西藏地区沟道治理中谷坊应用实例浅析

段妍 翁丽珠

1 工程概况

拉萨市某工程治理范围涉及拉萨市城区范围内的拉萨河、堆龙河、流沙河以及影响城市防洪安全的14 条山洪沟。项目区属高原温带半干旱气候，多年平均气温6.9 ℃，多年平均降水量431 mm，多年平均水面蒸发量1 369 mm，平均风速2.2 m/s，最大冻土深度26 cm。

沟道治理区属藏南温暖半干旱高原宽谷冻融侵蚀、水蚀区，土壤侵蚀以水力侵蚀为主，伴有冻融侵蚀和风力侵蚀，侵蚀强度为轻度，原生侵蚀模数为1 900～2 000 t/（km2•a）。土壤容许流失量确定为500 t/（km2·a）。土壤类型主要为高原河谷灰褐土、草甸土和潮土。植被类型为高山草原植被和高山草甸植被。现场调查可知，流域内植被覆盖率极低，生态系统脆弱。

沟道治理区位于山区地带，地形坡度较陡，沟壑纵横，针对下切侵蚀严重、且对防洪构成威胁的侵蚀沟布设谷坊工程，重点布设在水土流失严重的主要支沟、冲沟内。拟在支沟、协沟、香嘎沟、德阳浦、嘎巴沟、米琼日沟、维巴沟、夺底沟、当巴沟、帮普沟、波玛沟、加木沟、雄巴沟、比协沟等14 条沟布置谷坊。共涉及拉萨城区周边主要支沟、冲沟105 条，布置谷坊群105 个，共包括谷坊坝468 座。

2 谷坊型式选择

根据建筑材料不同，谷坊可分为土谷坊、干砌石谷坊、枝梢谷坊、插柳谷坊、浆砌石谷坊、石笼谷坊等类型。由于山体高程高、沟谷坡降大，干砌石谷坊、土谷坊等很难经受山洪的冲击，往往春建秋毁，起不到治理沟壑的作用。西藏地区属于干旱、半干旱气候，生态环境较为恶劣，难以采取植物措施。石笼谷坊与浆砌石谷坊由于结构稳定，抗山洪冲刷能力较强，可作为本次沟道治理的备选方案。

浆砌石谷坊抗冲刷能力强，结构表面平整、耐久、美观，但考虑西藏地区具有较为强烈的冻融侵蚀作用，浆砌石结构极易冻融破坏，且冻土深度普遍较大，地基埋深需考虑冻土以下不小于0.25 m，若冻土深度大于1 m 时，还应将基底到冻结线以下0.25 m 范围的地基土换填为弱冻胀材料，施工较为复杂，材料造价较高。

石笼谷坊透水性强，施工简单，且石笼谷坊具有整体性及柔性特点，稳定性较好，对地基埋深要求较低，采用铅丝石笼及钢筋制安，块石可就地取材，造价较低。根据当地材料资源和材料状况，沟道治理谷坊型式采用钢筋骨架铅丝石笼谷坊。

3 石笼谷坊的设计

3.1 选址原则

谷坊宜布置于坡度5%～10%或更大、沟底下切剧烈发展的沟段。坝址的选择遵从“口小肚大”原则，工程量小，库容量大。沟底与岸坡地形、地质（土质）状况良好，无空洞或破碎地层，没有不易清除的乱石和杂物，且取用块石材料比较方便。谷坊群布置遵从“顶底相照”原则，下一座谷坊的顶部大致与上一座谷坊基部等高。如图1 所示。

图1 谷坊群布设方位示意图

3.2 谷坊间距的确定

西藏山区沟道纵比降普遍较大，工程实施地点为土石山沟，坡度多在10%～15%以上，沟道治理工程易造冲刷破坏，因此根据地区特点确定合适的间距十分重要，其中沟道淤满后允许稳定比降（不冲比降）的参数选择也较为关键。根据沟底比降，从下而上逐步拟定每座谷坊的位置，根据“顶底相照”的选择原则，采用式（1）确定上下游谷坊之间的水平距离：

式中L——谷坊间距，m；

H——谷坊底到溢流口底高度，m；

i——原沟床比降，%；

i'——谷坊淤满后的比降，%。根据现场调查，沟道淤积物主要组成为粗砂砾，淤满后比降采用2.0%。谷坊总高度2 m，溢流口高度0.5 m，原沟床比降10%～15%，经计算谷坊水平间距为15～20 m 较为合适。

不同淤积物质淤满后形成的不冲比降参照表1。

表1 淤积物淤满后不冲比降 %

3.3 溢流口尺寸的确定

谷坊溢流口必须满足宣泄山洪的要求。因此，确定溢流口的尺寸，首先应计算出相应频率的洪峰流量。由于治理山洪沟流域面积普遍较小，难以获取实测水文资料，可根据地形图分水岭位置勾画沟道汇水面积，洪峰流量计算采用西藏地区经验公式（2）：

式中Qcp——设计流域计算断面多年平均洪峰流量，m3/s；

C——经验系数，可从地区水文手册中查得；

F——设计流域汇水面积，km2；

H——设计流域多年平均降水量，mm。

洪峰流量确定后，即可按宽顶堰公式（3）计算溢流口尺寸：

式中Q——设计洪峰流量，m3/s；

M——流量系数，一般取1.55；

h——溢流口水深，m；

b——溢流口宽度，m。

典型设计溢流口断面过水能力计算见表2。

表2 典型设计溢流口断面过水能力计算

3.4 断面尺寸确定

根据设计规范，石笼谷坊高度不宜大于3 m，顶宽宜取1.0～1.5 m，即可保证谷坊坝体稳定；结合现场地形本工程谷坊总高度2 m，顶宽1 m，溢流口高度0.5 m，上游、下游边坡均为1∶1，谷坊底长依河道宽度而定。铅丝石笼单元尺寸可采用长、宽、高为1.0 m×0.5 m×0.5 m。沟底清基后将坝基建于基岩之上，基础埋深1 m。石笼谷坊两岸及下游易受山洪冲刷，需在上下游设置适当防护措施，以保障谷坊的安全运行。谷坊坝上游布设1 m水平护底，下游布设5 m 水平护底，护底厚度0.5 m。典型设计谷坊断面尺寸见表3。谷坊布置纵断面图如图2 所示，横断面图如图3 所示。

表3 典型设计谷坊断面尺寸

图3 谷坊横断面示意图

4 石笼谷坊的施工

（1）根据工程设计编制施工组织计划。石笼谷坊的施工应合理安排工期，在汛期之前完成，以免期间发生山洪造成不必要的损失。

（2）做好备料工作。本工程所采用的钢筋骨架铅丝石笼谷坊所需材料主要为镀锌铅丝、直径12 mm 钢筋以及块石，镀锌铅丝可有效减轻水流冲刷产生的腐蚀破坏，石笼谷坊对块石的材质要求不高，除风化石外，直径大于笼子网眼的石块即可使用，因此可就近捡集解决。

（3）铅丝石笼填充石块。首先将块石体积较大且平整的一面摆在笼子周围，避免出现凹凸不平现象，中间采用颗粒较小的石块填塞紧密，全部填充完毕后封闭铅丝石笼。

（4）根据选定的位置及断面尺寸进行施工放线和基础开挖。施工时清除基础淤积层和风化层直至基岩或硬土层，及清除坝基地表杂草浮土。两岸坡结合部开挖1 m 以上基槽，确保坝体与岸坡的结合。在谷坊进出水口段设置0.5 m 厚铅丝石笼护底，谷坊基础埋深0.5 m。

5 结 语

石笼谷坊具有构造简单、施工简易、投资少、见效快、安全可靠等优点。针对西藏地区气候条件及地质地貌，因地制宜、因害设防，在多块石的地区修建石笼谷坊，能够有效加快沟壑的治理速度，收到事半功倍的效果。