干砌石谷坊破壞型式分析及防治措施

王振勝，孟祥秋

(1.虎林市亨力達水泥構(gòu)件有限責(zé)任公司，黑龍江 虎林 158400;2.密山市富密灌區(qū)水利水保總站連珠山分站，黑龍江 密山 158300)

干砌石谷坊因取材方便、施工容易、永久性好，被廣泛用于水土保持的沖刷溝治理工程。但完好率不高，普遍存在滲透、漫頂、壩后沖刷等現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致破壞。

筆者根據(jù)多年的施工和管理經(jīng)驗對干砌石谷坊工程常見的幾種破壞型式原因進行分析并提出防治措施。

1 干砌石谷坊工程常見的破壞方式分析

1.1 滲透破壞

1.1.1 壩體滲透破壞

干砌石谷坊建成初期，壩體空隙尚未充填密實，水流通過空隙在壩體內(nèi)橫向或縱向流動，當(dāng)水流穿過壩體，遇到溝岸和溝底時，產(chǎn)生沖刷，出現(xiàn)溝岸滑落，溝底沖坑現(xiàn)行，使干砌石谷坊坍塌、破壞。

1.1.2 輪廓線滲透破壞

當(dāng)壩體通過坡洪挾帶的作物徑葉、草沫等細(xì)小雜物和泥土把壩體空隙堵塞、密實后，由于干砌石谷坊基礎(chǔ)淺、壩肩深入溝岸長度不夠或回填土不密實等，水流在水位差(水頭)的作用下，沿壩體與土壤接觸面的輪廓線滲流性流動，當(dāng)滲流的流速超過土壤的允許滲流流速時，使土壤的應(yīng)力狀態(tài)改變和應(yīng)力特征值的變化，土壤顆粒從小到大逐漸隨滲流流出，產(chǎn)生管涌和流土帶使土體變形，導(dǎo)致谷坊底部或壩肩溝道沖刷，干砌石谷坊塌落、失穩(wěn)。

1.2 壩后沖刷破壞

壩后沖刷主要有谷坊間距過大和消力池(護底、護岸)過短或沒有消力池兩種原因。

1.2.1 谷坊間距過大破壞

谷坊間距過大，下一座谷坊的溢水口高程與上一座谷坊底部(設(shè)計溝底)沒按設(shè)計要求銜接，兩座谷坊間的溝底比降過陡，水流的流速大于溝道允許的不沖流速，使溝底沖刷下切，破壞消力池造成被水面壩基礎(chǔ)沖刷。

1.2.2 消力池過短破壞

沖刷溝一般較寬，谷坊消力池的寬度也較大，溝道來水量較小，一般不能形成水躍底流消能，而是以面流形式直接流下，且水流的水位差較大，一般在1～2.0 m，水流有較大的動能，具有較強的沖刷力。

消力池過短，水流未完全消能就進入土質(zhì)溝道，剩余的能量造成溝底沖刷而逐漸上延，破壞消力池。

1.3 漫頂破壞

當(dāng)溝道來水區(qū)域內(nèi)耕地較多時，谷坊的溢水口容易被作物秸稈、樹木枝葉、雜草等雜物堵塞，水流全壩頂過流，對消力池兩邊的土質(zhì)溝底和溝岸沖刷，出現(xiàn)溝底沖坑和塌岸現(xiàn)象。

2 防治措施

2.1 防滲

干砌石谷坊防滲主要對壩體和輪廓線進行防滲處理。

2.1.1 壩體防滲

壩體防滲主要有2種方法:

2.1.1.1 排水欄雜法

人工填充砌石體內(nèi)的較大空隙，水流通過時將其挾帶的作物碎葉、草沫、懸浮質(zhì)等欄在壩體內(nèi)，使壩體空隙由大到小被逐漸填充，達到密實。稻草是最好的填充材料，造價低、取材容易、耐腐爛性強。施工時第一層基石砌完后，即在石縫間填充稻草，然后填充填縫(餡)石，隨填石填草，填草量以上層快石砌筑時將稻草壓實后剛好坐在下層快石上，避免填草過厚壓不實，影響砌體穩(wěn)定;以后隨砌隨填，直至壩頂。填草樣式見圖1。谷坊砌筑完成后，用剪刀將露出砌體表面的稻草剪掉整形。

2.1.1.2 壩前欄污法

在谷坊的迎水面設(shè)置攔截水流挾帶的雜物、泥土等物質(zhì)的遮擋布，使其密實或在壩前落於，起到壩體防滲作用。遮擋布一般采用無紡布(土工布)或彩條布，無紡布抗風(fēng)化和抗刮、劃性能優(yōu)于彩條布。施工時將遮擋布下部埋入上游溝底基礎(chǔ)和溝岸基礎(chǔ)內(nèi)，隨著砌筑，貼壩體迎水面向上鋪展，鋪過壩頂后，用壩頂?shù)暮髠?cè)砌筑快石壓實。遮擋布式樣見圖2。遮擋布接縫處要用較粗網(wǎng)線縫合。當(dāng)壩高超過2.0 m時要在壩體內(nèi)設(shè)置1.0 m×1.0 m的鉚固8#線對遮擋布進行鉚固，避免遮擋布過高水浸濕后過重而脫落。

2.1.2 輪廓線防滲

輪廓線防滲主要是人工增長水流的滲徑，滿足防止土壤滲透變形的滲徑長度要求，使?jié)B透水流達到穩(wěn)定滲流。方法有:

2.1.2.1 壩前填土法

貼壩上游面填土防滲。一般采用黏土，可不用做滲流計算，按經(jīng)驗填筑即可。填筑高度與壩頂平齊寬0.5 m，坡比1∶1.5。填土要夯實，溝岸要挖溝槽鑲嵌，深度略大于壩體鑲?cè)霚习渡疃取?/p>

2.1.2.2 輔蓋防滲

基礎(chǔ)和兩岸輔蓋防滲一般用黏土輔蓋20 cm，或用兩面掛膜的防雨布(彩條布)做防滲輔蓋，上面回填20 cm以上的土料，防止防雨布風(fēng)化和水流沖刷。沖刷溝是黏性土質(zhì)的，輔蓋長度L=3H，H為谷坊溢水口至溝底高度;沙性土質(zhì)的，輔蓋長度L=5H。在壩基礎(chǔ)與鋪蓋接觸處設(shè)豎向止水，將防雨布貼砌體表面露出地面。

圖1 填草式樣圖

圖2 填草式樣圖

2.2 防止沖刷

2.2.1 設(shè)消力池

干砌石谷坊基礎(chǔ)較淺，壩后抗沖刷能力差，一但壩后土體受到?jīng)_刷將影響谷坊整體穩(wěn)定，所以干砌石谷坊必須設(shè)置消力池和采取基礎(chǔ)防沖刷措施。消力池的寬度、高度和長度根據(jù)谷坊的上下游水位差、設(shè)計流量、溢水口寬度、沖刷溝設(shè)計水深等確定，消力池一般采用明渠干砌石護砌型式，干砌石下輔設(shè)無紡布，防止水流沖刷土體。對溝底寬大于消力池寬度的，需在壩后延壩長方向先輔設(shè)1～2.0 m寬的土工布，然后回填修筑消力池，回填高度與長度略高與和長與消力消高度和長度，無紡布要伸入壩基20～30 cm。

2.2.2 鋪設(shè)無防布

在壩體的基礎(chǔ)、岸邊、消力池等與土壤接觸處均鋪設(shè)無防布(彩條布)，防止通過壩體石縫和消力池滲透的水流沖刷土壤。鋪設(shè)時使無防布略松，避免無防布過緊砌筑快石時壓裂;無防布要大于砌石邊緣0.5 m左右，并平展伸進土內(nèi)，加大防護效果。

2.3 加強管護

加強管護巡查，特別是降雨期間要及時清除攔截在谷坊溢水口和溝道內(nèi)的作物秸稈、樹枝等較大的雜物，避免雜物堵塞溢水口造成漫頂過流，破壞谷坊。

綜上，填充稻草和鋪設(shè)無防布是比較細(xì)致的工作，隱蔽性較強，很容易出現(xiàn)問題。工程技術(shù)人員要加強監(jiān)督，保證施工的程序和質(zhì)量達到設(shè)計要求。

[1] 姜忠惠，金嚴(yán).淺基礎(chǔ)漿砌石谷坊在沖刷溝治理中的應(yīng)用[J].黑龍江水利科技，2009，37(04):294.