坡改梯工程中混坎施工技术探讨

尹成戌

(舟曲县水土保持工作站，甘肃 舟曲 746300)

坡改梯工程是综合治理坡耕地水土流失，改善局部生态环境，提高水土资源利用效率和促进农业生产可持续发展的主体工程。在白龙江干旱河谷紫色土区，大部分耕地分布在5°～25°的坡面上，有一定的倾斜度，因此沟蚀、面蚀严重，有些甚至发育成浅沟侵蚀和切沟侵蚀。坡改梯工程既能防止耕植土流失，拦蓄泥沙径流，遏制浅沟和切沟的前进、下切和扩张，又能高效利用坡耕地资源，为发展现代灌溉农业和林果业创造有利条件，做到减害与兴利并举。但采用单一材料修筑的梯田埂坎，存在不少的缺陷，主要为：①石坎坡改梯，石料用量多，投资大，成本高；②水浇地石坎梯田，当无勒台(石坎基础扩大部分)的石坎坎高超过5 m时，其稳定性难以保证；③常用梯田地埂，其梯形断面施工极为不便；④土坎坡改梯，虽投资小，成本低，但灌溉时，因土坎稳定性差，顶部容易毁坏，且不便管护。

在总结长期工程实践的基础上，依据因地制宜、适地适措、就地取材、宜土则土、宜石则石、土石结合的原则，在白龙江干旱河谷紫色土区坡改梯工程中，采取了混坎施工技术，在修筑单块梯田埂坎时，既整合了土、石两种材料的优势，又舍弃了各自的劣势，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，实现了修筑少用工、埂坎少占地、便利机械作业、梯田稳固、地埂和生产性土地的生态经济效益最大化的目标。

1 上部石坎下部土坎式混坎

此类混坎适用于土质坚硬、地下水埋藏较深的宜修梯田区，其混坎一般上部1/2坎高采用石料干砌，下部1/2坎高修整成稳定的自然土坡，其中石坎部分施工包括定线、清基(土石坎结合槽开挖)、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)定线。一般旱作梯田石坎可作挡土墙处理，水浇地梯田石坎应作特殊挡土墙处理。先在坡改梯规划确定的坡耕地坡面正中，从高到低确定一中轴线，再根据梯田断面最优化设计原则，确定梯田的田面斜宽，在中轴线上标定各台梯面斜宽基点，然后从基点出发，用水准仪或水平管向左右两端分别测定其等高点(水浇地梯田要兼顾灌溉要求和径流利用，可沿水流方向设计1/500～1/1 000的纵坡)，连接各等高点成线，即为各台梯田的施工线；再用以上定施工线的方法，确定田面斜宽的中点，并连接成线，即为各台梯田的填挖中线(开挖线)。土石山区梯面宽度应不小于4 m，长度不限。在定线过程中，遇局部地形复杂处，应根据等高线，大弯顺势，小弯取直，宽可适当调整；在等高的基础上尽可能要求等宽，有时为保持梯面局部等宽，需适当调整施工线位置。

(2)清基(土石坎结合槽开挖)。以施工线为中心上下各划出40～50 cm宽作为清基线，在清基线范围内清除耕植土后，开挖土石坎结合槽，槽深约40～60 cm，两边基面应开挖为倒坡面；再将结合槽内深10 cm的土层翻松，清除其中的石砾杂物，若有洞穴应及时填塞、整平和夯实。若是土基，应清除至坚硬的底土层；若是较浅的砂砾层地基，应清除至坚实生土层。清基时，清除的耕植土要堆放在结合槽外，以便表土还原。

(3)砌筑石坎。一般是干砌石块，依靠石块之间相互挤紧维持其稳定，若局部发生松动毁坏，将会导致整体破坏。石块在砌筑前应先行试放，不适之处用锤修凿，使其能够砌筑密实。砌筑时，要自下部坡面向上部坡面一排紧挨一排地铺砌，同一排的块石应尽量一致，其长轴线呈水平线，不可向内或向外倾斜，防止滑塌；石块间若有较大空隙，可用小石块填补塞紧，做到缝紧底实。中间砌体应依石块原有形状立砌，使尖对拐，拐对尖，较宽的一侧与渗流方向垂直，相邻石块呈梅花形排列，六角靠紧，互相咬合砌成；砌体端部需要选择较大、较方正的石块垒砌。

(4)坎后填膛与修平田面。在施工过程中，这两道工序是结合起来同时进行的，包括取高填低、客土造田、表土还原、平整田面等施工工序。在取高填低时，无论是采取上挖下填或下挖上填的施工工序，均应将夹杂在生土内的石块、石砾捡拾起，分层从下向上堆放在石坎后，先堆大石块，后堆小石块，形成一个三角形或梯形断面，对石坎起到支撑作用；客土造田时，要择优选用表土，施工时采取逐台下移、熟土逐行置换、肥土中间堆置的方法；表土还原时，将保留的耕植土进行表土还原处理；平整田面时，田面达到水平即可，平整后的田面要求30～50 cm深度内无石块、石砾，以利耕作。

1.1.2 稳定性分析

混坎上部为石坎时，石坎是利用自重来维持自身安全稳定的。根据白龙江干旱河谷历年降水情况，以及最易产生严重水土流失的短历时高强度暴雨情况，设计石坎防御标准为10～20年一遇3～6 h最大暴雨。为增强石坎稳定性，其横断面设计为直角梯形，地埂顶宽为0.4～0.5 m，石坎外坡坡度为80°～85°、内坡铅直，高度不大于2 m(见表1)。

表1 上部石坎、下部土坎式混坎设计参数

在石坎表面安全可靠的状态下，取一段高度2 m、顶宽0.4 m、长度1 m、外坡85°、内坡铅直的石坎进行稳定性验算。经验算，石坎抗滑、抗倾覆、基底平均应力与最大应力均满足安全稳定性要求。

1.2 土坎部分

1.2.1 施工

坡改梯时，一般采取自下而上的施工工序，而混坎施工时，上半部干砌石施工结束后，下半部自然土坡才开始施工。土坎施工时，将自然土坡开挖为整齐平滑的坡面，并结合下台梯田田面修平。根据不同土质的自然土坡安全稳定性要求，确定基础底宽为0.6～0.8 m，勒台(土坎与石坎结合处的基础扩大部分)宽为0.2～0.3 m，基础底宽加勒台宽为清基宽；土坡外坡坡度为70°～75°、内坡坡度铅直，土坎高度可参考当地土体临界高度，此处土坎高度为不大于2 m(见表1)。土质承载力大的密实砂砾石土，其勒台宽度取最小值、坡度取最大值，黏土和粉土取值相反。为增强埂坎稳定性和合理利用地埂与勒台，可在其上栽植花椒、石榴、无花果和核桃等经济树种，增加土地收益。

1.2.2 稳定性分析

因均质土坡失稳滑动面接近圆弧面，故此处采用圆弧法分析土坎的稳定性。取宽度0.8 m、长度1 m的土坎，计算其安全稳定系数，得出其值为1.32，大于规范规定值1.1，故修筑的土坎满足稳定性要求。

2 上部土坎下部石坎式混坎

此类混坎适用于土质疏松、地下水较丰富且埋藏较浅的宜修梯田区，上部土坎采用锨背拍实，或用木夯砸实，或用挖斗压实，下部石坎采用干砌石垒砌。

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)坎高用石料砌垒成75°～80°石坎，砌筑方法与稳定性要求与下部土坎上部石坎式混坎的石坎类同。

2.2 上部土坎

2.2.1 施工

上部土坎高为1/2(坎高2 m以下)或2/3(坎高2 m以上)坎高，其定线、清基、修平田面的施工工序与下部土坎上部石坎式混坎的石坎类同，夯筑土板墙时一般采用套枋打埂，即椽帮埝、枋帮埝和板帮埝等方法。

修筑上部土坎时，常采用枋帮埝(人工修筑埝坎)的方法，要求埝坎端直、整连(整齐且衔接)。在坡耕地两端按设计梯田面宽，用皮尺或钢尺量定埝坎的端点，依据两端点按定施工线的方法，定出中间点，沿各点撒白石灰，定出埝坎线；开挖基槽，深为1/15～1/10的坎高，宽为1～2 m，用石夯或石杵将基槽夯实1遍；稳椽用四根顺直较粗的木椽，一般长2～5 m、直径6～10 cm，做竖栽的夹杆，夹杆下端埋入土中约0.3 m深，夹杆上下两端分别用8号铁丝对拉扭紧，两对夹杆间的距离应稍小于木枋的长度，外侧夹杆的倾斜度要符合埝坎设计坡度，为75°～80°；将长3～6 m、宽12～50 cm、厚6～8 cm的木枋叠放入夹杆内侧，枋与夹杆之间垫一木楔，用虚土稳住；虚土夯实时，在埝坎外侧取生土填筑埝坎，边填土边用脚踏实，填满后用镢头沿枋边粗打1遍，再用石杵夯砸3遍，要求干密度达到1.4～1.5 t/m3；夯砸完毕，将下边第3条和第4条木枋取出，放倒在上边，再按上述方法填筑下一层，如此循环，直至坎顶。放倒木枋时，先用手锤打掉夹在木枋与夹杆之间的木楔，再抽取木枋；填膛时，沿埝坎外侧开沟取土，填入埝坎内侧；在埝坎内侧填饱内膛，略加捣实，呈倒坡形，以加固埝坎。

2.2.2 稳定性分析

上部土坎抗滑、抗倾覆、基底平均应力与最大应力的验算方法同上部石坎，经验算上部土坎抗滑、抗倾覆、基底平均应力与最大应力均达到了规范要求；而土坎安全稳定系数的计算方法同下部土坎，经计算其安全稳定系数为1.36，大于规范规定值1.1，故修筑的土坎满足稳定性要求。

3 坎埂林

由于高山峡谷地形复杂破碎，往往不能构成梯田林网，因此只能因地制宜，量水而行，以水定植造林。为充分利用土地，可在土坎、田埂上造林种草。各地应视水热条件，结合田块规划，考虑田埂林既有防护农田的一面，也有遮阴、与农作物争水争肥的一面，根据具体条件，因地制宜地造林；还可种植有经济价值的草(紫柴胡等)及灌木(花椒、石榴、无花果和核桃等)增加收益。

4 注意问题

白龙江干旱河谷紫色土区坡改梯工程实践证明，混坎坡改梯在坡耕地水土流失综合治理中，既能有效防止土壤侵蚀，又能费省效宏，同时便于施工和后期管护，可推广应用。但在推广应用中，应注意以下几个方面：①施工期应尽可能避开主汛期；②不宜在滑坡泻溜面上的坡耕地上修建；③在土坎、石坎衔接处应选择较规则的大块石，砌筑时要注意块石之间的有机咬合；④不宜在高山阴湿、浅层地下水丰富和易产生冻融破坏的坡耕地实施；⑤石坎主体与基础衔接的扩基干砌石勒台、土坎与石坎基础间的土勒台对提高田坎安全稳定性和防震具有显著功效，不可忽视。