浅谈干砌石谷坊的修筑

□ 张立军 张中石

谷坊又名防冲坝、沙土坝、闸山沟等，是水土流失地区沟道治理的一种主要工程措施。谷坊一般布置在小支沟、冲沟或切沟上，能稳定沟床，防止因沟床下切造成的岸坡崩塌和溯源侵蚀，坝高通常在3～5m，拦沙量小于1000m3，以节流固床护坡为主。谷坊的作用可概括为以下几点：固定沟床，防止沟底继续下切；拦蓄泥沙，抬高沟床，稳定坡脚，防止沟岸扩张；减缓沟道纵坡，减小山洪流速，并拦挡固体物质，减轻山洪、泥石流危害；使沟底川台化，为利用沟壑发展农林产业创造有利条件。根据谷坊的建筑材料，谷坊分土谷坊、石谷坊、植物谷坊三种类型。

依兰县水土流失地区沟道治理的谷坊工程主要以干砌石为主。现以依兰县庆安项目区2009年度实施区为例浅谈一下干砌石谷坊工程的修筑过程。依兰县庆安项目区的土壤侵蚀类型是水力侵蚀，坡面侵蚀为其主要侵蚀形式。上世界90年代中后期项目区内毁林开荒面积较大，经测量项目区附近未毁林地块表层土壤厚度，估算出项目区内垦殖初期表层土壤厚度在30cm左右。毁林开荒地经10余年的耕作，5度以上坡耕地表层土壤已不足10cm，耕作层为原土壤与母质层的混合土壤；8度以上坡耕地表层土壤几乎全部流失，仅在局部地块可见原地表土壤痕迹，耕作层中已见少量砂砾，作物产量靠化肥维持；8度以上坡面已有大于0.5m深度的侵蚀沟出现，已经影响到正常的农业耕作；15度以上局部坡面的侵蚀强度达到了在黑龙江省罕见的剧烈侵蚀程度。依兰县水务局根据各类侵蚀沟的不同特点，修建了柳编谷坊、浆砌石谷坊、干砌石谷坊。在这里主要介绍干砌石谷坊的修筑。

一、确定干砌石谷坊位置

（一）通过沟壑情况调查，选沟底比降大于5%～10%的沟段，系统地布设谷坊群。用水准仪测出其比降，绘制沟底比降（纵断面）图。

（二）根据沟底比降图，从下而上初步拟定每座谷坊位置。一般高2～5m，下一座谷坊的顶部大致与上一座谷坊基部等高（见图1）。

二、干砌石谷坊坝址要求

一是“口小肚大”，工程量小，库容大；二是沟底和岸坡地形、地质（土质）状况良好，无孔洞或破碎地，没有不易清除的乱石和杂物；三是取用建筑材料（石块）比较方便。

三、典型沟概况

该侵蚀沟位于流域中游汇水线底部，沟道总长675m,沟型呈狭长扇形分布，干沟2条，平均宽度15m，高差30m，属发展型沟道。沟底沿纵坡布设谷群，巩固并抬高沟床，制止沟底下切，修筑干砌石谷坊。

四、干砌石谷坊的设计

（一）确定干砌石谷坊断面尺寸。干砌石谷坊一般做成阶梯断面（如图2）。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。背水坡呈阶梯状，可起消能作用，减小下游冲刷（见图2）。

图2 干砌石梯式石谷坊断面示意图

（二）溢洪口尺寸。谷坊的溢洪口一般设在坝顶，采用矩形宽顶堰公式计算：

式中：Q－设计流量，m3/s；

M－流量系数，一般采用1.55；

b－溢洪口底宽，m；

h－溢洪口水深，m。

（三）典型沟修筑干砌石谷坊断面设计尺寸。在石料来源多的地方，治理侵蚀沟应采用干砌石谷坊。因为干砌石谷坊比植物谷坊抗压能力高，防护效果好。修筑干砌石谷坊需要清至较坚硬的土层或岩石层，然后用粗石料砌筑。如为土或砂砾质沟床，坝后需做护底，长度一般为坝高的2～3倍，厚50～70cm，溢洪道设在坝身中部。沟岸如为石质时，溢洪口设在干砌石谷坊的正上方，基岩面应凿成向上游倾斜的锯齿状，两岸沟壁成竖向结合槽。根据有关资料，按沟底比降i=5.5%，沟宽B=15m计算，设计谷坊顶宽b=1.2m，谷坊高H=1.5m，上游坡比m1=1:1.5，下游坡比m2=1:0.5（见表1）。

表1 谷坊断面设计尺寸表

（四）干砌石谷坊间距计算。谷坊间距确定的原则是：下一座谷坊的回淤面与上一座谷坊的底部齐平（如图3）。实际调查资料表明，在谷坊淤满之后，其回淤面表面并非水平，而是具有一定比降的斜面，且斜面比降与淤积物土质有关。不同土质淤积物质，淤满后的比降见表2。

表2 谷坊淤满后的比降表

根据相关各项因子的几何关系，谷坊间距可按下式计算:

式中：L－谷坊间距，m；

H－谷坊底到溢水口底高度，m；

i－原沟床比降，%；

i0－谷坊淤满后的比降，%。

按照顶底相照的原则，典型沟中干砌石谷坊平均间距L为： L=H/I=1.5/(5.5/100)=27；W-沟系总长675m；谷坊座数：N=W/L=675/27=25。

五、干砌石谷坊施工

干砌石谷坊采用人工施工，其施工程序为：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。清基——将轮廓线以内的浮土、草皮、乱石、树根等全部清除。挖结合槽——基岩面应凿成向上游倾斜的锯齿状，两岸沟壁成竖向结合槽，宽深各1.2～4.2m。砌石——根据设计尺寸，从下向上分层垒砌，逐层向内收坡，块石应首尾相接，错缝砌筑，大石压顶；料石厚度不小于30cm，接缝宽度不大于2.5cm；同时应做到“平、稳、紧、满”（砌石顶部要平，每层铺砌要稳，相邻石料要靠紧，缝和浆要灌饱满）。

六、管理

暴雨中应有专人到谷坊现场巡视，如有险情要及时组织抢修。

每年汛后和每次较大暴雨后，要及时到谷坊现场检查，发现损毁等情况应及时补修。坝后淤满成地，应及时种植农作物。

七、结论

项目区坡耕地经过水土保持综合治理，土壤理化性质显著改善，农业灾害明显减少，农业生态环境步入良性循环轨道，土地生产力得到提高。治理区蓄水效益达到66.88%，保土效益达到89.14%，年均土壤侵蚀模数从治理前的859.45t/km2·a下降到419.29t/km2·a。