干砌石谷坊破坏型式分析及防治措施

2012-06-26王振胜孟祥秋

黑龙江水利科技 2012年3期

关键词：谷坊轮廓线水口

王振胜，孟祥秋

(1.虎林市亨力达水泥构件有限责任公司，黑龙江虎林 158400;2.密山市富密灌区水利水保总站连珠山分站，黑龙江密山 158300)

干砌石谷坊因取材方便、施工容易、永久性好，被广泛用于水土保持的冲刷沟治理工程。但完好率不高，普遍存在渗透、漫顶、坝后冲刷等现象，甚至导致破坏。

笔者根据多年的施工和管理经验对干砌石谷坊工程常见的几种破坏型式原因进行分析并提出防治措施。

1 干砌石谷坊工程常见的破坏方式分析

1.1 渗透破坏

1.1.1 坝体渗透破坏

干砌石谷坊建成初期，坝体空隙尚未充填密实，水流通过空隙在坝体内横向或纵向流动，当水流穿过坝体，遇到沟岸和沟底时，产生冲刷，出现沟岸滑落，沟底冲坑现行，使干砌石谷坊坍塌、破坏。

1.1.2 轮廓线渗透破坏

当坝体通过坡洪挟带的作物径叶、草沫等细小杂物和泥土把坝体空隙堵塞、密实后，由于干砌石谷坊基础浅、坝肩深入沟岸长度不够或回填土不密实等，水流在水位差(水头)的作用下，沿坝体与土壤接触面的轮廓线渗流性流动，当渗流的流速超过土壤的允许渗流流速时，使土壤的应力状态改变和应力特征值的变化，土壤颗粒从小到大逐渐随渗流流出，产生管涌和流土带使土体变形，导致谷坊底部或坝肩沟道冲刷，干砌石谷坊塌落、失稳。

1.2 坝后冲刷破坏

坝后冲刷主要有谷坊间距过大和消力池(护底、护岸)过短或没有消力池两种原因。

1.2.1 谷坊间距过大破坏

谷坊间距过大，下一座谷坊的溢水口高程与上一座谷坊底部(设计沟底)没按设计要求衔接，两座谷坊间的沟底比降过陡，水流的流速大于沟道允许的不冲流速，使沟底冲刷下切，破坏消力池造成被水面坝基础冲刷。

1.2.2 消力池过短破坏

冲刷沟一般较宽，谷坊消力池的宽度也较大，沟道来水量较小，一般不能形成水跃底流消能，而是以面流形式直接流下，且水流的水位差较大，一般在1～2.0 m，水流有较大的动能，具有较强的冲刷力。

消力池过短，水流未完全消能就进入土质沟道，剩余的能量造成沟底冲刷而逐渐上延，破坏消力池。

1.3 漫顶破坏

当沟道来水区域内耕地较多时，谷坊的溢水口容易被作物秸秆、树木枝叶、杂草等杂物堵塞，水流全坝顶过流，对消力池两边的土质沟底和沟岸冲刷，出现沟底冲坑和塌岸现象。

2 防治措施

2.1 防渗

干砌石谷坊防渗主要对坝体和轮廓线进行防渗处理。

2.1.1 坝体防渗

坝体防渗主要有2种方法:

2.1.1.1 排水栏杂法

人工填充砌石体内的较大空隙，水流通过时将其挟带的作物碎叶、草沫、悬浮质等栏在坝体内，使坝体空隙由大到小被逐渐填充，达到密实。稻草是最好的填充材料，造价低、取材容易、耐腐烂性强。施工时第一层基石砌完后，即在石缝间填充稻草，然后填充填缝(馅)石，随填石填草，填草量以上层快石砌筑时将稻草压实后刚好坐在下层快石上，避免填草过厚压不实，影响砌体稳定;以后随砌随填，直至坝顶。填草样式见图1。谷坊砌筑完成后，用剪刀将露出砌体表面的稻草剪掉整形。

2.1.1.2 坝前栏污法

在谷坊的迎水面设置拦截水流挟带的杂物、泥土等物质的遮挡布，使其密实或在坝前落於，起到坝体防渗作用。遮挡布一般采用无纺布(土工布)或彩条布，无纺布抗风化和抗刮、划性能优于彩条布。施工时将遮挡布下部埋入上游沟底基础和沟岸基础内，随着砌筑，贴坝体迎水面向上铺展，铺过坝顶后，用坝顶的后侧砌筑快石压实。遮挡布式样见图2。遮挡布接缝处要用较粗网线缝合。当坝高超过2.0 m时要在坝体内设置1.0 m×1.0 m的铆固8#线对遮挡布进行铆固，避免遮挡布过高水浸湿后过重而脱落。

2.1.2 轮廓线防渗

轮廓线防渗主要是人工增长水流的渗径，满足防止土壤渗透变形的渗径长度要求，使渗透水流达到稳定渗流。方法有:

2.1.2.1 坝前填土法

贴坝上游面填土防渗。一般采用黏土，可不用做渗流计算，按经验填筑即可。填筑高度与坝顶平齐宽0.5 m，坡比1∶1.5。填土要夯实，沟岸要挖沟槽镶嵌，深度略大于坝体镶入沟岸深度。

2.1.2.2 辅盖防渗

基础和两岸辅盖防渗一般用黏土辅盖20 cm，或用两面挂膜的防雨布(彩条布)做防渗辅盖，上面回填20 cm以上的土料，防止防雨布风化和水流冲刷。冲刷沟是黏性土质的，辅盖长度L=3H，H为谷坊溢水口至沟底高度;沙性土质的，辅盖长度L=5H。在坝基础与铺盖接触处设竖向止水，将防雨布贴砌体表面露出地面。

图1 填草式样图

图2 填草式样图

2.2 防止冲刷

2.2.1 设消力池

干砌石谷坊基础较浅，坝后抗冲刷能力差，一但坝后土体受到冲刷将影响谷坊整体稳定，所以干砌石谷坊必须设置消力池和采取基础防冲刷措施。消力池的宽度、高度和长度根据谷坊的上下游水位差、设计流量、溢水口宽度、冲刷沟设计水深等确定，消力池一般采用明渠干砌石护砌型式，干砌石下辅设无纺布，防止水流冲刷土体。对沟底宽大于消力池宽度的，需在坝后延坝长方向先辅设1～2.0 m宽的土工布，然后回填修筑消力池，回填高度与长度略高与和长与消力消高度和长度，无纺布要伸入坝基20～30 cm。

2.2.2 铺设无防布

在坝体的基础、岸边、消力池等与土壤接触处均铺设无防布(彩条布)，防止通过坝体石缝和消力池渗透的水流冲刷土壤。铺设时使无防布略松，避免无防布过紧砌筑快石时压裂;无防布要大于砌石边缘0.5 m左右，并平展伸进土内，加大防护效果。