石笼谷坊在沟壑水土流失治理中的应用

【摘 要】 本文通过对石笼谷坊的设计与施工过程的阐述,目的是推广石笼谷坊在水土流失治理中的应用技术,降低沟壑治理工程成本,防止重复建设,加快水土流失的治理步伐。

【关键词】 石笼;谷坊;沟壑;水土流失;治理;投资;设计;施工;推广价值

【中图分类号】 TU433 【文献标识码】 C【文章编号】 1727-5123(2009)03-052-02

1前言

在暴雨和径流的作用下,丘陵山区,径流侵蚀山谷的现象普遍存在,随着时间的推移,山谷中逐渐形成水蚀沟,并逐年加宽加深,破坏了山谷植被,导致水土流失加剧。而水蚀沟中修建谷坊,则是一项行之有效的水土保持工程措施。在丘陵山区修建谷坊,由于山高坡陡,沟谷比降大,每当山洪暴发,泥石俱下,一般的土谷坊,柴石谷坊,都经不住山洪的考验,往往是春建秋毁,起不到治理沟壑的作用。浆砌石谷坊虽能经受山洪的冲击,保证工程的安全,但因工程造价较高,难以推广和普及。而石笼谷坊,一是块石被铁笼包裹成整体,增强了抗冲能力,可保证谷坊的稳定性;二是不需要水泥、河沙及质量较高的石料,可比浆砌石谷坊节省大量的投资。不仅收到了较好的治理效果,加快了水土流失的治理步伐,而且也避免了秋毁春建重复建设现象。现将多年来积累的石笼谷坊的设计、施工经验介绍如下,供同行参考。

2石笼谷坊的设计

2.1溢流堰尺寸的确定。溢流堰尺寸的大小,必须满足渲泄山洪的要求。因此,确定溢流堰的尺寸,首先要计算出相应频率的洪峰流量。由于沟壑的流域面积很小,不可能有实测的水文资料,所以其洪峰流量可以按地区经验公式QP=CP×Fn进行计算。式中CP为经验系数,n为流域面积指数,均可以从地区水文手册中查算。QP为所求频率的洪峰流量。

洪峰流量确定后,即可进行溢流堰尺寸的计算。从谷坊的运行状态来看,可分为两个阶段。第一阶段是谷坊建成开始使用阶段,山洪可从石缝中泄入下游,第二阶段是谷坊使用一段时间后,上游已被泥沙淤平,山洪全部从溢流堰泄出。因此,溢流堰尺寸的确定,应根据第二阶段的运行状态,按宽顶堰的公式计算。为使用方便,现将不同单宽流量的相应的堰上水头列入表1,供选用。

2.2两岸及上下游连接。石笼谷坊是一种横沟建筑的拦蓄工程,其两岸及下游易受山洪冲刷而破坏。因此,按防冲要求处理好两岸及下游的连接,是保证石笼谷坊安全运行的重要一环。对于两岸,应修建厚度为0.5m的石笼护岸。石笼护岸的上游边界按石笼谷坊的前缘计算,向上游的延伸长度也应比两岸复盖层的厚度大1m。石笼护岸的上部边界,应比设计洪水位高0.5m。下部边界应比石笼谷坊的底高程低0.5m。对于沟谷下游,应铺设厚度为0.5m的石笼护底。石笼护底的上游边界与石笼谷坊的前缘平齐,下游边界按石笼谷坊的后缘计算,向下游延伸长度应比沟谷复盖层厚度大1m,左右岸边界与石笼护岸相接,详见下图。

2.3断面尺寸的确定。因石笼谷坊是一种柔性较大的结构,允许有较大的变形,同时与地基的接触面积也较大,所以可不进行地基应力和坝体应力计算。由此可见,石笼谷坊断面尺寸的确定,主要是根据其所承受的荷载,进行稳定计算,求出既安全,又经济的断面尺寸。从石笼谷坊的受力情况来看,随着其运行状态的变化,它的受力状况也发生相应的改变。当谷坊建成开始投入运行时,因谷坊前没有泥沙淤积,所以只承受部分静水压力和动水压力。当谷坊前淤积的泥沙逐渐增高时,它所承受的水压力逐渐减少,而土压力逐渐增加。当谷坊上游被泥沙淤平后,它所受到的水压力降到最小值,而土压力则达到最大值。通过以上分析可以看出,当石笼谷坊淤平且行洪时的荷载组合(见上图),对建筑物的稳定最为不利,石笼谷坊的稳定计算应按此受力状况进行。为应用方便,本文已根据图的荷载组合,对石笼谷坊的截面尺寸计算整理见表2。

3石笼谷坊的施工

3.1编制施工组织设计。根据工程设计,合理安排工期。一般为冬春备料,五月初开工,六月末完工,把工程抢在大汛到来之前完成,以免发生山洪时,造成不应有的损失。

3.2做好备料工作。根据工程预算,备足铁线、块石。铁线为8～10号铁线,其数量可按每立方米块石需用5kg铁线的标准备料。石笼谷坊对块石的质量要求不高,除风化石外,只要直径大于铁丝石笼网眼的块石均可使用,可就近采集。

3.3施工放样。根据设计图纸,确定出石笼谷坊的轴线,以及石笼护岸,石笼护底的边界位置,并用木桩做好标记。

3.4基础清理。由于石笼护岸和石笼护底向上、下游的延伸长度均已超过其履盖层的厚度,不会因基础冲刷而造成工程失事。因此,石笼谷坊的基础清理比较简单,只需将实测的边界线以内的树木蒿草清除,整平地面即可,而不必将复盖层全部清除。

3.5砌筑石笼。砌筑石笼包括编织铁丝网、堆筑块石两项内容。编织铁丝网,一是要网眼大小均匀,基本相等;二是要把网扣扭紧,防止松动;三是每隔2～3m的距离,设置一根水平或垂直的拉筋,并将护岸、护底和谷坊本体连成一个整体。块石堆筑与铁丝网编织同步进行,待堆石全部完成后,再将铁丝网的顶口封死。块石堆筑要尽量密实,减少空隙,以增加谷坊自重,增强谷坊的稳定性。

4结束语

这就是石笼谷坊护岸、护底的基本原理和施工工艺。该工艺已在我县沟壑治理中普遍使用。治理效果十分显著,极其具有推广价值。希望广大水利工作者在借鉴和使用过程中,总结出更多更好的办法治理沟壑、河谷,最大限度地减少水土流失,保护我们共有的家园不被水土流失侵害。