51-2沟头-谷坊工程

第五章沟沟道治治理工程程沟道治理理工程是指为了固定定沟床，，拦蓄泥泥沙，防防止或减减轻山洪洪及泥石石流灾害害而在山山区沟道道中修筑筑的各种种工程措措施。沟头防防护、谷谷坊、拦拦沙坝、、拱坝、、淤地坝坝工程等等，都属属于沟道道治理工工程。沟道治理理工程的的主要作用用在于防止止沟道底底部下切切，固定定并抬高高侵蚀基基准面，，减缓沟沟道纵坡坡，减小小山洪流流速。沟沟床的固固定对于于沟坡及及山坡的的稳定也也具有重重要意义义。沟床床固定工工程还包包括沟床床铺砌、、种草皮皮、沟底底防冲林林带等措措施。第一节沟沟头防防护工程程沟头防护护是沟壑壑治理的的起点，，其主要作用用是防止坡面面径流进进入沟道道而产生生的沟头头前进、、沟底下下切和沟沟岸扩张张，此外外，还可可起到拦拦截坡面面径流、、泥沙的的作用。沟头防治治工程根根据其形形式，分分为蓄水式和和排水式式沟头防防护工程程两类。一、蓄水水式沟头头防护工工程当沟头上部部集水区区来水较较少，地地质条件件较好时，可采采用蓄水水式沟头头防护工工程，即即沿沟边边修筑一一道或数数道水平平半圆环环形沟埂埂，拦蓄蓄上游坡坡面径流流，防止止径流排排入沟道道。沟埂的长长度、高高度和蓄蓄水容量量按设计计来水量量而定。。蓄水式式沟头防防护工程程又分为为沟埂式与埂墙涝池池式两种类型型。1、沟埂埂式沟头头防护是在沟头头以上的的山坡修修筑与沟沟边大致致平行的的若干道道封沟埂埂，同时时在距封封沟埂上上方1.0～1.5m处开挖挖与封沟沟埂大致致平行的的蓄水沟沟，拦截截与蓄存存从山坡坡汇集而而来的地地表径流流。①在沟头头坡地地地形较完完整时，，可做成成连续式沟沟埂；②若沟头头坡地地地形较破破碎时，，可做成成断续式沟埂。连续式断续式设计内容包括：封沟埂埂位置、高度，蓄水沟深度，沟埂长度及道道数。第一道封沟埂埂与沟顶的距距离，一般为为2～3H沟沟深，沟头深深10m以以内的，至少少相距3～5m，以免引引起沟壁崩塌塌。各沟间距可用下式计算算：L=H/i式中：L——封沟埂间间距，m；H——埂高，m；i——最大地面面坡度，%。。沟埂长度、埂埂高和沟深等等尺寸，视沟沟头坡度、设设计来水量、、土质等条件件决定。2、埂墙涝池池式沟头防护护当沟头以上汇水水面积较大，，并有较平缓缓的地段时，则可开挖挖涝池群。各各个涝池应互互相连通，组组成连环涝池池，以最大限限度地拦蓄地地表径流，防防止和控制沟沟头侵蚀作用用。同时涝池池之内存蓄的的水也可得以以利用。涝池的尺寸与与数量等应该该与设计来水水量相适应，，以避免水少少池干或水多多涝池容纳不不下的现象。。3蓄蓄水式式沟头头防护护工程程的设设计（1））洪水水设计计标准准：10～～20年一一遇的的暴雨雨。（2））设计计步骤骤①来水量量计算式中：：W———来来水量量，m3；K———径流流系数数；R———10年一一遇3～6h最最大降降雨量量，mm；；F———沟头头以上上集水水面积积，hm2。②蓄水水量计计算A：当当在围围埂以以上开挖蓄蓄水沟沟和涝涝池时时，可根根据来来水量量计算算蓄水水沟断断面尺尺寸和和涝池池数量量和尺尺寸。。沟埂一一般为为土质质梯形形断面面，埂埂高0.8～1.0m（（据来来水量量具体体确定定），，顶宽宽0.4～～0.5m，内内外坡坡比各各约1：1。B：当当围埂埂以上上不挖蓄蓄水沟沟，只利利用围围埂蓄蓄水时时（下下图）），蓄蓄水量量可按按下式式计算算：式中中：：V————围围埂埂蓄蓄水水量量，，m3；L————围围埂埂长长度度，，m；；B————回回水水长长度度，，m；；H————埂埂内内蓄蓄水水深深，，m；；i————地地面面比比降降，，%。。沟头头围围埂埂蓄蓄水水量量示示意意图图③溢溢流流口口另外外，，当当上上方方封封沟沟埂埂蓄蓄满满水水后后，，水水将将溢溢出出。。可可在在埂埂顶顶每隔10～15m的距离挖深20～30cm，，宽1～～2m的的溢流口口，并以草皮铺盖盖或以石块铺砌砌，使多余余的水通通过溢流流口流入入下方蓄蓄水沟埂埂内，确确保封沟沟埂的安安全。二、泄水水式沟头头防护工工程沟头防护护以蓄为为主，作作好坡面面与沟头头的蓄水水工程，，变害为为利。但但在下列列情况下下可考虑虑修建泄泄水式沟沟头防护护工程：：①是当沟沟头集水水面积大大且来水水量多时时，沟埂埂已不能能有效地地拦蓄径径流；②是受侵侵蚀的沟沟头临近近村镇，，威胁交交通，而而又无条条件或不不允许采采取蓄水水式沟头头防护时时，必须须把径流流导至集集中地点点通过泄泄水建筑筑物排泄泄入沟，，沟底还还要有消消能设施施以免冲冲刷沟底底。（一）设设计洪水水标准泄水式沟沟头防护护工程属属永久性建建筑物，应有较高的设设计标准准，一般可可按20～30年一遇遇暴雨洪洪水设计计。（二）设设计排水水量设计排水水量的计算必须根据据沟头水水文、地地形条件件精确计计算，以以选定泄泄水结构构形式和和工程设设计。沟头集水水面积一一般小于于0.1km2，形状近近似于圆圆形和半半圆形，，应按全面汇汇流计算算。可按下下述2种种公式计计算：采用《水水土保持持综合治治理技术术规范··沟壑治治理技术术》(GB/T16453.3—1996)推荐荐的公式式：①式中：Q——设设计流量量，m3/s；I——10年一一遇1h最大降降雨强度度，mm/h；；F——沟沟头以上上集水面面积，hm2；K——径径流系数数。②式中：Qm——设计计暴雨的的最大径径流量，，m3/s；α——洪峰峰径流系系数（不不同于径径流系数数），汇汇流历时时愈短，，值愈大大，对于于沟头集集水取=0.75～1.0；；h——设设计暴雨雨量，mm/s。由设设计历时时的平均均暴雨强强度（查查各地水水文手册册降雨强强度公式式）和设设计暴雨雨历时计计算，可可按30min暴雨强强度设计计；F——沟沟头以上上集水面面积，hm2。（三）类类型一般有悬臂跌水水式、陡坡式和台阶式3种。1、悬臂臂跌水式式沟头防防护在沟头上上方水流流集中的的跌水边边缘，用用木板、、石板、、混凝土土或钢板板等作成成槽状(图5-3)，，使水流流通过水水槽直接接下泄到到沟底，，不让水水流冲刷刷跌水壁壁，沟底底可用浆浆砌石作作成消力力池，或或碎石堆堆于跌水水基部，，以防冲冲刷。适于落差大、、降落线较短短的陡崖沟段段。图5-3悬悬臂跌水式断断面水槽断面设计计按宽顶堰流流公式：Q=MBH3/22、陡坡式沟沟头防护陡坡式沟头防防护（图5-4）是用石石料、混凝土土或钢材等制制成的急流槽槽，因槽的底底坡大于水流流临界坡度，，所以一般发发生急流。为为了减少急流流的冲刷作用用，有时采用用人工方法来来增加急流槽槽的粗糙程度度。一般用于落差较小小，地形降落落线较长的沟沟段。断面设计参见见溢洪道部分分。图5-4陡陡坡式沟头防防护结构示意意图3、台阶式沟沟头防护这种泄水工程程可用石块或或砖浆砌而成成，施工技术术较简单，但但需石料较多多，质量要求求较高。（1）形式：：分为单级式式和多级式。。①单级台阶式(图5-5)多用于跌差较较小(<1.5～2.5m)，且地地形降落比较较集中的沟段段；②多级台阶式(图5-6)多用于跌差较较大且地形降降落距离较长长的沟段。在在这种情况下下如采用单级级台阶式跌水水，因落差过过大，下游流流速大，必须须做很坚固的的消力池，建建筑物的造价价高。（2）断面设设计台阶式跌水的的断面可按下下列公式计算算，以使工程程经济、安全全可靠。式中：h———泄水槽水深深，m；b——泄水槽槽底宽，m；；Q——设计洪洪水流量，m3/s。第二节谷坊坊工程谷坊又名防冲冲坝、沙土坝坝、闸山沟等等，是山区沟道内内为防止沟沟床冲刷及及泥沙灾害害而修筑的的横向挡拦拦建筑物，谷坊高度度一般3～～5m，拦拦沙量小于于1000m3，以节流固固床护坡为为主，一般般布置在小小支沟、冲冲沟或切沟沟上，是水水土流失地地区沟道治治理的一种种主要工程程措施。一、谷坊的的作用（1）固定定与抬高侵侵蚀基准面面，防止沟沟床下切；；（2）抬高高沟床，稳稳定山坡坡坡脚，防止止沟岸扩张张及滑坡；；（3）减缓缓沟道纵坡坡，减小山山洪流速，，减轻山洪洪或泥石流流灾害；（4）使沟沟道逐渐淤淤平，形成成坝阶地，，为发展农农林业生产产创造条件件。二、谷坊的的分类谷坊可按所所使用的建建筑材料、、使用年限限和透水性性不同进行行分类。根根据不同的的分类标准准，可将谷谷坊分为不不同的类型型。根据《水土土保持综合合治理技术术规范·沟沟壑治理技技术》（GB/T16453.3—1996）），谷坊按按：①建筑材料料。可以分为土谷坊、石石谷坊、植植物谷坊3类。②使用年限限。可分为永久性谷坊坊和临时性谷坊坊；浆砌石谷谷坊、混凝凝土谷坊和和钢筋混凝凝土谷坊为为永久性谷谷坊，其余余基本上属属于临时性性谷坊。③透水性质质。又可分为为透水性谷坊坊与不透水性谷谷坊，如土谷坊坊、浆砌石石谷坊、混混凝土谷坊坊、钢筋混混凝土谷坊坊等属于不不透水性谷谷坊；而只只起拦沙挂挂淤作用的的插柳谷坊坊、干砌石石谷坊等皆皆为透水性性谷坊。谷坊类型选择取决于地形形、地质、、建筑材料料、劳力、、技术、经经济、防护护目标和对对沟道利用用的远景规规划等多种种因素。往往须先考考虑劳力和和经济因素素，选择能能就地取材材的谷坊类类型。对于为保护护铁路、居居民点等有有特殊防护要要求的山洪、泥泥石流沟道道，则需选选用坚固的的永久性谷谷坊，如混混凝土谷坊坊等。土谷坊示意意图（单位位：m）塑料编织袋袋土谷坊断断面构造图图（单位：：m）干砌石谷坊坊断面图（（单位：m）A—横断面面B—下下游立视浆砌石谷坊坊断面图（（单位：m）石笼谷坊断断面图（单单位：m））单排柳谷坊坊断面图双排柳谷坊坊断面图（（单位：m）三、谷坊位位置的选择择通过沟壑情情况调查，，选择沟底底比降大于于5%～10%的沟沟段，系统统地布置谷谷坊群。谷谷坊的布设设是根据沟沟道的比降降，自下而而上逐步拟拟定谷坊的的位置，一一般高2～～5m，下下一座谷坊坊顶部大致致与上一座座谷坊基部部等高（图图5—6））。图5-6谷谷坊布设设示意图四、谷坊高高度与间距距的确定1、谷坊高高度应因地制宜宜，依据所采用用的建筑材料来确定，主主要以能承受水水压力和土土压力而不被破坏为原则，同同时考虑省工的要求。一般土谷谷坊、浆砌砌石谷坊＜＜5m，干干砌石谷坊坊＜2m，，柴草、柳柳梢谷坊＜＜1m。2、谷坊间间距它与谷坊高高度及淤积积泥沙表面面的临界不不冲坡度有有关。实际际调查资料料证明，谷谷坊淤满之之后，其淤淤积泥沙的的表面不可可能绝对水水平，而具具有一定坡坡度，称稳定坡度（下图）。目前常用下下面方法来来估算谷坊坊淤土表面面的稳定坡坡度I0的数值。根据坝后淤淤积土的土土质来决定定淤积物表表面的稳定定坡度：砂砂土0.005，粘粘壤土0.008，，粘土0.01，粗粗砂兼有卵卵石子0.02。谷坊间距示示意图根据谷坊高高度h、沟底天然然坡度i以以及谷坊坝坝后淤土表表面稳定坡坡度i0，可按下式式计算谷坊坊水平间距距L：式中：L———相邻两两座谷坊的的水平距离离，m；h——谷坊坊高度，m；i——沟底底天然坡度度，%；i0——淤土表表面稳定坡坡度，%。。日本确定沟沟床工程间间距的经验验公式①狭窄沟沟道：L=(1.5～2.0)n②宽沟道道：L=(1.5～2.0)b式中：n———沟道纵纵坡比的倒倒数；b——沟宽宽不同沟底坡坡度和不同同谷坊高度度的谷坊间间距见教材材P136表表5-5。3谷坊数数量若采用同高高度谷坊，，治理段的的谷坊总数数n计算：：式中：H——沟床加护护段起点和和终点的高高程差;h—谷坊有有效高度,即谷坊溢溢水口底至至沟底高差差(m);L—谷坊间间距(m);i0—淤土表面面稳定坡度度，%。五、土谷坊坊设计1、断面尺尺寸设计常见土谷坊坊断面尺寸寸见教材P133表表5-1和表5-3（不同地区区）。表5-1土土谷坊断断面尺寸坝高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1.01：1.01：1.01.04.03.8————2.01：1.51：1.01.06.07.00.81.00.61.53.01：1.51：1.51.510.018.00.81.00.62.54.01：2.01：1.52.016.036.00.81.50.73.55.01：2.51：2.03.025.571.30.82.50.94.5根据GB，，土谷坊的的断面尺寸寸可参照下下表。坝高（m）顶宽（m）底宽（m）迎水坡比背水坡比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、溢洪口口设计①设在土坝坝一侧的坚坚实土层或或岩基上，，上下两座座谷坊的溢溢洪口尽可可能左右交交错布置；；②对于沟道道两岸为平平地，沟深深小于3m的沟道，，坝端没有有适宜开挖挖溢洪口的的位置，可可将土坝高高度修到高高出沟床0.5～1.0m时时，坝体在在沟道两岸岸平地上各各延伸2～～3m，并并用草皮和和块石护砌砌，使洪水水从坝的两两端漫至坝坝下农、林林、牧地，，或安全转转入沟谷，，不允许水水流直接回回流到坝脚脚处。③土质溢洪洪口断面尺尺寸计算：：由于其下下紧接排洪洪渠，按明渠均匀匀流计算。A=Q/VA=(b+mh)h式中：A—溢洪口口断面面积积，m2；V—流速速，m/s；Q—设计洪洪峰流量，，m3/s，按10-20a一遇3～6h最最大雨量计计算；b——溢溢洪洪口口底底宽宽，，m;h——溢溢洪洪口口水水深深，，m；；m——溢溢洪洪口口边边坡坡系系数数。。六、石谷坊设设计1、断面尺寸寸设计①阶梯式石谷坊坊。一般坝高2-4m，顶顶宽1.0-1.3m，，迎水坡1:0.2，背背水坡1:0.8，坝顶顶过水深0.5-1.0m。一般不不蓄水，坝后后2-3年淤淤满。干砌阶梯式石石谷坊断面示示意图②浆砌石谷坊。一般坝高2-5m，顶顶宽为坝高0.5-0.6倍（为便便利交通），，迎水坡1:0.1，背背水坡1:0.5-1:1。此类谷谷坊在巩固沟沟床的同时，，还可蓄水利利用，质量要要求较高，需作坝体稳定定分析。常见石谷坊断断面尺寸见教教材P133表5-2（不同建材））和表5-4（不同地区））。浆砌石谷坊断断面示意图2、溢洪口口设计石谷坊的溢溢洪口一般般设在坝顶顶，（1）矩形溢洪口。采用宽顶堰堰公式计算算：Q=Mbh3/2式中：b———溢洪口口底宽，m；h——溢洪洪口水深，，m；M——流量量系数，一一般取M=1.55;Q——设计计洪峰流量量，m3/s。（2）梯形溢洪口当边坡为1：1时，，Q=(1.77B+1.42H)H3/2当边坡为1：0.5时，Q=(1.77B+0.71H)H3/2当边坡为1：0.3时，Q=(1.77B+0.43H)H3/2式中：B———溢洪口口底宽，m；h——溢洪洪口水深，，m；Q——设计计洪峰流量量，m3/s。不同地区溢溢洪口断面面尺寸见P139表表5-7～5-11。七、植物（（柳、杨））谷坊设计计1、多排密植型型①在沟中已已定谷坊位位置，垂直直于水流方方向，挖沟沟密植柳杆杆（或杨杆杆）。沟深深0.5-1.0m，杆长1.5-2.0m，，埋深0.5-1.0m,露露出地面1.0-1.5m。。②每处谷坊坊栽植杨柳柳杆5排以以上，行距距1.0m，株距0.3-0.5m。。埋杆直径径5-7cm。2、柳桩编篱型型①在沟中已已定谷坊位位置，打2-3排柳柳桩。桩长长1.5-2.0m，打入地地中0.5-1.0m。排距距1.0m，桩距0.3m。。②用柳梢将将柳桩编织织成篱。在在每2排篱篱中填入卵卵石或块石石，再用捆捆扎柳梢盖盖顶。③用铅丝将将前后2-3排柳桩桩联系绑牢牢，使之成成为整体，，加强抗冲冲能力。八、谷坊的的施工1、土谷坊坊施工要点点①定线。根根据规划测测定的谷坊坊位置（坝坝轴线），，按设计的的谷坊尺寸寸，在地面面划出坝基基轮廓线。。②清基。将将轮廓线以以内的浮土土、草皮、、乱石、树树根等全部部清除。③挖结合槽槽。沿坝轴轴线中心，，从沟底至至两岸沟坡坡开挖结合合槽，宽深深各0.5-1.0m。④填土夯实实。填土前前先将坚实实土层深松松3-5cm，以利利结合。每每层填土厚厚0.25-0.3m，夯实实一次；将将夯实土表表面刨松3-5cm，再上新新土夯实，，要求干容容重1.4-1.5t/m3。如此分分层填筑，，直到设计计坝高。⑤开挖溢洪洪口，并用用草皮或砖砖、石砌护护。2石谷坊坊施工要点点（GB））①定线和土土沟床清基基要求与土土谷坊相同同。②岩基沟床床清基。应应清除表面面的强风化化层。基岩岩面应凿成成向上游倾倾斜的锯齿齿状，两岸岸的沟壁凿凿成竖向结结合槽。③砌石。根根据设计尺尺寸，从下下向上分层层垒砌，