西藏地區(qū)溝道治理中谷坊應(yīng)用實(shí)例淺析

段妍 翁麗珠

1 工程概況

拉薩市某工程治理范圍涉及拉薩市城區(qū)范圍內(nèi)的拉薩河、堆龍河、流沙河以及影響城市防洪安全的14 條山洪溝。項(xiàng)目區(qū)屬高原溫帶半干旱氣候，多年平均氣溫6.9 ℃，多年平均降水量431 mm，多年平均水面蒸發(fā)量1 369 mm，平均風(fēng)速2.2 m/s，最大凍土深度26 cm。

溝道治理區(qū)屬藏南溫暖半干旱高原寬谷凍融侵蝕、水蝕區(qū)，土壤侵蝕以水力侵蝕為主，伴有凍融侵蝕和風(fēng)力侵蝕，侵蝕強(qiáng)度為輕度，原生侵蝕模數(shù)為1 900～2 000 t/（km2?a）。土壤容許流失量確定為500 t/（km2·a）。土壤類型主要為高原河谷灰褐土、草甸土和潮土。植被類型為高山草原植被和高山草甸植被?，F(xiàn)場調(diào)查可知，流域內(nèi)植被覆蓋率極低，生態(tài)系統(tǒng)脆弱。

溝道治理區(qū)位于山區(qū)地帶，地形坡度較陡，溝壑縱橫，針對(duì)下切侵蝕嚴(yán)重、且對(duì)防洪構(gòu)成威脅的侵蝕溝布設(shè)谷坊工程，重點(diǎn)布設(shè)在水土流失嚴(yán)重的主要支溝、沖溝內(nèi)。擬在支溝、協(xié)溝、香嘎溝、德陽浦、嘎巴溝、米瓊?cè)諟?、維巴溝、奪底溝、當(dāng)巴溝、幫普溝、波瑪溝、加木溝、雄巴溝、比協(xié)溝等14 條溝布置谷坊。共涉及拉薩城區(qū)周邊主要支溝、沖溝105 條，布置谷坊群105 個(gè)，共包括谷坊壩468 座。

2 谷坊型式選擇

根據(jù)建筑材料不同，谷坊可分為土谷坊、干砌石谷坊、枝梢谷坊、插柳谷坊、漿砌石谷坊、石籠谷坊等類型。由于山體高程高、溝谷坡降大，干砌石谷坊、土谷坊等很難經(jīng)受山洪的沖擊，往往春建秋毀，起不到治理溝壑的作用。西藏地區(qū)屬于干旱、半干旱氣候，生態(tài)環(huán)境較為惡劣，難以采取植物措施。石籠谷坊與漿砌石谷坊由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抗山洪沖刷能力較強(qiáng)，可作為本次溝道治理的備選方案。

漿砌石谷坊抗沖刷能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)表面平整、耐久、美觀，但考慮西藏地區(qū)具有較為強(qiáng)烈的凍融侵蝕作用，漿砌石結(jié)構(gòu)極易凍融破壞，且凍土深度普遍較大，地基埋深需考慮凍土以下不小于0.25 m，若凍土深度大于1 m 時(shí)，還應(yīng)將基底到凍結(jié)線以下0.25 m 范圍的地基土換填為弱凍脹材料，施工較為復(fù)雜，材料造價(jià)較高。

石籠谷坊透水性強(qiáng)，施工簡單，且石籠谷坊具有整體性及柔性特點(diǎn)，穩(wěn)定性較好，對(duì)地基埋深要求較低，采用鉛絲石籠及鋼筋制安，塊石可就地取材，造價(jià)較低。根據(jù)當(dāng)?shù)夭牧腺Y源和材料狀況，溝道治理谷坊型式采用鋼筋骨架鉛絲石籠谷坊。

3 石籠谷坊的設(shè)計(jì)

3.1 選址原則

谷坊宜布置于坡度5%～10%或更大、溝底下切劇烈發(fā)展的溝段。壩址的選擇遵從“口小肚大”原則，工程量小，庫容量大。溝底與岸坡地形、地質(zhì)（土質(zhì)）狀況良好，無空洞或破碎地層，沒有不易清除的亂石和雜物，且取用塊石材料比較方便。谷坊群布置遵從“頂?shù)紫嗾铡痹瓌t，下一座谷坊的頂部大致與上一座谷坊基部等高。如圖1 所示。

圖1 谷坊群布設(shè)方位示意圖

3.2 谷坊間距的確定

西藏山區(qū)溝道縱比降普遍較大，工程實(shí)施地點(diǎn)為土石山溝，坡度多在10%～15%以上，溝道治理工程易造沖刷破壞，因此根據(jù)地區(qū)特點(diǎn)確定合適的間距十分重要，其中溝道淤滿后允許穩(wěn)定比降（不沖比降）的參數(shù)選擇也較為關(guān)鍵。根據(jù)溝底比降，從下而上逐步擬定每座谷坊的位置，根據(jù)“頂?shù)紫嗾铡钡倪x擇原則，采用式（1）確定上下游谷坊之間的水平距離：

式中L——谷坊間距，m；

H——谷坊底到溢流口底高度，m；

i——原溝床比降，%；

i'——谷坊淤滿后的比降，%。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，溝道淤積物主要組成為粗砂礫，淤滿后比降采用2.0%。谷坊總高度2 m，溢流口高度0.5 m，原溝床比降10%～15%，經(jīng)計(jì)算谷坊水平間距為15～20 m 較為合適。

不同淤積物質(zhì)淤滿后形成的不沖比降參照表1。

表1 淤積物淤滿后不沖比降 %

3.3 溢流口尺寸的確定

谷坊溢流口必須滿足宣泄山洪的要求。因此，確定溢流口的尺寸，首先應(yīng)計(jì)算出相應(yīng)頻率的洪峰流量。由于治理山洪溝流域面積普遍較小，難以獲取實(shí)測水文資料，可根據(jù)地形圖分水嶺位置勾畫溝道匯水面積，洪峰流量計(jì)算采用西藏地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式（2）：

式中Qcp——設(shè)計(jì)流域計(jì)算斷面多年平均洪峰流量，m3/s；

C——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可從地區(qū)水文手冊中查得；

F——設(shè)計(jì)流域匯水面積，km2；

H——設(shè)計(jì)流域多年平均降水量，mm。

洪峰流量確定后，即可按寬頂堰公式（3）計(jì)算溢流口尺寸：

式中Q——設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；

M——流量系數(shù)，一般取1.55；

h——溢流口水深，m；

b——溢流口寬度，m。

典型設(shè)計(jì)溢流口斷面過水能力計(jì)算見表2。

表2 典型設(shè)計(jì)溢流口斷面過水能力計(jì)算

3.4 斷面尺寸確定

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，石籠谷坊高度不宜大于3 m，頂寬宜取1.0～1.5 m，即可保證谷坊壩體穩(wěn)定；結(jié)合現(xiàn)場地形本工程谷坊總高度2 m，頂寬1 m，溢流口高度0.5 m，上游、下游邊坡均為1∶1，谷坊底長依河道寬度而定。鉛絲石籠單元尺寸可采用長、寬、高為1.0 m×0.5 m×0.5 m。溝底清基后將壩基建于基巖之上，基礎(chǔ)埋深1 m。石籠谷坊兩岸及下游易受山洪沖刷，需在上下游設(shè)置適當(dāng)防護(hù)措施，以保障谷坊的安全運(yùn)行。谷坊壩上游布設(shè)1 m水平護(hù)底，下游布設(shè)5 m 水平護(hù)底，護(hù)底厚度0.5 m。典型設(shè)計(jì)谷坊斷面尺寸見表3。谷坊布置縱斷面圖如圖2 所示，橫斷面圖如圖3 所示。

表3 典型設(shè)計(jì)谷坊斷面尺寸

圖3 谷坊橫斷面示意圖

4 石籠谷坊的施工

（1）根據(jù)工程設(shè)計(jì)編制施工組織計(jì)劃。石籠谷坊的施工應(yīng)合理安排工期，在汛期之前完成，以免期間發(fā)生山洪造成不必要的損失。

（2）做好備料工作。本工程所采用的鋼筋骨架鉛絲石籠谷坊所需材料主要為鍍鋅鉛絲、直徑12 mm 鋼筋以及塊石，鍍鋅鉛絲可有效減輕水流沖刷產(chǎn)生的腐蝕破壞，石籠谷坊對(duì)塊石的材質(zhì)要求不高，除風(fēng)化石外，直徑大于籠子網(wǎng)眼的石塊即可使用，因此可就近撿集解決。

（3）鉛絲石籠填充石塊。首先將塊石體積較大且平整的一面擺在籠子周圍，避免出現(xiàn)凹凸不平現(xiàn)象，中間采用顆粒較小的石塊填塞緊密，全部填充完畢后封閉鉛絲石籠。

（4）根據(jù)選定的位置及斷面尺寸進(jìn)行施工放線和基礎(chǔ)開挖。施工時(shí)清除基礎(chǔ)淤積層和風(fēng)化層直至基巖或硬土層，及清除壩基地表雜草浮土。兩岸坡結(jié)合部開挖1 m 以上基槽，確保壩體與岸坡的結(jié)合。在谷坊進(jìn)出水口段設(shè)置0.5 m 厚鉛絲石籠護(hù)底，谷坊基礎(chǔ)埋深0.5 m。

5 結(jié) 語

石籠谷坊具有構(gòu)造簡單、施工簡易、投資少、見效快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)西藏地區(qū)氣候條件及地質(zhì)地貌，因地制宜、因害設(shè)防，在多塊石的地區(qū)修建石籠谷坊，能夠有效加快溝壑的治理速度，收到事半功倍的效果。