呼振穎
(沈陽利鑫土木工程有限責任公司, 遼寧 沈陽 110179)
項目區(qū)位于長白山系的哈達嶺低山丘區(qū),境內(nèi)山巒起伏,相對高差不大,在200~300 m之間,坡度一般在5°~25°之間。項目區(qū)內(nèi)侵蝕溝分布眾多,大多為V型溝,主要以80~300 m土質(zhì)溝為主。項目區(qū)位于鐵嶺地區(qū),其中熊官屯鎮(zhèn)及平頂堡鎮(zhèn)屬低山丘陵地貌,蔡牛鎮(zhèn)地形特點為平原微丘地貌。項目區(qū)為低山丘陵區(qū),土壤類型為棕壤,土質(zhì)較好。流域內(nèi)土層在0.20~1.5 m之間,土壤有機質(zhì)含量在3%~4%左右,土壤理化特性pH值5.0~8.0,適合農(nóng)、林、果、副業(yè)生產(chǎn),土壤養(yǎng)分狀況基本是貧磷、少氮,缺乏有機質(zhì),土壤肥力不足。
項目區(qū)植被類型以溫帶針闊混交林為主,屬于華北植物區(qū)系,樹種主要以油松、落葉松、榆樹為主,經(jīng)濟林樹種主要有榛子、蘋果、李子、山杏等。項目區(qū)林草覆蓋率46.18%。
設計侵蝕溝全部位于坡耕地中,目前,坡面沒有水土保持治理措施。溝頭部位與耕地連接,受耕種及降雨侵蝕影響,溝頭地勢較低,植被較差。部分溝頭耕種期間往往被耕種作物破壞較為嚴重,溝頭發(fā)展難以遏制。由于溝頭均位于耕地中上部,其匯流面積較大,在此基礎上,考慮了排水溝水頭保護工程的施工,設計對發(fā)育強烈溝頭采取石籠溝頭防護,防治溝頭進一步前進。對于落差小、侵蝕較輕的溝頭采取植柳跌水溝頭防護。本期設計的70條侵蝕溝多數(shù)侵蝕溝溝頭較淺,發(fā)育不明顯。設計共8個石籠溝頭防護,1個柳落溝頭防護。
2.1.1 石籠溝頭防護
1)布設位置
溝頭保護主要設置在匯流面積大的溝上方,且有一定高差的溝頭處。通過對溝頭整形布設排水式溝頭防護,緩解水流對溝道的沖刷。本次設計溝頭防護位置為溝口K0+000至K0+010。
2)典型溝頭選擇
設計選擇石門溝里為典型溝頭進行設計。溝長767.6 m,溝頭溝深0.7 m,溝頭平均底寬2.0 m,溝道比降為4.11%,溝道面積3 579.71 m2,為中型溝道。
3)來水量計算
計算公式:
Q=0.278 KIF
(1)
式中:Q為設計流量(m3/s);I為6 小時最大降雨量(10 a一遇),計算得111.8 mm;F為溝頭以上集水面積計算得0.15 km2;K為徑流系數(shù),取0.5。
經(jīng)過計算Q=0.278×0. 5×111.8×0.15=2.33 m3/s。
4)溝道過流能力計算
根據(jù)溝道斷面尺寸,計算公式:
(2)
(3)
式中,A為過水面積;C為謝才系數(shù);R為濕周。
計算結果見表1。
表1 過流能力計算表
5)措施設計
6)工程量統(tǒng)計
石籠溝頭防護共8個,工程量為土方開挖281.70 m3,土方回填281.70 m3,石籠264.76 m3,砂礫墊層85.76 m3,鋪無紡布420.02 m2。詳見表2。
表2 溝頭防護工程布設及工程量統(tǒng)計表
2.1.2 柳跌水溝頭防護
對于落差小、侵蝕較輕的溝頭采取植柳跌水溝頭防護。本次設計選取西溝進行典型設計。西溝溝道長度為357.9 m,溝頭寬為9.6 m,溝頭深1.6 m,溝道比降為6.88%,溝道面積為2 457.48 m2,屬于小型溝道。
1)來水量計算
來水量計算采用公式(1)計算,I為6小時最大降雨量(10 a一遇),計算得111.8 mm;F為溝頭以上集水面積計算得0.04 km2;K為徑流系數(shù),取0.5。
經(jīng)過計算Q=0.278×0.5×111.8×0.04=0.67 m3/s。
2)溝道過流能力計算
采用公式(2)(3)計算
計算結果見表3。
表3 過流能力計算表
3)柳跌水布設
每1條侵蝕溝布設柳跌水1座[2-3],柳跌水長度共15 m,詳見表4。
表4 柳跌水布設及工程量表
2.2.1 谷坊形式
工程共布置三種形式的谷坊,分別為石籠谷坊、柳編谷坊和生態(tài)袋谷坊[4-5]。
2.2.2 谷坊高度
谷坊高度要依據(jù)修建谷坊的材料,同時要考慮兩谷坊之間形成的階地,有利開發(fā),便于經(jīng)營,根據(jù)規(guī)范設計要求,石籠鋪的高度不應超過3 m,結合侵蝕溝谷坊工程施工經(jīng)驗,確定石籠谷高2.0 m(包括地基埋深0.5 m)。
1)設計與施工
2)谷坊間距
L=H/i-i’
(4)
式中:L為谷坊間距(m);H為谷坊底到溢水口底高度(m);i為原溝床比降(%);i’為谷坊淤滿后的比降(%)。
L= H/i-i’=1.0/(4.94%-0.8%)=24.15 m
3)谷坊數(shù)量
考慮實際地形(斷面情況),最終確定谷坊座數(shù)為6座。
4)谷坊來水量
采用公式(1)計算
式中:Q為設計流量(m3/s);I為6小時最大降雨量(10 a一遇),計算得111.8 mm;F為溝頭以上集水面積計算得0.16 km2,K為徑流系數(shù),取0.35。
經(jīng)過計算Q=0.278×0.35×111.8×0.16=1.74 m3/s。
在石籠谷坊壩頂開設溢洪口,溢洪口斷面形式采用矩形,按下式計算:
Q=Mbh3/2
(5)
式中,Q為設計洪峰流量(m3/s);M為流量系數(shù),(一般采用1.55);h為溢洪口寬度,取3.5 m;b為溢流口水深,取0.5 m。
經(jīng)過計算Q=1.55×3.5×0.53/2=1.92 m3/s。滿足過流要求。Q1 1)設計與施工 本次設計選取團山溝村老院溝里進行典型設計。溝長166.8 m,平均溝深1.3 m,平均溝寬5.24 m,溝道比降為4.16%,溝道面積873.77 m2,為小型溝道。 2)措施設計 根據(jù)溝道實際斷面尺寸,共設計兩種高度生態(tài)袋谷坊,其中2 m高谷坊13座,1.5 m高谷坊12座。 2)谷坊間距 采用公式(4)計算 L= H/i-i’=1.0/(4.16%-0.8%)=29.76 m 3)谷坊數(shù)量 考慮實際地形(斷面尺寸),最終確定谷坊座數(shù)為5座。 4)谷坊來水量 采用公式(1)計算,I取111.8 mm;F取0.08 km2。K取0.35。 經(jīng)過計算Q=0.278×0.35×111.8×0.08=0.87 m3/s。 在石籠谷坊壩頂開設溢洪口,溢洪口斷面形式采用矩形,按公式(5)計算 式中,B為溢洪口寬度,取1.0 m;H為溢流口水深,取0.5 m。 經(jīng)過計算Q=1.55×1.8×0.53/2=0.98 m3/s。滿足過流要求。 Q1 5)生態(tài)袋指標 (1)生態(tài)袋規(guī)格:熱軋無紡布生態(tài)袋,820mm×430mm,裝土后規(guī)格600 mm×300 mm×150 mm。 (2)生態(tài)袋技術指標詳見表1。 表1 生態(tài)袋技術指標 6)工程量統(tǒng)計 該項目共有4條溝布設生態(tài)袋谷坊,數(shù)量為25座,總長度157.5 m。詳見表2。 表2 工程量統(tǒng)計 對于溝道沖刷較輕,植被覆蓋較好,水分條件較好的溝道,為了增加溝底及岸坎防沖,設計進行柳樁護岸進行防護。 本次設計選取房廠溝進行典型設計。本溝溝長345.3 m,平均溝深0.8 m,平均溝寬5.84 m,溝道比降為3.5%,溝道面積2 016.86 m2,為小型溝道。 設計沿溝底線兩側(cè)向溝坡打埋柳樁,每側(cè)為3排,排間距為0.5 m,樁間距為0.5 m,樁與樁呈品字形交錯擺放。同時在埋好的柳樁之間用柳條進行編籬,寬度為0.05 m,高度為0.2 m,增加防沖能力。柳樁護岸布設以不破壞原有植被和邊坡為原則,如確需進行邊坡修整,以最小破壞為原則。 對來水量大、沖刷較嚴重的溝道,設置石籠護岸,對溝道進行保護,減少水流對耕地的沖刷,保護耕地。 2.6.1 典型設計 選取西豐溝進行典型設計,溝長為143 m,平均溝寬為4.4 m,平均溝槽深度為0.8 m,溝槽比降為2.26%。設計石籠護岸為本溝全段雙側(cè)。 2.6.2 石籠護岸工程布設及工程量 項目共鋪設25條排水溝,用石籠護岸,總長度16.50 km,開挖總土方量為59 984.92 m3,布設石籠41 108 m3,鋪設無紡布73 065.9 m2。 對于溝道沖刷較輕,植被較好的溝道布設生態(tài)袋護岸增加植被蓋度,減輕沖刷。 2.7.1 典型設計 本次設計選取郝家街橋下進行典型設計。本溝長876.2 m,平均溝寬為8.23 m,平均溝深為1.5 m,溝道比降3.98%。本溝分為橋下和橋上兩部分,本次設計部分為橋下部分,總長度為雙側(cè)248 m。 2.7.2 生態(tài)袋護岸工程布設及工程量 工程共在1條溝道布設生態(tài)袋護岸,總長度248 m,需要生態(tài)袋127.72 m3。 本次溝道均位于耕地中,溝底作為排水通道,流速較快,因此,必須加強溝底的防護,阻滯徑流出溝速度,降低沖刷。設計在溝底建設谷坊群,攔蓄徑流,根據(jù)溝道的特點本次設計布置石籠谷坊、柳谷坊及生態(tài)袋谷坊三種形式。其中溝道較深,溝底下切嚴重的溝道布設石籠谷坊。對于溝道發(fā)育較慢,下切較輕的溝道布設柳谷坊及生態(tài)袋谷坊;針對溝道垮塌及沖刷嚴重區(qū)域布設石籠護岸,減少沖刷。對于溝道沖刷較輕,植被較好的溝道布設柳樁護岸、生態(tài)袋護岸,增加植被蓋度,減輕沖刷。對于溝道較淺,比降較小的支毛溝進行秸稈填溝,恢復耕地;對于溝道較緩,水分條件較好的溝道布設柳編護溝,增加渠道覆蓋率并減少徑流侵蝕,結合項目區(qū)周邊作業(yè)路情況,對破損的作業(yè)路進行修建,根據(jù)實際情況修建涵洞,實現(xiàn)綜合治理。2.4 生態(tài)袋谷坊設計
2.5 柳樁護岸
2.6 石籠護岸
2.7 生態(tài)袋護岸
3 結語