谷坊工程在小流域溝道治理中的應(yīng)用與防治效果

曾仕美

(貴州省畢節(jié)市赫章縣水務(wù)局水十保持監(jiān)測(cè)中心,貴州 畢節(jié) 553200)

水土流失問題可以細(xì)分為面蝕現(xiàn)象和溝蝕現(xiàn)象,其中溝蝕現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。漿砌片石谷坊具備一定的治理優(yōu)勢(shì),可以在施工現(xiàn)場(chǎng)就地取材,整體施工成本比較低,可以適用于多種不同的環(huán)境中。漿砌片石谷坊施工中可以適當(dāng)減少基礎(chǔ)部分的施工量,在降低施工成本的基礎(chǔ)上,提高施工效率,縮短施工工期。

1 工程概況

此次以某流域綜合治理作為研究案例,該流域主要是以潛水流域與支流為核心,該流域中的斷面未建設(shè)水文站,流域沿線的地理?xiàng)l件基本上是相同的,均處于同一個(gè)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)內(nèi),為了保證不同斷面的洪峰流量設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性,可以對(duì)水文站提供的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行核對(duì)。按照10a一遇洪水進(jìn)行設(shè)計(jì),洪峰的流量可以設(shè)計(jì)為2120m3/s,由此可以計(jì)算出該區(qū)域的水文站10a一遇洪峰流量為2510m3/s。通過對(duì)比分析以后計(jì)算該流域的洪峰流量應(yīng)該為2980m3/s。

2 砌體的強(qiáng)度影響因素

通過進(jìn)一步的研究分析,砌體的強(qiáng)度主要是會(huì)受到以下因素的影響:石料的強(qiáng)度與外形、膠結(jié)材料的強(qiáng)度、施工工藝及施工質(zhì)量等等因素。砌體的強(qiáng)度與石料強(qiáng)度之間存在正比關(guān)聯(lián)性,但是當(dāng)石塊的強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)值以后,其對(duì)于砌體的強(qiáng)度影響則不是很顯著。石塊的外形越不規(guī)則,則砌體的強(qiáng)度越低,所以,施工人員應(yīng)該合理的確定石塊的厚度與平整度,避免對(duì)砌體的受力狀況造成負(fù)面影響,盡可能的提高砌體的強(qiáng)度。不同類型的石料,其對(duì)于砌體的強(qiáng)度提升具有不同的影響:如若使用小石子砂漿進(jìn)行施工,那么砌體的強(qiáng)度比較高,膠結(jié)材料的和易性會(huì)對(duì)砌體的強(qiáng)度造成較大的影響,當(dāng)膠結(jié)材料的和易性越好時(shí),那么砌體的強(qiáng)度越高。此外,還應(yīng)該對(duì)砌筑施工縫進(jìn)行嚴(yán)格的控制,水平縫的寬度通常保持在2～3cm之間,豎向施工縫的寬度應(yīng)該以能夠伸入振搗設(shè)備作為標(biāo)準(zhǔn)[1]。

3 漿砌石谷坊的修筑方法

3.1 地基處理

石谷坊位于溝床下側(cè)的基礎(chǔ)必須進(jìn)行妥善的處理:針對(duì)于巖層而言,將風(fēng)化層全部清理干凈,露出路床部位的堅(jiān)硬巖石應(yīng)該鑿為不平整狀的石面,便于砌體與基礎(chǔ)相互結(jié)合;針對(duì)于土基礎(chǔ)而言,需將表面的母質(zhì)土層清理干凈,如若砂礫層的基礎(chǔ)厚度比較薄,應(yīng)該將其清除至堅(jiān)硬土層。

3.2 漿砌石施工

砌石工程施工便捷,可以直接就地取材,同時(shí)施工成本非常低,施工過程便于掌控。施工人員可以結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑某叽缬上孪蛏戏謱悠鲋?并逐層向內(nèi)收斂,需要注意的是石料的厚度≥30cm,分層平面的應(yīng)力與作用力應(yīng)該保持垂直狀態(tài),砌筑面的法線與作用力的方向之間的角度≤15°～17°,如若超過該度數(shù),那么砌筑體在受到外部作用力時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致層面出現(xiàn)滑動(dòng)現(xiàn)象。砌塊之間的豎向縫隙應(yīng)該對(duì)外部作用力保持平行狀態(tài),避免砌塊受力而產(chǎn)生楔塊作用。實(shí)際施工過程中,應(yīng)該保證上下層的豎向縫隙相互錯(cuò)開,保證砌體構(gòu)筑物的整體性與穩(wěn)定性,同時(shí)便于應(yīng)力擴(kuò)散[2-3]。

3.2.1 砌筑膠結(jié)材料

該項(xiàng)目中的膠結(jié)材料選擇使用水泥砂漿與小石子砂漿。其中,水泥砂漿應(yīng)該選擇使用級(jí)配良好的砂料,砂的粒徑控制在5mm以內(nèi),砂料中的雜質(zhì)含量應(yīng)該控制在合理范圍以內(nèi)。為了能夠降低施工成本,在對(duì)谷坊砌體施工過程中,可以使用小石子砂漿替換水泥砂漿進(jìn)行施工。小石子砂漿是由水泥、小石子、砂、水?dāng)嚢瓒?也可以將其稱之為細(xì)骨料混凝土,相對(duì)比而言,小石子砂漿可以有效的減少水泥的用量。小石子可以選擇采用一級(jí)級(jí)配或是二級(jí)級(jí)配,其中,一級(jí)配的石子粒徑為0.5～2.0cm,用量為砂石總重量的60%左右;二級(jí)配的小石子用量中0.5～2.0cm粒徑約占45%,20～40cm粒徑約占55%。

一般情況下,水泥砂漿的標(biāo)號(hào)可以細(xì)分為四種型號(hào):M5,M7.5,M10,M12.5,細(xì)骨料混凝土標(biāo)號(hào)主要是涉及兩種:C10,C15,每一層的水泥砂漿厚度應(yīng)該結(jié)合試塊的大小進(jìn)行確定,一般情況下控制在30cm。由于不同的石塊大小存在一定的差異性,所以每砌筑3層應(yīng)該找平一次。每個(gè)施工段的交接部位可以設(shè)置為臺(tái)階狀,以保證施工的整體性;在砌筑作業(yè)過程中,使用細(xì)石混凝土對(duì)縫隙進(jìn)行填充,但是縫隙表面不得進(jìn)行抹漿處理,可以使用覆蓋物進(jìn)行遮擋,繼續(xù)砌筑時(shí)需將其表面清理干凈,并適當(dāng)灑水作濕潤(rùn)處理。將大粒徑的石塊砌筑在底部,可以有效的提高砌體的美觀性。對(duì)于出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象的砌塊,應(yīng)該將其翻起,并將砌塊表面的干漿清理干凈,使用新砂漿再次進(jìn)行砌筑。砌筑施工過程中,丁石不得設(shè)置在豎向縫隙上側(cè),且不得將上一層的豎向縫隙設(shè)置在下一層的丁石上側(cè),丁石的長(zhǎng)度必須超過順石寬度的2倍。在砌體的外露面部位的砂漿尚未完全凝固之前,磚縫內(nèi)側(cè)的砂漿深度不得超過2cm,將硬化以后的砂漿清理干凈,而后使用高標(biāo)號(hào)的砂漿涂抹在其表面。勾縫的形式有兩種:半圓形與帶式,縫寬大概為3cm,凸出的高度大概為1cm。勾縫施工可以有效的提高氣體的強(qiáng)度的抗?jié)B性能,基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與土體接觸部位可以不需要采取勾縫處理,待砌體工程結(jié)束以后,使用麻袋作覆蓋處理,并適當(dāng)灑水作濕潤(rùn)處理,養(yǎng)護(hù)時(shí)間控制在5～7d之間,在砌體尚未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之前,不得在砌體上側(cè)堆載重物[4-5]。

3.2.2 塊石

選擇合適的石料,并對(duì)石料的尺寸、外形進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?將石料的尖銳角消除。石塊的尺寸越大時(shí),那么水泥的用量就越少,同時(shí)砌體的整體強(qiáng)度也越高,所以,石塊的厚度至少要達(dá)到20cm。

3.2.3 粗料石

粗料石是由棱角分明的長(zhǎng)方體加工制作而成,粗料石的長(zhǎng)度≥50cm,粗料石的厚度≥25cm,粗料石的長(zhǎng)度與厚度之間的比例應(yīng)該根據(jù)其自身的尺寸、施工現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸能力進(jìn)行確定。

3.2.4 砌筑方法

施工工具主要是包括:錘子、撬杠、刮刀、錘球等工具。正式砌筑施工之前,需要對(duì)地基進(jìn)行處理:將基礎(chǔ)部位的土體進(jìn)行夯實(shí),而后在夯實(shí)后的基面上鋪設(shè)一層3～5cm厚度的砂漿,而后安放試塊;面對(duì)巖石基礎(chǔ)時(shí),先適當(dāng)灑水作濕潤(rùn)處理,然后進(jìn)行鋪漿作業(yè),需保證石塊表面足夠的潔凈;分層砌筑施工過程中,分層施工的順序?yàn)?先砌筑角石,然后砌筑面石,最后砌筑腹石。其中,角石是指砌筑在四角部位的石頭,角石能夠?qū)ㄖ锏钠鲋恢门c外形進(jìn)行把控;在選擇石材及施工過程中,施工人員應(yīng)該嚴(yán)格慎重,先選擇大粒徑的石塊進(jìn)行試作業(yè),必要情況下可以對(duì)石塊進(jìn)行修鑿處理,而后按照放線的位置進(jìn)行砌筑作業(yè),保證砌筑位置的精準(zhǔn)性,角石砌筑完成以后可以將放樣線掛設(shè)在角石上。面石是指砌筑在立面的石塊,面石應(yīng)該按照一丁一順的形式進(jìn)行排列,面石與腹石應(yīng)該交錯(cuò)砌筑。腹石是指砌筑在中間部位的石塊,這部分石塊的外形不需要過于規(guī)則,需保證石塊的大面朝下,盡可能的縮小縫隙,使用砂漿將縫隙填滿。

3.3 干砌石部分的施工技術(shù)

干砌塊石施工方法一般可以分為2種:花縫砌筑方法與平縫砌筑方法。其中,花縫砌筑主要是利用砌塊自身的形狀進(jìn)行施工,保證砌塊的尖端對(duì)準(zhǔn)拐端,拐端與尖端對(duì)齊,砌筑過程中不需要保證層次分明,但是需要保證大面朝上?；p施工完成以后,應(yīng)該保證砌塊表面平整,底部應(yīng)預(yù)留空洞,便于溝道流水。平縫施工是指將砌塊的寬面與坡面的橫向方向保持平行狀態(tài),采用分層砌筑的方式進(jìn)行施工。正式砌筑之前,先安放砌塊,不匹配部位可以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行鑿除修整,保證砌塊相互之間銜接密實(shí),避免因砌塊之間存在縫隙而導(dǎo)致砂石沿著縫隙流出,進(jìn)而對(duì)砌體的整體性造成影響。平縫砌筑的邊縫相對(duì)比較牢固,抗沖刷性能比較墻。干砌塊石則是利用石塊相互之間的擠壓作用保證砌體的整體性與穩(wěn)定性,如若局部區(qū)域出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象,則會(huì)對(duì)砌體的整體性造成非常嚴(yán)重的影響。

4 谷坊的防治效果

4.1 攔截溝道泥沙,恢復(fù)水毀耕地

結(jié)合實(shí)際情況而言,溝道內(nèi)的泥沙主要是來(lái)源于區(qū)域內(nèi)眾多的溝渠。該項(xiàng)目中的攔砂壩、谷坊在泥沙流動(dòng)的通道內(nèi)會(huì)逐漸形成人工屏障,這種屏障不但可以阻斷泥沙,同時(shí)還可以對(duì)河床進(jìn)行加固,提升河底的高程,提高邊坡的穩(wěn)定性,降低溝道受到的侵蝕影響,有效的降低泥沙的下泄量。在每一個(gè)小流域內(nèi)均建設(shè)石質(zhì)谷坊,谷坊工程的實(shí)施對(duì)于溝道砂石攔截、保護(hù)農(nóng)耕用地具有重大意義。

該區(qū)域內(nèi)的兩個(gè)村莊內(nèi)的干溝流域覆蓋面積為28.47km2,建成梯土的面積為128hm2,50a一遇的暴雨導(dǎo)致泥沙下泄,促使梯土均變成了沙灘,在這種情況下,可用農(nóng)用耕地的面積不滿原本面積的1/5;在治理小流域時(shí)新建了7作谷坊,形成了良好的防護(hù)體系,累計(jì)運(yùn)行14a,總攔截泥沙量超過38萬(wàn)m3,有效的保護(hù)了下游區(qū)域的183hm2的新建梯土、壩地,同時(shí)還新增壩地18.2hm2,對(duì)于促進(jìn)退耕還林具有積極性的作用。

4.2 保護(hù)基本農(nóng)田,促進(jìn)退耕還林

新建谷坊是響應(yīng)國(guó)家保護(hù)基本農(nóng)田、促進(jìn)退耕治理思想的有效措施。該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境較為惡劣,區(qū)域內(nèi)的石漠化面積逐年增長(zhǎng)。結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)看,區(qū)域內(nèi)的石漠化面積增長(zhǎng)速度為443.33hm2/a,而溝壩地的砂淤面積增長(zhǎng)速度大概為1333.33hm2/a。大部分的壤土都是分布在溝道的下游溝谷與壩地內(nèi)。區(qū)域內(nèi)每1hm2良田壤土的產(chǎn)量大概是陡險(xiǎn)坡地產(chǎn)量的2～3倍,此外,該區(qū)域還應(yīng)該針對(duì)于小流域?qū)嵤┚C合治理活動(dòng),結(jié)合實(shí)際情況采取有針對(duì)性的 “一鎖、二清、三?！钡闹卫泶胧?在經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的治理以后,該地區(qū)最終取得了理想中的治理效果。詳細(xì)而言,“一鎖”是指新建3座谷坊,避免泥沙出現(xiàn)下泄現(xiàn)象,提高流域兩側(cè)邊坡的防御能力,減少滑坡、泥石流出現(xiàn)的可能性,長(zhǎng)期運(yùn)行累計(jì)攔截65萬(wàn)余m3泥沙;“二清”是指對(duì)溝道內(nèi)既有的泥沙進(jìn)行清理,確保溝道暢通流動(dòng);“三?！笔侵冈跍系赖膬蓚?cè)修建防洪堤,建設(shè)長(zhǎng)度為1300m,可以有效的保護(hù)良田面積80hm2。

4.3 效益分析

進(jìn)行谷坊工程設(shè)計(jì)及應(yīng)用后能有效防止沖刷溝的水土流失,能改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境,保護(hù)耕地,從生態(tài)和社會(huì)2個(gè)方面都取得了效益,給當(dāng)?shù)剞r(nóng)場(chǎng)的機(jī)械化耕作創(chuàng)造了良好條件。水土保持工程實(shí)施后,經(jīng)過水土保持綜合治理能夠大大改善流域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境,取得明顯的生態(tài)效益。通過采取各項(xiàng)水土保持措施,年保土能力達(dá)2.17萬(wàn)t,年蓄水能力達(dá)58.64萬(wàn)m3。通過水土保持綜合治理,對(duì)原有的水土流失進(jìn)行根治,減輕了水土流失對(duì)土地的破壞。由于各項(xiàng)措施的蓄水保土作用,減輕了坡面、溝道的洪水、泥砂給下游帶來(lái)的危害,特別是對(duì)改善和減輕排洪溝的泄洪壓力。各種農(nóng)業(yè)耕作措施的應(yīng)用,減輕了干旱、洪澇對(duì)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)的威脅。進(jìn)一步改善了農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),提高土地利用率,加快群眾脫貧致富步伐,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的全面發(fā)展。

綜上所述,水土流失治理是一項(xiàng)綜合性、系統(tǒng)性的工程,谷坊的建設(shè)無(wú)法從源頭上解決水土流水問題,應(yīng)該清楚的認(rèn)識(shí)到,“山上不治,山下難?！笔怯幸欢ǖ览淼?所以應(yīng)該加大攔砂壩、谷坊的建設(shè)力度,同時(shí)加大對(duì)坡面的治理力度,從根本上解決水土流失問題。