51-2沟头-谷坊工程

1、第五章第五章 沟道治理沟道治理工程工程 v沟道治理工程沟道治理工程是指为了固定沟床，拦蓄泥沙，防止为了固定沟床，拦蓄泥沙，防止或减轻山洪及泥石流灾害而在山区沟道中修筑的各或减轻山洪及泥石流灾害而在山区沟道中修筑的各种工程措施种工程措施。沟头防护、谷坊、拦沙坝、拱坝、淤地坝工程等，都属于沟道治理工程。v沟道治理工程的主要作用主要作用在于防止沟道底部下切，固定并抬高侵蚀基准面，减缓沟道纵坡，减小山洪流速。沟床的固定对于沟坡及山坡的稳定也具有重要意义。沟床固定工程还包括沟床铺砌、种草皮、沟底防冲林带等措施。 第一节 沟头防护工程 v沟头防护是沟壑治理的起点，其主要作用主要作用是防止坡面径流进入沟道而

2、产生的沟头前进、防止坡面径流进入沟道而产生的沟头前进、沟底下切和沟岸扩张，此外，还可起到拦截沟底下切和沟岸扩张，此外，还可起到拦截坡面径流、泥沙的作用坡面径流、泥沙的作用。v沟头防治工程根据其形式，分为蓄水式和排蓄水式和排水式沟头防护工程水式沟头防护工程两类。 一、蓄水式沟头防护工程v当沟头上部集水区来水较少，地质条件较好沟头上部集水区来水较少，地质条件较好时，可采用蓄水式沟头防护工程，即沿沟边修筑一道或数道水平半圆环形沟埂，拦蓄上游坡面径流，防止径流排入沟道。v沟埂的长度、高度和蓄水容量按设计来水量而定。蓄水式沟头防护工程又分为沟埂式与埂墙涝池式两种类型。 v1 1、沟埂式沟头防护、沟埂式沟

3、头防护v是在沟头以上的山坡修筑与沟边大致平行的若干道封沟埂，同时在距封沟埂上方1.01.5m处开挖与封沟埂大致平行的蓄水沟，拦截与蓄存从山坡汇集而来的地表径流。v在沟头坡地地形较完整时，可做成连续式沟埂；v若沟头坡地地形较破碎时，可做成断续式沟埂。连续式连续式断续式断续式设计内容v包括：封沟埂位置包括：封沟埂位置、高度高度，蓄水沟深度蓄水沟深度，沟埂长度沟埂长度及道数及道数。v第一道封沟埂与沟顶的距离，一般为23H沟深，沟头深10m 以内的，至少相距35m，以免引起沟壁崩塌。各沟间距沟间距可用下式计算：v L=H/iv式中：L封沟埂间距，m；v H埂高，m；v i最大地面坡度，%。v沟埂长度、

4、埂高和沟深等尺寸，视沟头坡度、设计来水量、土质等条件决定。 2、埂墙涝池式沟头防护v当沟头以上汇水面积较大，并有较平缓的地沟头以上汇水面积较大，并有较平缓的地段段时，则可开挖涝池群。各个涝池应互相连通，组成连环涝池，以最大限度地拦蓄地表径流，防止和控制沟头侵蚀作用。同时涝池之内存蓄的水也可得以利用。v涝池的尺寸与数量等应该与设计来水量相适应，以避免水少池干或水多涝池容纳不下的现象。 3 蓄水式沟头防护工程的设计v（1）洪水设计标准：1020年一遇的暴雨。v（2）设计步骤v来水量来水量计算计算v式中：W来水量，m3； v K径流系数； v R10年一遇36h最大降雨量，mm；v F沟头以上集水面

5、积，hm2。KRFW10v蓄水量计算蓄水量计算vA：当在围埂以上开挖蓄水沟和涝池时开挖蓄水沟和涝池时，可根据来水量计算蓄水沟断面尺寸和涝池数量和尺寸。v沟埂一般为土质梯形断面，埂高0.81.0m（据来水量具体确定），顶宽0.40.5m，内外坡比各约1：1。vB：当围埂以上不挖蓄水沟不挖蓄水沟，只利用围埂蓄水时（下图），蓄水量可按下式计算：v式中：V围埂蓄水量，m3； L围埂长度，m； B回水长度，m； H埂内蓄水深，m； i地面比降，%。iHLHBLV222沟头围埂蓄水量示意图 v溢流口溢流口v另外，当上方封沟埂蓄满水后，水将溢出。可在埂顶每隔1015m的距离挖深2030cm，宽12m的溢流口

6、，并以草皮铺盖或以石块铺砌，使多余的水通过溢流口流入下方蓄水沟埂内，确保封沟埂的安全。 二、泄水式沟头防护工程v沟头防护以蓄为主，作好坡面与沟头的蓄水工程，变害为利。但在下列情况下可考虑修建泄水式沟头防护工程：v是当沟头集水面积大且来水量多时，沟埂已不能有效地拦蓄径流；v是受侵蚀的沟头临近村镇，威胁交通，而又无条件或不允许采取蓄水式沟头防护时，必须把径流导至集中地点通过泄水建筑物排泄入沟，沟底还要有消能设施以免冲刷沟底。 （一）设计洪水标准v泄水式沟头防护工程属永久性建筑物永久性建筑物，应有较高的设计标准，一般可按2030年一遇暴雨洪水设计。 （二）设计排水量v设计排水量设计排水量的计算必须根

7、据沟头水文、地形条件精确计算，以选定泄水结构形式和工程设计。v沟头集水面积一般小于0.1km2，形状近似于圆形和半圆形，应按全面汇流计算。可按下述2种公式计算：v采用水土保持综合治理技术规范沟壑治理技术(GB/T16453.31996)推荐的公式：vv式中：Q设计流量，m3/s； I10年一遇1h最大降雨强度，mm/h； F沟头以上集水面积，hm2； K径流系数。 610278KIFQvv式中：Qm设计暴雨的最大径流量，m3/s； v洪峰径流系数（不同于径流系数），汇流历时愈短，值愈大，对于沟头集水取=0.751.0； h设计暴雨量，mm/s。由设计历时的平均暴雨强度（查各地水文手册降雨强度公

8、式）和设计暴雨历时计算，可按30min暴雨强度设计； F沟头以上集水面积，hm2。 hFQm278.0（三）类型v一般有悬臂跌水式悬臂跌水式、陡坡式陡坡式和台阶式台阶式3种。v1 1、悬臂跌水式沟头防护、悬臂跌水式沟头防护v在沟头上方水流集中的跌水边缘，用木板、石板、混凝土或钢板等作成槽状(图5-3)，使水流通过水槽直接下泄到沟底，不让水流冲刷跌水壁，沟底可用浆砌石作成消力池，或碎石堆于跌水基部，以防冲刷。v适于落差大、降落线较短的陡崖沟段。适于落差大、降落线较短的陡崖沟段。 图5-3 悬臂跌水式断面 水槽断面设计按宽顶堰流公式：Q=MBH3/22、陡坡式沟头防护v陡坡式沟头防护（图5-4）是

9、用石料、混凝土或钢材等制成的急流槽，因槽的底坡大于水流临界坡度，所以一般发生急流。为了减少急流的冲刷作用，有时采用人工方法来增加急流槽的粗糙程度。v一般用于落差较小，地形降落线较长的沟段用于落差较小，地形降落线较长的沟段。v断面设计参见溢洪道部分。图5-4 陡坡式沟头防护结构示意图 3、台阶式沟头防护v这种泄水工程可用石块或砖浆砌而成，施工技术较简单，但需石料较多，质量要求较高。v（1）形式：分为单级式和多级式。v单级台阶式单级台阶式 ( (图图5-5)5-5)多用于跌差较小(1.52.5m)，且地形降落比较集中的沟段；v多级台阶式多级台阶式( (图图5-6)5-6)多用于跌差较大且地形降落距

10、离较长的沟段。在这种情况下如采用单级台阶式跌水，因落差过大，下游流速大，必须做很坚固的消力池，建筑物的造价高。 v（2）断面设计v台阶式跌水的断面可按下列公式计算，以使工程经济、安全可靠。v式中：h泄水槽水深，m；v b泄水槽底宽，m；v Q设计洪水流量，m3/s。 322501. 0bQh 31335. 0hQb 第二节 谷坊工程v谷坊又名防冲坝、沙土坝、闸山沟等，是山区沟道山区沟道内为防止沟床冲刷及泥沙灾害而修筑的横向挡拦建内为防止沟床冲刷及泥沙灾害而修筑的横向挡拦建筑物筑物，谷坊高度一般35m，拦沙量小于1000m3，以节流固床护坡为主，一般布置在小支沟、冲沟或切沟上，是水土流失地区沟道

11、治理的一种主要工程措施。 一、谷坊的作用v（1）固定与抬高侵蚀基准面，防止沟床下切；v（2）抬高沟床，稳定山坡坡脚，防止沟岸扩张及滑坡；v（3）减缓沟道纵坡，减小山洪流速，减轻山洪或泥石流灾害；v（4）使沟道逐渐淤平，形成坝阶地，为发展农林业生产创造条件。 二、谷坊的分类v谷坊可按所使用的建筑材料、使用年限和透水性不同进行分类。根据不同的分类标准，可将谷坊分为不同的类型。v根据水土保持综合治理技术规范沟壑治理技术（GB/T16453.31996），谷坊按：v建筑材料。建筑材料。可以分为土谷坊、石谷坊、植物谷坊土谷坊、石谷坊、植物谷坊3类。 v使用年限。使用年限。可分为永久性谷坊永久性谷坊和临时

12、性谷坊临时性谷坊；浆砌石谷坊、混凝土谷坊和钢筋混凝土谷坊为永久性谷坊，其余基本上属于临时性谷坊。v透水性质透水性质。又可分为透水性谷坊透水性谷坊与不透水性谷坊不透水性谷坊，如土谷坊、浆砌石谷坊、混凝土谷坊、钢筋混凝土谷坊等属于不透水性谷坊；而只起拦沙挂淤作用的插柳谷坊、干砌石谷坊等皆为透水性谷坊。v谷坊类型选择类型选择取决于地形、地质、建筑材料、劳力、技术、经济、防护目标和对沟道利用的远景规划等多种因素。往往须先考虑劳力和经济因素，选择能往往须先考虑劳力和经济因素，选择能就地取材的谷坊类型就地取材的谷坊类型 。v对于为保护铁路、居民点等有特殊防护要求特殊防护要求的山洪、泥石流沟道，则需选用坚固

13、的永久性谷坊，如混凝土谷坊等。土谷坊示意图（单位：m） 塑料编织袋土谷坊断面构造图（单位：m） 干砌石谷坊断面图（单位：m） A横断面 B下游立视浆砌石谷坊断面图（单位：m） 石笼谷坊断面图（单位：m） 单排柳谷坊断面图 双排柳谷坊断面图（单位：m） 三、谷坊位置的选择三、谷坊位置的选择v通过沟壑情况调查，选择沟底比降大于5%10%的沟段，系统地布置谷坊群。谷坊的布设是根据沟道的比降，自下而上逐步拟定谷坊的位置，一般高25m，下一座谷坊顶部大致与上一座谷坊基部等高（图56）。 图5-6 谷坊布设示意图 四、谷坊高度与间距的确定四、谷坊高度与间距的确定v1、谷坊高度、谷坊高度v应因地制宜，依据所

14、采用的依据所采用的建筑材料建筑材料来确定，主要以能承受水压力和土压力而以能承受水压力和土压力而不被破坏不被破坏为为原则，同时考虑原则，同时考虑省工省工的要求的要求。一般土谷坊、浆砌石谷坊5m，干砌石谷坊2m，柴草、柳梢谷坊1m。 2 2、谷坊间距、谷坊间距 v它与谷坊高度及淤积泥沙表面的临界不冲坡度有关。实际调查资料证明，谷坊淤满之后，其淤积泥沙的表面不可能绝对水平，而具有一定坡度，称稳定坡稳定坡度度（下图）（下图）。v目前常用下面方法来估算谷坊淤土表面的稳定坡度I0的数值。v根据坝后淤积土的土质来决定淤积物表面的稳定坡度：砂土0.005，粘壤土0.008，粘土0.01，粗砂兼有卵石子0.02

15、。 谷坊间距示意图 v根据谷坊高度h、沟底天然坡度i以及谷坊坝后淤土表面稳定坡度i0，可按下式计算谷坊水平间距L：v v式中：L相邻两座谷坊的水平距离，m； h谷坊高度，m； i沟底天然坡度，%； i0淤土表面稳定坡度，%。 0iihL日本确定沟床工程间距的经验公式v 狭窄沟道：L=(1.52.0)nv 宽沟道： L=(1.52.0)b v式中：n沟道纵坡比的倒数； b沟宽v不同沟底坡度和不同谷坊高度的谷坊间距见教材P136表5-5。 3 谷坊数量v若采用同高度谷坊，治理段的谷坊总数n计算：v式中：H沟床加护段起点和终点的高程差; h谷坊有效高度,即谷坊溢水口底至沟底高差(m); L谷坊间距(

16、m); i0淤土表面稳定坡度，%。 0LihHn五、土谷坊设计五、土谷坊设计v1、断面尺寸设计、断面尺寸设计v常见土谷坊断面尺寸见教材P133表5-1和表5-3（不同地区）。表表5-1 5-1 土谷坊断面尺寸土谷坊断面尺寸 坝高m迎水坡内坡背水坡外坡坝顶宽m坝脚宽m坝身需土方m3/m心墙尺寸（m）上宽下宽底宽高度1.01：1.01：1.01.04.03.82.01：1.51：1.01.06.07.00.81.00.61.53.01：1.51：1.51.510.018.00.81.00.62.54.01：2.01：1.52.016.036.00.81.50.73.55.01：2.51：2.03.

17、025.571.30.82.50.94.5根据GB，土谷坊的断面尺寸可参照下表。坝高（坝高（m） 顶宽（顶宽（m） 底宽（底宽（m）迎水坡比迎水坡比背水坡比背水坡比21.55.91:1.21:1.031.59.01:1.31:1.242.013.21:1.51:1.352.018.51:1.81:1.52、溢洪口设计v设在土坝一侧的坚实土层或岩基上，上下两座谷坊的溢洪口尽可能左右交错布置；v对于沟道两岸为平地，沟深小于3m的沟道，坝端没有适宜开挖溢洪口的位置，可将土坝高度修到高出沟床0.51.0m时，坝体在沟道两岸平地上各延伸23m，并用草皮和块石护砌，使洪水从坝的两端漫至坝下农、林、牧地，或

18、安全转入沟谷，不允许水流直接回流到坝脚处。 v土质溢洪口断面尺寸计算：由于其下紧接排洪渠，按明渠均匀流计算。v A=Q/V A=(b+mh)h v式中：A溢洪口断面面积，m2；V流速，m/s； Q设计洪峰流量，m3/s，按10-20a一遇36h最大雨量计算； b溢洪口底宽，m; h溢洪口水深，m； m溢洪口边坡系数。 六、石谷坊设计六、石谷坊设计v1、断面尺寸设计、断面尺寸设计v阶梯式石谷坊。一般坝高2-4m，顶宽1.0-1.3m，迎水坡1:0.2，背水坡1:0.8，坝顶过水深0.5-1.0m。一般不蓄水，坝后2-3年淤满。干砌阶梯式石谷坊断面示意图 v浆砌石谷坊。一般坝高2-5m，顶宽为坝高

19、0.5-0.6倍（为便利交通），迎水坡1:0.1，背水坡1:0.5-1:1。此类谷坊在巩固沟床的同时，还可蓄水利用，质量要求较高，需作坝体稳定分析 。v常见石谷坊断面尺寸见教材P133表5-2（不同建材）和表5-4（不同地区）。浆砌石谷坊断面示意图 2 2、溢洪口设计、溢洪口设计v石谷坊的溢洪口一般设在坝顶，v（1）矩形溢洪口。采用宽顶堰公式计算：v Q=Mbh3/2v式中：b溢洪口底宽，m；v h溢洪口水深，m；v M流量系数，一般取M=1.55; Q设计洪峰流量，m3/s 。v（2）梯形溢洪口v当边坡为1：1时，Q=(1.77B+1.42H)H3/2v当边坡为1：0.5时，Q=(1.77B

20、+0.71H)H3/2v当边坡为1：0.3时，Q=(1.77B+0.43H)H3/2v式中：B溢洪口底宽，m；v h溢洪口水深，m；v Q设计洪峰流量，m3/s 。v不同地区溢洪口断面尺寸见P139表5-75-11。七、植物（柳、杨）谷坊设计七、植物（柳、杨）谷坊设计v1、多排密植型多排密植型v在沟中已定谷坊位置，垂直于水流方向，挖沟密植柳杆（或杨杆）。沟深0.5-1.0m，杆长1.5-2.0m，埋深0.5-1.0m,露出地面1.0-1.5m。v每处谷坊栽植杨柳杆5排以上，行距1.0m，株距0.3-0.5m。埋杆直径5-7cm。v2、柳桩编篱型柳桩编篱型v在沟中已定谷坊位置，打2-3排柳桩。桩

21、长1.5-2.0m，打入地中0.5-1.0m。排距1.0m，桩距0.3m。v用柳梢将柳桩编织成篱。在每2排篱中填入卵石或块石，再用捆扎柳梢盖顶。v用铅丝将前后2-3排柳桩联系绑牢，使之成为整体，加强抗冲能力。八、谷坊的施工八、谷坊的施工v1 1、土谷坊施工要点、土谷坊施工要点v 定线。根据规划测定的谷坊位置（坝轴线），按设计的谷坊尺寸，在地面划出坝基轮廓线。v清基。将轮廓线以内的浮土、草皮、乱石、树根等全部清除。v挖结合槽。沿坝轴线中心，从沟底至两岸沟坡开挖结合槽，宽深各0.5-1.0m。v填土夯实。填土前先将坚实土层深松3-5cm，以利结合。每层填土厚0.25-0.3m，夯实一次；将夯实土表面刨松3-5cm，再上新土夯实，要求干容重1.4-1.5t/m3。如此分层填筑，直到设计坝高。v开挖溢洪口，并用草皮或砖、石砌护。 2 2 石谷坊施工要点（石谷坊施工要点（GBGB）v定线和土沟床清基要求与土谷