高密度電法測(cè)試成果，對(duì)可能存在白蟻蟻巢的區(qū)域，根據(jù)其埋藏深度和范圍采用人工開(kāi)挖、鉆孔或靜力觸探進(jìn)行驗(yàn)證。

四、結(jié)論

（1）探地雷達(dá)和高密度電法均能較準(zhǔn)確反映蟻巢異常區(qū)域，且兩種方法測(cè)試結(jié)果具有統(tǒng)一性。

（2）現(xiàn)場(chǎng)操作來(lái)看，雷達(dá)探測(cè)效率較高，但是對(duì)場(chǎng)地環(huán)境要求也比較高，一般要求場(chǎng)地?zé)o障礙并且比較平坦，探測(cè)深度受地下水位影響較大；相對(duì)來(lái)說(shuō)，高密度電法對(duì)場(chǎng)地要求較低，只需保證電極與地面有良好的接觸即可，并且不易受外界環(huán)境干擾，信號(hào)可靠度比較好。

（3）在實(shí)際探測(cè)工作中，宜采用兩種方法進(jìn)行綜合探測(cè)。探測(cè)結(jié)果處理后，應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖進(jìn)一步驗(yàn)證探測(cè)結(jié)果■

（作者單位：安徽?。ㄋ炕春铀瘑T會(huì)）水利科學(xué)研究院 233000 水利部淮河水利委員會(huì) 233001）