堤壩蟻穴通道的工程分類與特性

高加成，姚文花，劉作京，甘新民

（1.嘉應(yīng)學(xué)院土木工程系，514015，梅州；2.廣東省惠州市華南白蟻防治有限公司，516000，惠州；3.湖北省荊州市長江河道管理局石首分局，434400，石首）

蟻穴通道是土棲白蟻蝕土而筑的地下群居空間，完整的成年蟻巢包括王室、王室菌圃腔、菌圃腔、蟻路、泥線泥被、移殖孔和移殖室等空洞通道部分。前三種一般埋藏較深，呈饅頭狀，空間較大，是蟻穴系統(tǒng)中的空腔部分；后三種埋藏較淺，呈線性彎管狀或片狀，分布延伸范圍大，是蟻穴系統(tǒng)中的通道部分；蟻路埋深可深可淺，其將各構(gòu)成部分有機地連接起來，形成了復(fù)雜而龐大的地下空腔—通道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

一、堤壩蟻穴通道的工程分類

堤壩蟻穴通道的工程分類應(yīng)綜合考慮蟻穴通道的空間展布情況、蟻穴中各構(gòu)成部分的相互連接關(guān)系、通道穿堤導(dǎo)水后的水力學(xué)特征及其對堤壩穩(wěn)定性的影響，同時還要注意到是否有土棲白蟻的存在及其生物行為的作用。

1.土棲白蟻蟻巢的工程分類

按是否有土棲白蟻的存在可將蟻巢分為兩類。

①有蟻蟻巢：指有蟻王、蟻后生存的蟻巢，具有動態(tài)發(fā)展的特征。

②空亡蟻巢：指蟻王、蟻后已逃遁或已死亡的蟻巢，具有靜態(tài)衰亡的趨勢。

2.蟻穴通道系統(tǒng)的工程分類

按蟻穴的空腔—通道系統(tǒng)是否穿越堤壩，可將其分為兩類：

①穿透性蟻穴：多存在于成年蟻巢中，此空腔通道系統(tǒng)在高洪水位作用下，能反映出相應(yīng)的水力學(xué)特征和巖土工程特征。

②非穿透性蟻穴：多存在于幼年蟻巢中，此空腔通道系統(tǒng)僅具有巖土工程特征，其存在破壞了堤身土體結(jié)構(gòu)的完整性。

顯然，不管是有蟻蟻巢還是空亡蟻巢，都包含有穿透性蟻穴和非穿透性蟻穴。通常情況下，對堤壩安全和穩(wěn)定影響較大的是穿透性蟻穴；但當非穿透性蟻穴與其他洞穴或裂縫組合在一起時，同樣也可構(gòu)成威脅堤壩安全的組合通道。此外，穿透性蟻穴和非穿透性蟻穴是相互轉(zhuǎn)化的。

3.穿堤蟻穴通道的工程分類

按穿堤蟻穴通道的成因及空間分布組合形狀，可將其分為兩大類6種基本形式（見圖1）。這6種基本形式是導(dǎo)致堤（壩）漏水，并影響其安全與穩(wěn)定的主要隱患。

二、有蟻蟻巢和空亡蟻巢的工程特性

1.有蟻蟻巢的動態(tài)發(fā)展特性

圖1 穿堤蟻穴通道分類圖

有蟻蟻巢的動態(tài)發(fā)展特性主要表現(xiàn)在兩個方面：①蟻穴的網(wǎng)絡(luò)通道本身是發(fā)展變化的。隨著土棲白蟻群體的擴大，需要更多的生存空間，必須不斷地向外擴筑新的衛(wèi)星菌腔和聯(lián)系通道，使巢區(qū)范圍擴大；同時為了滿足生活的需要，迫使其修筑一些新的取食道和取水道，若因食物資源的影響，取食道將會延伸到更遠的地方。其結(jié)果必將使整個蟻穴網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)變得更復(fù)雜，影響范圍將更大，對堤壩土體結(jié)構(gòu)的破壞也會更嚴重。②當蟻穴通道系統(tǒng)遭到洪水威脅時，工蟻會及時投入抗洪搶險狀態(tài)，封堵一些細小的滲水通道和被充水浸沒的蟻道，從而相對延緩了早期險情的出現(xiàn)。

由于有蟻蟻巢的動態(tài)發(fā)展特征，隨著時間的延伸，其對堤壩土體的強度與穩(wěn)定性的負面影響就越來越大。盡管其自身的封堵行為能延緩早期險情的發(fā)生，甚至有時能化險為夷，但它終究是一大隱患，也許來年便會釀成大禍。好在其活動的痕跡給人們提供了找巢滅蟻的依據(jù)，只要勤于觀察，掌握其活動規(guī)律，及時處理，一定能收到較好的防治效果。

2.空亡蟻巢的靜態(tài)衰亡趨勢

空亡蟻巢是蟻群滅亡后殘留在堤壩土體內(nèi)的空腔—通道體系?？胀鱿伋搽m然不會繼續(xù)擴大，但常會被忽視或無法知曉其存在。因無工蟻維護與管理，一些掉塊或沉渣會臨時堵塞部分蟻道和空腔。當空腔都靠近背水坡一側(cè)時，一旦洪水浸入蟻道便會使大半個堤身內(nèi)隱含著高壓水體，繼續(xù)作用會將堵塞蟻道的松散堆積物沖開，而在出水口形成管涌。故此，空亡蟻巢造成的險情一般無散浸階段或歷時很短，導(dǎo)致突發(fā)性災(zāi)難。

三、直接穿堤蟻道的工程特性

直接穿堤蟻道是指由土棲白蟻修筑的沿橫向或斜向穿越堤身的蟻穴通道。這種蟻穴通道主要存在于成年蟻巢中，根據(jù)其空間分布形態(tài)、水力學(xué)特點和巖土工程特性，可分為3種形式，即直泄式蟻穴通道、虹吸管式蟻穴通道和串穴式蟻穴通道。

1.直泄式蟻穴通道

直泄式蟻穴通道是由蟻路組成的泄水通道。在蟻穴系統(tǒng)中最具典型的代表是位于最低位置的通風(fēng)排濕道（見圖2），其埋藏較深，遇洪水浸入時，其間的細小連接通道易被工蟻堵塞。該泄水通道較粗大，滲流路徑不長，空氣對流暢通，進出口多位于主巢附近的兩側(cè)坡面上，宜于水流排泄。

當洪水位超過直泄式蟻穴通道的進水口時，水流便會沿著通道緩緩流出，隨著水位的升高，出水量逐漸增大，并直接沖刷坡面土體而出現(xiàn)險情。由于此類險情多發(fā)生在洪水來臨的早期，進水口浸沒深度較小，只要仔細觀察，及時封堵進水口，一般不會造成大的危害。但該類蟻道水力路徑短，黏滯阻力小，流速快，沖蝕破壞能力強，若疏忽觀察，處理緩慢，亦會形成較大規(guī)模的穿孔管涌現(xiàn)象，嚴重時將導(dǎo)致堤壩決口而形成災(zāi)難。

2.虹吸管式蟻穴通道

虹吸管式蟻穴通道是沿堤壩表層貫穿堤身，且具有虹吸管水力特征的一種淺埋式蟻穴通道（見圖3）。該類通道多存在于季節(jié)性擋水的江、河、湖、海的堤防工程中，主要由取食道組成，僅靠細小的下行蟻道與菌巢聯(lián)系。由于蟻群取食的需要，蟻道大多會延伸至堤內(nèi)平臺和堤外灘地等有食物的地方，然后通過泥被、泥線等地表掩蓋物采取食物。其分布范圍較大，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)復(fù)雜，除在堤身內(nèi)具有較集中的粗大通道外，在灘地和平臺處則會發(fā)展成許多細小的分枝狀蟻道。

由虹吸管的水力特點可知，該類通道只有在洪水位高于其最高點，并將蟻道內(nèi)注滿水后才會開始導(dǎo)水，此時，整個蟻道系統(tǒng)只起到泄水作用；但由于背水坡側(cè)的蟻道較長，自由出流口到泄水管頂點的高差較大，水流出流速度快，具有較大的沖蝕破壞能力。當洪水位回落至蟻道的最高點以下時，整個蟻道系統(tǒng)將呈現(xiàn)出虹吸管流的特征，此時，高出水位的蟻道內(nèi)出現(xiàn)負壓，且水位回落得越多，蟻道內(nèi)的負壓就越大，產(chǎn)生最大負壓的位置多在堤頂內(nèi)側(cè)附近的蟻道內(nèi)；若蟻道與巢腔有直接水力聯(lián)系，則會形成危害性更大的負壓包，對堤身土體產(chǎn)生較明顯的真空吸蝕作用。

故此，由虹吸管式蟻穴通道所形成的險情具有兩個主要特點：①險情發(fā)生在即將漫堤水位時和汛期的中后階段。②高洪水位時期以泄水滲漏破壞為主，表現(xiàn)為高壓水流沖破蟻道后所產(chǎn)生的漏水點，以及背水坡腳出流口的沖蝕破壞；退水階段除在出流口產(chǎn)生沖蝕破壞之外，還會因負壓潛蝕作用而在堤頂內(nèi)側(cè)及內(nèi)坡上部產(chǎn)生塌陷；當其與較大的巢腔連通形成負壓包時則會產(chǎn)生危險性較大的跌窩，嚴重者會形成塌坡，且破壞點多在堤頂內(nèi)側(cè)1/3寬度范圍內(nèi)。

3.串穴式蟻穴通道

串穴式蟻穴通道是由蟻路與主巢菌腔等空腔部分串聯(lián)起來，并貫穿堤身的一種蟻穴通道（見圖4）。該類蟻道是土棲白蟻生衍繁殖的主要活動空間，常由多條主次蟻路和多個主副巢腔組成，形成了復(fù)雜的蟻穴空腔—通道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，且巢齡越長，系統(tǒng)就越復(fù)雜。在深度位置上，介于虹吸管式蟻穴通道和直泄式蟻穴通道之間，進出水口位置高低不一；在平面位置上，進出水口有多個，且無一一對應(yīng)關(guān)系，有的甚至偏離到離主巢位置200 m以外的地方。

該類蟻穴通道組成上的復(fù)雜性，導(dǎo)致了其水力學(xué)條件及巖土工程特征的復(fù)雜性與多變性。當水流浸入蟻穴系統(tǒng)時，不僅對蟻道產(chǎn)生影響，而且還會對主巢和菌腔產(chǎn)生影響，同時，蟻道內(nèi)的水流和空腔內(nèi)的水流之間亦會產(chǎn)生制約性的相互作用。隨著洪水位的升高，整個蟻穴系統(tǒng)逐漸被水充滿，此時，主巢菌圃等空腔部分將變成堤壩內(nèi)的地下儲水容器，連接迎水坡面的蟻道變?yōu)檫M水管，連接背水坡的蟻道可看成泄水管（見圖5）。顯然，進水管兩端的水頭差較小，管內(nèi)水力學(xué)條件相對穩(wěn)定；而泄水管兩端的水頭差較大，管內(nèi)水力條件變化較大，水流對通道的擴徑改造作用也強。當自由泄水量較大時，對腔內(nèi)水量來說有Q出>Q入，腔內(nèi)將泄出部分儲存水量而出現(xiàn)負壓，腔頂土體因浸泡和真空吸蝕作用產(chǎn)生垮落，并堵塞泄水管而出現(xiàn)Q出

故此，因串穴式蟻穴通道而產(chǎn)生的險情具有下列特征：①險情在洪水漲落的整個過程中都有可能出現(xiàn)，出險點多在堤內(nèi)坡腳以上的斜面上；②出險點和進水口的位置沒有一定的對應(yīng)關(guān)系，兩者甚至?xí)喔艉苓h；③出水量時大時小，時清時濁，并常伴有白蟻和菌圃碎屑流出；④當出險時間較長或因判斷不準、處理不當時，會在堤面內(nèi)側(cè)及上部坡面上出現(xiàn)跌窩或塌坡等重大險情；⑤會同時存在多個進水點和出水點，險情復(fù)雜，不易處理。

四、組合式穿堤蟻道的工程特性

組合式穿堤蟻道是指由非穿透性蟻穴通道與其他成因的裂縫、洞穴等組合而成的穿堤通道。非穿透性蟻穴通道多存在于幼年蟻巢中，其埋深較淺，延伸范圍有限，只有與另一側(cè)的裂縫、洞穴連通后，才能組合成穿堤導(dǎo)水通道。常見的形式有3種，即裂縫與蟻穴的組合、動物洞穴與蟻穴的組合、植物腐爛根莖與蟻穴的組合。

1.裂縫與蟻穴組合的通道

堤壩均為線性土質(zhì)構(gòu)筑物，當因含水率的變化、填料土質(zhì)成分的差異以及堤基軟硬交接處的差異沉降等原因所形成的橫向裂縫與蟻穴通道連通后，便形成了穿堤通道。這類通道的水力學(xué)特征主要受裂縫的發(fā)育深度、延伸長度及縫間開度等因素的控制，其導(dǎo)水性越好，對堤壩的危害就越大。

2.動物洞穴與蟻穴組合的通道

當巢居在堤壩土體內(nèi)的穿山甲、蛇、鼠等生物所形成的洞穴與蟻穴連通后，便形成了透水性較好的穿堤通道。由于捕食和生存的需要，動物洞穴一般較粗大，導(dǎo)水性好，突水流量大，能在短時間內(nèi)沖毀堤坡；而蟻穴通道則相對細小，故其在很大程度上控制了該類組合通道的水力學(xué)條件。另外，動物洞穴在坡面上均有明顯的痕跡，只要勤于觀察，及時治理，便可化險為夷。

3.植物根系與蟻穴組合的通道

在一些歷史悠久的堤壩一側(cè)，殘留有柳樹、水杉樹等根系龐大的死亡樹蔸時，地下根須易被土棲白蟻取食而留下空洞，成為蟻穴穿堤通道的外延部分。高洪水位期間，沿樹蔸周側(cè)滲入的水體，易通過蝕空的根須流入蟻巢內(nèi)，從而造成堤壩險情。故對堤壩坡面上的殘留植物根莖應(yīng)及時清理，以確保安全。

五、結(jié) 語

①由于土棲白蟻具有臨洪搶險和維護蟻道的本能，因此，有蟻蟻巢能延緩或減少險情的發(fā)生，具有動態(tài)發(fā)展的特性；而空亡蟻巢隱藏性強，難以被人們察覺，常會造成突發(fā)性的險情或災(zāi)難，具有靜態(tài)衰亡的趨勢。

②對堤壩安全影響最大的是穿堤蟻穴通道。直泄式穿堤蟻道埋深大，出險早，易于處理。虹吸管式穿堤蟻道埋深小，高峰水位前出險，險情較嚴重，危險性也大。串穴式穿堤蟻道埋深介于上述兩者之間，分布范圍廣，有多處出險的可能，險情復(fù)雜，持續(xù)時間長，易出現(xiàn)跌窩、塌坡等重大險情，是堤防工程中需重點防治的對象。

③組合式穿堤通道多為橫向裂縫、動物洞穴和植物腐爛根莖與蟻穴的組合，這些組合形式均有明顯的地表痕跡，易被發(fā)現(xiàn)與處理。

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