51-2溝頭-谷坊工程

1、第五章第五章 溝道治理溝道治理工程工程 v溝道治理工程溝道治理工程是指為了固定溝床，攔蓄泥沙，防止為了固定溝床，攔蓄泥沙，防止或減輕山洪及泥石流災害而在山區(qū)溝道中修筑的各或減輕山洪及泥石流災害而在山區(qū)溝道中修筑的各種工程措施種工程措施。溝頭防護、谷坊、攔沙壩、拱壩、淤地壩工程等，都屬于溝道治理工程。v溝道治理工程的主要作用主要作用在于防止溝道底部下切，固定并抬高侵蝕基準面，減緩溝道縱坡，減小山洪流速。溝床的固定對于溝坡及山坡的穩(wěn)定也具有重要意義。溝床固定工程還包括溝床鋪砌、種草皮、溝底防沖林帶等措施。 第一節(jié) 溝頭防護工程 v溝頭防護是溝壑治理的起點，其主要作用主要作用是防止坡面徑流進入溝道而

2、產生的溝頭前進、防止坡面徑流進入溝道而產生的溝頭前進、溝底下切和溝岸擴張，此外，還可起到攔截溝底下切和溝岸擴張，此外，還可起到攔截坡面徑流、泥沙的作用坡面徑流、泥沙的作用。v溝頭防治工程根據(jù)其形式，分為蓄水式和排蓄水式和排水式溝頭防護工程水式溝頭防護工程兩類。 一、蓄水式溝頭防護工程v當溝頭上部集水區(qū)來水較少，地質條件較好溝頭上部集水區(qū)來水較少，地質條件較好時，可采用蓄水式溝頭防護工程，即沿溝邊修筑一道或數(shù)道水平半圓環(huán)形溝埂，攔蓄上游坡面徑流，防止徑流排入溝道。v溝埂的長度、高度和蓄水容量按設計來水量而定。蓄水式溝頭防護工程又分為溝埂式與埂墻澇池式兩種類型。 v1 1、溝埂式溝頭防護、溝埂式溝

3、頭防護v是在溝頭以上的山坡修筑與溝邊大致平行的若干道封溝埂，同時在距封溝埂上方1.01.5m處開挖與封溝埂大致平行的蓄水溝，攔截與蓄存從山坡匯集而來的地表徑流。v在溝頭坡地地形較完整時，可做成連續(xù)式溝??；v若溝頭坡地地形較破碎時，可做成斷續(xù)式溝埂。連續(xù)式連續(xù)式斷續(xù)式斷續(xù)式設計內容v包括：封溝埂位置包括：封溝埂位置、高度高度，蓄水溝深度蓄水溝深度，溝埂長度溝埂長度及道數(shù)及道數(shù)。v第一道封溝埂與溝頂?shù)木嚯x，一般為23H溝深，溝頭深10m 以內的，至少相距35m，以免引起溝壁崩塌。各溝間距溝間距可用下式計算：v L=H/iv式中：L封溝埂間距，m；v H埂高，m；v i最大地面坡度，%。v溝埂長度、

4、埂高和溝深等尺寸，視溝頭坡度、設計來水量、土質等條件決定。 2、埂墻澇池式溝頭防護v當溝頭以上匯水面積較大，并有較平緩的地溝頭以上匯水面積較大，并有較平緩的地段段時，則可開挖澇池群。各個澇池應互相連通，組成連環(huán)澇池，以最大限度地攔蓄地表徑流，防止和控制溝頭侵蝕作用。同時澇池之內存蓄的水也可得以利用。v澇池的尺寸與數(shù)量等應該與設計來水量相適應，以避免水少池干或水多澇池容納不下的現(xiàn)象。 3 蓄水式溝頭防護工程的設計v（1）洪水設計標準：1020年一遇的暴雨。v（2）設計步驟v來水量來水量計算計算v式中：W來水量，m3； v K徑流系數(shù)； v R10年一遇36h最大降雨量，mm；v F溝頭以上集水面

5、積，hm2。KRFW10v蓄水量計算蓄水量計算vA：當在圍埂以上開挖蓄水溝和澇池時開挖蓄水溝和澇池時，可根據(jù)來水量計算蓄水溝斷面尺寸和澇池數(shù)量和尺寸。v溝埂一般為土質梯形斷面，埂高0.81.0m（據(jù)來水量具體確定），頂寬0.40.5m，內外坡比各約1：1。vB：當圍埂以上不挖蓄水溝不挖蓄水溝，只利用圍埂蓄水時（下圖），蓄水量可按下式計算：v式中：V圍埂蓄水量，m3； L圍埂長度，m； B回水長度，m； H埂內蓄水深，m； i地面比降，%。iHLHBLV222溝頭圍埂蓄水量示意圖 v溢流口溢流口v另外，當上方封溝埂蓄滿水后，水將溢出?？稍诠№斆扛?015m的距離挖深2030cm，寬12m的溢流口

6、，并以草皮鋪蓋或以石塊鋪砌，使多余的水通過溢流口流入下方蓄水溝埂內，確保封溝埂的安全。 二、泄水式溝頭防護工程v溝頭防護以蓄為主，作好坡面與溝頭的蓄水工程，變害為利。但在下列情況下可考慮修建泄水式溝頭防護工程：v是當溝頭集水面積大且來水量多時，溝埂已不能有效地攔蓄徑流；v是受侵蝕的溝頭臨近村鎮(zhèn)，威脅交通，而又無條件或不允許采取蓄水式溝頭防護時，必須把徑流導至集中地點通過泄水建筑物排泄入溝，溝底還要有消能設施以免沖刷溝底。 （一）設計洪水標準v泄水式溝頭防護工程屬永久性建筑物永久性建筑物，應有較高的設計標準，一般可按2030年一遇暴雨洪水設計。 （二）設計排水量v設計排水量設計排水量的計算必須根

7、據(jù)溝頭水文、地形條件精確計算，以選定泄水結構形式和工程設計。v溝頭集水面積一般小于0.1km2，形狀近似于圓形和半圓形，應按全面匯流計算?？砂聪率?種公式計算：v采用水土保持綜合治理技術規(guī)范溝壑治理技術(GB/T16453.31996)推薦的公式：vv式中：Q設計流量，m3/s； I10年一遇1h最大降雨強度，mm/h； F溝頭以上集水面積，hm2； K徑流系數(shù)。 610278KIFQvv式中：Qm設計暴雨的最大徑流量，m3/s； v洪峰徑流系數(shù)（不同于徑流系數(shù)），匯流歷時愈短，值愈大，對于溝頭集水取=0.751.0； h設計暴雨量，mm/s。由設計歷時的平均暴雨強度（查各地水文手冊降雨強度公

8、式）和設計暴雨歷時計算，可按30min暴雨強度設計； F溝頭以上集水面積，hm2。 hFQm278.0（三）類型v一般有懸臂跌水式懸臂跌水式、陡坡式陡坡式和臺階式臺階式3種。v1 1、懸臂跌水式溝頭防護、懸臂跌水式溝頭防護v在溝頭上方水流集中的跌水邊緣，用木板、石板、混凝土或鋼板等作成槽狀(圖5-3)，使水流通過水槽直接下泄到溝底，不讓水流沖刷跌水壁，溝底可用漿砌石作成消力池，或碎石堆于跌水基部，以防沖刷。v適于落差大、降落線較短的陡崖溝段。適于落差大、降落線較短的陡崖溝段。 圖5-3 懸臂跌水式斷面 水槽斷面設計按寬頂堰流公式：Q=MBH3/22、陡坡式溝頭防護v陡坡式溝頭防護（圖5-4）是

9、用石料、混凝土或鋼材等制成的急流槽，因槽的底坡大于水流臨界坡度，所以一般發(fā)生急流。為了減少急流的沖刷作用，有時采用人工方法來增加急流槽的粗糙程度。v一般用于落差較小，地形降落線較長的溝段用于落差較小，地形降落線較長的溝段。v斷面設計參見溢洪道部分。圖5-4 陡坡式溝頭防護結構示意圖 3、臺階式溝頭防護v這種泄水工程可用石塊或磚漿砌而成，施工技術較簡單，但需石料較多，質量要求較高。v（1）形式：分為單級式和多級式。v單級臺階式單級臺階式 ( (圖圖5-5)5-5)多用于跌差較小(1.52.5m)，且地形降落比較集中的溝段；v多級臺階式多級臺階式( (圖圖5-6)5-6)多用于跌差較大且地形降落距

10、離較長的溝段。在這種情況下如采用單級臺階式跌水，因落差過大，下游流速大，必須做很堅固的消力池，建筑物的造價高。 v（2）斷面設計v臺階式跌水的斷面可按下列公式計算，以使工程經濟、安全可靠。v式中：h泄水槽水深，m；v b泄水槽底寬，m；v Q設計洪水流量，m3/s。 322501. 0bQh 31335. 0hQb 第二節(jié) 谷坊工程v谷坊又名防沖壩、沙土壩、閘山溝等，是山區(qū)溝道山區(qū)溝道內為防止溝床沖刷及泥沙災害而修筑的橫向擋攔建內為防止溝床沖刷及泥沙災害而修筑的橫向擋攔建筑物筑物，谷坊高度一般35m，攔沙量小于1000m3，以節(jié)流固床護坡為主，一般布置在小支溝、沖溝或切溝上，是水土流失地區(qū)溝道

11、治理的一種主要工程措施。 一、谷坊的作用v（1）固定與抬高侵蝕基準面，防止溝床下切；v（2）抬高溝床，穩(wěn)定山坡坡腳，防止溝岸擴張及滑坡；v（3）減緩溝道縱坡，減小山洪流速，減輕山洪或泥石流災害；v（4）使溝道逐漸淤平，形成壩階地，為發(fā)展農林業(yè)生產創(chuàng)造條件。 二、谷坊的分類v谷坊可按所使用的建筑材料、使用年限和透水性不同進行分類。根據(jù)不同的分類標準，可將谷坊分為不同的類型。v根據(jù)水土保持綜合治理技術規(guī)范溝壑治理技術（GB/T16453.31996），谷坊按：v建筑材料。建筑材料?？梢苑譃橥凉确?、石谷坊、植物谷坊土谷坊、石谷坊、植物谷坊3類。 v使用年限。使用年限?？煞譃橛谰眯怨确挥谰眯怨确缓团R時

12、性谷坊臨時性谷坊；漿砌石谷坊、混凝土谷坊和鋼筋混凝土谷坊為永久性谷坊，其余基本上屬于臨時性谷坊。v透水性質透水性質。又可分為透水性谷坊透水性谷坊與不透水性谷坊不透水性谷坊，如土谷坊、漿砌石谷坊、混凝土谷坊、鋼筋混凝土谷坊等屬于不透水性谷坊；而只起攔沙掛淤作用的插柳谷坊、干砌石谷坊等皆為透水性谷坊。v谷坊類型選擇類型選擇取決于地形、地質、建筑材料、勞力、技術、經濟、防護目標和對溝道利用的遠景規(guī)劃等多種因素。往往須先考慮勞力和經濟因素，選擇能往往須先考慮勞力和經濟因素，選擇能就地取材的谷坊類型就地取材的谷坊類型 。v對于為保護鐵路、居民點等有特殊防護要求特殊防護要求的山洪、泥石流溝道，則需選用堅固

13、的永久性谷坊，如混凝土谷坊等。土谷坊示意圖（單位：m） 塑料編織袋土谷坊斷面構造圖（單位：m） 干砌石谷坊斷面圖（單位：m） A橫斷面 B下游立視漿砌石谷坊斷面圖（單位：m） 石籠谷坊斷面圖（單位：m） 單排柳谷坊斷面圖 雙排柳谷坊斷面圖（單位：m） 三、谷坊位置的選擇三、谷坊位置的選擇v通過溝壑情況調查，選擇溝底比降大于5%10%的溝段，系統(tǒng)地布置谷坊群。谷坊的布設是根據(jù)溝道的比降，自下而上逐步擬定谷坊的位置，一般高25m，下一座谷坊頂部大致與上一座谷坊基部等高（圖56）。 圖5-6 谷坊布設示意圖 四、谷坊高度與間距的確定四、谷坊高度與間距的確定v1、谷坊高度、谷坊高度v應因地制宜，依據(jù)所

14、采用的依據(jù)所采用的建筑材料建筑材料來確定，主要以能承受水壓力和土壓力而以能承受水壓力和土壓力而不被破壞不被破壞為為原則，同時考慮原則，同時考慮省工省工的要求的要求。一般土谷坊、漿砌石谷坊5m，干砌石谷坊2m，柴草、柳梢谷坊1m。 2 2、谷坊間距、谷坊間距 v它與谷坊高度及淤積泥沙表面的臨界不沖坡度有關。實際調查資料證明，谷坊淤滿之后，其淤積泥沙的表面不可能絕對水平，而具有一定坡度，稱穩(wěn)定坡穩(wěn)定坡度度（下圖）（下圖）。v目前常用下面方法來估算谷坊淤土表面的穩(wěn)定坡度I0的數(shù)值。v根據(jù)壩后淤積土的土質來決定淤積物表面的穩(wěn)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、。 谷坊間距示意圖 v根據(jù)谷坊高度h、溝底天然坡度i以及谷坊壩后淤土表面穩(wěn)定坡度i0，可按下式計算谷坊水平間距L：v v式中：L相鄰兩座谷坊的水平距離，m； h谷坊高度，m； i溝底天然坡度，%； i0淤土表面穩(wěn)定坡度，%。 0iihL日本確定溝床工程間距的經驗公式v 狹窄溝道：L=(1.52.0)nv 寬溝道： L=(1.52.0)b v式中：n溝道縱坡比的倒數(shù)； b溝寬v不同溝底坡度和不同谷坊高度的谷坊間距見教材P136表5-5。 3 谷坊數(shù)量v若采用同高度谷坊，治理段的谷坊總數(shù)n計算：v式中：H溝床加護段起點和終點的高程差; h谷坊有效高度,即谷坊溢水口底至溝底高差(m); L谷坊間距(

16、m); i0淤土表面穩(wěn)定坡度，%。 0LihHn五、土谷坊設計五、土谷坊設計v1、斷面尺寸設計、斷面尺寸設計v常見土谷坊斷面尺寸見教材P133表5-1和表5-3（不同地區(qū)）。表表5-1 5-1 土谷坊斷面尺寸土谷坊斷面尺寸 壩高m迎水坡內坡背水坡外坡壩頂寬m壩腳寬m壩身需土方m3/m心墻尺寸（m）上寬下寬底寬高度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根據(jù)GB，土谷坊的斷面尺寸可參照下表。壩高（壩高（m） 頂寬（頂寬（m） 底寬（底寬（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、溢洪口設計v設在土壩一側的堅實土層或巖基上，上下兩座谷坊的溢洪口盡可能左右交錯布置；v對于溝道兩岸為平地，溝深小于3m的溝道，壩端沒有適宜開挖溢洪口的位置，可將土壩高度修到高出溝床0.51.0m時，壩體在溝道兩岸平地上各延伸23m，并用草皮和塊石護砌，使洪水從壩的兩端漫至壩下農、林、牧地，或

18、安全轉入溝谷，不允許水流直接回流到壩腳處。 v土質溢洪口斷面尺寸計算：由于其下緊接排洪渠，按明渠均勻流計算。v A=Q/V A=(b+mh)h v式中：A溢洪口斷面面積，m2；V流速，m/s； Q設計洪峰流量，m3/s，按10-20a一遇36h最大雨量計算； b溢洪口底寬，m; h溢洪口水深，m； m溢洪口邊坡系數(shù)。 六、石谷坊設計六、石谷坊設計v1、斷面尺寸設計、斷面尺寸設計v階梯式石谷坊。一般壩高2-4m，頂寬1.0-1.3m，迎水坡1:0.2，背水坡1:0.8，壩頂過水深0.5-1.0m。一般不蓄水，壩后2-3年淤滿。干砌階梯式石谷坊斷面示意圖 v漿砌石谷坊。一般壩高2-5m，頂寬為壩高

19、0.5-0.6倍（為便利交通），迎水坡1:0.1，背水坡1:0.5-1:1。此類谷坊在鞏固溝床的同時，還可蓄水利用，質量要求較高，需作壩體穩(wěn)定分析 。v常見石谷坊斷面尺寸見教材P133表5-2（不同建材）和表5-4（不同地區(qū)）。漿砌石谷坊斷面示意圖 2 2、溢洪口設計、溢洪口設計v石谷坊的溢洪口一般設在壩頂，v（1）矩形溢洪口。采用寬頂堰公式計算：v Q=Mbh3/2v式中：b溢洪口底寬，m；v h溢洪口水深，m；v M流量系數(shù)，一般取M=1.55; Q設計洪峰流量，m3/s 。v（2）梯形溢洪口v當邊坡為1：1時，Q=(1.77B+1.42H)H3/2v當邊坡為1：0.5時，Q=(1.77B

20、+0.71H)H3/2v當邊坡為1：0.3時，Q=(1.77B+0.43H)H3/2v式中：B溢洪口底寬，m；v h溢洪口水深，m；v Q設計洪峰流量，m3/s 。v不同地區(qū)溢洪口斷面尺寸見P139表5-75-11。七、植物（柳、楊）谷坊設計七、植物（柳、楊）谷坊設計v1、多排密植型多排密植型v在溝中已定谷坊位置，垂直于水流方向，挖溝密植柳桿（或楊桿）。溝深0.5-1.0m，桿長1.5-2.0m，埋深0.5-1.0m,露出地面1.0-1.5m。v每處谷坊栽植楊柳桿5排以上，行距1.0m，株距0.3-0.5m。埋桿直徑5-7cm。v2、柳樁編籬型柳樁編籬型v在溝中已定谷坊位置，打2-3排柳樁。樁

21、長1.5-2.0m，打入地中0.5-1.0m。排距1.0m，樁距0.3m。v用柳梢將柳樁編織成籬。在每2排籬中填入卵石或塊石，再用捆扎柳梢蓋頂。v用鉛絲將前后2-3排柳樁聯(lián)系綁牢，使之成為整體，加強抗沖能力。八、谷坊的施工八、谷坊的施工v1 1、土谷坊施工要點、土谷坊施工要點v 定線。根據(jù)規(guī)劃測定的谷坊位置（壩軸線），按設計的谷坊尺寸，在地面劃出壩基輪廓線。v清基。將輪廓線以內的浮土、草皮、亂石、樹根等全部清除。v挖結合槽。沿壩軸線中心，從溝底至兩岸溝坡開挖結合槽，寬深各0.5-1.0m。v填土夯實。填土前先將堅實土層深松3-5cm，以利結合。每層填土厚0.25-0.3m，夯實一次；將夯實土表面刨松3-5cm，再上新土夯實，要求干容重1.4-1.5t/m3。如此分層填筑，直到設計壩高。v開挖溢洪口，并用草皮或磚、石砌護。 2 2 石谷坊施工要點（石谷坊施工要點（GBGB）v定線和土溝床清基要求與土谷