小溝道修建梯田地下水處理方案探究

高 長 紅

(陜西省土地工程建設集團有限責任公司銅川分公司，陜西 西安 710075)

1 概述

土地整治是一項保障糧食產(chǎn)量的重要工程活動，是對中國18億畝耕地紅線的保衛(wèi)行動。影響糧食產(chǎn)量的因素有很多，除了經(jīng)常提到的基因工程，還有昆蟲病害、氣象、土質(zhì)營養(yǎng)等因素。在微地形地貌上建設梯田，若不處理好新老接觸面，容易造成很多不良地質(zhì)現(xiàn)象。若前期設計和施工不能引起重視，后期不但會引起產(chǎn)量下降還將導致維護費用增加等問題發(fā)生。

關于小型溝道回填起來的梯田地質(zhì)災害研究幾乎沒有，地下水影響田塊的研究較少，僅李桂元、楊建鋒等[1-6]從地下水的水質(zhì)、運移方面做了研究。高長紅[7]探究了水流下滲在回填土中形成黃土暗穴的機理。

銅川市耀州區(qū)某土地平整工程，項目區(qū)內(nèi)溝壑縱橫，泉眼較多，溝道有常流水。為了避免在新老接觸面新城相對隔水層，以至于后期發(fā)展成滑坡體，應采取工程措施，而抗滑樁造價太高，經(jīng)濟效益不好。而在泉眼附近修建盲溝，排走一部分水源，保持相對隔水層低水量，可以有效降低梯田滑移的風險。同時，由于新土層對水滲透率高，坡體穩(wěn)定性差，降雨后坡體自重增加，容易形成壤中流。處理這類問題，需要做好有組織排水措施。

2 工程環(huán)境

2.1 地形地貌、氣候、水文和水文地質(zhì)

2.1.1地形地貌

項目區(qū)所在耀州區(qū)屬喬山山脈南支，鄂爾多斯臺地南部邊緣。區(qū)內(nèi)地勢西北高而東南低，四面環(huán)山，峽谷區(qū)山高谷深，谷坡陡峭，巖石裸露，地面崎嶇，起伏劇烈，項目區(qū)平均海拔1 250 m，區(qū)內(nèi)溝壑縱橫，山巒重疊，植被蔥郁。

2.1.2氣候條件

項目區(qū)屬暖溫帶大陸性半干旱半濕潤氣候區(qū)，主要特點是：四季冷暖干濕分明，冬季寒冷干燥少雨雪，春季常發(fā)生干旱、寒潮和霜凍，夏季雨量大而集中，初秋陰雨多而晚秋晴朗。年均氣溫12.3 ℃，極端最高氣溫39.7 ℃，極端最低氣溫-16 ℃，年均降水量554.5 mm，54%集中在7月～9月這三個月，平均無霜期206 d～208 d。全年太陽總輻射量為127.6 kcal/cm2，年平均日照2 356.6 h，光能資源比較豐富。

2.1.3水文和水文地質(zhì)

項目區(qū)境內(nèi)有沮河，屬于渭河水系石川河的源頭河流，流域地勢西北高，東南低，平均海拔高程1 100 m，先后流經(jīng)耀州區(qū)廟灣鎮(zhèn)、柳林鎮(zhèn)、瑤曲鎮(zhèn)、關莊鎮(zhèn)，在耀州城區(qū)南與漆水河匯流，并入石川河。沮河河道總長度77 km，流域面積915 km2，河床平均比降10.5‰。在沮河中下游馬咀山峽谷建有桃曲坡水庫，控制流域面積830 km2，壩址以上沮河主河道長約66 km，平均坡降為10‰～15‰，占全流域面積的90.7%。

2.1.4工程地質(zhì)

項目區(qū)區(qū)內(nèi)巖體類型包括塊狀堅硬碳酸鹽巖和層狀堅硬～軟弱碎屑巖。其中塊狀堅硬碳酸鹽巖巖體主要為奧陶系中下統(tǒng)巖石，出露于本區(qū)桃曲坡一帶。巖性為石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖，厚層塊狀，堅硬，抗風化，抗侵蝕能力強，工程性能好；層狀堅硬砂巖～軟弱泥質(zhì)巖碎屑巖巖體由二疊系砂巖、泥巖組成。主要分布于北部黃土丘陵區(qū)溝谷底部。由于有泥巖、頁巖等軟弱巖層大量存在，使得整個巖體抗剪強度降低，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較為破碎，抗風化能力較差，工程性能較好。

2.2 田塊病害特征及現(xiàn)狀

項目區(qū)位于耀州區(qū)東北部，位置介于東經(jīng)108°52′4.7″～108°53′24.2″，北緯35°10′24.1″～35°10′59.6″之間。項目區(qū)主要病害發(fā)生在小型沖溝回填梯田地帶。小型沖溝，長約90 m，平均寬度25 m，溝深5 m～9 m，坡降30%，溝內(nèi)喬灌木較多，雜草叢生，地下水豐富，廣泛分布有山體掉落的片石或碎石土。

回填土主要來源為溝道兩岸的殘積土或其他二類土。先鏟除溝道內(nèi)其他附著物，利用大型機械將兩岸土推移至溝道，分層回填。該類項目一般利用機械自重進行碾壓，而壓實度難以達到要求。該項目于2017年實施，梯田田坎和田塊內(nèi)部有大量水滲出，壤中流現(xiàn)象較多，嚴重影響了耕作，如圖1所示。

溝道高出水流沿著主溝道在田塊間流動，侵蝕了整個梯田，田塊外緣也是災害發(fā)育地帶，整個田塊外緣為淤泥，深度2 m以上，田塊外緣向內(nèi)7 m左右，有多條裂縫，并伴有塌落的現(xiàn)象，如圖2所示。

3 設計建議與治理措施

3.1 設計建議

小型溝道地下水與地表水較多，在此區(qū)域上方做梯田，新舊接觸面易形成相對隔水層，后期可形成類似地下河工況，是造成滑坡、地裂縫、黃土暗穴等地質(zhì)災害的根本誘因。設計時，考慮地下水排泄路徑，根據(jù)溝道大小、地下水分布、水量等情況采取以下措施：

1)施工前，鏟除地面附著物和表層淤泥，根據(jù)地形將坡面修成臺階狀；2)合理布置盲溝，將水排至地勢較低的地方；3)分層分段回填，每層回填厚度不得超過30 cm；4)為防止地下水太過豐富，形成壤中流，在田坎根部布置截水溝；5)溝道斷面過大時，盡量不采取回填的方式，應就地推成梯田。

3.2 治理措施

3.2.1田坎滲水

注重地下水分布、降水情況，分析田間地下水來源，尋找地下水水流路徑。該項目區(qū)地下水儲藏豐富，再加上田塊處在溝道之間，地下水水流路徑基本為順原有地勢流動。除修筑盲溝外，可在地表設置截水溝。田坎滲水時，在水頭以下10 cm處修筑土質(zhì)截水溝，根據(jù)涌水量設置截水溝斷面尺寸，截水溝縱向坡度不宜太大，內(nèi)部填充粒徑10 cm～15 cm礫石，防止截水溝被落土淤滿。田間地表滲水量與季節(jié)有很大的相關性，7月、8月為降雨量較多的季節(jié)，人、畜在此區(qū)域活動時應加以防范。施工5個月后去現(xiàn)場觀察，效果較好，圖3黑線部分為截水溝布置位置。

3.2.2田塊外緣淤泥

田塊外緣有大量積水，增加了田塊自重，容易誘發(fā)滑坡現(xiàn)象，可造成周圍群眾生命財產(chǎn)安全受到威脅。

根據(jù)現(xiàn)狀，田塊外緣淤泥含水量較大，因其有塌落現(xiàn)象，對田塊外緣7 m內(nèi)的田塊進行卸載，分成兩個田塊，根據(jù)田坎高度，設置兩個田塊高差，同時盡量使田坎坡度緩一些，施工過程應有晾曬過程，同時，雖然進行了卸載處置，但地下水排水措施不能少，如在上個田坎根部設置截水溝，阻斷地下水進入田塊。

必要時利用模擬軟件，如FLAC3D，根據(jù)氣象水文、地塊尺寸、田坎高度、地質(zhì)等情況，輸入合理的參數(shù)模擬水流下滲時，各個斷面的應力、應變情況。對邊坡蠕動滑移、滑坡等現(xiàn)象進行預測[7]。

此外，需要合理布置地表排水溝，減少地表水下滲形成黃土暗穴，避免地下空間形成流水通道，如圖4所示，黑線部分為新修梯田邊界線。

4 結論與展望

小型溝道回填成的梯田，具有很多潛在病害，如地裂縫、滑坡、黃土暗穴等。設計與施工階段需要引起足夠的重視。太多的地下水，將會在田坎中間、田坎根部有水流滲出及田塊外緣有塌陷的可能，可以通過布置截水溝、卸載等方式治理。設計時，重點考慮溝道斷面形狀、尺寸、水量以及溝道坡降，盡量選取顆粒粒徑小且致密的土，減少水流下滲路徑。若溝道尺寸過大，不宜直接用回填土修筑梯田，應根據(jù)實際情況就地推移土方，同時做好地下水引流工作。