谷坊工程在小流域沟道治理中的应用与防治效果

曾仕美

(贵州省毕节市赫章县水务局水十保持监测中心,贵州 毕节 553200)

水土流失问题可以细分为面蚀现象和沟蚀现象,其中沟蚀现象尤为严重。浆砌片石谷坊具备一定的治理优势,可以在施工现场就地取材,整体施工成本比较低,可以适用于多种不同的环境中。浆砌片石谷坊施工中可以适当减少基础部分的施工量,在降低施工成本的基础上,提高施工效率,缩短施工工期。

1 工程概况

此次以某流域综合治理作为研究案例,该流域主要是以潜水流域与支流为核心,该流域中的断面未建设水文站,流域沿线的地理条件基本上是相同的,均处于同一个生态环境系统内,为了保证不同断面的洪峰流量设计数据的精准性,可以对水文站提供的数据资料进行核对。按照10a一遇洪水进行设计,洪峰的流量可以设计为2120m3/s,由此可以计算出该区域的水文站10a一遇洪峰流量为2510m3/s。通过对比分析以后计算该流域的洪峰流量应该为2980m3/s。

2 砌体的强度影响因素

通过进一步的研究分析,砌体的强度主要是会受到以下因素的影响:石料的强度与外形、胶结材料的强度、施工工艺及施工质量等等因素。砌体的强度与石料强度之间存在正比关联性,但是当石块的强度达到一定数值以后,其对于砌体的强度影响则不是很显著。石块的外形越不规则,则砌体的强度越低,所以,施工人员应该合理的确定石块的厚度与平整度,避免对砌体的受力状况造成负面影响,尽可能的提高砌体的强度。不同类型的石料,其对于砌体的强度提升具有不同的影响:如若使用小石子砂浆进行施工,那么砌体的强度比较高,胶结材料的和易性会对砌体的强度造成较大的影响,当胶结材料的和易性越好时,那么砌体的强度越高。此外,还应该对砌筑施工缝进行严格的控制,水平缝的宽度通常保持在2～3cm之间,竖向施工缝的宽度应该以能够伸入振捣设备作为标准[1]。

3 浆砌石谷坊的修筑方法

3.1 地基处理

石谷坊位于沟床下侧的基础必须进行妥善的处理:针对于岩层而言,将风化层全部清理干净,露出路床部位的坚硬岩石应该凿为不平整状的石面,便于砌体与基础相互结合;针对于土基础而言,需将表面的母质土层清理干净,如若砂砾层的基础厚度比较薄,应该将其清除至坚硬土层。

3.2 浆砌石施工

砌石工程施工便捷,可以直接就地取材,同时施工成本非常低,施工过程便于掌控。施工人员可以结合设计图纸提供的尺寸由下向上分层砌筑,并逐层向内收敛,需要注意的是石料的厚度≥30cm,分层平面的应力与作用力应该保持垂直状态,砌筑面的法线与作用力的方向之间的角度≤15°～17°,如若超过该度数,那么砌筑体在受到外部作用力时可能会导致层面出现滑动现象。砌块之间的竖向缝隙应该对外部作用力保持平行状态,避免砌块受力而产生楔块作用。实际施工过程中,应该保证上下层的竖向缝隙相互错开,保证砌体构筑物的整体性与稳定性,同时便于应力扩散[2-3]。

3.2.1 砌筑胶结材料

该项目中的胶结材料选择使用水泥砂浆与小石子砂浆。其中,水泥砂浆应该选择使用级配良好的砂料,砂的粒径控制在5mm以内,砂料中的杂质含量应该控制在合理范围以内。为了能够降低施工成本,在对谷坊砌体施工过程中,可以使用小石子砂浆替换水泥砂浆进行施工。小石子砂浆是由水泥、小石子、砂、水搅拌而成,也可以将其称之为细骨料混凝土,相对比而言,小石子砂浆可以有效的减少水泥的用量。小石子可以选择采用一级级配或是二级级配,其中,一级配的石子粒径为0.5～2.0cm,用量为砂石总重量的60%左右;二级配的小石子用量中0.5～2.0cm粒径约占45%,20～40cm粒径约占55%。

一般情况下,水泥砂浆的标号可以细分为四种型号:M5,M7.5,M10,M12.5,细骨料混凝土标号主要是涉及两种:C10,C15,每一层的水泥砂浆厚度应该结合试块的大小进行确定,一般情况下控制在30cm。由于不同的石块大小存在一定的差异性,所以每砌筑3层应该找平一次。每个施工段的交接部位可以设置为台阶状,以保证施工的整体性;在砌筑作业过程中,使用细石混凝土对缝隙进行填充,但是缝隙表面不得进行抹浆处理,可以使用覆盖物进行遮挡,继续砌筑时需将其表面清理干净,并适当洒水作湿润处理。将大粒径的石块砌筑在底部,可以有效的提高砌体的美观性。对于出现松动现象的砌块,应该将其翻起,并将砌块表面的干浆清理干净,使用新砂浆再次进行砌筑。砌筑施工过程中,丁石不得设置在竖向缝隙上侧,且不得将上一层的竖向缝隙设置在下一层的丁石上侧,丁石的长度必须超过顺石宽度的2倍。在砌体的外露面部位的砂浆尚未完全凝固之前,砖缝内侧的砂浆深度不得超过2cm,将硬化以后的砂浆清理干净,而后使用高标号的砂浆涂抹在其表面。勾缝的形式有两种:半圆形与带式,缝宽大概为3cm,凸出的高度大概为1cm。勾缝施工可以有效的提高气体的强度的抗渗性能,基础结构与土体接触部位可以不需要采取勾缝处理,待砌体工程结束以后,使用麻袋作覆盖处理,并适当洒水作湿润处理,养护时间控制在5～7d之间,在砌体尚未达到设计强度之前,不得在砌体上侧堆载重物[4-5]。

3.2.2 块石

选择合适的石料,并对石料的尺寸、外形进行适当的修整,将石料的尖锐角消除。石块的尺寸越大时,那么水泥的用量就越少,同时砌体的整体强度也越高,所以,石块的厚度至少要达到20cm。

3.2.3 粗料石

粗料石是由棱角分明的长方体加工制作而成,粗料石的长度≥50cm,粗料石的厚度≥25cm,粗料石的长度与厚度之间的比例应该根据其自身的尺寸、施工现场的运输能力进行确定。

3.2.4 砌筑方法

施工工具主要是包括:锤子、撬杠、刮刀、锤球等工具。正式砌筑施工之前,需要对地基进行处理:将基础部位的土体进行夯实,而后在夯实后的基面上铺设一层3～5cm厚度的砂浆,而后安放试块;面对岩石基础时,先适当洒水作湿润处理,然后进行铺浆作业,需保证石块表面足够的洁净;分层砌筑施工过程中,分层施工的顺序为: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头,角石能够对建筑物的砌筑位置与外形进行把控;在选择石材及施工过程中,施工人员应该严格慎重,先选择大粒径的石块进行试作业,必要情况下可以对石块进行修凿处理,而后按照放线的位置进行砌筑作业,保证砌筑位置的精准性,角石砌筑完成以后可以将放样线挂设在角石上。面石是指砌筑在立面的石块,面石应该按照一丁一顺的形式进行排列,面石与腹石应该交错砌筑。腹石是指砌筑在中间部位的石块,这部分石块的外形不需要过于规则,需保证石块的大面朝下,尽可能的缩小缝隙,使用砂浆将缝隙填满。

3.3 干砌石部分的施工技术

干砌块石施工方法一般可以分为2种:花缝砌筑方法与平缝砌筑方法。其中,花缝砌筑主要是利用砌块自身的形状进行施工,保证砌块的尖端对准拐端,拐端与尖端对齐,砌筑过程中不需要保证层次分明,但是需要保证大面朝上。花缝施工完成以后,应该保证砌块表面平整,底部应预留空洞,便于沟道流水。平缝施工是指将砌块的宽面与坡面的横向方向保持平行状态,采用分层砌筑的方式进行施工。正式砌筑之前,先安放砌块,不匹配部位可以适当的进行凿除修整,保证砌块相互之间衔接密实,避免因砌块之间存在缝隙而导致砂石沿着缝隙流出,进而对砌体的整体性造成影响。平缝砌筑的边缝相对比较牢固,抗冲刷性能比较墙。干砌块石则是利用石块相互之间的挤压作用保证砌体的整体性与稳定性,如若局部区域出现松动现象,则会对砌体的整体性造成非常严重的影响。

4 谷坊的防治效果

4.1 拦截沟道泥沙,恢复水毁耕地

结合实际情况而言,沟道内的泥沙主要是来源于区域内众多的沟渠。该项目中的拦砂坝、谷坊在泥沙流动的通道内会逐渐形成人工屏障,这种屏障不但可以阻断泥沙,同时还可以对河床进行加固,提升河底的高程,提高边坡的稳定性,降低沟道受到的侵蚀影响,有效的降低泥沙的下泄量。在每一个小流域内均建设石质谷坊,谷坊工程的实施对于沟道砂石拦截、保护农耕用地具有重大意义。

该区域内的两个村庄内的干沟流域覆盖面积为28.47km2,建成梯土的面积为128hm2,50a一遇的暴雨导致泥沙下泄,促使梯土均变成了沙滩,在这种情况下,可用农用耕地的面积不满原本面积的1/5;在治理小流域时新建了7作谷坊,形成了良好的防护体系,累计运行14a,总拦截泥沙量超过38万m3,有效的保护了下游区域的183hm2的新建梯土、坝地,同时还新增坝地18.2hm2,对于促进退耕还林具有积极性的作用。

4.2 保护基本农田,促进退耕还林

新建谷坊是响应国家保护基本农田、促进退耕治理思想的有效措施。该区域的生态环境较为恶劣,区域内的石漠化面积逐年增长。结合相关数据来看,区域内的石漠化面积增长速度为443.33hm2/a,而沟坝地的砂淤面积增长速度大概为1333.33hm2/a。大部分的壤土都是分布在沟道的下游沟谷与坝地内。区域内每1hm2良田壤土的产量大概是陡险坡地产量的2～3倍,此外,该区域还应该针对于小流域实施综合治理活动,结合实际情况采取有针对性的 “一锁、二清、三保”的治理措施,在经过长时间的治理以后,该地区最终取得了理想中的治理效果。详细而言,“一锁”是指新建3座谷坊,避免泥沙出现下泄现象,提高流域两侧边坡的防御能力,减少滑坡、泥石流出现的可能性,长期运行累计拦截65万余m3泥沙;“二清”是指对沟道内既有的泥沙进行清理,确保沟道畅通流动;“三保”是指在沟道的两侧修建防洪堤,建设长度为1300m,可以有效的保护良田面积80hm2。

4.3 效益分析

进行谷坊工程设计及应用后能有效防止冲刷沟的水土流失,能改善区域生态环境,保护耕地,从生态和社会2个方面都取得了效益,给当地农场的机械化耕作创造了良好条件。水土保持工程实施后,经过水土保持综合治理能够大大改善流域内的生态环境,取得明显的生态效益。通过采取各项水土保持措施,年保土能力达2.17万t,年蓄水能力达58.64万m3。通过水土保持综合治理,对原有的水土流失进行根治,减轻了水土流失对土地的破坏。由于各项措施的蓄水保土作用,减轻了坡面、沟道的洪水、泥砂给下游带来的危害,特别是对改善和减轻排洪沟的泄洪压力。各种农业耕作措施的应用,减轻了干旱、洪涝对农牧业生产的威胁。进一步改善了农村产业结构,提高土地利用率,加快群众脱贫致富步伐,促进经济社会的全面发展。

综上所述,水土流失治理是一项综合性、系统性的工程,谷坊的建设无法从源头上解决水土流水问题,应该清楚的认识到,“山上不治,山下难保”是有一定道理的,所以应该加大拦砂坝、谷坊的建设力度,同时加大对坡面的治理力度,从根本上解决水土流失问题。