拜泉縣興國鄉(xiāng)侵蝕溝治理設(shè)計與施工

劉 蕾，張 瑩，陳庭煜

(黑龍江省農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)設(shè)計所,黑龍江 哈爾濱 150001)

1 基本資料

拜泉縣位于黑龍江省西北部，因縣城西部的巴拜泉子而得名。幅員面積3599 km2，經(jīng)濟發(fā)展以農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)為主，主要種植玉米、雜糧、大豆等農(nóng)作物，是國家重點農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)基地和糧食主產(chǎn)區(qū)。項目區(qū)分別位于拜泉縣西部和東南，距縣城平均18 km，位于202國道兩側(cè)，項目涉及富強鎮(zhèn)和興國鄉(xiāng)的自立村、合順村、興國村2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的4個行政村，地理位置為東經(jīng)126°05′～126°21′，北緯47°28′～47°36′之間，項目區(qū)總面積4933.3 hm2，其中耕地面積2866.7 hm2，林地面積760.0 hm2，其它占地1306.7 hm2。

2 侵蝕溝治理

拜泉縣區(qū)域溝壑發(fā)育, 使原有的土地割裂, 產(chǎn)生的侵蝕溝會造成地塊支離破碎, 地面平整度下降, 土層變薄, 土壤肥力降低[1], 導(dǎo)致可利用土地逐年減少, 嚴重制約著農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展。為了加快東北黑土區(qū)侵蝕溝治理步伐，拜泉縣將侵蝕溝治理與黑土區(qū)保護、生態(tài)環(huán)境改善、糧食安全保障和農(nóng)業(yè)發(fā)展等有機結(jié)合, 從而更好地促進地方經(jīng)濟快速發(fā)展[2]。

本次規(guī)劃溝道屬于侵蝕溝，溝較長，深度較大，較陡，溝壑類型為發(fā)展溝，集水面積較大，需采取工程措施與生態(tài)水保措施相結(jié)合治理[1]。結(jié)合現(xiàn)狀和當(dāng)?shù)刂卫斫?jīng)驗，本方案治溝綜合措施為削坡、連續(xù)式土柳跌水、土柳谷坊、干砌石、水土保持林谷坊相結(jié)合，以工程措施攔截徑流、淤滯泥沙，以林草措施蓄水固土，群體防護，分段攔蓄[3]。

2.1 侵蝕溝削坡治理

(1)實施部位：重力侵蝕強烈部位，一般分布在溝道崩壁臨空面。

(2)溝道削坡斷面設(shè)計。溝道削坡系防治水土流失的水土保持工程，一般順等高線方向?qū)⑵旅嫘蕹瑟M窄的臺階狀臺面，以達到削坡減載，保持坡面穩(wěn)定的目的，為后期耕作創(chuàng)造良好條件[4]。根據(jù)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)條件、流域土壤物理特性及其邊坡穩(wěn)定系數(shù)(安息角)的適用范圍，削坡斷面設(shè)計為：階面寬度1～1.5 m，階面高差0.3～0.5 m，斜坡比降為1∶1.5。其斷面設(shè)計圖如圖1所示。

圖1 溝道削坡斷面設(shè)計圖

(3)削坡工程量計算公式

V=0.5LH

(1)

L= cotαH

(2)

α=arctan[h/(B/2+h/i)]

(3)

式中：L為單位長度溝道動土量，m3/m；H為溝道深度，m；V為削坡寬度，m；α為平均削坡傾角，rad；B為階面寬，m；h為階差高度，m；i為水平階側(cè)坡比降。

(4)削坡施工程序為：①定線：沿等高線方向定基線；②清基：根據(jù)定好的基線，將溝岸一側(cè)的表土進行剝離，剝離寬度約為溝深的2～3倍，該土進行堆置備用；③整形：以坡中間部位作為分界點，采用人工自溝緣頂部上挖下填，盡力做到挖填平衡，然后進行修整坡角，以30°～45°為宜；④修階：從溝緣頂部開始修第一階，自上而下依次類推，最后將堆置表土覆蓋于母質(zhì)層裸露的水平階面上，保證覆土厚度0.5～1.0 m，以利植物生長。其施工工序如圖2所示

圖2 溝道削坡施工工序示意圖

2.2 土柳跌水防護

跟椐本縣多年治理水土流失的經(jīng)驗，結(jié)合本地實際情況，在侵蝕嚴重的溝頭，將陡坡削成緩坡，在坡面上布置多道生物跌水。防御標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇3～6 h最大降雨強度。

單項設(shè)計侵蝕溝溝頭平均周長40 m，平均底寬10 m，平均深2 m。坡面比降為1∶2。每間隔50 cm布設(shè)一道土柳樁埂，其間平鋪一排柳條。

在溝頭已削成規(guī)定的坡度位置，垂直于水流方向，挖溝0.5 m深，將成捆柳條枕置于溝中，上平鋪一排60 cm長的柳條，柳尖朝上，過枕10 cm，上覆土30 cm左右，人工壓實，以便明年發(fā)芽生長。然后再在其上置柳條枕，枕上每隔1.0 m釘木樁，樁桿長1.8 m，埋深0.8 m，地面露出1.0 m。柳樁間用細柳枝編籬。用鉛絲將前后柳樁聯(lián)系綁牢，使之成為整體，加強抗沖能力。其俯視圖如圖3所示。

圖3 土柳跌水俯視圖

施工注意事項：①必須按各部位尺寸把柳條捆扎結(jié)實；②在基礎(chǔ)上必須普遍鋪一層廄糞，柳條捆之間也用廄糞填實，防止沖刷，利于柳條成活；③開挖基槽必須是挖方；④竣工后需要覆蓋0.3 m表土，利于柳條成活；⑤最好把消力池與谷坊工程結(jié)合起來，效果更好。

2.3 土柳谷坊

土柳谷坊也是拜泉縣治理侵蝕溝成功的治理方法之一，即先用推土機把V型侵蝕溝進行削坡整形，形成寬淺式的U型溝，然后在溝底預(yù)留水道設(shè)計一條土柳生物帶，即防止溝底下切，溝壑發(fā)展。

(1)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：10 a一遇3～6 h最大降雨強度。

(2)適用范圍：適用于集水面積較小、坡緩、溝底淤泥和沙較多的溝中修筑。

(3)土柳谷坊斷面設(shè)計：由于谷坊材料在承受水壓力時，會發(fā)生彈性變形且有透水性，因此目前沒有明確的安全計算方法，故不進行安全計算。根據(jù)有關(guān)資料及實際工作經(jīng)驗，設(shè)計時選取溝底比降I=1/25，溝寬B=10 m，設(shè)計壓柳谷坊頂寬b=2 m，谷坊高H=0.8 m，上游坡比m1=1.5，下游坡比m2=1，斷面如圖4所示。

圖4 壓柳谷坊斷面圖

谷坊間距的確定：按照頂?shù)紫嗾盏脑瓌t、谷坊間距：L=H/I,經(jīng)計算L=20 m。

(4)土柳谷坊施工及管護：①定線：根據(jù)規(guī)劃測定的谷坊位置(壩軸線)，按設(shè)計的谷坊尺寸，在地面劃出壩基輪廓線；②清基：將輪廓線以內(nèi)的浮土、草皮、亂石、樹根等全部清除；③打樁：以壩軸線為中心，從溝底至兩岸溝坡開挖結(jié)合槽，每隔2.0～4.0 m釘入木樁，寬深各0.5～1.0 m，呈品字形排列，樁高1.5～2.0 m，釘深1.0 m，敷土夯實(每座谷坊釘兩層木樁，第一層打入溝底，第二層打入谷坊1.0 m高的中部)；④固定：按設(shè)計要求，用鐵線將柳條捆扎成直徑30 cm的柳捆，根向外(迎水面)梢向里，依次平鋪，鋪滿即為第一層，鋪一層柳條捆壓一層土，迎水面壓土夯實。用8#鐵線將各柳捆串連并與木樁捆綁固定，在每層柳捆上覆蓋30 cm厚黃黏土，踏實。依次堆高谷坊(相鄰兩層柳捆交錯放置)；⑤管護：土柳谷坊竣工后需要在側(cè)坡覆蓋30 cm表土，以利于柳條成活。

2.4 干砌石谷坊

干砌石谷坊主要適用于溝底為石質(zhì)或砂石土質(zhì)的侵蝕溝上，一般修筑在溝底。根據(jù)有關(guān)資料及實際工作經(jīng)驗，谷坊斷面尺寸選取高1.5～2.0 m，頂寬0.8～1.0 m，迎水坡1∶0.2，背水坡1∶0.8。

干砌石谷坊在施工時首先要清基，清除溝床上的風(fēng)化物至堅實的母質(zhì)土上，溝底要修成階梯狀，兩側(cè)要嵌入溝幫0.5～1.0 m，谷坊可用粗料石填筑，內(nèi)部用塊石砌筑，開始選用大塊石料填筑，自下而上分層壘筑，上下層石料要分層錯縫搭接牢固，盡量縮小塊石間隙，防止塊石單擺浮擱。

2.5 水土保持林工程

本工程水土保持林包括溝底防沖林、坡面防護林兩種形式, 溝底防護林選擇根蘗性強的灌木, 溝坡防護林選擇耐瘠薄的灌木[5]。

溝底防沖林：穴狀整地, 栽植柳樹, 栽植密度為株距1.0 m, 行距1.0 m。

溝坡防沖林：穴狀整地, 栽植紫穗槐, 栽植密度為株距1.0 m, 行距1.0 m。

2.6 其他輔助工程

(1)生產(chǎn)道路設(shè)計。設(shè)計生產(chǎn)道路路面寬度3.0 m, 生產(chǎn)道路采用散排水, 路面由高處向低處設(shè)置0.2%橫坡。

(2)過水路面。過水路面結(jié)構(gòu)形式為混凝土路面。其中面層為C25混凝土厚度為0.22 m, 墊層為0.30 m漿砌片石, 基層為0.10 m砂礫墊層, 垂直水流方向修建趾墻, 趾墻埋深1.50 m, 寬度為0.40 m。

(3)過水涵洞。本次設(shè)計涵洞形式為混凝土圓管涵。混凝土管直徑為Φ800, 管內(nèi)徑0.8 m, 管壁厚80 mm, 單節(jié)長度為2 m, 共設(shè)置2節(jié)。在涵管進出口處和接縫處鋪設(shè)漿砌石墩, 上鋪設(shè)預(yù)制混凝土管, 管上覆土夯實, 填土厚度視當(dāng)?shù)鼐唧w情況而定 (工程量計算按填土厚度為30 cm計算) , 最后澆筑30 cm厚C25混凝土蓋板, 兩側(cè)設(shè)漿砌石擋墻。

3 結(jié) 語

通過幾年來的實踐證明，在治理侵蝕溝的工程中，不能只注重治理溝道數(shù)量而忽略工程質(zhì)量、降低溝道治理工程的標(biāo)準(zhǔn)，只有將溝頭防護、削坡、谷坊等工程措施與種植樹林等生態(tài)措施相結(jié)合，發(fā)揮群體優(yōu)勢，才能有效減少坡面徑流，避免溝道沖寬與下切方，最后使溝床趨于穩(wěn)定、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件改善、水土流失得到抑制，社會效益明顯提高，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施顯著加強，生態(tài)環(huán)境得以改善。