桓仁县坡耕地工程总体布置与措施设计分析

李 勇

(桓仁满族自治县水土保持站，辽宁 本溪117200)

1 工程概况

2013年中央预算内水土保持工程桓仁县国家坡耕地综合治理工程位于本溪市桓仁县。工程共分为普乐堡镇梨树、大青沟工程区;二棚甸子镇的二棚甸子、巨户沟、四道岭子工程区;桓仁镇的五道河子、六道河子工程区;黑沟乡的大川、黑沟工程区;古城镇的岔路子、古城子新江工程区;北甸子乡的英英沟工程区以及铧来镇的碑登工程区等14个工程区。工程规划治理坡耕地面积740.00 hm2。工程区坡耕地面积较大，相对集中连片，地形地貌基本一致。

2 总体布置

项目区本着“因地制宜、注重效益”方针，以水土资源的可持续利用和环境资源的可持续维护为目的，以发展区域经济、特色产业、农民脱贫致富为目标，合理利用土地资源，优化土地利用结构，提高商品意识，加快产业结构调整，当前利益与长远利益兼顾，生态效益与经济效益相结合的原则。在项目区主要布设梯田，同时建设布设田间作业路。

2.1 土坎梯田工程

本项目区为低山丘陵区，布置田块应结合地形情况而定。本次规划梯田均沿等高线布置，田面形状呈长方形或带形，大弯就势，小弯取直，以适应机耕作业的要求。本着上述原则本区田块布局沿着等高线方向修筑梯田。相邻梯田田面高差在1 ～3 m，局部高地和浅沟利用推土机找平，人工筑埂打平夯实。建设梯田埂，其顶宽0.30 m。田块的平面形状为沿等高线呈带状。地块长短不一，一般在50 ～800 m左右。

2.2 石坎梯田工程

石坎水平梯田是治理坡耕地水土流失的重要措施，是改善农业生产条件，发展集约高效农业的主要途径，水平梯田多在坡耕地上修建。通过坡耕地人工修整田面，建成水平式台阶田块，达到切断径流、蓄水保土保肥的功效。每块梯田的田宽应尽量一致，要本着大弯就势，小弯取直的原则，田块长度应尽量达到200 m以上，以便于机械耕作［1］。

2.3 道路工程

由于项目区原有生产道路不能满足生产、施工等要求，本此规划修筑作业路，以利于生产。新修作业路结合地形布设，并与现有道路连接。

3 梯田工程设计分析

本项设计地块为土坎与石坎水平梯田。

3.1 梯田布置

在确定了梯田的地点、数量的基础上合理设计梯田，使其既方便耕作，又能充分发挥蓄水保土作用。梯田埂应平行于等高线布设，以减少修筑梯田的工程量。为了便于耕作，每块梯田的田宽应尽量一致，沿地埂长度方向要本着大弯就势，小弯取直的原则，顺直地块。尽量利用已有的田间工程，以节省工程投资。

3.2 田面设计

通过与工程区农民座谈加上外业调查决定，在成形的几种梯田断面形式中，本次主要选择石坎与土坎水平梯田。各工程区内现存的梯田都为水平梯田，农民对水平梯田的认可度比较高。

本工程主要选择了5° ～10°坡耕地修建梯田，各工程区地块的土层厚度都能满足水平梯田的建设，因此，梯田设计田面选择水平田面。

由于各工程区土地资源匮乏，工程的实施要尽量少占耕地和土壤资源，以减少农民在工程建设中的抵触，进一步为工程区各乡镇降低征占地带来的协调工作量，通过外业调查，各工程区内块石资源丰富，本工程梯田田坎主要选择干砌块石断面，通过稳定性、断面最小和占地最省3个条件进行分析，选择了最优的直角梯形断面。

在部分土层较厚土壤团聚力较强的地块选择土坎梯田断面。另外，由于梯田田坎断面较小，在田坎上种植的小灌木距离庄家的很近将直接与庄家争水争肥，不利于田坎前后的庄家生长。由于工程区降雨充沛，从现场了解到工程完工后各田坎周边的杂草将很快进入，在田坎上生长增加田坎的稳定性，因此田坎上将不再增加植物措施。

3.3 田坎设计

3.3.1 土坎梯田的田坎设计

根据工程区坡地的坡度及土质情况，确定梯田田坎高0.7 ～1.0 m，并选定的田面宽和田坎外侧坡度，田坎线沿等高线布设。

田坎高度计算公式为:

田坎占地损失计算公式为:

梯田田埂高度根据能拦蓄10 a一遇6 h暴雨所产生的径流为原则来核算确定。工程区10 a一遇6 h最大暴雨为91.87 mm，径流系数为0.45，田埂安全超高取0.1 m，埂顶宽取0.3 m，坎高按0.7 ～1.0 m、田面按8.0 m计算。田边蓄水埂设置为梯形断面，埂高0.3 m，顶宽0.3 m，内外边坡均比为1∶1。

田埂高度计算公式为:

式中:Ψ 为径流系数，根据集水区立地条件确定，取0.45;h1为10 a 一遇6 h 最大暴雨，经计算为91.87 mm;△为田埂安全超高，取0.1 m。3.3.2 石坎梯田的田坎设计

根据工程区坡地的坡度及土质情况，确定梯田田坎高介于0.7 ～1.0 m，并选定的田面宽和田坎外侧坡度，田坎线沿等高线布设，面宽度按10 m设计，采用人工进行平整。

3.3.2.1 石坎高度、田面宽度、石坎长度计算

计算公式为:

式中:B 为田面宽度，m，取机械播幅整倍数加地边埂占地宽度根据地面坡度和机耕作业趟数的需要，田面宽取10 m;BL 为田面斜宽，取10.34 m;H 为石坎高度，取0.9 m;α 为坡面坡角，取5°;β 为田坎侧坡角，取70°;L 为每hm2田坎长度，m。

3.3.2.2 埂坎断面

参照《水土保持综合治理技术规范》梯田断面设计，取梯田埂坎高0.3 m，顶宽0.3 m。

3.3.2.3 混凝土压顶

根据现场实际勘查，现有的石坎梯田均有一层混凝土压顶，平均厚度为5 cm，本次设计对石坎梯田布设混凝土压顶，顶宽30 cm，厚度为5 cm。设计详见图1。

图1 石坎梯田断面设计图

3.3.3 工程量计算

水平梯田工程量V 计算:

3.3.4 水平梯田单宽拦蓄量校核

3.3.4.1 梯田坡面单宽径流量W1 计算计算公式为:

式中:W1为原坡面单宽径流量，m3;F1为单位宽度原坡面面积(F1= B 梯田毛宽×1 =10m2);h1为10 a1 遇最大6 h雨强c为径流系数(取0.45，根据集水区立地条件确定)。

经计算:W1=10 ×0.09187 ×0.45 =0.413m3

3.3.4.2 梯田石埂拦蓄水量W2计算

计算公式为:

式中:F2为单位宽度梯田田面面积;(F2= B 田面净宽－B 埂坎占地=9.4 m2)注:B 埂坎占地=田埂底宽+ 田埂高(坡比1∶1);d 为梯田埂坎高度(0.3 m)。

经计算:W2=2.82 m3

3.3.4.3 单宽径流量W1 与单宽田埂拦蓄量W2校核

两者比较W1 ＜W2，故梯田断面规格满足拦蓄设计频率径流量的要求。

3.3.5 田埂稳定性计算

3.3.5.1 基本参数

土壤湿容重1.8 t/m3，内摩擦角30°，地基为坚硬岩石面，砌体与基岩的摩擦系数取0.7，砌体容重为22 kN/m3，墙底摩擦系数μ =0.45，主动土压力系数Ka =0.473，基底容许承载力［σ0］=180 kPa。

梯田埂坎高度:d =0.3 m，田埂基础0.3 m，石坎高度:H =1.0 m，田坎顶宽B =0.3 m。

3.3.5.2 土压力计算

1)Pa = 0.5 × Υh2× ka =2.09 kN/m。

2)水平土压力Pax =Pa ×cos(δ +ε)=1.24 kN/m。

3)垂直土压力Pay =Pa ×sin(δ +ε)=1.67 kN/m。

3.3.5.3 田埂自重计算

3.3.5.4 抗滑稳定性验算

Kc = 抗滑力/ 滑动力= μ(W + Pay)/Pax =

3.70 ＞1.30，满足要求。

3.3.5.5 抗倾覆稳定性检算

1)重力W 力臂:a =0.2。

2)垂直土压力Pa 力臂:b =田坎顶宽+2/3 ×0.7 ×墙背坡度=0.47。

3)h’= 1/3 × h = 0.23

4)Kt = 抗倾覆力矩/倾覆力矩= (W×a +Pay× b)/(Pax × h’)=8.72 ＞1.50，满足要求。3.3.5.6 地基承载力验算

1)作用在基础底面上总的竖向力N = W + Pay=10.24 kN/m。

2)合力作用点与墙前趾O 点距离:

4)0.5 × (Pmax+ Pmin)= 24.27 ＜σ0=180 kPa，满足要求。

5)Pmax=29.33 kPa ＞1.2 σ0=216 kPa，满足要求。

综上所述，该田坎满足要求。

3.4 工程量计算

本坡耕地土坎水平梯田治理面积为740.00 hm2，其中新修土坎水平梯田281.20 hm2，土石方量30.89 万m3。坡耕地石坎水平梯田治理面积为740.00 hm2，其中新修石坎水平梯田458.80 hm2，土方量51.62 万m3，石方量18.54 万m3。

4 配套措施设计分析

2013年坡耕地治理工程配套措施只有田间道路工程。田间道路工程设计路面宽度3 m，纵向坡比≤15°，最小转弯半径≥15m，路面横向应基本水平，最好中间略高于两侧，纵向基本取直。道路路面应至少高于田面15 cm，以便路面自然排水。路面可铺沙砾石，对凸凹不平处路面要利用推土机进行推平，上部铺设3 cm碎石，然后碾压塌实。本项工程田间道路设计路面宽3 m，道路总长19.26 km，工程量为5.78 万m3。

5 结 语

通过对本溪市桓仁县的2013年坡耕地治理的总体布设和根据实地情况，因地制宜地采取治理措施，为坡耕地治理工程建设提供了技术保障，同时也为同类工程建设提供了参考作用和借鉴意义。

［1］冉茂文. 山区农业综合开发要重视旱坡耕地综合治理［J］. 当代贵州，2006(21):35－36.