小沟道修建梯田地下水处理方案探究

高 长 红

(陕西省土地工程建设集团有限责任公司铜川分公司，陕西 西安 710075)

1 概述

土地整治是一项保障粮食产量的重要工程活动，是对中国18亿亩耕地红线的保卫行动。影响粮食产量的因素有很多，除了经常提到的基因工程，还有昆虫病害、气象、土质营养等因素。在微地形地貌上建设梯田，若不处理好新老接触面，容易造成很多不良地质现象。若前期设计和施工不能引起重视，后期不但会引起产量下降还将导致维护费用增加等问题发生。

关于小型沟道回填起来的梯田地质灾害研究几乎没有，地下水影响田块的研究较少，仅李桂元、杨建锋等[1-6]从地下水的水质、运移方面做了研究。高长红[7]探究了水流下渗在回填土中形成黄土暗穴的机理。

铜川市耀州区某土地平整工程，项目区内沟壑纵横，泉眼较多，沟道有常流水。为了避免在新老接触面新城相对隔水层，以至于后期发展成滑坡体，应采取工程措施，而抗滑桩造价太高，经济效益不好。而在泉眼附近修建盲沟，排走一部分水源，保持相对隔水层低水量，可以有效降低梯田滑移的风险。同时，由于新土层对水渗透率高，坡体稳定性差，降雨后坡体自重增加，容易形成壤中流。处理这类问题，需要做好有组织排水措施。

2 工程环境

2.1 地形地貌、气候、水文和水文地质

2.1.1地形地貌

项目区所在耀州区属乔山山脉南支，鄂尔多斯台地南部边缘。区内地势西北高而东南低，四面环山，峡谷区山高谷深，谷坡陡峭，岩石裸露，地面崎岖，起伏剧烈，项目区平均海拔1 250 m，区内沟壑纵横，山峦重叠，植被葱郁。

2.1.2气候条件

项目区属暖温带大陆性半干旱半湿润气候区，主要特点是：四季冷暖干湿分明，冬季寒冷干燥少雨雪，春季常发生干旱、寒潮和霜冻，夏季雨量大而集中，初秋阴雨多而晚秋晴朗。年均气温12.3 ℃，极端最高气温39.7 ℃，极端最低气温-16 ℃，年均降水量554.5 mm，54%集中在7月～9月这三个月，平均无霜期206 d～208 d。全年太阳总辐射量为127.6 kcal/cm2，年平均日照2 356.6 h，光能资源比较丰富。

2.1.3水文和水文地质

项目区境内有沮河，属于渭河水系石川河的源头河流，流域地势西北高，东南低，平均海拔高程1 100 m，先后流经耀州区庙湾镇、柳林镇、瑶曲镇、关庄镇，在耀州城区南与漆水河汇流，并入石川河。沮河河道总长度77 km，流域面积915 km2，河床平均比降10.5‰。在沮河中下游马咀山峡谷建有桃曲坡水库，控制流域面积830 km2，坝址以上沮河主河道长约66 km，平均坡降为10‰～15‰，占全流域面积的90.7%。

2.1.4工程地质

项目区区内岩体类型包括块状坚硬碳酸盐岩和层状坚硬～软弱碎屑岩。其中块状坚硬碳酸盐岩岩体主要为奥陶系中下统岩石，出露于本区桃曲坡一带。岩性为石灰岩、白云质灰岩、白云岩，厚层块状，坚硬，抗风化，抗侵蚀能力强，工程性能好；层状坚硬砂岩～软弱泥质岩碎屑岩岩体由二叠系砂岩、泥岩组成。主要分布于北部黄土丘陵区沟谷底部。由于有泥岩、页岩等软弱岩层大量存在，使得整个岩体抗剪强度降低，节理裂隙发育，岩体较为破碎，抗风化能力较差，工程性能较好。

2.2 田块病害特征及现状

项目区位于耀州区东北部，位置介于东经108°52′4.7″～108°53′24.2″，北纬35°10′24.1″～35°10′59.6″之间。项目区主要病害发生在小型冲沟回填梯田地带。小型冲沟，长约90 m，平均宽度25 m，沟深5 m～9 m，坡降30%，沟内乔灌木较多，杂草丛生，地下水丰富，广泛分布有山体掉落的片石或碎石土。

回填土主要来源为沟道两岸的残积土或其他二类土。先铲除沟道内其他附着物，利用大型机械将两岸土推移至沟道，分层回填。该类项目一般利用机械自重进行碾压，而压实度难以达到要求。该项目于2017年实施，梯田田坎和田块内部有大量水渗出，壤中流现象较多，严重影响了耕作，如图1所示。

沟道高出水流沿着主沟道在田块间流动，侵蚀了整个梯田，田块外缘也是灾害发育地带，整个田块外缘为淤泥，深度2 m以上，田块外缘向内7 m左右，有多条裂缝，并伴有塌落的现象，如图2所示。

3 设计建议与治理措施

3.1 设计建议

小型沟道地下水与地表水较多，在此区域上方做梯田，新旧接触面易形成相对隔水层，后期可形成类似地下河工况，是造成滑坡、地裂缝、黄土暗穴等地质灾害的根本诱因。设计时，考虑地下水排泄路径，根据沟道大小、地下水分布、水量等情况采取以下措施：

1)施工前，铲除地面附着物和表层淤泥，根据地形将坡面修成台阶状；2)合理布置盲沟，将水排至地势较低的地方；3)分层分段回填，每层回填厚度不得超过30 cm；4)为防止地下水太过丰富，形成壤中流，在田坎根部布置截水沟；5)沟道断面过大时，尽量不采取回填的方式，应就地推成梯田。

3.2 治理措施

3.2.1田坎渗水

注重地下水分布、降水情况，分析田间地下水来源，寻找地下水水流路径。该项目区地下水储藏丰富，再加上田块处在沟道之间，地下水水流路径基本为顺原有地势流动。除修筑盲沟外，可在地表设置截水沟。田坎渗水时，在水头以下10 cm处修筑土质截水沟，根据涌水量设置截水沟断面尺寸，截水沟纵向坡度不宜太大，内部填充粒径10 cm～15 cm砾石，防止截水沟被落土淤满。田间地表渗水量与季节有很大的相关性，7月、8月为降雨量较多的季节，人、畜在此区域活动时应加以防范。施工5个月后去现场观察，效果较好，图3黑线部分为截水沟布置位置。

3.2.2田块外缘淤泥

田块外缘有大量积水，增加了田块自重，容易诱发滑坡现象，可造成周围群众生命财产安全受到威胁。

根据现状，田块外缘淤泥含水量较大，因其有塌落现象，对田块外缘7 m内的田块进行卸载，分成两个田块，根据田坎高度，设置两个田块高差，同时尽量使田坎坡度缓一些，施工过程应有晾晒过程，同时，虽然进行了卸载处置，但地下水排水措施不能少，如在上个田坎根部设置截水沟，阻断地下水进入田块。

必要时利用模拟软件，如FLAC3D，根据气象水文、地块尺寸、田坎高度、地质等情况，输入合理的参数模拟水流下渗时，各个断面的应力、应变情况。对边坡蠕动滑移、滑坡等现象进行预测[7]。

此外，需要合理布置地表排水沟，减少地表水下渗形成黄土暗穴，避免地下空间形成流水通道，如图4所示，黑线部分为新修梯田边界线。

4 结论与展望

小型沟道回填成的梯田，具有很多潜在病害，如地裂缝、滑坡、黄土暗穴等。设计与施工阶段需要引起足够的重视。太多的地下水，将会在田坎中间、田坎根部有水流渗出及田块外缘有塌陷的可能，可以通过布置截水沟、卸载等方式治理。设计时，重点考虑沟道断面形状、尺寸、水量以及沟道坡降，尽量选取颗粒粒径小且致密的土，减少水流下渗路径。若沟道尺寸过大，不宜直接用回填土修筑梯田，应根据实际情况就地推移土方，同时做好地下水引流工作。