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水土保持工程措施
2012-07-04 16:07  

第一节 水土保持工程措施的主要内容和规划布设原则

一、水土保持工程的概念

水土保持工程是应用工程的原理,防治山区、丘陵区、风沙区水土流失,保护、改良与合理利用水土资源,并充分发挥水土资源的经济效益和社会效益,建立良好生态环境的一项重要措施。它是水土保持综合治理措施体系的主要组成部分,它与水土保持生物措施及其他措施同等重要,不能互相代替。

二、主要内容

1.山坡防护工程

改变小地形的方法防止坡地水土流失,将雨水及融雪水就地拦蓄,使其深入农地、草地或林地,减少或防止水土流失,增加农作物、牧草以及林木可利用的土壤水分。同时,将未能就地拦蓄的坡地径流引入小型蓄水工程,在有发生重力侵蚀的坡地上,可以修筑排水工程或支撑建筑物防止滑坡作用。属于山坡防护工作的措施有:梯田、拦水沟埂、水平沟、水平阶、鱼鳞坑、山坡截流沟、水窖、蓄水池及挡土墙。

2.山沟治理工程

在于防治沟头前进、沟床下切、沟岸扩张,减缓沟床纵坡,调节山洪洪峰流量,减少山洪或泥石流的固体物质含量,使山洪安全排泄,对沟口的冲积锥不造成灾害。
   
山沟治理工作的措施有;沟头防护工程、谷坊工程,以拦蓄调节泥沙为主要目的的各种拦沙坝,以拦泥淤地、建设基本农田为目的的淤地坝及沟道防岸工作。
3.山洪排导工程
    在于防止山洪或泥石流危害沟口冲积锥上的房屋、工矿企业、道路及农田等具有重大经济意义及社会意义的防护对象。山洪排导工程有;排洪沟、导流堤。
4.
小型蓄水用水工程
    在于将坡地径流及地下潜流拦蓄起来,减少水土流失危害,灌溉农田,提高作物产量。小型蓄水用水工作;小水库、蓄水塘坝、淤滩造田、引洪漫地、引水上山等。

三、规划布设原则
1.采用综合措施进行治理;
2.
沟坡兼治、上下游相结合;

第二节 坡面治理工程

一、    坡面稳定性分析

1.影响斜坡稳定性的因素
1)地质岩石
岩石性质;地质构造及岩体结构;区域构造;
2)水文条件

处于水下的透水斜坡将承受水的浮托力的作用,而不透水的斜坡,坡面将承受静水压力,地下水也有静水压力和水压力,水对斜坡的软化作用,尤其是对滑动面的润滑作用,水流还冲刷坡面,切割坡脚。
3)振动作用
4)斜坡形态
5)植物固定斜坡的作用
2.斜坡固定工程
    斜坡固定工程是指为防止斜坡岩土体的运动,保证斜坡稳定而布设的工程措施,包括:挡墙;抗滑桩;削坡和反压填土;排水工程;护坡工程;滑动带加固工程;植物固坡
工程;落石防护工程;
1)挡墙
   
挡墙又称为挡土墙,可防止崩塌、小规模滑坡及大规模滑坡前缘的再次滑动。
重力式的挡墙:可以防止滑坡和崩塌,适用于坡脚较坚固,允许承载力较大,抗滑稳定较好的情况。
空心挡墙:若滑动面出露在斜坡上较高位置,而坡脚基底较坚固,这时可采用空心挡墙,即明洞。
若滑动面有几个且滑坡体较薄,可分级支挡。
2)抗滑桩
   
抗滑桩是穿过滑坡体将其固定在滑床的桩柱。使用抗滑桩,土方量小,省工省料,施工方便,工期短,是广泛采用的一种抗滑措施。根据滑坡体的厚度,推力的大小,防水要求等选用木桩、钢桩、混凝土桩或钢筋混凝土桩等。
3)削坡和反压填土
   
削坡主要用于防止中小规模的土质滑坡和岩质斜坡崩塌。削坡可减缓坡度,减少滑坡体体积,从而减少下滑力。滑坡可分为主滑部分和阻滑部分,主滑部分一般是滑坡体的后部,它产生下滑力;阻滑部分即滑坡体前端支撑部分,它产生抗滑阻力。所以削坡的对象是主滑部分。反压填土是滑坡体前面的阻滑部分加载,增加抗滑力。
4)排水工程
   
排水工程可减免地表水和地下水对坡体稳定性的不利影响,一方面能提高现有条件下坡体的稳定性,另一方面允许坡度增加而不降低坡体稳定性。
排除地表水工程:一是拦截病害斜坡以外的地表水,二是防止病害斜坡内的地表水大量渗入,并尽快汇集排走,包括防渗工程和水沟工程。
排出地下水工程:排除地下水工程的作用是排除和截断渗透水。它包括渗沟、明暗沟、排水孔、排水洞和截水墙等。
5)护坡工程
   
为防止崩塌,可在坡面上修筑护坡工程进行加固。常见的有干砌片石和混凝土砌块护坡、浆砌石和混凝土护坡、格状框条护坡、喷浆和混凝土护坡、锚固法护坡等。
6)滑动带加固措施
   
防治沿软弱夹层,加固滑动带是一项有效措施。即采用机械或物理化学的方法,提高滑动带强度,防止软弱加层进一步恶化,加固方法有普通灌浆法、化学灌浆法和石灰加固法等。
石灰加固法是根据阳离子的扩散效应,由溶液中的阳离子交换出土体中阴离子而使土体稳定。
7)植物固坡作用
8)落石防护工程。
二、山坡截留沟
1)概念
     山坡截留沟是在斜坡上每隔一定距离横坡修筑的具有一定坡度的够道。
2)作用
     截短坡长,阻截径流,减免径流冲刷,将分散的坡面径流集中起来,输送到蓄水工程里或输送到农田、草地或林地,对保护其下部的农田,防止沟头前进,防止滑坡,维护村庄和公路、铁路的安全有重要作用。
3)布设
     坡度在40%以下的坡地均可修截流沟,截流沟与纵向布置的排水沟相连,把径流排走。截流沟在坡面上均匀布置,间距随坡度增大而减少。一般3%,间距为30m4%25m5%22m910%16m2437%12m3840%11.5m
4)断面设计
   
沟道纵坡;为使水流达到不冲不淤流速,沟底应保持一定坡度,当设计流量为0.030.10m3/s时,可取1/3001/1000;当设计流量为0.10.3 10m3/s,可取1/8001/1500
三、沟头防护工程
   
蓄水式沟头防护工程、泄水式沟头防护工程
四、梯田工程
1)梯田的作用
   
截短坡长,减少径流,增加入渗,减少土壤侵蚀量,改良土壤,增加产量,改善生产条件和生态环境等。
2)梯田的分类
   
按修筑的断面分为:水平梯田、坡式梯田、反坡梯田、隔坡梯田、波浪式梯田等。
   
按建筑材料分为:土坎梯田、石坎梯田、植物田坎梯田、
   
按利用方向分为:农用梯田、果园梯田、林木梯田。
   
按施工的方法分为;人工梯田和机修梯田
3)梯田的规划
   
耕作区的规划:必须以一个经济单位农业生产和水土保持全面规划为基础。
   
地块的规划:地块的平面形状;大湾势,小弯取直;自流灌溉;地块长度有条件可采用300400,一般是150200。根据自愿互利等价交换的原则针地。
   
附属建筑物规划:蓄水拦沙设施规划;道路规划;灌溉排水设施规划。
4)梯田的断面设计
   
所谓最优的断面,应满足三点要求:一是适应机耕和灌溉要求;二是保证安全与稳定,三是最大限度地省工。最优断面的关键是确定适当的田面宽度和埂坎坡度。一般田面宽以30m左右为宜,缓坡上宽些,陡坡上窄些,田坎高以1.53m为宜,缓坡上低些,陡坡上高些,最高不要超过4m

第三节 沟床固定工程

一、谷坊
1.谷坊的作用
   
固定和抬高侵蚀基准,防止沟床下切;抬高沟床,稳定坡脚;减缓沟道纵坡,减少山洪流速;使沟道逐渐淤平,形成坝地。
2.
谷坊的分类
   
根据使用年限分为永久性谷坊和临时性谷坊;按照透水性质可分为透水性谷坊和不透水性谷坊。
3.
谷坊位置的选择
   
谷口狭窄;河床基岩外露;上游有宽阔平坦的储沙地方;在汇合点的下游,避开天然跌水。
4.
谷坊的断面设计
 1)谷坊的高度  
   
一般应依据采用的建筑材料来确定谷坊的高度,但主要以能承受水压力和土压力而不被破坏为原则。
   
谷坊间距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,在谷坊淤满之后,其淤积泥沙的表面不可能绝对水平,而具有一定坡度,称为稳定坡度。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。
     根据淤积土的土质来决定淤积物表面的稳定坡度:砂土为0.005,粘土壤为0.008,粘土为0.01,粗沙兼有卵石子为0.02
根据谷坊高度H、沟底天然坡度I以及谷坊淤积土表面稳定坡度I0,则谷坊水平间距L为:L=H/II0
5.
谷坊的施工
1)土谷坊
     土谷坊就是用土料做成的小土坝,坝体结构与淤地坝、小水库相似,主要区别在于山洪携带泥石多,谷坊易淤满,坝体内一般不设泄水管。
2)石谷坊
   
石谷坊就是用石料筑成 的小石坝,在石料来源充足的地方,以及水流冲刷力大的地方,宜修筑石谷坊。
3)柳谷坊
   
在柳树多的地区,在较小的支毛沟上部的土质沟床上,可修筑柳桩编篱谷坊。
4)枝稍谷坊
   
用藤条或铅丝将稍料绑成直径为0.40.5的稍捆,每距0.5捆一道,再将稍捆顺水流方向放在挖好的基础上,稍顶向下游,一层稍捆上压一层砾石或泥土,层层压实,逐层内缩。
5)铁丝石笼谷坊
   
 这种谷坊的特点是有一定的弹性,在沟底发生冲刷后,能自动下沉,继续起保护沟床的作用。主要优点是施工简易,造价低廉,就地取材,是一种半永久性的建筑物。
6)刚料谷坊
二、拦沙坝
     拦沙坝是以拦蓄山洪及泥石流沟道中固体物质为主要目的,防治泥沙灾害的挡拦建筑物,它是沟道治理主要的工程措施,坝高一般为315
1.作用
 
1)拦蓄泥沙以免泥沙对下游的危害,便于下游对河道的整治;
 
2)提高侵蚀基准,减缓坝上游淤积段河床比降,加宽河床,并使流速和径流深减小,从而大大减小了水流的侵蚀能力;
 
3)淤积物淤满上游两岸坡脚,由于坡面比降降低,坡长减小,坡面冲刷作用和岸坡崩塌作用减弱,最终趋于稳定;
 
4)拦沙坝在减少泥沙来源和拦蓄泥沙方面能起很大作用。
2.
坝址选择
 
1)小流域沟道内的泥沙形成区,沟道断面狭窄处;
 
2)泥沙形成区与流过区交接段的狭窄处;
 
3)沟道泥沙流过区开阔段下游狭窄处;
 
4)沟道泥沙流过区与支沟汇合处下游的狭窄处;
 
5)泥沙流过区与沉积区连接段的狭窄处。
3.坝高确定
 
1)拦泥效益
 
2)工程量和工期
 
3)坝下削能设施
4.
坝型选择
 
1)砌石坝
     石料丰富,采运条件又比较方便的地方采用。
 
2)混合坝
   
当坝址附近土料丰富而石料不足时,可采用土石混合坝;在盛产木材的地区,可采用木石混合坝,坝身由木框架填石构成。
 
3)铁丝石笼坝
   
这种坝型适用于小型沟道 ,在我国西南山区较为多见,它的优点是修建简易,施工迅速,造价低。不足之处是使用期短,坝的整体性较差。
 
4)栅格坝
   
它是近年来发展起来的拦挡泥石流新型坝,具有节省建筑材料,坝型简单、施工进度快,使用期长等优点。

第四节 淤地坝工程

淤地坝系指在沟道里为了拦泥淤地所建的坝,坝内所淤成的土地称为坝地。它的主要目的是拦泥淤地,一般不长蓄水,其下游也无灌溉要求,随着坝内淤积面的逐年抬高,坝体与坝地能很快地连成一个整体,实际上坝体可看作是一个重力式挡泥墙。一般淤地坝由坝体、溢洪道、放水建筑物三个部分组成。
   
它和水库一样要求“三大件”齐全,但由于它的主要作用在于拦泥而非长期蓄水,因此,淤地坝比水库大坝设计洪水标准低,坝坡比较陡,对地质条件要求低,坝基、岸坡处理和背水坡脚排水设施简单。
一、淤地坝的分类
   
按筑坝材料分为土坝 、石坝、土石混合坝等
   
按坝的用途分为缓洪骨干坝、拦泥生产坝等
   
按建筑材料和施工方法可分为水力冲填坝、定向爆破坝、堆石坝等。
二、淤地坝的分级标准

分级标准

库容

(万 m3

坝高
m

单坝淤地面积(亩)

控制流域面积(km2

大型

500100

大于30

大于150

大于15

中型

10010

3015

15030

151

小型

小于10

小于15

小于30

小于1

三、淤地坝的作用
1.稳定和抬高侵蚀基准,防止沟底下切和沟岸坍塌,控制沟头前进和沟碧扩张。
2.
蓄洪、拦泥、削峰、减少入河、入库泥沙,减轻下游灾害。
3.
变荒沟为良田。

四、坝系的规划原则
 
1.坝系规划必须在流域综合治理规划的基础上,上下游、干支沟全面规划,统筹安排。
 2.
最大限度地发挥坝系调洪拦沙,淤地增产的作用。
 3.
各级坝系,自成体系,相互配合,联合运用,调节蓄泄,确保坝系安全。
 4.
坝系中必须布设一定数量的控制性的骨干坝,安全生产的中坚工程。
 5.
在流域内进行坝系规划的同时,要提出交通道路规划。
五、坝系的布设
 
1.上淤下种,淤种结合布设方式;
  2.
上坝生产,下坝 拦淤布设方式;
  3.
轮蓄轮种,蓄种结合布设方式;
  4.
支沟滞洪,干沟生产的布设方式;
  5.
多漫少排,漫排结合布设方式;
  6.
以排为主,漫淤滩地的布设方式;
  7.
高线排洪,保库灌田布设方式;
  8.
隔山凿洞,邻沟分洪布设方式;
  9.
坝库相间,清洪分治布设方式。

 

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