坡改梯土石結(jié)合田坎的特點(diǎn)和效果

趙 寧

(漢陰縣水利局,陜西 漢陰 725100)

坡改梯土石結(jié)合田坎的特點(diǎn)和效果

趙 寧

(漢陰縣水利局,陜西 漢陰 725100)

坡改梯；土石坎；經(jīng)濟(jì)效益；科技推廣；漢陰縣

坡改梯田坎的筑坎方式主要有土坎和石坎兩種。漢陰縣近幾年經(jīng)過(guò)不斷探索，設(shè)計(jì)出一種半石半土結(jié)合的筑坎工藝。土石結(jié)合田坎的下部為石坎、上部為土坎，這種筑坎工藝比土坎的穩(wěn)定性高、節(jié)約土地，比石坎節(jié)省材料和投資，并且能改造成高標(biāo)準(zhǔn)的水田，提高土地產(chǎn)出率。土石結(jié)合田坎在當(dāng)?shù)亟?jīng)多年運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有較高的推廣運(yùn)用價(jià)值。

1 基本概況

漢陰縣位于陜西南部秦巴山區(qū)，地屬安康市，位于東經(jīng)105°11′～108°44′、北緯32°33′～33°09′之間，屬北亞熱帶氣候區(qū)，夏季炎熱多雨，冬季干燥，秋涼濕潤(rùn)、連陰雨多。多年平均氣溫15.1 ℃，無(wú)霜期258 d，多年平均降水量810 mm，多年平均徑流量5.4億m3。土壤類型以黃棕壤土、黏土、砂黏土為主，黃棕壤土占全縣土類的85%。

漢陰縣有14個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，179個(gè)村，總?cè)丝?0.6萬(wàn)人，農(nóng)村人口26.2萬(wàn)人，總面積1 347 km2，耕地面積33 738 hm2，其中水田9 461 hm2、大于5°坡耕地19 993 hm2、其他4 284 hm2，林地面積8 801 hm2，林草覆蓋率65%。全縣水土流失面積641.1 km2，占全縣總面積的48%，屬中度水土流失區(qū)，水土流失主要發(fā)生在坡耕地。

漢陰縣坡耕地面積大，人均占有基本農(nóng)田面積少，因而實(shí)施坡改梯工程既能保證人均口糧，又能使水土流失得到有效治理。目前坡改梯筑建田坎主要有土坎和石坎兩種。漢陰縣土壤主要為黃棕壤土，土坎田坎滲水能力差，遇強(qiáng)降雨，土壤含水率達(dá)到飽和狀態(tài)后極易垮塌，因而土坎田坎往往被描述為“一年修，二年垮，三年是個(gè)平塌塌”。石坎田坎穩(wěn)定性相對(duì)較好，但是受石料開采限制，石料大多需在市場(chǎng)購(gòu)買，成本高，對(duì)筑坎技術(shù)要求也高，而且修成后不能利用石坎發(fā)展田坎經(jīng)濟(jì)作物。

根據(jù)以上情況，漢陰縣在坡改梯中探索了半石半土結(jié)合的筑坎工藝，俗稱土石坎，經(jīng)多年運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)效益較為顯著。

2 土石坎的結(jié)構(gòu)

土石坎的下部為石坎，上部為土坎(圖1)，石坎高度為田坎總高度的1/2～2/3，土坎高度為總高度的1/3～1/2。石坎基礎(chǔ)深度為30～40 cm，側(cè)坡比為1 ∶0.3，頂寬50 cm，基礎(chǔ)寬度由砌筑高度而定。石坎頂以上夯實(shí)土坎，土坎側(cè)坡比為1 ∶0.5，土坎與田面的回填土相結(jié)合，形成一個(gè)整體，防止雨水侵蝕田坎，有效控制田坎土壤含水率，增強(qiáng)了田坎穩(wěn)定性。

圖1 土石坎構(gòu)造(mm)

3 土石坎的特點(diǎn)

3.1 比土坎結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，占用耕地少

我們對(duì)石坎與土坎進(jìn)行穩(wěn)定分析比較。在對(duì)石坎進(jìn)行穩(wěn)定分析計(jì)算時(shí)，可以引用土壓力公式朗肯理論和庫(kù)侖理論公式，其理論條件是把其作為一個(gè)剛性的整體圬工體，而干砌石圬工體屬于松散結(jié)構(gòu)體，把其作為剛性圬工體進(jìn)行穩(wěn)定性分析時(shí)，計(jì)算結(jié)果顯然大于結(jié)構(gòu)體的真實(shí)狀況，故干砌石結(jié)構(gòu)以土坡穩(wěn)定分析進(jìn)行計(jì)算較符合工程實(shí)際。對(duì)土石坎與土坎采用土坡穩(wěn)定分析的瑞典圓弧法進(jìn)行穩(wěn)定性分析，公式為[1]

(1)

其中

τf=σtgφ

(2)

式中：Fs為土坡穩(wěn)定安全系數(shù)；τf為土的抗剪強(qiáng)度，kN；L為滑弧長(zhǎng)度，m；w為土體容重，kN/m3;d為滑動(dòng)力臂，m；σ為法向應(yīng)力，kN；φ為內(nèi)磨擦角，(°)。

現(xiàn)取相同單位體積進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算，已知干砌石容重23 kN/m3,當(dāng)?shù)攸S棕壤土飽和容重32 kN/m3，黃棕壤土內(nèi)摩擦角φ=18°，干砌石內(nèi)磨擦角φ=38°。把以上參數(shù)代入公式，土石坎穩(wěn)定安全系數(shù)為

(3)

(4)

(5)

從比較結(jié)果看，石坎穩(wěn)定性是土坎穩(wěn)定性的3.4倍。

經(jīng)過(guò)幾十年的農(nóng)田基本建設(shè)，漢陰縣10°以下坡耕地基本改造成水平梯田，目前坡改梯建設(shè)主要在10°～15°坡耕地上進(jìn)行。以10°坡耕地改造成田面寬6m、田坎高1.5m的水平梯田為例進(jìn)行分析[2](斷面尺寸見圖1)：1.5m高的土石坎，石坎高0.8m(h1)、土坎高0.7 m(h2)。取1 m 長(zhǎng)度為計(jì)算單元。土石坎占用土地面積為(0.5+0.3×0.8+0.5×0.7)×1=1.09 m2；若是1.5 m高的土坎(圖2)，其占用土地面積(0.5+1.5×0.5)×1=1.25 m2。分析計(jì)算得，土石坎比土坎的土地利用率高12.8%。

圖2 土坎構(gòu)造(mm)

3.2 比石坎節(jié)約材料和投資

仍以10°坡耕地改造水平梯田，田坎高1.5 m為例：總高1.5 m的土石坎，石坎高0.8 m，每米干砌石量0.5 m3；全石坎砌筑田坎1.5m高，每米干砌石量1.1 m3(圖3)。得出土石坎石料用量是全石坎的45%，投資也節(jié)約45%左右?？梢?，對(duì)坡耕地進(jìn)行改造，采取不同的筑坎方式，所消耗的材料量與投資也大不相同，采用土石坎復(fù)合筑坎方式將大大節(jié)約材料與投資。

圖3 石坎構(gòu)造(mm)

3.3 能改造成高標(biāo)準(zhǔn)水田

漢陰縣屬亞熱帶氣候，一年兩季作物，夏季主要為水稻，當(dāng)?shù)厝罕妼?duì)有條件的耕地盡可能改造成水田，在陜南有俗話“山有多高，水就有多高”。耕地改造成水平梯田并配套灌溉設(shè)施，就可建成高產(chǎn)水田。全石坎梯田空隙大不能保水，土坎梯田變水田后，田坎經(jīng)水浸泡易垮塌，而土石坎梯田由于下部石坎能防水浸泡，上部土坎與田面土結(jié)合為一個(gè)整體，能有效保水，故土石坎梯田最適宜改造成水田。

4 土石坎施工中的注意事項(xiàng)

做土石坎基礎(chǔ)施工要求挖去浮土，坎基清理到石底或硬土層，平臺(tái)應(yīng)成倒坡，平整的大石塊砌在底層和外側(cè)，上層要壓住下層石縫，石塊之間的咬口要連接，不能堆砌和留空洞。石坎以上的土坎要分層壓實(shí)，每層填土10～15 cm，敲碎壓實(shí)為7～12 cm，當(dāng)遇田面回填土?xí)r應(yīng)同步進(jìn)行壓實(shí)，使上部土坎與水平梯田結(jié)合為一個(gè)整體。田坎頂要求高出水平梯田田面10～20 cm,以有效防止田面積水對(duì)土坎沖刷，也便于改造成水田。

5 結(jié) 語(yǔ)

土石坎水平梯田兼顧了土坎和石坎的優(yōu)點(diǎn)，既能節(jié)約材料與投資，又能改造成高標(biāo)準(zhǔn)水田，提高土地產(chǎn)出率，現(xiàn)在已成為漢陰縣最主要的水平梯田田坎筑坎方式，值得推廣應(yīng)用。

[1] 馮國(guó)棟.土力學(xué)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1984：165.

[2] 《長(zhǎng)江流域水土保持技術(shù)手冊(cè)》編輯委員會(huì).長(zhǎng)江流域水土保持技術(shù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1999：86-89.

(責(zé)任編輯 王 琦)

S157.31

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1000-0941(2015)08-0043-02

趙寧(1973—)，男，陜西漢陰縣人，工程師，主要從事水土保持設(shè)計(jì)、施工管理等工作。

2015-03-11