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1、,第四章 水土保持工程措施,水土保持学,Contents,第一节 概述,一、水土保持综合治理措施的分类,根据治理 对象分类,根据措施 特性分类,采用综合措施进行治理。,沟坡兼治、上下游相结合。,第一节 概述,二、水土保持工程措施的概念和地位,水土保持工程措施(engineering measures)为防治水土流失，应用工程原理修筑的各种建筑物。,是小流域水土保持综合治理措施体系的主要组成部分。与水土保持其他措施同等重要，不能互相代替。,第一节 概述,三、水土保持工程措施的种类和作用,1.山坡防护工程,梯田,水平阶,鱼鳞坑,主要措施：梯田、拦水沟埂、水平沟、水平阶、鱼鳞坑、山坡截流沟、水窖（旱
2、井）、蓄水池、挡土墙等。,特点:实施简单;投资少;效果好;易于被群众接受.,作用：改变小地形，将雨水及融雪水就地拦蓄，使其渗入农地、草地或林地，减少或防止形成坡面径流，增加农作物、牧草以及林木可利用的土壤水分；将未能就地拦蓄的坡地径流引入小型蓄水工程；在有发生重力侵蚀的坡地上，可以修筑排水工程或支挡建筑物防止滑坡。,1.山坡防护工程,主要措施：沟头防护工程、谷坊工程、拦沙坝、淤地坝、沟道护岸工程、引洪漫地等。,2.山沟治理工程,谷坊,挡沙坝,锯齿坝,作用：固定沟床，防止沟头前进、沟床下切，减缓沟床纵坡，调节山洪洪峰流量；拦蓄泥沙，减少山洪或泥石流的固体物质含量，使山洪安全排泄，对沟口冲积锥不造
3、成灾害。,特点:技术要求高;投资大。,2.山沟治理工程,主要措施：排洪沟、导流堤、泄水建筑物等。,3.山洪排导工程,作用：防止山洪或泥石流危害沟口冲积锥上的房屋、工矿企业、道路、农田等。,导流槽,特点:技术要求高;投资大。,排洪沟,主要措施：小水库、蓄水塘坝、引水工程等。,4.小型水利工程,作用：将坡地径流及地下潜流拦蓄起来，在减少水土流失危害的同时，灌溉农田，提高作物产量。,特点:技术要求高;投资大。,水塘,Contents,第二节 坡面治理工程,一、斜坡固定工程,1.挡墙（retaining wall）,是用来侧向支撑土体的构筑物。又称挡土墙。,主要用于防止崩塌、小规模滑坡、大规模滑坡前缘
4、的再次滑动。,重力式,锚定式,挡墙的构造：,悬臂式,扶壁式,重力式挡墙,根据建筑材料和形式，分为片石垛、浆砌石挡墙、混凝土或钢筋混凝土挡墙、空心挡墙。,Figure17How to build a retaining wall,重力式挡土墙适用于坡脚较坚固，地基允许承载力较大，抗滑稳定性较好的滑坡与崩塌体。常用于墙高5m的低挡土墙。当滑动面出露在斜坡上较高位置，坡角基底较坚固时，一般采用空心挡墙（明洞）。滑动面有几个且滑坡体较薄时，可分级支挡。,悬臂式挡墙：多用于地基土质差且墙高h5m的重要工程。扶壁式挡墙：多用于地质条件差且墙高h10m的重要工程。锚定式挡墙：多用于地基承载力较低的重要工程，
5、墙高可达25m。,悬臂式挡墙,锚定式挡墙,重庆市巫山57m超高加筋土挡墙,加筋土由填土和填土中布置一定的筋带（或筋网）以及墙面板三部分组成。它是法国工程师亨利维达尔在1963年发明的。,自嵌式植生挡土墙,加筋植生挡土墙,2.护坡工程（works for protecting slopes）,作用：加固不稳定边坡，防止崩塌。形式：砌石、抛石、格状框条、喷浆、混凝土、锚固等。,（1）砌石护坡,干砌石墙,分干砌和浆砌。干砌用于易受冲刷、有地下水渗流的土质边坡。浆砌用于没有涌水的软质岩石和密实土斜坡，防止岩石风化和水流冲刷。,浆砌护坡,干砌石墙,（2）抛石护坡,用于坡脚在沟岸、河岸，雨季易遭受洪水淘刷
6、的地段。包括散抛块石、石笼抛石和草袋抛石三种方式。散抛块石适宜在沟（河）水流速为35m/s的情况下采用；石笼抛石护坡适于流速大于5ms的坡段；草袋抛石护坡宜于坡脚不受洪水冲淘，边坡陡于1111.5的坡段。,（3）混凝土护坡,用于边坡极不稳定，坡脚可能遭受强烈洪水冲淘的较陡坡段，必要时需加锚固定。坡度小于1:1，高度小于3m的坡面，采用混凝土砌块护坡；坡度在1.0:0.51.0:1.1的，采用钢筋混凝土砌块护坡。混凝土砌块多采用预制件。坡面涌水较大时，应设反滤层。为了有效排出坡面涌水，应修筑盲沟排水。,浆砌混凝土砌块护坡,在基岩有细小裂隙，无大崩塌的防护坡段，采用喷浆机进行喷浆或喷混凝土护坡，以
7、防止基岩风化剥落。不要在有涌水和冻胀严重的坡面喷浆或喷混凝土。岩石风化、崩塌严重的地段，加筋锚固后再喷浆。,喷浆护坡,喷浆护坡,（4）喷浆和混凝土护坡:,（5）格状框条护坡,用浆砌石或混凝土、钢筋混凝预制构件（或现场直浇制），修成格式建筑物。为防止格式建筑物向下滑动，应固定框格交叉点或在坡面深埋横向框条，在网格内种植草皮。,格状护坡,（6）锚固法护坡,用于有裂隙的坚硬的岩质斜坡。为增大抗滑力或固定危岩，所用材料为锚栓或预应力钢筋。,链子崖危岩体治理工程,3.排水工程（drainage works）,（1）地表水排除工程（surface drainage works）作用：既可排除地表水，拦截病
8、害斜坡以外的地表水，又可将防止病害斜坡内的地表水大量渗入，将其尽快排走。防渗工程：包括整平夯实和铺盖阻水水沟工程：包括截水沟和排水沟截水沟布置在病害斜坡范围外，拦截旁引地表径流，防止地表水向病害斜坡汇集；排水沟布置在病害斜坡上，一般呈树枝状，充分利用自然沟谷。在湿地和泉水出露处，可设置明沟或渗沟等引水工程。可采用砌石、沥青铺面、半圆形钢筋混凝土槽、半圆形波纹管等形式。,排水沟工程,（2）地下水排除工程(underground drainage works),作用：排除和截断渗透水。,作用是排除土壤水和支撑局部土体。有泉眼的斜坡上，渗沟应布置在泉眼附近和潮湿的地方。渗沟深度一般大于2m。沟底应置
9、于潮湿带以下较稳定的土层内，并应铺砌防渗。,渗沟,作用是排除浅层（约3m以上）的地下水。,暗沟,暗沟分为集水暗沟和排水暗沟。集水暗沟用来汇集浅层地下水；排水暗沟连接集水暗沟，把汇集的地下水作为地表水排走。明暗沟即在暗沟上同时修明沟，可以排除滑坡区的浅层地下水和地表水。,是利用钻孔排除地下水或降低地下水位。分为：垂直孔、仰斜孔、反射孔。,排水孔,仰斜孔仰角1015，取决于地下水位。在松散土层应使用滤管以加固孔壁。,用于含水层透水性差的土质斜坡,作用是拦截、储备、疏导深层地下水。截水隧洞修筑在病害斜坡外围，用来拦截旁引补给水。排水隧洞布置在病害斜坡内，用于排泄地下水。,排水洞,地下水向含水层滑坡区
10、大量流入，克在滑坡区外布设截水墙，将地下水截断，在用仰斜孔排出。注意不要将截水墙修筑在滑坡体上。,截水墙,（4）削坡和反压填土,削坡主要用于防止中小规模的土质滑坡和岩质斜坡崩塌。削坡的对象是滑动部分，可减缓坡度，减少滑坡体体积，从而减少下滑力。反压镇土是在滑坡体前面的阻滑部分堆土加载，以增加抗滑力，填土可筑成抗滑土堤。,削土减重,卸土反压修堤,渗沟,阻滑部分,（5）抗滑桩（friction pile）,是穿过滑体深入滑床以下稳定部分以固定滑体的一种桩柱。,由多根抗滑桩组成的桩群共同支撑滑体的下滑力。省工省料，施工方便，工期短，广泛采用。材料：木桩、钢桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩等。适用于滑体不太
11、厚，滑床比较稳固的情况。注意抗滑桩的合理布置（位置、数量）。,抗滑桩,滑坡体,不透水层,（6）滑动带加固措施,采用机械的或物理化学的方法，提高滑动带强度，防止软弱夹层进一步恶化。普通灌浆法：采用由水泥、粘土等普通材料制成的浆液，用机械方法灌浆。化学灌浆法：采用由各种高分子化学材料配制的浆液，借助一定的压力把浆液灌入钻孔。常采用的灌浆材料有水玻璃、铬木素、丙凝、氰凝、尿醛树脂、丙强等。石灰加固法：是根据阳离子的扩散效应，由溶液中的阳离子交换出土体中阴离子而使土体稳定。具体方法是在滑坡地区均匀布置一些钻孔，钻孔要达到滑动面下一定深度，将孔内水抽干，加入生石灰小块达滑动带以上，填实后加水，然后用土填
12、满钻孔。,（7）植物固坡工程,坡面生物工程综合措施，即在布置的拦挡工程的坡面或工程措施间隙种植植被，例如，在挡土石墙、石笼墙、铁丝链墙、格栅和格式护墙上加上植物措施，可以增加这些挡墙的强度。,第二节 坡面治理工程,二、坡面截流工程,山坡截流沟（catch drain，cut-off drain）是为拦截径流而在斜坡上每隔一定距离，在平行等高线或近平行等高线修筑的水沟。,（1）山坡截流沟的作用,截短坡长，阻截径流，减免径流冲刷，将分散的坡面径流集中起来，输送到蓄水工程里或输送到农田、草地或林地，对保护其下部的农田，防止沟头前进，防止滑坡有重要作用。,（2）山坡截流沟的布置,截流沟与纵向布置的排水
13、沟相连，把径流排走。截流沟在坡面上均匀布置，间距随坡度增大而减小。在滑坡可能发生的边界以外5m处可设一条截流沟，若坡面面积大，径流量大，则设置多条。,表 山坡截流沟间距,（3）截流沟断面设计,a.沟道纵坡（gradient）使水流达到不冲不淤流速当设计流量为0.03 0.10 m3/s时，取1/300 1/1000；当设计流量为0.1 0.3 m3/s时，取1/800 1500。,b.沟道横断面,谢才公式,Qv W,不冲不淤流速,设计洪峰流量,相符,相符,断面可行,v流速m/s;c流量系数;最大暴雨强度m/s;R水力半径;A集水面积m2;W设计来水量。,截流沟各段的断面尺寸不同，应分段设计，但
14、若集水面积不大、沟道不长，可只设计一个断面。,第二节 坡面治理工程,三、沟头（gully head）防护工程,1.蓄水式沟头防护工程,(1)沟埂式沟头防护,在设计中，应注意的问题是封沟埂位置的确定、封沟埂的高度、蓄水沟的深度、沟埂的长度及道数。第一道封沟埂与沟顶至少相距5l0m，一般23倍沟深，以免引起沟壁崩塌。封沟埂的间距=埂高/最大地面坡度()沟埂长度、埂高和沟深等尺寸，视沟头地形坡度、所能获得的蓄水容积、设计来水量、土质等条件决定。,埂墙涝池式沟头防护,当沟头以上汇水面积较大，并有较平缓的地段时，则可开挖涝池群。各个涝池应互相连通，组成连环涝池，以最大限度地拦蓄地表径流，防止和控制沟头侵
15、蚀。,2.泄水式沟头防护工程,一般用于落差较小，地形降落线较长的地点。为了减少急流的冲刷作用，有时采用人工方法增加急流槽的粗糙程度。,可用石块或砖加砂浆砌筑而成。可分为两种：单级台阶式多用于跌差不大(1.52.5m)，而地形降落比较集中的地方；多级台阶式多用于跌差较大而地形降落距离较长的地方。,第二节 坡面治理工程,四、梯田工程,中国是世界上最早修筑梯田（terrace）的国家之一，据不完全统计，目前全国共修梯田667万多公顷，其中黄土高原新建和改造旧梯田约267万ha(内条田约100万公顷)，成为发展农业生产的一项重要措施。,梯田的作用梯田的分类梯田的规划梯田的断面设计,截短坡长，减少径流，
16、增加入渗，减少土壤侵蚀量，改良土壤，达到保水、保土、保肥的目的，同改进农业耕作技术结合，能大幅度地提高产量，改善生产条件和生态环境，从而为贫困山区退耕陡坡、种草种树、促进农林牧副业全面发展创造了前提条件。梯田是改造坡地，保持水土全面发展山区、丘陵区农业生产的一项重要措施。法律规定25以下的坡地一般可修成梯田种植农作物；25以上的则应退耕植树种草。,梯田在坡地山沿等高线修成台阶式或坡式断面的田地,1.梯田的作用,2.梯田的分类,(1)按断面分：水平梯田、坡式梯田、反坡梯田、隔坡梯田、波浪式梯田等。,a.水平梯田：田面水平，适宜于种植水稻和其他旱作、果树。,b.坡式梯田：顺坡向每隔一定间距沿等高线
17、修筑地埂而成的梯田。依靠逐年耕翻、径流冲淤并加高地埂，使得田面坡度逐年变缓，终至水平梯田，是一种过渡形式。,c.反坡梯田：田面微向内测倾斜，反坡一般可达2。能增加田面蓄水量，并使暴雨时过多的径流由梯田内侧安全排走。适于栽植旱作与果树。干旱地区造林所修的反坡梯田宽仅12m，反坡1015。,d.隔坡梯田：相邻两水平阶台之间隔一斜坡段的梯田。从斜坡短流失的水土可被截留于水平阶台，有利于农作物生长，斜坡段种草、种经济林或林粮间作。一般在25以下的坡地上修隔坡梯田可作为水平梯田的过渡。,e.波浪式梯田：又名软埝或宽埂梯田，一般是在坡度小于7的缓坡上，每隔一定距离沿等高线方向修软埝和截水沟，两埝之间保持原
18、来的坡面。软埝有水平和倾斜两种。水平软埝能拦蓄全部径流，适于较干旱地区；倾斜软埝能将径流由截水沟安全排走，适于较湿润地区。两埝间距大，便于机械化耕作。美国较多。,(2)按建筑材料分：土坎梯田、石坎梯田、植物田坎梯田。,石坎梯田,土坎梯田,植物田坎梯田,(3)按利用方向分：农用梯田、果园梯田、林木梯田。,果园梯田,农林复合梯田,农用梯田,(4)按施工的方法分：人工梯田和机修梯田。,人工梯田,机修梯田,3.梯田的规划,耕作区的规划：一般以道路、渠道为骨干划分耕作区，每个耕作区面积以36公顷为宜。在每个耕作区内，进行具体的地块规划。,地块的规划：地块的平面形状，应基本上顺等高线呈长条形、带状布置；地
19、块布置注意“大弯取势，小弯取直”，不强求一律顺等高 线，以免把田面的纵向修成连续的“s”形，不利于机械耕作；田面应保留1/3001/500的比降，以利自流灌溉；地块长度有条件可采用300400米，一般150200米，最好 不要小于l00m。,附属建筑物的规划：蓄水拦沙设施规划；道路规划；灌溉排水设施规划,（4）梯田的断面设计,梯田断面设计的基本任务，是确定在不同条件下梯田的最优断面。所谓最优的断面，应满足三点要求：适应机耕和灌溉要求；保证安全与稳定；挖填土方平衡，最大限度地省工。最优断面的关键是确定适当的田面宽度和埂坎坡度。在黄土丘陵区一般田面宽以30m左右为宜，缓坡上宽些，陡坡上窄些；田坎高
20、以1.53m为宜，缓坡上低些，陡坡上高些，最高不要超过4m。,坡改梯断面要素表（水平梯田）,一般根据土质和地面坡度先选定田坎高和侧坡(指田坎边坡)，然后计算田面宽度；也可根据地面坡度、机耕和灌溉需要先定田面宽，然后计算田埂高。,田面毛宽,田埂占地,田埂高度,田面净宽,田面斜宽,地面坡度,田坎坡度,H,L,b,h,B,d,D,Bn,Bm,田坎高度HLsin,田面宽 BH(ctg ctg),地面坡度,田坎坡度,地埂底宽 Ddh(1ctg),地埂顶宽,地埂高,田面毛宽 BmHctg,田埂占地宽 BnHctg,耕作田面宽 bBD,田面斜宽 LH/sin,梯田田面宽度的设计,根据不同地形和坡度条件，在不
21、同地区，应分别采用不同的田面宽度。残垣、缓坡地区：农耕地一般坡度在5以下，在实现梯田化以后，可以采用较大型拖拉机及其配套农具耕作，一般把2530m宽的田面作为一个耕作小区。丘陵陡坡地区：坡度在1030，一般采用小型农机进行耕作，810m宽的田面是合适的，田埂高度在1m左右为宜，这一宽度无论对于畦灌或喷灌都可以满足。田面宽度设计，既要有原则性，又要有灵活性。原则性就是要必须在适应机耕和灌溉的同时，最大限度的省工。灵活性就是在保证这一原则的前提下，根据具体条件，确定适当的宽度，不能根据某一具体宽度，一成不变。,梯田埂坎外坡的设计,梯田埂坎外坡的基本要求是，在一定的土质和坎高条件下，要保证埂坎的安全稳定，并尽可能地少占农地，少用工。在一定的土质和坎高条件下，埂坎外坡缓稳定性好，但占地大。反之，埂坎外坡陡，则占地少，稳定性较差。合理的外坡必须进行埂坎稳定坡度的土力学分析。,Contents,Contents,
