坡改梯工程中混坎施工技術(shù)探討

尹成戌

(舟曲縣水土保持工作站，甘肅 舟曲 746300)

坡改梯工程是綜合治理坡耕地水土流失，改善局部生態(tài)環(huán)境，提高水土資源利用效率和促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的主體工程。在白龍江干旱河谷紫色土區(qū)，大部分耕地分布在5°～25°的坡面上，有一定的傾斜度，因此溝蝕、面蝕嚴(yán)重，有些甚至發(fā)育成淺溝侵蝕和切溝侵蝕。坡改梯工程既能防止耕植土流失，攔蓄泥沙徑流，遏制淺溝和切溝的前進(jìn)、下切和擴(kuò)張，又能高效利用坡耕地資源，為發(fā)展現(xiàn)代灌溉農(nóng)業(yè)和林果業(yè)創(chuàng)造有利條件，做到減害與興利并舉。但采用單一材料修筑的梯田埂坎，存在不少的缺陷，主要為：①石坎坡改梯，石料用量多，投資大，成本高；②水澆地石坎梯田，當(dāng)無勒臺(石坎基礎(chǔ)擴(kuò)大部分)的石坎坎高超過5 m時(shí)，其穩(wěn)定性難以保證；③常用梯田地埂，其梯形斷面施工極為不便；④土坎坡改梯，雖投資小，成本低，但灌溉時(shí)，因土坎穩(wěn)定性差，頂部容易毀壞，且不便管護(hù)。

在總結(jié)長期工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，依據(jù)因地制宜、適地適措、就地取材、宜土則土、宜石則石、土石結(jié)合的原則，在白龍江干旱河谷紫色土區(qū)坡改梯工程中，采取了混坎施工技術(shù)，在修筑單塊梯田埂坎時(shí)，既整合了土、石兩種材料的優(yōu)勢，又舍棄了各自的劣勢，修筑好的土石混坎，即上部石坎下部土坎式混坎或上部土坎下部石坎式混坎，實(shí)現(xiàn)了修筑少用工、埂坎少占地、便利機(jī)械作業(yè)、梯田穩(wěn)固、地埂和生產(chǎn)性土地的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益最大化的目標(biāo)。

1 上部石坎下部土坎式混坎

此類混坎適用于土質(zhì)堅(jiān)硬、地下水埋藏較深的宜修梯田區(qū)，其混坎一般上部1/2坎高采用石料干砌，下部1/2坎高修整成穩(wěn)定的自然土坡，其中石坎部分施工包括定線、清基(土石坎結(jié)合槽開挖)、砌筑石坎、坎后填膛、修平田面等。

1.1 上部石坎

1.1.1 施工

(1)定線。一般旱作梯田石坎可作擋土墻處理，水澆地梯田石坎應(yīng)作特殊擋土墻處理。先在坡改梯規(guī)劃確定的坡耕地坡面正中，從高到低確定一中軸線，再根據(jù)梯田斷面最優(yōu)化設(shè)計(jì)原則，確定梯田的田面斜寬，在中軸線上標(biāo)定各臺梯面斜寬基點(diǎn)，然后從基點(diǎn)出發(fā)，用水準(zhǔn)儀或水平管向左右兩端分別測定其等高點(diǎn)(水澆地梯田要兼顧灌溉要求和徑流利用，可沿水流方向設(shè)計(jì)1/500～1/1 000的縱坡)，連接各等高點(diǎn)成線，即為各臺梯田的施工線；再用以上定施工線的方法，確定田面斜寬的中點(diǎn)，并連接成線，即為各臺梯田的填挖中線(開挖線)。土石山區(qū)梯面寬度應(yīng)不小于4 m，長度不限。在定線過程中，遇局部地形復(fù)雜處，應(yīng)根據(jù)等高線，大彎順勢，小彎取直，寬可適當(dāng)調(diào)整；在等高的基礎(chǔ)上盡可能要求等寬，有時(shí)為保持梯面局部等寬，需適當(dāng)調(diào)整施工線位置。

(2)清基(土石坎結(jié)合槽開挖)。以施工線為中心上下各劃出40～50 cm寬作為清基線，在清基線范圍內(nèi)清除耕植土后，開挖土石坎結(jié)合槽，槽深約40～60 cm，兩邊基面應(yīng)開挖為倒坡面；再將結(jié)合槽內(nèi)深10 cm的土層翻松，清除其中的石礫雜物，若有洞穴應(yīng)及時(shí)填塞、整平和夯實(shí)。若是土基，應(yīng)清除至堅(jiān)硬的底土層；若是較淺的砂礫層地基，應(yīng)清除至堅(jiān)實(shí)生土層。清基時(shí)，清除的耕植土要堆放在結(jié)合槽外，以便表土還原。

(3)砌筑石坎。一般是干砌石塊，依靠石塊之間相互擠緊維持其穩(wěn)定，若局部發(fā)生松動毀壞，將會導(dǎo)致整體破壞。石塊在砌筑前應(yīng)先行試放，不適之處用錘修鑿，使其能夠砌筑密實(shí)。砌筑時(shí)，要自下部坡面向上部坡面一排緊挨一排地鋪砌，同一排的塊石應(yīng)盡量一致，其長軸線呈水平線，不可向內(nèi)或向外傾斜，防止滑塌；石塊間若有較大空隙，可用小石塊填補(bǔ)塞緊，做到縫緊底實(shí)。中間砌體應(yīng)依石塊原有形狀立砌，使尖對拐，拐對尖，較寬的一側(cè)與滲流方向垂直，相鄰石塊呈梅花形排列，六角靠緊，互相咬合砌成；砌體端部需要選擇較大、較方正的石塊壘砌。

(4)坎后填膛與修平田面。在施工過程中，這兩道工序是結(jié)合起來同時(shí)進(jìn)行的，包括取高填低、客土造田、表土還原、平整田面等施工工序。在取高填低時(shí)，無論是采取上挖下填或下挖上填的施工工序，均應(yīng)將夾雜在生土內(nèi)的石塊、石礫撿拾起，分層從下向上堆放在石坎后，先堆大石塊，后堆小石塊，形成一個(gè)三角形或梯形斷面，對石坎起到支撐作用；客土造田時(shí)，要擇優(yōu)選用表土，施工時(shí)采取逐臺下移、熟土逐行置換、肥土中間堆置的方法；表土還原時(shí)，將保留的耕植土進(jìn)行表土還原處理；平整田面時(shí)，田面達(dá)到水平即可，平整后的田面要求30～50 cm深度內(nèi)無石塊、石礫，以利耕作。

1.1.2 穩(wěn)定性分析

混坎上部為石坎時(shí)，石坎是利用自重來維持自身安全穩(wěn)定的。根據(jù)白龍江干旱河谷歷年降水情況，以及最易產(chǎn)生嚴(yán)重水土流失的短歷時(shí)高強(qiáng)度暴雨情況，設(shè)計(jì)石坎防御標(biāo)準(zhǔn)為10～20年一遇3～6 h最大暴雨。為增強(qiáng)石坎穩(wěn)定性，其橫斷面設(shè)計(jì)為直角梯形，地埂頂寬為0.4～0.5 m，石坎外坡坡度為80°～85°、內(nèi)坡鉛直，高度不大于2 m(見表1)。

表1 上部石坎、下部土坎式混坎設(shè)計(jì)參數(shù)

在石坎表面安全可靠的狀態(tài)下，取一段高度2 m、頂寬0.4 m、長度1 m、外坡85°、內(nèi)坡鉛直的石坎進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。經(jīng)驗(yàn)算，石坎抗滑、抗傾覆、基底平均應(yīng)力與最大應(yīng)力均滿足安全穩(wěn)定性要求。

1.2 土坎部分

1.2.1 施工

坡改梯時(shí)，一般采取自下而上的施工工序，而混坎施工時(shí)，上半部干砌石施工結(jié)束后，下半部自然土坡才開始施工。土坎施工時(shí)，將自然土坡開挖為整齊平滑的坡面，并結(jié)合下臺梯田田面修平。根據(jù)不同土質(zhì)的自然土坡安全穩(wěn)定性要求，確定基礎(chǔ)底寬為0.6～0.8 m，勒臺(土坎與石坎結(jié)合處的基礎(chǔ)擴(kuò)大部分)寬為0.2～0.3 m，基礎(chǔ)底寬加勒臺寬為清基寬；土坡外坡坡度為70°～75°、內(nèi)坡坡度鉛直，土坎高度可參考當(dāng)?shù)赝馏w臨界高度，此處土坎高度為不大于2 m(見表1)。土質(zhì)承載力大的密實(shí)砂礫石土，其勒臺寬度取最小值、坡度取最大值，黏土和粉土取值相反。為增強(qiáng)埂坎穩(wěn)定性和合理利用地埂與勒臺，可在其上栽植花椒、石榴、無花果和核桃等經(jīng)濟(jì)樹種，增加土地收益。

1.2.2 穩(wěn)定性分析

因均質(zhì)土坡失穩(wěn)滑動面接近圓弧面，故此處采用圓弧法分析土坎的穩(wěn)定性。取寬度0.8 m、長度1 m的土坎，計(jì)算其安全穩(wěn)定系數(shù)，得出其值為1.32，大于規(guī)范規(guī)定值1.1，故修筑的土坎滿足穩(wěn)定性要求。

2 上部土坎下部石坎式混坎

此類混坎適用于土質(zhì)疏松、地下水較豐富且埋藏較淺的宜修梯田區(qū)，上部土坎采用锨背拍實(shí)，或用木夯砸實(shí)，或用挖斗壓實(shí)，下部石坎采用干砌石壘砌。

2.1 下部石坎

下部1/2(坎高2 m以下)或1/3(坎高2 m以上)坎高用石料砌壘成75°～80°石坎，砌筑方法與穩(wěn)定性要求與下部土坎上部石坎式混坎的石坎類同。

2.2 上部土坎

2.2.1 施工

上部土坎高為1/2(坎高2 m以下)或2/3(坎高2 m以上)坎高，其定線、清基、修平田面的施工工序與下部土坎上部石坎式混坎的石坎類同，夯筑土板墻時(shí)一般采用套枋打埂，即椽幫埝、枋幫埝和板幫埝等方法。

修筑上部土坎時(shí)，常采用枋幫埝(人工修筑埝坎)的方法，要求埝坎端直、整連(整齊且銜接)。在坡耕地兩端按設(shè)計(jì)梯田面寬，用皮尺或鋼尺量定埝坎的端點(diǎn)，依據(jù)兩端點(diǎn)按定施工線的方法，定出中間點(diǎn)，沿各點(diǎn)撒白石灰，定出埝坎線；開挖基槽，深為1/15～1/10的坎高，寬為1～2 m，用石夯或石杵將基槽夯實(shí)1遍；穩(wěn)椽用四根順直較粗的木椽，一般長2～5 m、直徑6～10 cm，做豎栽的夾桿，夾桿下端埋入土中約0.3 m深，夾桿上下兩端分別用8號鐵絲對拉扭緊，兩對夾桿間的距離應(yīng)稍小于木枋的長度，外側(cè)夾桿的傾斜度要符合埝坎設(shè)計(jì)坡度，為75°～80°；將長3～6 m、寬12～50 cm、厚6～8 cm的木枋疊放入夾桿內(nèi)側(cè)，枋與夾桿之間墊一木楔，用虛土穩(wěn)?。惶撏梁粚?shí)時(shí)，在埝坎外側(cè)取生土填筑埝坎，邊填土邊用腳踏實(shí)，填滿后用镢頭沿枋邊粗打1遍，再用石杵夯砸3遍，要求干密度達(dá)到1.4～1.5 t/m3；夯砸完畢，將下邊第3條和第4條木枋取出，放倒在上邊，再按上述方法填筑下一層，如此循環(huán)，直至坎頂。放倒木枋時(shí)，先用手錘打掉夾在木枋與夾桿之間的木楔，再抽取木枋；填膛時(shí)，沿埝坎外側(cè)開溝取土，填入埝坎內(nèi)側(cè)；在埝坎內(nèi)側(cè)填飽內(nèi)膛，略加搗實(shí)，呈倒坡形，以加固埝坎。

2.2.2 穩(wěn)定性分析

上部土坎抗滑、抗傾覆、基底平均應(yīng)力與最大應(yīng)力的驗(yàn)算方法同上部石坎，經(jīng)驗(yàn)算上部土坎抗滑、抗傾覆、基底平均應(yīng)力與最大應(yīng)力均達(dá)到了規(guī)范要求；而土坎安全穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算方法同下部土坎，經(jīng)計(jì)算其安全穩(wěn)定系數(shù)為1.36，大于規(guī)范規(guī)定值1.1，故修筑的土坎滿足穩(wěn)定性要求。

3 坎埂林

由于高山峽谷地形復(fù)雜破碎，往往不能構(gòu)成梯田林網(wǎng)，因此只能因地制宜，量水而行，以水定植造林。為充分利用土地，可在土坎、田埂上造林種草。各地應(yīng)視水熱條件，結(jié)合田塊規(guī)劃，考慮田埂林既有防護(hù)農(nóng)田的一面，也有遮陰、與農(nóng)作物爭水爭肥的一面，根據(jù)具體條件，因地制宜地造林；還可種植有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的草(紫柴胡等)及灌木(花椒、石榴、無花果和核桃等)增加收益。

4 注意問題

白龍江干旱河谷紫色土區(qū)坡改梯工程實(shí)踐證明，混坎坡改梯在坡耕地水土流失綜合治理中，既能有效防止土壤侵蝕，又能費(fèi)省效宏，同時(shí)便于施工和后期管護(hù)，可推廣應(yīng)用。但在推廣應(yīng)用中，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：①施工期應(yīng)盡可能避開主汛期；②不宜在滑坡瀉溜面上的坡耕地上修建；③在土坎、石坎銜接處應(yīng)選擇較規(guī)則的大塊石，砌筑時(shí)要注意塊石之間的有機(jī)咬合；④不宜在高山陰濕、淺層地下水豐富和易產(chǎn)生凍融破壞的坡耕地實(shí)施；⑤石坎主體與基礎(chǔ)銜接的擴(kuò)基干砌石勒臺、土坎與石坎基礎(chǔ)間的土勒臺對提高田坎安全穩(wěn)定性和防震具有顯著功效，不可忽視。