略陽縣混凝土預(yù)制構(gòu)件修筑梯地技術(shù)

孫栓科，李長保，劉繼榕

1 混凝土預(yù)制構(gòu)件修筑梯地的歷史背景

略陽縣位于陜西省南部，秦嶺南麓西端，嘉陵江上游，屬西南土石山區(qū)。境內(nèi)山高坡陡，溝壑縱橫，水土流失嚴(yán)重，坡耕地面積大。坡耕地是山區(qū)群眾賴以生存的基礎(chǔ)，因此坡耕地治理在當(dāng)?shù)赜葹橹匾！伴L治”工程實(shí)施以來，就如何改造利用坡耕地、建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田進(jìn)行了探索，從普通的自然土坎、拍板拍筑土坎、擋板夯實(shí)土坎、編織袋砌坎到后來的石坎，五者相比較，土坎梯地投資省、進(jìn)度快、技術(shù)含量低、易大規(guī)模實(shí)施，但陜南地區(qū)土壤多為夾沙黃棕壤土，自然穩(wěn)定性較差，加之雨量充沛，造成土坎梯地埂坎穩(wěn)定性差、易垮塌、保存率低，而石坎梯地雖然堅(jiān)固、保存率高、使用時(shí)間長，但許多地區(qū)耕地范圍內(nèi)土多石少，適宜修建石坎梯地的地方不多，加之石坎梯地投資高、投勞多，開山炸石又造成新的水土流失發(fā)生，因此難以大規(guī)模實(shí)施。

自2001年以來，略陽縣就土多石少或無石的地方如何治理改造坡耕地進(jìn)行了多方調(diào)查、分析、探索，提出了用混凝土預(yù)制構(gòu)件筑坎的思路。經(jīng)過多年實(shí)踐，總結(jié)出了可充分利用當(dāng)?shù)販系纼?nèi)砂石料、便于施工、易于管理、成本低廉的混凝土預(yù)制構(gòu)件筑坎技術(shù)，在略陽縣實(shí)施“丹治”工程中廣泛采用，并在我省部分縣市廣泛推廣，取得了顯著成效。

2 混凝土預(yù)制件修筑梯地技術(shù)基本思路及試驗(yàn)情況

在設(shè)計(jì)混凝土構(gòu)件時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn):第一，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，可以大面積推廣應(yīng)用，工程成本在同等條件下比石坎造價(jià)低;第二，強(qiáng)度可以得到保證，易于大規(guī)模制造，筑坎可保堅(jiān)固、穩(wěn)定、持久，整體性好，安裝成規(guī)模后整體效果美觀、整齊、大方，坎埂保存率和利用率大幅度提高;第三，構(gòu)件結(jié)構(gòu)簡單，易搬運(yùn)安裝;第四，便于工程后期管理維護(hù)。

根據(jù)上述思路，從2001年至今，我們先后設(shè)計(jì)出了三種預(yù)制件結(jié)構(gòu)。第一種結(jié)構(gòu)為“整體面板—加強(qiáng)底板”式結(jié)構(gòu)(以下稱方案1)，第二種結(jié)構(gòu)為“組合面板—三角支架”式結(jié)構(gòu)(以下稱方案2)，第三種結(jié)構(gòu)為“組合面板—立柱錨桿”式結(jié)構(gòu)(以下稱方案3)。

方案1:采用“整體面板—加強(qiáng)底板”式結(jié)構(gòu)，由坎面板、底板、拉桿組成(見圖1)，應(yīng)用C18 混凝土預(yù)制。底板與坎面板長度均為1.6 m，坎面板與底板交錯(cuò)裝配，面板適當(dāng)鏤空，面板之間預(yù)留鐵絲鉤鉸接，底板水平放置，板與板之間預(yù)留鐵絲鉤鉸接，接縫用M10 水泥砂漿填補(bǔ)，該結(jié)構(gòu)可形成5 cm 深、10 cm 寬的水溝。該方案特點(diǎn)是整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、底板面積大、適應(yīng)性強(qiáng)，但造價(jià)相對較高，預(yù)制、運(yùn)輸、施工難度大，維護(hù)難度大，專業(yè)性強(qiáng)，地坎隨地形變化，在施工中很難保證預(yù)制構(gòu)件坎面坡度一致，坎下水渠基本不能實(shí)現(xiàn)。

圖1 “整體面板—加強(qiáng)底板”式結(jié)構(gòu)示意(單位:cm)

方案2:采用“組合面板—三角支架”式結(jié)構(gòu)，其形式為三角形支架支撐起面板，面板為2～3 個(gè)長方形橫板嵌合而成(見圖2)。采用C18 混凝土進(jìn)行預(yù)制，三角支架配置8#鐵絲，面板采用Φ4 mm 冷拔絲做受力筋。三角形支架厚度3 cm，中部鏤空成三角形，在外坡面豎向鏤空成3 個(gè)5 cm ×5 cm ×21 cm 的矩形孔，以便與橫板嵌合;橫板采用長方體結(jié)構(gòu)，板厚5 cm、寬20 cm、長1 m，配置Φ4 mm 冷拔絲做受力筋，在其兩端形成刀把狀，鏤空尺寸6 cm×10 cm×5 cm。裝配時(shí)，按部件尺寸開挖好三角支架基槽，然后安裝調(diào)整三角支架，與橫板相互嵌合即可，嵌合部位用M10 水泥砂漿填實(shí)，使其成一個(gè)整體，再逐層填土夯實(shí)，形成埂坎。

圖2 “組合面板—三角支架”式結(jié)構(gòu)示意(單位:cm)

方案3:采用“組合面板—立柱錨桿”式結(jié)構(gòu)，其形式為C18混凝土立柱與矩形橫板嵌合而成(見圖3)，立柱后部預(yù)留鐵絲環(huán)與錨桿鉸接，鉸接部位采用M10 水泥砂漿填實(shí)，立柱、模板、錨桿內(nèi)分別配置8#鐵絲和Φ4 mm 冷拔絲做受力筋。這種結(jié)構(gòu)可根據(jù)地坎高度靈活確定立柱長度，地坎最大高度可達(dá)1.8 m，最小高度0.6 m。為了減輕長方形橫板自重、節(jié)省混凝土、減小水壓力、充分利用田埂土地，將橫板鏤空，形成8 個(gè)由7.5 cm ×17.5 cm 變?yōu)? cm×15 cm 的棱臺(tái)狀方孔。利用該方孔可加速田埂底部排水，增強(qiáng)田埂穩(wěn)定性;同時(shí)可在方孔內(nèi)種植黃花菜、金銀花等經(jīng)濟(jì)作物，提高土地利用率。立柱埋深20～40 cm，外加錨桿固定，以確保整體穩(wěn)定。

圖3 “組合面板—立柱錨桿”式結(jié)構(gòu)示意(單位:cm)

2000年，就方案1 在瓦子溝小流域五郎坪村陳家壩進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，其結(jié)果為:從技術(shù)上來講，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，方案基本可行，但每米造價(jià)高達(dá)50 元，且面板為整體結(jié)構(gòu)，預(yù)制、運(yùn)輸、安裝等施工難度大，底板上的小渠道由于施工及地面沉陷等原因，無法達(dá)到設(shè)計(jì)作用，實(shí)踐中難以推廣和應(yīng)用，故僅對其進(jìn)行了少量試驗(yàn)。2001年，在方案1 的基礎(chǔ)上，更新思路，去掉底板，面板采用分裝式設(shè)計(jì)，同年在白石溝鄉(xiāng)安坪溝流域安坪溝村和譚子灣小流域周家壩村進(jìn)行了初試，經(jīng)觀察，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，方案基本可行，從成本上核算，每米造價(jià)約20 元，與當(dāng)時(shí)水保生態(tài)建設(shè)坡改梯投資標(biāo)準(zhǔn)接近。為了加快這項(xiàng)技術(shù)的試驗(yàn)與應(yīng)用，省水保局于2002年5月在略陽縣召開了全省“長治”工程科技創(chuàng)新座談會(huì)，明確提出了進(jìn)一步加快試驗(yàn)研究步伐，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，加快技術(shù)推廣的要求。之后，略陽縣在譚子灣小流域周家壩村上壩、徐家坪村蹇家河、城關(guān)鎮(zhèn)何家墳村譚家院以及白石溝鄉(xiāng)石埡子等地進(jìn)行了試驗(yàn)推廣。2003年年初，我們在前兩種構(gòu)件的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了方案3，此種方案一方面擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，另一方面構(gòu)件穩(wěn)定性進(jìn)一步增強(qiáng)，而且在橫板鏤空處可種植黃花菜、金銀花等經(jīng)濟(jì)作物，既可綠化美化地坎又可增加收入。同年下半年，我們在兩流水小流域牌坊壩村胡家坪試驗(yàn)推廣，經(jīng)觀察，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，在同等條件下與石坎梯地相比成本低，隨后大面積推廣。其實(shí)施效果詳見圖4、5。

3 試驗(yàn)研究結(jié)果與分析

對于方案1，由于投資太大、施工不方便，未再進(jìn)行試驗(yàn)觀測分析，主要對方案2 和方案3 進(jìn)行了試驗(yàn)、觀測、推廣。根據(jù)坡耕地坡度分5°～10°、10°～15°、15°～25°三個(gè)等級在不同地坎高度條件下進(jìn)行了試驗(yàn)。

3.1 觀測分析

2002年4月，我們在譚子灣小流域周家壩村上壩采用方案2 進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，共安裝400 套，面積約2.67 hm2，坎后全部為回填土區(qū)。經(jīng)過一個(gè)雨季，至同年10月，混凝土預(yù)制構(gòu)件地坎有個(gè)別前傾現(xiàn)象，個(gè)別坎面板有微裂，但整體穩(wěn)定。隨后9—12月安裝了3 000 套，選擇3 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)觀測，至2003年10月，其觀測結(jié)果為:第1 觀測點(diǎn)不再有前傾現(xiàn)象，坎面整體穩(wěn)定;第2 觀測點(diǎn)個(gè)別坎面板有微度前傾現(xiàn)象，但整體穩(wěn)定;第3觀測點(diǎn)由于雨季發(fā)生滑坡，導(dǎo)致整坎全毀，未再進(jìn)行觀測。整個(gè)治理點(diǎn)共有20 套出現(xiàn)了傾斜變形，未傾倒;有60～150 套(即2%～5%)垮坎。

2003年春季，在方案3 定案的同時(shí)，在白石溝鄉(xiāng)牌坊壩村胡家坪進(jìn)行試驗(yàn)，共安裝3 坎，同樣采用定點(diǎn)觀測和現(xiàn)場調(diào)查相結(jié)合方法，經(jīng)過一個(gè)雨季，至同年10月，在選擇的3 個(gè)觀測點(diǎn)中，整坎未出現(xiàn)任何傾斜現(xiàn)象，長方體橫板也未見微度裂縫。

3.2 應(yīng)用分析

經(jīng)過兩年來的定點(diǎn)觀測和實(shí)地調(diào)查分析，我們認(rèn)為:方案2出現(xiàn)不穩(wěn)定的主要原因是全填方區(qū)沉降較大，同時(shí)三角支架底部面積較小，穩(wěn)定性差，因此可適當(dāng)在支架前端加配防沉磚減輕沉陷;方案3 出現(xiàn)不穩(wěn)定的原因主要是錨桿破壞，因此可適當(dāng)加長錨桿，并適當(dāng)增加強(qiáng)度;至于組合面板出現(xiàn)裂紋的情況，可對面板采用變形設(shè)計(jì)，增加受力筋力矩。混凝土預(yù)制件筑坎應(yīng)用范圍見表1。

3.3 方案優(yōu)選

綜上所述，方案2、3 在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)上是合理的。原地面坡度在15°以內(nèi)，建成后地坎高度在1～1.2 m 之間的坡改梯，可以選用方案2，但要注重在三角架前端底部加裝防沉塊，以進(jìn)一步保證三角支架的穩(wěn)定性;原坡度在25°以內(nèi)，建成后地坎高度在1.8 m 之內(nèi)的坡改梯，可以選用方案3，但要注意錨桿的長度和強(qiáng)度。在同等條件下綜合比較，方案3 的優(yōu)勢比較明顯。

表1 混凝土預(yù)制件在不同地坎高度條件下的應(yīng)用范圍

4 混凝土預(yù)制件筑坎經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 混凝土預(yù)制件筑坎梯地與石坎梯地造價(jià)對比分析

針對梯地投資進(jìn)行了投資對比分析，按照水土保持工程措施造價(jià)編制人工費(fèi)計(jì)算方法，人工費(fèi)預(yù)算單價(jià)按2.7 元/工時(shí)計(jì)算，不同田坎造田單價(jià)各項(xiàng)費(fèi)用構(gòu)成結(jié)果見表2。由表2 可以看出，在同等條件下，混凝土預(yù)制構(gòu)件筑坎梯地的各項(xiàng)費(fèi)用明顯比石坎梯地低。

4.2 不同坡度下混凝土預(yù)制件筑坎梯地與石坎梯地造價(jià)對比分析

坡度直接影響著工程造價(jià)，為此我們分析了在不同坡度情況下混凝土預(yù)制件筑坎梯地與石坎梯地的造價(jià)。在同等條件下(相同坡度對應(yīng)相同的田面寬度)，1.2 m 田坎高度混凝土預(yù)制構(gòu)件筑坎梯地造價(jià)比石坎梯地節(jié)約資金最大幅度為11.5%，1.5 m 田坎高度節(jié)約資金最大幅度為18.3%，1.8 m 田坎高度節(jié)約資金最大幅度為19.0%，混凝土預(yù)制件修筑水平梯地的節(jié)約資金優(yōu)勢比較明顯。相同田坎高度情況下，兩種田坎造田單價(jià)隨著坡度的增加而增加，但是在同等條件下混凝土預(yù)制構(gòu)件筑坎梯地造價(jià)比石坎梯地的造價(jià)低。

4.3 相同坡度不同田坎高度下預(yù)制件筑坎梯地與石坎梯地造價(jià)對比分析

修筑梯地的田面寬度直接決定著田坎高度，進(jìn)而影響著工程造價(jià)。在相同條件下(相同田坎高度對應(yīng)相同的田面寬度)，5°坡度條件下混凝土預(yù)制構(gòu)件筑坎梯地造價(jià)比石坎梯地節(jié)約資金最大幅度為19.0%，10°為9.7%，15°為9.8%，20°為2.7%。

通過對比可知，隨著坡度增加，混凝土預(yù)制件筑坎梯地造價(jià)資金節(jié)約率在降低，初步認(rèn)為是由以下幾方面原因造成的:一是隨著坡度增加，工程量增加，田坎造價(jià)在整個(gè)梯地修筑費(fèi)用中所占的比例減小，由此造成資金節(jié)約率降低;二是隨著坡度的增加以及田坎高度的增加，混凝土預(yù)制構(gòu)件地坎立柱的高度隨之增加，每套構(gòu)件橫板也由原來的3 個(gè)增加到4 個(gè)，這一變化對混凝土預(yù)制構(gòu)件筑坎梯地的投資影響較大。

5 研究成果的推廣應(yīng)用

5.1 混凝土構(gòu)件修筑水平梯地適用的基本條件

從試驗(yàn)結(jié)果來看，用混凝土預(yù)制構(gòu)件修筑水平梯地的基本條件，一是在降雨量大、石料來源不易、土坎保存率低的地區(qū);二是地塊符合低山、近村、靠水源以及交通便利等基本農(nóng)田建設(shè)條件;三是距河邊較近，能充分利用河道內(nèi)的砂石料;四是地勢開闊，有硬化平坦的場地利于預(yù)制構(gòu)件，水、電、路三通等。

5.2 應(yīng)用混凝土預(yù)制構(gòu)件修筑水平梯地應(yīng)注意的幾個(gè)

一是合理選擇加強(qiáng)筋。面板筋以抗拉為主，選擇Φ4 mm的冷拔絲，其延展性低、強(qiáng)度高、結(jié)合性好;支架用8#鐵絲降低造價(jià)。二是預(yù)制模具要精準(zhǔn)。這樣便于操作，強(qiáng)度大，耐用、不變形。面板模具要向“殼”狀、“瓦”狀方向發(fā)展，以加大受拉區(qū)力矩，減少混凝土用量。三是要振搗密實(shí)、養(yǎng)護(hù)到位，保證板及三角支架薄而強(qiáng)度高。四是構(gòu)件安裝要放線。根據(jù)坡改梯工程建設(shè)要求，每一坎大彎就勢、小彎取直的原則，保證坎頂、坎底均在同一高程內(nèi)，坎面坡度在同一斜面上，基礎(chǔ)盡量不要放在大的填方區(qū)，如果有填方必須預(yù)處理。五是注意防嚴(yán)寒和高溫。根據(jù)陜南的氣候特征，在露天場，構(gòu)件預(yù)制的最好時(shí)間是3—5月底及9月上旬至11月底，若在高溫下采取遮陽等措施，3—11月底都可制作;在室內(nèi)，采取提溫或降溫措施以后，全年都可制作。

表2 不同田坎梯地單價(jià)各項(xiàng)目費(fèi)用對比分析

6 新技術(shù)成果應(yīng)用市場調(diào)查與發(fā)展?jié)摿︻A(yù)測

6.1 發(fā)展?jié)摿?/h3>

略陽縣采用該種構(gòu)件筑坎在全省乃至全國都是第一次，它在不同地區(qū)的適應(yīng)性還需要做進(jìn)一步試驗(yàn)調(diào)查分析，但就陜南來看，同等條件下應(yīng)用這種構(gòu)件與石坎梯地相比，每10 m 可節(jié)約投資29～113 元，每公頃可節(jié)約3 160～9 800 元，同時(shí)與石坎梯地相比可增加耕種面積5%～7.5%。如果研制出大型成套預(yù)制機(jī)械，就可以降低勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)機(jī)械擠壓后預(yù)制件質(zhì)量提高、耗損減少、尺寸精準(zhǔn)，可進(jìn)一步減少混凝土用量，推廣的價(jià)值就更大。

6.2 新技術(shù)成果應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

該構(gòu)件目前主要應(yīng)用于坡改梯工程建設(shè)之中，是改善農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的科研創(chuàng)新項(xiàng)目。從目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度來講，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢，廣大農(nóng)民還無力承擔(dān)也無意識(shí)來治理土地，涉農(nóng)企業(yè)也主要是通過生物措施來達(dá)到經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益雙贏，因此改善土地利用現(xiàn)狀、治理水土流失還主要靠國家投入。我們利用該種構(gòu)件來實(shí)施坡改梯，建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田，這與國家現(xiàn)行的農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施投入政策相吻合。當(dāng)然，對于工程質(zhì)量方面出現(xiàn)的各種各樣的問題，完全可以在工程施工過程中通過人為控制來達(dá)到質(zhì)量要求，因此不存在風(fēng)險(xiǎn)性。