西藏地區溝道治理中谷坊應用實例淺析

段妍 翁麗珠

1 工程概況

拉薩市某工程治理范圍涉及拉薩市城區范圍內的拉薩河、堆龍河、流沙河以及影響城市防洪安全的14 條山洪溝。項目區屬高原溫帶半干旱氣候，多年平均氣溫6.9 ℃，多年平均降水量431 mm，多年平均水面蒸發量1 369 mm，平均風速2.2 m/s，最大凍土深度26 cm。

溝道治理區屬藏南溫暖半干旱高原寬谷凍融侵蝕、水蝕區，土壤侵蝕以水力侵蝕為主，伴有凍融侵蝕和風力侵蝕，侵蝕強度為輕度，原生侵蝕模數為1 900～2 000 t/（km2?a）。土壤容許流失量確定為500 t/（km2·a）。土壤類型主要為高原河谷灰褐土、草甸土和潮土。植被類型為高山草原植被和高山草甸植被?，F場調查可知，流域內植被覆蓋率極低，生態系統脆弱。

溝道治理區位于山區地帶，地形坡度較陡，溝壑縱橫，針對下切侵蝕嚴重、且對防洪構成威脅的侵蝕溝布設谷坊工程，重點布設在水土流失嚴重的主要支溝、沖溝內。擬在支溝、協溝、香嘎溝、德陽浦、嘎巴溝、米瓊日溝、維巴溝、奪底溝、當巴溝、幫普溝、波瑪溝、加木溝、雄巴溝、比協溝等14 條溝布置谷坊。共涉及拉薩城區周邊主要支溝、沖溝105 條，布置谷坊群105 個，共包括谷坊壩468 座。

2 谷坊型式選擇

根據建筑材料不同，谷坊可分為土谷坊、干砌石谷坊、枝梢谷坊、插柳谷坊、漿砌石谷坊、石籠谷坊等類型。由于山體高程高、溝谷坡降大，干砌石谷坊、土谷坊等很難經受山洪的沖擊，往往春建秋毀，起不到治理溝壑的作用。西藏地區屬于干旱、半干旱氣候，生態環境較為惡劣，難以采取植物措施。石籠谷坊與漿砌石谷坊由于結構穩定，抗山洪沖刷能力較強，可作為本次溝道治理的備選方案。

漿砌石谷坊抗沖刷能力強，結構表面平整、耐久、美觀，但考慮西藏地區具有較為強烈的凍融侵蝕作用，漿砌石結構極易凍融破壞，且凍土深度普遍較大，地基埋深需考慮凍土以下不小于0.25 m，若凍土深度大于1 m 時，還應將基底到凍結線以下0.25 m 范圍的地基土換填為弱凍脹材料，施工較為復雜，材料造價較高。

石籠谷坊透水性強，施工簡單，且石籠谷坊具有整體性及柔性特點，穩定性較好，對地基埋深要求較低，采用鉛絲石籠及鋼筋制安，塊石可就地取材，造價較低。根據當地材料資源和材料狀況，溝道治理谷坊型式采用鋼筋骨架鉛絲石籠谷坊。

3 石籠谷坊的設計

3.1 選址原則

谷坊宜布置于坡度5%～10%或更大、溝底下切劇烈發展的溝段。壩址的選擇遵從“口小肚大”原則，工程量小，庫容量大。溝底與岸坡地形、地質（土質）狀況良好，無空洞或破碎地層，沒有不易清除的亂石和雜物，且取用塊石材料比較方便。谷坊群布置遵從“頂底相照”原則，下一座谷坊的頂部大致與上一座谷坊基部等高。如圖1 所示。

圖1 谷坊群布設方位示意圖

3.2 谷坊間距的確定

西藏山區溝道縱比降普遍較大，工程實施地點為土石山溝，坡度多在10%～15%以上，溝道治理工程易造沖刷破壞，因此根據地區特點確定合適的間距十分重要，其中溝道淤滿后允許穩定比降（不沖比降）的參數選擇也較為關鍵。根據溝底比降，從下而上逐步擬定每座谷坊的位置，根據“頂底相照”的選擇原則，采用式（1）確定上下游谷坊之間的水平距離：

式中L——谷坊間距，m；

H——谷坊底到溢流口底高度，m；

i——原溝床比降，%；

i'——谷坊淤滿后的比降，%。根據現場調查，溝道淤積物主要組成為粗砂礫，淤滿后比降采用2.0%。谷坊總高度2 m，溢流口高度0.5 m，原溝床比降10%～15%，經計算谷坊水平間距為15～20 m 較為合適。

不同淤積物質淤滿后形成的不沖比降參照表1。

表1 淤積物淤滿后不沖比降 %

3.3 溢流口尺寸的確定

谷坊溢流口必須滿足宣泄山洪的要求。因此，確定溢流口的尺寸，首先應計算出相應頻率的洪峰流量。由于治理山洪溝流域面積普遍較小，難以獲取實測水文資料，可根據地形圖分水嶺位置勾畫溝道匯水面積，洪峰流量計算采用西藏地區經驗公式（2）：

式中Qcp——設計流域計算斷面多年平均洪峰流量，m3/s；

C——經驗系數，可從地區水文手冊中查得；

F——設計流域匯水面積，km2；

H——設計流域多年平均降水量，mm。

洪峰流量確定后，即可按寬頂堰公式（3）計算溢流口尺寸：

式中Q——設計洪峰流量，m3/s；

M——流量系數，一般取1.55；

h——溢流口水深，m；

b——溢流口寬度，m。

典型設計溢流口斷面過水能力計算見表2。

表2 典型設計溢流口斷面過水能力計算

3.4 斷面尺寸確定

根據設計規范，石籠谷坊高度不宜大于3 m，頂寬宜取1.0～1.5 m，即可保證谷坊壩體穩定；結合現場地形本工程谷坊總高度2 m，頂寬1 m，溢流口高度0.5 m，上游、下游邊坡均為1∶1，谷坊底長依河道寬度而定。鉛絲石籠單元尺寸可采用長、寬、高為1.0 m×0.5 m×0.5 m。溝底清基后將壩基建于基巖之上，基礎埋深1 m。石籠谷坊兩岸及下游易受山洪沖刷，需在上下游設置適當防護措施，以保障谷坊的安全運行。谷坊壩上游布設1 m水平護底，下游布設5 m 水平護底，護底厚度0.5 m。典型設計谷坊斷面尺寸見表3。谷坊布置縱斷面圖如圖2 所示，橫斷面圖如圖3 所示。

表3 典型設計谷坊斷面尺寸

圖3 谷坊橫斷面示意圖

4 石籠谷坊的施工

（1）根據工程設計編制施工組織計劃。石籠谷坊的施工應合理安排工期，在汛期之前完成，以免期間發生山洪造成不必要的損失。

（2）做好備料工作。本工程所采用的鋼筋骨架鉛絲石籠谷坊所需材料主要為鍍鋅鉛絲、直徑12 mm 鋼筋以及塊石，鍍鋅鉛絲可有效減輕水流沖刷產生的腐蝕破壞，石籠谷坊對塊石的材質要求不高，除風化石外，直徑大于籠子網眼的石塊即可使用，因此可就近撿集解決。

（3）鉛絲石籠填充石塊。首先將塊石體積較大且平整的一面擺在籠子周圍，避免出現凹凸不平現象，中間采用顆粒較小的石塊填塞緊密，全部填充完畢后封閉鉛絲石籠。

（4）根據選定的位置及斷面尺寸進行施工放線和基礎開挖。施工時清除基礎淤積層和風化層直至基巖或硬土層，及清除壩基地表雜草浮土。兩岸坡結合部開挖1 m 以上基槽，確保壩體與岸坡的結合。在谷坊進出水口段設置0.5 m 厚鉛絲石籠護底，谷坊基礎埋深0.5 m。

5 結 語

石籠谷坊具有構造簡單、施工簡易、投資少、見效快、安全可靠等優點。針對西藏地區氣候條件及地質地貌，因地制宜、因害設防，在多塊石的地區修建石籠谷坊，能夠有效加快溝壑的治理速度，收到事半功倍的效果。