淺談干砌石谷坊的修筑

□ 張立軍 張中石

谷坊又名防沖壩、沙土壩、閘山溝等，是水土流失地區(qū)溝道治理的一種主要工程措施。谷坊一般布置在小支溝、沖溝或切溝上，能穩(wěn)定溝床，防止因溝床下切造成的岸坡崩塌和溯源侵蝕，壩高通常在3～5m，攔沙量小于1000m3，以節(jié)流固床護坡為主。谷坊的作用可概括為以下幾點：固定溝床，防止溝底繼續(xù)下切；攔蓄泥沙，抬高溝床，穩(wěn)定坡腳，防止溝岸擴張；減緩溝道縱坡，減小山洪流速，并攔擋固體物質(zhì)，減輕山洪、泥石流危害；使溝底川臺化，為利用溝壑發(fā)展農(nóng)林產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造有利條件。根據(jù)谷坊的建筑材料，谷坊分土谷坊、石谷坊、植物谷坊三種類型。

依蘭縣水土流失地區(qū)溝道治理的谷坊工程主要以干砌石為主?，F(xiàn)以依蘭縣慶安項目區(qū)2009年度實施區(qū)為例淺談一下干砌石谷坊工程的修筑過程。依蘭縣慶安項目區(qū)的土壤侵蝕類型是水力侵蝕，坡面侵蝕為其主要侵蝕形式。上世界90年代中后期項目區(qū)內(nèi)毀林開荒面積較大，經(jīng)測量項目區(qū)附近未毀林地塊表層土壤厚度，估算出項目區(qū)內(nèi)墾殖初期表層土壤厚度在30cm左右。毀林開荒地經(jīng)10余年的耕作，5度以上坡耕地表層土壤已不足10cm，耕作層為原土壤與母質(zhì)層的混合土壤；8度以上坡耕地表層土壤幾乎全部流失，僅在局部地塊可見原地表土壤痕跡，耕作層中已見少量砂礫，作物產(chǎn)量靠化肥維持；8度以上坡面已有大于0.5m深度的侵蝕溝出現(xiàn)，已經(jīng)影響到正常的農(nóng)業(yè)耕作；15度以上局部坡面的侵蝕強度達到了在黑龍江省罕見的劇烈侵蝕程度。依蘭縣水務局根據(jù)各類侵蝕溝的不同特點，修建了柳編谷坊、漿砌石谷坊、干砌石谷坊。在這里主要介紹干砌石谷坊的修筑。

一、確定干砌石谷坊位置

（一）通過溝壑情況調(diào)查，選溝底比降大于5%～10%的溝段，系統(tǒng)地布設谷坊群。用水準儀測出其比降，繪制溝底比降（縱斷面）圖。

（二）根據(jù)溝底比降圖，從下而上初步擬定每座谷坊位置。一般高2～5m，下一座谷坊的頂部大致與上一座谷坊基部等高（見圖1）。

二、干砌石谷坊壩址要求

一是“口小肚大”，工程量小，庫容大；二是溝底和岸坡地形、地質(zhì)（土質(zhì)）狀況良好，無孔洞或破碎地，沒有不易清除的亂石和雜物；三是取用建筑材料（石塊）比較方便。

三、典型溝概況

該侵蝕溝位于流域中游匯水線底部，溝道總長675m,溝型呈狹長扇形分布，干溝2條，平均寬度15m，高差30m，屬發(fā)展型溝道。溝底沿縱坡布設谷群，鞏固并抬高溝床，制止溝底下切，修筑干砌石谷坊。

四、干砌石谷坊的設計

（一）確定干砌石谷坊斷面尺寸。干砌石谷坊一般做成階梯斷面（如圖2）。一般壩高2～4m，頂寬1.0～1.3m，迎水坡1：0.2，背水坡1：0.8，壩頂過水深0.5～1.0m。一般不蓄水，壩后2～3年淤滿。背水坡呈階梯狀，可起消能作用，減小下游沖刷（見圖2）。

圖2 干砌石梯式石谷坊斷面示意圖

（二）溢洪口尺寸。谷坊的溢洪口一般設在壩頂，采用矩形寬頂堰公式計算：

式中：Q－設計流量，m3/s；

M－流量系數(shù)，一般采用1.55；

b－溢洪口底寬，m；

h－溢洪口水深，m。

（三）典型溝修筑干砌石谷坊斷面設計尺寸。在石料來源多的地方，治理侵蝕溝應采用干砌石谷坊。因為干砌石谷坊比植物谷坊抗壓能力高，防護效果好。修筑干砌石谷坊需要清至較堅硬的土層或巖石層，然后用粗石料砌筑。如為土或砂礫質(zhì)溝床，壩后需做護底，長度一般為壩高的2～3倍，厚50～70cm，溢洪道設在壩身中部。溝岸如為石質(zhì)時，溢洪口設在干砌石谷坊的正上方，基巖面應鑿成向上游傾斜的鋸齒狀，兩岸溝壁成豎向結(jié)合槽。根據(jù)有關資料，按溝底比降i=5.5%，溝寬B=15m計算，設計谷坊頂寬b=1.2m，谷坊高H=1.5m，上游坡比m1=1:1.5，下游坡比m2=1:0.5（見表1）。

表1 谷坊斷面設計尺寸表

（四）干砌石谷坊間距計算。谷坊間距確定的原則是：下一座谷坊的回淤面與上一座谷坊的底部齊平（如圖3）。實際調(diào)查資料表明，在谷坊淤滿之后，其回淤面表面并非水平，而是具有一定比降的斜面，且斜面比降與淤積物土質(zhì)有關。不同土質(zhì)淤積物質(zhì)，淤滿后的比降見表2。

表2 谷坊淤滿后的比降表

根據(jù)相關各項因子的幾何關系，谷坊間距可按下式計算:

式中：L－谷坊間距，m；

H－谷坊底到溢水口底高度，m；

i－原溝床比降，%；

i0－谷坊淤滿后的比降，%。

按照頂?shù)紫嗾盏脑瓌t，典型溝中干砌石谷坊平均間距L為： L=H/I=1.5/(5.5/100)=27；W-溝系總長675m；谷坊座數(shù)：N=W/L=675/27=25。

五、干砌石谷坊施工

干砌石谷坊采用人工施工，其施工程序為：定線——根據(jù)規(guī)劃測定的谷坊位置（壩軸線）、按設計的谷坊尺寸在地面劃出壩基輪廓線。清基——將輪廓線以內(nèi)的浮土、草皮、亂石、樹根等全部清除。挖結(jié)合槽——基巖面應鑿成向上游傾斜的鋸齒狀，兩岸溝壁成豎向結(jié)合槽，寬深各1.2～4.2m。砌石——根據(jù)設計尺寸，從下向上分層壘砌，逐層向內(nèi)收坡，塊石應首尾相接，錯縫砌筑，大石壓頂；料石厚度不小于30cm，接縫寬度不大于2.5cm；同時應做到“平、穩(wěn)、緊、滿”（砌石頂部要平，每層鋪砌要穩(wěn)，相鄰石料要靠緊，縫和漿要灌飽滿）。

六、管理

暴雨中應有專人到谷坊現(xiàn)場巡視，如有險情要及時組織搶修。

每年汛后和每次較大暴雨后，要及時到谷坊現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)損毀等情況應及時補修。壩后淤滿成地，應及時種植農(nóng)作物。

七、結(jié)論

項目區(qū)坡耕地經(jīng)過水土保持綜合治理，土壤理化性質(zhì)顯著改善，農(nóng)業(yè)災害明顯減少，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境步入良性循環(huán)軌道，土地生產(chǎn)力得到提高。治理區(qū)蓄水效益達到66.88%，保土效益達到89.14%，年均土壤侵蝕模數(shù)從治理前的859.45t/km2·a下降到419.29t/km2·a。