鐵嶺縣蔡牛鎮(zhèn)溝頭防護(hù)工程布設(shè)及生態(tài)袋谷坊設(shè)計(jì)

呼振穎

(沈陽利鑫土木工程有限責(zé)任公司， 遼寧 沈陽 110179)

1 概述

項(xiàng)目區(qū)位于長白山系的哈達(dá)嶺低山丘區(qū)，境內(nèi)山巒起伏，相對(duì)高差不大，在200～300 m之間，坡度一般在5°～25°之間。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)侵蝕溝分布眾多，大多為V型溝，主要以80～300 m土質(zhì)溝為主。項(xiàng)目區(qū)位于鐵嶺地區(qū)，其中熊官屯鎮(zhèn)及平頂堡鎮(zhèn)屬低山丘陵地貌，蔡牛鎮(zhèn)地形特點(diǎn)為平原微丘地貌。項(xiàng)目區(qū)為低山丘陵區(qū)，土壤類型為棕壤，土質(zhì)較好。流域內(nèi)土層在0.20～1.5 m之間，土壤有機(jī)質(zhì)含量在3%～4%左右，土壤理化特性pH值5.0～8.0，適合農(nóng)、林、果、副業(yè)生產(chǎn)，土壤養(yǎng)分狀況基本是貧磷、少氮，缺乏有機(jī)質(zhì)，土壤肥力不足。

項(xiàng)目區(qū)植被類型以溫帶針闊混交林為主，屬于華北植物區(qū)系，樹種主要以油松、落葉松、榆樹為主，經(jīng)濟(jì)林樹種主要有榛子、蘋果、李子、山杏等。項(xiàng)目區(qū)林草覆蓋率46.18%。

2 溝道治理工程

2.1 溝頭防護(hù)

設(shè)計(jì)侵蝕溝全部位于坡耕地中，目前，坡面沒有水土保持治理措施。溝頭部位與耕地連接，受耕種及降雨侵蝕影響，溝頭地勢較低，植被較差。部分溝頭耕種期間往往被耕種作物破壞較為嚴(yán)重，溝頭發(fā)展難以遏制。由于溝頭均位于耕地中上部，其匯流面積較大，在此基礎(chǔ)上，考慮了排水溝水頭保護(hù)工程的施工，設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)育強(qiáng)烈溝頭采取石籠溝頭防護(hù)，防治溝頭進(jìn)一步前進(jìn)。對(duì)于落差小、侵蝕較輕的溝頭采取植柳跌水溝頭防護(hù)。本期設(shè)計(jì)的70條侵蝕溝多數(shù)侵蝕溝溝頭較淺，發(fā)育不明顯。設(shè)計(jì)共8個(gè)石籠溝頭防護(hù)，1個(gè)柳落溝頭防護(hù)。

2.1.1 石籠溝頭防護(hù)

1)布設(shè)位置

溝頭保護(hù)主要設(shè)置在匯流面積大的溝上方，且有一定高差的溝頭處。通過對(duì)溝頭整形布設(shè)排水式溝頭防護(hù)，緩解水流對(duì)溝道的沖刷。本次設(shè)計(jì)溝頭防護(hù)位置為溝口K0+000至K0+010。

2)典型溝頭選擇

設(shè)計(jì)選擇石門溝里為典型溝頭進(jìn)行設(shè)計(jì)。溝長767.6 m，溝頭溝深0.7 m，溝頭平均底寬2.0 m，溝道比降為4.11%，溝道面積3 579.71 m2，為中型溝道。

3)來水量計(jì)算

計(jì)算公式：

Q=0.278 KIF

(1)

式中：Q為設(shè)計(jì)流量(m3/s)；I為6 小時(shí)最大降雨量(10 a一遇)，計(jì)算得111.8 mm；F為溝頭以上集水面積計(jì)算得0.15 km2；K為徑流系數(shù)，取0.5。

經(jīng)過計(jì)算Q=0.278×0. 5×111.8×0.15=2.33 m3/s。

4)溝道過流能力計(jì)算

根據(jù)溝道斷面尺寸，計(jì)算公式：

(2)

(3)

式中，A為過水面積；C為謝才系數(shù)；R為濕周。

計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 過流能力計(jì)算表

5)措施設(shè)計(jì)

6)工程量統(tǒng)計(jì)

石籠溝頭防護(hù)共8個(gè)，工程量為土方開挖281.70 m3，土方回填281.70 m3，石籠264.76 m3，砂礫墊層85.76 m3，鋪無紡布420.02 m2。詳見表2。

表2 溝頭防護(hù)工程布設(shè)及工程量統(tǒng)計(jì)表

2.1.2 柳跌水溝頭防護(hù)

對(duì)于落差小、侵蝕較輕的溝頭采取植柳跌水溝頭防護(hù)。本次設(shè)計(jì)選取西溝進(jìn)行典型設(shè)計(jì)。西溝溝道長度為357.9 m，溝頭寬為9.6 m，溝頭深1.6 m，溝道比降為6.88%，溝道面積為2 457.48 m2，屬于小型溝道。

1)來水量計(jì)算

來水量計(jì)算采用公式(1)計(jì)算，I為6小時(shí)最大降雨量(10 a一遇)，計(jì)算得111.8 mm；F為溝頭以上集水面積計(jì)算得0.04 km2；K為徑流系數(shù)，取0.5。

經(jīng)過計(jì)算Q=0.278×0.5×111.8×0.04=0.67 m3/s。

2)溝道過流能力計(jì)算

采用公式(2)(3)計(jì)算

計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 過流能力計(jì)算表

3)柳跌水布設(shè)

每1條侵蝕溝布設(shè)柳跌水1座[2-3]，柳跌水長度共15 m，詳見表4。

表4 柳跌水布設(shè)及工程量表

2.2 谷坊工程

2.2.1 谷坊形式

工程共布置三種形式的谷坊，分別為石籠谷坊、柳編谷坊和生態(tài)袋谷坊[4-5]。

2.2.2 谷坊高度

谷坊高度要依據(jù)修建谷坊的材料，同時(shí)要考慮兩谷坊之間形成的階地，有利開發(fā)，便于經(jīng)營，根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)要求，石籠鋪的高度不應(yīng)超過3 m，結(jié)合侵蝕溝谷坊工程施工經(jīng)驗(yàn)，確定石籠谷高2.0 m(包括地基埋深0.5 m)。

2.3 石籠谷坊設(shè)計(jì)

1)設(shè)計(jì)與施工

2)谷坊間距

L=H/i-i’

(4)

式中：L為谷坊間距(m)；H為谷坊底到溢水口底高度(m)；i為原溝床比降(%)；i’為谷坊淤滿后的比降(%)。

L= H/i-i’=1.0/(4.94%-0.8%)=24.15 m

3)谷坊數(shù)量

考慮實(shí)際地形(斷面情況)，最終確定谷坊座數(shù)為6座。

4)谷坊來水量

采用公式(1)計(jì)算

式中：Q為設(shè)計(jì)流量(m3/s)；I為6小時(shí)最大降雨量(10 a一遇)，計(jì)算得111.8 mm；F為溝頭以上集水面積計(jì)算得0.16 km2，K為徑流系數(shù)，取0.35。

經(jīng)過計(jì)算Q=0.278×0.35×111.8×0.16=1.74 m3/s。

在石籠谷坊壩頂開設(shè)溢洪口，溢洪口斷面形式采用矩形，按下式計(jì)算：

Q=Mbh3/2

(5)

式中,Q為設(shè)計(jì)洪峰流量(m3/s)；M為流量系數(shù)，(一般采用1.55)；h為溢洪口寬度，取3.5 m；b為溢流口水深，取0.5 m。

經(jīng)過計(jì)算Q=1.55×3.5×0.53/2=1.92 m3/s。滿足過流要求。Q1

2.4 生態(tài)袋谷坊設(shè)計(jì)

1)設(shè)計(jì)與施工

本次設(shè)計(jì)選取團(tuán)山溝村老院溝里進(jìn)行典型設(shè)計(jì)。溝長166.8 m，平均溝深1.3 m，平均溝寬5.24 m，溝道比降為4.16%，溝道面積873.77 m2，為小型溝道。

2)措施設(shè)計(jì)

根據(jù)溝道實(shí)際斷面尺寸，共設(shè)計(jì)兩種高度生態(tài)袋谷坊，其中2 m高谷坊13座，1.5 m高谷坊12座。

2)谷坊間距

采用公式(4)計(jì)算

L= H/i-i’=1.0/(4.16%-0.8%)=29.76 m

3)谷坊數(shù)量

考慮實(shí)際地形(斷面尺寸)，最終確定谷坊座數(shù)為5座。

4)谷坊來水量

采用公式(1)計(jì)算，I取111.8 mm；F取0.08 km2。K取0.35。

經(jīng)過計(jì)算Q=0.278×0.35×111.8×0.08=0.87 m3/s。

在石籠谷坊壩頂開設(shè)溢洪口，溢洪口斷面形式采用矩形，按公式(5)計(jì)算

式中，B為溢洪口寬度，取1.0 m；H為溢流口水深，取0.5 m。

經(jīng)過計(jì)算Q=1.55×1.8×0.53/2=0.98 m3/s。滿足過流要求。

Q1

5)生態(tài)袋指標(biāo)

(1)生態(tài)袋規(guī)格：熱軋無紡布生態(tài)袋，820mm×430mm，裝土后規(guī)格600 mm×300 mm×150 mm。

(2)生態(tài)袋技術(shù)指標(biāo)詳見表1。

表1 生態(tài)袋技術(shù)指標(biāo)

6)工程量統(tǒng)計(jì)

該項(xiàng)目共有4條溝布設(shè)生態(tài)袋谷坊，數(shù)量為25座，總長度157.5 m。詳見表2。

表2 工程量統(tǒng)計(jì)

2.5 柳樁護(hù)岸

對(duì)于溝道沖刷較輕，植被覆蓋較好，水分條件較好的溝道，為了增加溝底及岸坎防沖，設(shè)計(jì)進(jìn)行柳樁護(hù)岸進(jìn)行防護(hù)。

本次設(shè)計(jì)選取房廠溝進(jìn)行典型設(shè)計(jì)。本溝溝長345.3 m，平均溝深0.8 m，平均溝寬5.84 m，溝道比降為3.5%，溝道面積2 016.86 m2，為小型溝道。

設(shè)計(jì)沿溝底線兩側(cè)向溝坡打埋柳樁，每側(cè)為3排，排間距為0.5 m，樁間距為0.5 m，樁與樁呈品字形交錯(cuò)擺放。同時(shí)在埋好的柳樁之間用柳條進(jìn)行編籬，寬度為0.05 m，高度為0.2 m，增加防沖能力。柳樁護(hù)岸布設(shè)以不破壞原有植被和邊坡為原則，如確需進(jìn)行邊坡修整，以最小破壞為原則。

2.6 石籠護(hù)岸

對(duì)來水量大、沖刷較嚴(yán)重的溝道，設(shè)置石籠護(hù)岸，對(duì)溝道進(jìn)行保護(hù)，減少水流對(duì)耕地的沖刷，保護(hù)耕地。

2.6.1 典型設(shè)計(jì)

選取西豐溝進(jìn)行典型設(shè)計(jì)，溝長為143 m，平均溝寬為4.4 m，平均溝槽深度為0.8 m，溝槽比降為2.26%。設(shè)計(jì)石籠護(hù)岸為本溝全段雙側(cè)。

2.6.2 石籠護(hù)岸工程布設(shè)及工程量

項(xiàng)目共鋪設(shè)25條排水溝，用石籠護(hù)岸，總長度16.50 km，開挖總土方量為59 984.92 m3，布設(shè)石籠41 108 m3，鋪設(shè)無紡布73 065.9 m2。

2.7 生態(tài)袋護(hù)岸

對(duì)于溝道沖刷較輕，植被較好的溝道布設(shè)生態(tài)袋護(hù)岸增加植被蓋度，減輕沖刷。

2.7.1 典型設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)選取郝家街橋下進(jìn)行典型設(shè)計(jì)。本溝長876.2 m，平均溝寬為8.23 m，平均溝深為1.5 m，溝道比降3.98%。本溝分為橋下和橋上兩部分，本次設(shè)計(jì)部分為橋下部分，總長度為雙側(cè)248 m。

2.7.2 生態(tài)袋護(hù)岸工程布設(shè)及工程量

工程共在1條溝道布設(shè)生態(tài)袋護(hù)岸，總長度248 m，需要生態(tài)袋127.72 m3。

3 結(jié)語

本次溝道均位于耕地中，溝底作為排水通道，流速較快，因此，必須加強(qiáng)溝底的防護(hù)，阻滯徑流出溝速度，降低沖刷。設(shè)計(jì)在溝底建設(shè)谷坊群，攔蓄徑流，根據(jù)溝道的特點(diǎn)本次設(shè)計(jì)布置石籠谷坊、柳谷坊及生態(tài)袋谷坊三種形式。其中溝道較深，溝底下切嚴(yán)重的溝道布設(shè)石籠谷坊。對(duì)于溝道發(fā)育較慢，下切較輕的溝道布設(shè)柳谷坊及生態(tài)袋谷坊；針對(duì)溝道垮塌及沖刷嚴(yán)重區(qū)域布設(shè)石籠護(hù)岸，減少?zèng)_刷。對(duì)于溝道沖刷較輕，植被較好的溝道布設(shè)柳樁護(hù)岸、生態(tài)袋護(hù)岸，增加植被蓋度，減輕沖刷。對(duì)于溝道較淺，比降較小的支毛溝進(jìn)行秸稈填溝，恢復(fù)耕地；對(duì)于溝道較緩，水分條件較好的溝道布設(shè)柳編護(hù)溝，增加渠道覆蓋率并減少徑流侵蝕，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)周邊作業(yè)路情況，對(duì)破損的作業(yè)路進(jìn)行修建，根據(jù)實(shí)際情況修建涵洞，實(shí)現(xiàn)綜合治理。