桓仁縣坡耕地工程總體布置與措施設計分析

李 勇

(桓仁滿族自治縣水土保持站，遼寧 本溪117200)

1 工程概況

2013年中央預算內(nèi)水土保持工程桓仁縣國家坡耕地綜合治理工程位于本溪市桓仁縣。工程共分為普樂堡鎮(zhèn)梨樹、大青溝工程區(qū);二棚甸子鎮(zhèn)的二棚甸子、巨戶溝、四道嶺子工程區(qū);桓仁鎮(zhèn)的五道河子、六道河子工程區(qū);黑溝鄉(xiāng)的大川、黑溝工程區(qū);古城鎮(zhèn)的岔路子、古城子新江工程區(qū);北甸子鄉(xiāng)的英英溝工程區(qū)以及鏵來鎮(zhèn)的碑登工程區(qū)等14個工程區(qū)。工程規(guī)劃治理坡耕地面積740.00 hm2。工程區(qū)坡耕地面積較大，相對集中連片，地形地貌基本一致。

2 總體布置

項目區(qū)本著“因地制宜、注重效益”方針，以水土資源的可持續(xù)利用和環(huán)境資源的可持續(xù)維護為目的，以發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟、特色產(chǎn)業(yè)、農(nóng)民脫貧致富為目標，合理利用土地資源，優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，提高商品意識，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，當前利益與長遠利益兼顧，生態(tài)效益與經(jīng)濟效益相結(jié)合的原則。在項目區(qū)主要布設梯田，同時建設布設田間作業(yè)路。

2.1 土坎梯田工程

本項目區(qū)為低山丘陵區(qū)，布置田塊應結(jié)合地形情況而定。本次規(guī)劃梯田均沿等高線布置，田面形狀呈長方形或帶形，大彎就勢，小彎取直，以適應機耕作業(yè)的要求。本著上述原則本區(qū)田塊布局沿著等高線方向修筑梯田。相鄰梯田田面高差在1 ～3 m，局部高地和淺溝利用推土機找平，人工筑埂打平夯實。建設梯田埂，其頂寬0.30 m。田塊的平面形狀為沿等高線呈帶狀。地塊長短不一，一般在50 ～800 m左右。

2.2 石坎梯田工程

石坎水平梯田是治理坡耕地水土流失的重要措施，是改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，發(fā)展集約高效農(nóng)業(yè)的主要途徑，水平梯田多在坡耕地上修建。通過坡耕地人工修整田面，建成水平式臺階田塊，達到切斷徑流、蓄水保土保肥的功效。每塊梯田的田寬應盡量一致，要本著大彎就勢，小彎取直的原則，田塊長度應盡量達到200 m以上，以便于機械耕作［1］。

2.3 道路工程

由于項目區(qū)原有生產(chǎn)道路不能滿足生產(chǎn)、施工等要求，本此規(guī)劃修筑作業(yè)路，以利于生產(chǎn)。新修作業(yè)路結(jié)合地形布設，并與現(xiàn)有道路連接。

3 梯田工程設計分析

本項設計地塊為土坎與石坎水平梯田。

3.1 梯田布置

在確定了梯田的地點、數(shù)量的基礎(chǔ)上合理設計梯田，使其既方便耕作，又能充分發(fā)揮蓄水保土作用。梯田埂應平行于等高線布設，以減少修筑梯田的工程量。為了便于耕作，每塊梯田的田寬應盡量一致，沿地埂長度方向要本著大彎就勢，小彎取直的原則，順直地塊。盡量利用已有的田間工程，以節(jié)省工程投資。

3.2 田面設計

通過與工程區(qū)農(nóng)民座談加上外業(yè)調(diào)查決定，在成形的幾種梯田斷面形式中，本次主要選擇石坎與土坎水平梯田。各工程區(qū)內(nèi)現(xiàn)存的梯田都為水平梯田，農(nóng)民對水平梯田的認可度比較高。

本工程主要選擇了5° ～10°坡耕地修建梯田，各工程區(qū)地塊的土層厚度都能滿足水平梯田的建設，因此，梯田設計田面選擇水平田面。

由于各工程區(qū)土地資源匱乏，工程的實施要盡量少占耕地和土壤資源，以減少農(nóng)民在工程建設中的抵觸，進一步為工程區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)降低征占地帶來的協(xié)調(diào)工作量，通過外業(yè)調(diào)查，各工程區(qū)內(nèi)塊石資源豐富，本工程梯田田坎主要選擇干砌塊石斷面，通過穩(wěn)定性、斷面最小和占地最省3個條件進行分析，選擇了最優(yōu)的直角梯形斷面。

在部分土層較厚土壤團聚力較強的地塊選擇土坎梯田斷面。另外，由于梯田田坎斷面較小，在田坎上種植的小灌木距離莊家的很近將直接與莊家爭水爭肥，不利于田坎前后的莊家生長。由于工程區(qū)降雨充沛，從現(xiàn)場了解到工程完工后各田坎周邊的雜草將很快進入，在田坎上生長增加田坎的穩(wěn)定性，因此田坎上將不再增加植物措施。

3.3 田坎設計

3.3.1 土坎梯田的田坎設計

根據(jù)工程區(qū)坡地的坡度及土質(zhì)情況，確定梯田田坎高0.7 ～1.0 m，并選定的田面寬和田坎外側(cè)坡度，田坎線沿等高線布設。

田坎高度計算公式為:

田坎占地損失計算公式為:

梯田田埂高度根據(jù)能攔蓄10 a一遇6 h暴雨所產(chǎn)生的徑流為原則來核算確定。工程區(qū)10 a一遇6 h最大暴雨為91.87 mm，徑流系數(shù)為0.45，田埂安全超高取0.1 m，埂頂寬取0.3 m，坎高按0.7 ～1.0 m、田面按8.0 m計算。田邊蓄水埂設置為梯形斷面，埂高0.3 m，頂寬0.3 m，內(nèi)外邊坡均比為1∶1。

田埂高度計算公式為:

式中:Ψ 為徑流系數(shù)，根據(jù)集水區(qū)立地條件確定，取0.45;h1為10 a 一遇6 h 最大暴雨，經(jīng)計算為91.87 mm;△為田埂安全超高，取0.1 m。3.3.2 石坎梯田的田坎設計

根據(jù)工程區(qū)坡地的坡度及土質(zhì)情況，確定梯田田坎高介于0.7 ～1.0 m，并選定的田面寬和田坎外側(cè)坡度，田坎線沿等高線布設，面寬度按10 m設計，采用人工進行平整。

3.3.2.1 石坎高度、田面寬度、石坎長度計算

計算公式為:

式中:B 為田面寬度，m，取機械播幅整倍數(shù)加地邊埂占地寬度根據(jù)地面坡度和機耕作業(yè)趟數(shù)的需要，田面寬取10 m;BL 為田面斜寬，取10.34 m;H 為石坎高度，取0.9 m;α 為坡面坡角，取5°;β 為田坎側(cè)坡角，取70°;L 為每hm2田坎長度，m。

3.3.2.2 埂坎斷面

參照《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范》梯田斷面設計，取梯田埂坎高0.3 m，頂寬0.3 m。

3.3.2.3 混凝土壓頂

根據(jù)現(xiàn)場實際勘查，現(xiàn)有的石坎梯田均有一層混凝土壓頂，平均厚度為5 cm，本次設計對石坎梯田布設混凝土壓頂，頂寬30 cm，厚度為5 cm。設計詳見圖1。

圖1 石坎梯田斷面設計圖

3.3.3 工程量計算

水平梯田工程量V 計算:

3.3.4 水平梯田單寬攔蓄量校核

3.3.4.1 梯田坡面單寬徑流量W1 計算計算公式為:

式中:W1為原坡面單寬徑流量，m3;F1為單位寬度原坡面面積(F1= B 梯田毛寬×1 =10m2);h1為10 a1 遇最大6 h雨強c為徑流系數(shù)(取0.45，根據(jù)集水區(qū)立地條件確定)。

經(jīng)計算:W1=10 ×0.09187 ×0.45 =0.413m3

3.3.4.2 梯田石埂攔蓄水量W2計算

計算公式為:

式中:F2為單位寬度梯田田面面積;(F2= B 田面凈寬－B 埂坎占地=9.4 m2)注:B 埂坎占地=田埂底寬+ 田埂高(坡比1∶1);d 為梯田埂坎高度(0.3 m)。

經(jīng)計算:W2=2.82 m3

3.3.4.3 單寬徑流量W1 與單寬田埂攔蓄量W2校核

兩者比較W1 ＜W2，故梯田斷面規(guī)格滿足攔蓄設計頻率徑流量的要求。

3.3.5 田埂穩(wěn)定性計算

3.3.5.1 基本參數(shù)

土壤濕容重1.8 t/m3，內(nèi)摩擦角30°，地基為堅硬巖石面，砌體與基巖的摩擦系數(shù)取0.7，砌體容重為22 kN/m3，墻底摩擦系數(shù)μ =0.45，主動土壓力系數(shù)Ka =0.473，基底容許承載力［σ0］=180 kPa。

梯田埂坎高度:d =0.3 m，田埂基礎(chǔ)0.3 m，石坎高度:H =1.0 m，田坎頂寬B =0.3 m。

3.3.5.2 土壓力計算

1)Pa = 0.5 × Υh2× ka =2.09 kN/m。

2)水平土壓力Pax =Pa ×cos(δ +ε)=1.24 kN/m。

3)垂直土壓力Pay =Pa ×sin(δ +ε)=1.67 kN/m。

3.3.5.3 田埂自重計算

3.3.5.4 抗滑穩(wěn)定性驗算

Kc = 抗滑力/ 滑動力= μ(W + Pay)/Pax =

3.70 ＞1.30，滿足要求。

3.3.5.5 抗傾覆穩(wěn)定性檢算

1)重力W 力臂:a =0.2。

2)垂直土壓力Pa 力臂:b =田坎頂寬+2/3 ×0.7 ×墻背坡度=0.47。

3)h’= 1/3 × h = 0.23

4)Kt = 抗傾覆力矩/傾覆力矩= (W×a +Pay× b)/(Pax × h’)=8.72 ＞1.50，滿足要求。3.3.5.6 地基承載力驗算

1)作用在基礎(chǔ)底面上總的豎向力N = W + Pay=10.24 kN/m。

2)合力作用點與墻前趾O 點距離:

4)0.5 × (Pmax+ Pmin)= 24.27 ＜σ0=180 kPa，滿足要求。

5)Pmax=29.33 kPa ＞1.2 σ0=216 kPa，滿足要求。

綜上所述，該田坎滿足要求。

3.4 工程量計算

本坡耕地土坎水平梯田治理面積為740.00 hm2，其中新修土坎水平梯田281.20 hm2，土石方量30.89 萬m3。坡耕地石坎水平梯田治理面積為740.00 hm2，其中新修石坎水平梯田458.80 hm2，土方量51.62 萬m3，石方量18.54 萬m3。

4 配套措施設計分析

2013年坡耕地治理工程配套措施只有田間道路工程。田間道路工程設計路面寬度3 m，縱向坡比≤15°，最小轉(zhuǎn)彎半徑≥15m，路面橫向應基本水平，最好中間略高于兩側(cè)，縱向基本取直。道路路面應至少高于田面15 cm，以便路面自然排水。路面可鋪沙礫石，對凸凹不平處路面要利用推土機進行推平，上部鋪設3 cm碎石，然后碾壓塌實。本項工程田間道路設計路面寬3 m，道路總長19.26 km，工程量為5.78 萬m3。

5 結(jié) 語

通過對本溪市桓仁縣的2013年坡耕地治理的總體布設和根據(jù)實地情況，因地制宜地采取治理措施，為坡耕地治理工程建設提供了技術(shù)保障，同時也為同類工程建設提供了參考作用和借鑒意義。

［1］冉茂文. 山區(qū)農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)要重視旱坡耕地綜合治理［J］. 當代貴州，2006(21):35－36.