坡改梯土石结合田坎的特点和效果

2015-02-22赵宁

中国水土保持 2015年8期

关键词：汉阴县田坎土石

赵宁

(汉阴县水利局,陕西汉阴 725100)

坡改梯土石结合田坎的特点和效果

赵宁

(汉阴县水利局,陕西汉阴 725100)

坡改梯；土石坎；经济效益；科技推广；汉阴县

坡改梯田坎的筑坎方式主要有土坎和石坎两种。汉阴县近几年经过不断探索，设计出一种半石半土结合的筑坎工艺。土石结合田坎的下部为石坎、上部为土坎，这种筑坎工艺比土坎的稳定性高、节约土地，比石坎节省材料和投资，并且能改造成高标准的水田，提高土地产出率。土石结合田坎在当地经多年运行，经济效益显著，具有较高的推广运用价值。

1 基本概况

汉阴县位于陕西南部秦巴山区，地属安康市，位于东经105°11′～108°44′、北纬32°33′～33°09′之间，属北亚热带气候区，夏季炎热多雨，冬季干燥，秋凉湿润、连阴雨多。多年平均气温15.1 ℃，无霜期258 d，多年平均降水量810 mm，多年平均径流量5.4亿m3。土壤类型以黄棕壤土、黏土、砂黏土为主，黄棕壤土占全县土类的85%。

汉阴县有14个乡镇，179个村，总人口30.6万人，农村人口26.2万人，总面积1 347 km2，耕地面积33 738 hm2，其中水田9 461 hm2、大于5°坡耕地19 993 hm2、其他4 284 hm2，林地面积8 801 hm2，林草覆盖率65%。全县水土流失面积641.1 km2，占全县总面积的48%，属中度水土流失区，水土流失主要发生在坡耕地。

汉阴县坡耕地面积大，人均占有基本农田面积少，因而实施坡改梯工程既能保证人均口粮，又能使水土流失得到有效治理。目前坡改梯筑建田坎主要有土坎和石坎两种。汉阴县土壤主要为黄棕壤土，土坎田坎渗水能力差，遇强降雨，土壤含水率达到饱和状态后极易垮塌，因而土坎田坎往往被描述为“一年修，二年垮，三年是个平塌塌”。石坎田坎稳定性相对较好，但是受石料开采限制，石料大多需在市场购买，成本高，对筑坎技术要求也高，而且修成后不能利用石坎发展田坎经济作物。

根据以上情况，汉阴县在坡改梯中探索了半石半土结合的筑坎工艺，俗称土石坎，经多年运行，经济效益较为显著。

2 土石坎的结构

土石坎的下部为石坎，上部为土坎(图1)，石坎高度为田坎总高度的1/2～2/3，土坎高度为总高度的1/3～1/2。石坎基础深度为30～40 cm，侧坡比为1 ∶0.3，顶宽50 cm，基础宽度由砌筑高度而定。石坎顶以上夯实土坎，土坎侧坡比为1 ∶0.5，土坎与田面的回填土相结合，形成一个整体，防止雨水侵蚀田坎，有效控制田坎土壤含水率，增强了田坎稳定性。

图1 土石坎构造(mm)

3 土石坎的特点

3.1 比土坎结构稳定，占用耕地少

我们对石坎与土坎进行稳定分析比较。在对石坎进行稳定分析计算时，可以引用土压力公式朗肯理论和库仑理论公式，其理论条件是把其作为一个刚性的整体圬工体，而干砌石圬工体属于松散结构体，把其作为刚性圬工体进行稳定性分析时，计算结果显然大于结构体的真实状况，故干砌石结构以土坡稳定分析进行计算较符合工程实际。对土石坎与土坎采用土坡稳定分析的瑞典圆弧法进行稳定性分析，公式为[1]

(1)

其中

τf=σtgφ

(2)

式中：Fs为土坡稳定安全系数；τf为土的抗剪强度，kN；L为滑弧长度，m；w为土体容重，kN/m3;d为滑动力臂，m；σ为法向应力，kN；φ为内磨擦角，(°)。

现取相同单位体积进行稳定性分析计算，已知干砌石容重23 kN/m3,当地黄棕壤土饱和容重32 kN/m3，黄棕壤土内摩擦角φ=18°，干砌石内磨擦角φ=38°。把以上参数代入公式，土石坎稳定安全系数为

(3)

(4)

(5)

从比较结果看，石坎稳定性是土坎稳定性的3.4倍。

经过几十年的农田基本建设，汉阴县10°以下坡耕地基本改造成水平梯田，目前坡改梯建设主要在10°～15°坡耕地上进行。以10°坡耕地改造成田面宽6m、田坎高1.5m的水平梯田为例进行分析[2](断面尺寸见图1)：1.5m高的土石坎，石坎高0.8m(h1)、土坎高0.7 m(h2)。取1 m 长度为计算单元。土石坎占用土地面积为(0.5+0.3×0.8+0.5×0.7)×1=1.09 m2；若是1.5 m高的土坎(图2)，其占用土地面积(0.5+1.5×0.5)×1=1.25 m2。分析计算得，土石坎比土坎的土地利用率高12.8%。

图2 土坎构造(mm)

3.2 比石坎节约材料和投资

仍以10°坡耕地改造水平梯田，田坎高1.5 m为例：总高1.5 m的土石坎，石坎高0.8 m，每米干砌石量0.5 m3；全石坎砌筑田坎1.5m高，每米干砌石量1.1 m3(图3)。得出土石坎石料用量是全石坎的45%，投资也节约45%左右。可见，对坡耕地进行改造，采取不同的筑坎方式，所消耗的材料量与投资也大不相同，采用土石坎复合筑坎方式将大大节约材料与投资。

图3 石坎构造(mm)

3.3 能改造成高标准水田

汉阴县属亚热带气候，一年两季作物，夏季主要为水稻，当地群众对有条件的耕地尽可能改造成水田，在陕南有俗话“山有多高，水就有多高”。耕地改造成水平梯田并配套灌溉设施，就可建成高产水田。全石坎梯田空隙大不能保水，土坎梯田变水田后，田坎经水浸泡易垮塌，而土石坎梯田由于下部石坎能防水浸泡，上部土坎与田面土结合为一个整体，能有效保水，故土石坎梯田最适宜改造成水田。

4 土石坎施工中的注意事项

做土石坎基础施工要求挖去浮土，坎基清理到石底或硬土层，平台应成倒坡，平整的大石块砌在底层和外侧，上层要压住下层石缝，石块之间的咬口要连接，不能堆砌和留空洞。石坎以上的土坎要分层压实，每层填土10～15 cm，敲碎压实为7～12 cm，当遇田面回填土时应同步进行压实，使上部土坎与水平梯田结合为一个整体。田坎顶要求高出水平梯田田面10～20 cm,以有效防止田面积水对土坎冲刷，也便于改造成水田。