陜南秦巴山區(qū)PP織物袋梯田筑坎結(jié)構(gòu)和坎型研究

李光錄，柳詩(shī)眾，鄧民興，張 波，高 霞，周茂玲

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌712100;2.陜西省水土保持局，陜西西安710004;3.陜西省綠為生態(tài)科技公司，陜西西安710054;4.洋縣水土保持工作站，陜西洋縣723300)

在陜南秦巴山區(qū)，受土壤黏粒含量高、雨多強(qiáng)度大等自然因素和修筑、開(kāi)發(fā)利用中人為不合理的社會(huì)活動(dòng)影響，坡改梯工程梯田垮坎現(xiàn)象極為普遍［1－2］。為解決上述問(wèn)題，陜西省水保局曾多次組織專(zhuān)家調(diào)研，選用PP織物袋作為梯田筑坎材料，在商州區(qū)、洋縣、勉縣、漢濱區(qū)等地進(jìn)行試驗(yàn)示范，取得了初步成果［3］。

1 PP織物袋的特點(diǎn)

PP是英文聚丙烯(Polypropylene)的簡(jiǎn)稱(chēng)。PP織物材料是以聚丙烯(PP)為原材料，添加碳墨和抗紫外線(UV)成分，由經(jīng)針刺雙面熨燙的新型高分子無(wú)紡布加工而成的袋子。其主要特點(diǎn)是:①抗潮濕。PP織物袋不吸收水分，在水中長(zhǎng)期浸泡不會(huì)變形。②抗化學(xué)腐蝕。PP織物袋對(duì)一定濃度的酸堿、化學(xué)物品有很強(qiáng)的抵抗力，可在嚴(yán)重污染地方使用。③抗生物降解和動(dòng)物破壞。采用特殊配方，不腐爛、不發(fā)霉、不變質(zhì)，不易生物降解，不利于菌類(lèi)生長(zhǎng)，也不會(huì)成為嚙齒動(dòng)物的食物，不會(huì)污染水體。④抗高溫、低溫。PP織物袋可以承受120℃高溫不熔化，可以承受的最低溫度為－40℃。⑤抗紫外線(UV)。PP織物袋含碳墨和其他抗UV成分，經(jīng)國(guó)家建筑材料測(cè)試中心檢驗(yàn)，裸露在自然環(huán)境下80 a力學(xué)強(qiáng)度降低30%，當(dāng)綠化完全覆蓋后壽命可達(dá)120 a。⑥環(huán)保性好。無(wú)毒，不降解，可回收，無(wú)污染。⑦利于植物生長(zhǎng)。植物根系能在袋與袋之間自由生長(zhǎng)，將織物袋聯(lián)接成一個(gè)整體，形成穩(wěn)定永久的生態(tài)結(jié)構(gòu)。

2 PP織物袋梯田筑坎結(jié)構(gòu)

圖1 PP織物袋梯田筑坎的聯(lián)接形式

PP織物袋系統(tǒng)以PP織物袋為主體，以三維排水聯(lián)接扣為連接件，將袋與袋聯(lián)接為一個(gè)整體。根據(jù)地形和土壤條件差異，可選用生態(tài)錨桿、土工格柵、膨脹螺絲等作為梯田筑坎的輔助材料。PP織物袋和聯(lián)接扣交疊放置，構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)固的三角結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1。PP織物袋內(nèi)可以充填土、砂或碎石等，透水但不允許土體顆粒通過(guò)，可以成為植物生長(zhǎng)的良好載體。袋體強(qiáng)度較高，脹破強(qiáng)度最大可達(dá)1650 kPa。聯(lián)接扣是由聚丙烯制成的構(gòu)件，放置于PP織物袋之間能增強(qiáng)系統(tǒng)的整體強(qiáng)度，其中包含多個(gè)倒鉤，具有聯(lián)接加筋土工格柵或加固結(jié)構(gòu)的作用。

3 PP織物袋梯田筑坎形式及適用條件

陜南秦巴山區(qū)黃褐土梯田垮坎現(xiàn)象較為嚴(yán)重，黃泥巴土梯田垮坎尤為突出［4］。針對(duì)梯田垮坎問(wèn)題，在對(duì)土壤和降雨條件進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，基于穩(wěn)定性分析，確定了3種較適宜的PP織物袋梯田筑坎坎型。

3.1 單坎型

單坎型也稱(chēng)為常規(guī)型，是將PP織物袋橫向單行錯(cuò)位碼放的一種筑坎形式(圖2)，坎頂寬(B)0.40 m，袋長(zhǎng)0.7 m，坎高(H)與坎坡(θ)關(guān)系見(jiàn)表1。這種筑坎形式具有施工程序簡(jiǎn)單、速度快、效率高、用袋數(shù)量少、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但也存在穩(wěn)定性差，易出現(xiàn)滑塌、鼓肚等問(wèn)題，因此坎高不宜超過(guò)1.8 m，適用于陜南石渣土、淤泥土和沙土等土質(zhì)較好的地區(qū)。

圖2 單坎型PP織物袋梯田田坎

表1 單坎型田坎的主要設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 L 坎型

L坎型是將底層PP織物袋順坡豎向水平碼放、上層橫向錯(cuò)位碼放的一種筑坎形式(圖3)，坎頂寬(B)0.40 m，底寬(D)0.70 m，坎高(H)與坎坡(θ)關(guān)系見(jiàn)表2。這種筑坎方式底層織物袋豎向水平碼放，增加了坎底層與地面的摩擦和坎自身重量，使穩(wěn)定性大大增強(qiáng)。較單坎，L坎型田坎的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性高、施工方法簡(jiǎn)單、施工速度較快，缺點(diǎn)是成本略高，主要適用于陜南山地紅、黃泥土梯田建設(shè)。

圖3 L坎型PP織物袋梯田田坎

表2 L坎型田坎的主要設(shè)計(jì)參數(shù)

3.3 反坡L坎型

反坡L坎型是將底層PP織物袋順坡豎向傾斜碼放、上層橫向錯(cuò)位碼放的一種筑坎形式，整體形成反坡，故稱(chēng)反坡L坎型(圖4)，坎高(H)與坎坡(θ)關(guān)系見(jiàn)表3。這種筑坎方式是將織物袋整體向田面方向傾斜為反坡δ(δ=90°－θ)，保持δ≥15°或h≥0.20 m，頂層織物袋用土填埋夯實(shí)，由于袋體傾斜，自身抗滑動(dòng)、抗轉(zhuǎn)動(dòng)和抗鼓肚能力增強(qiáng)，穩(wěn)定性高于前兩種坎型，缺點(diǎn)是施工工序較前兩種坎型復(fù)雜、建設(shè)成本高，主要適用于陜南垮坎最嚴(yán)重的黃泥巴土梯田建設(shè)。

圖4 反坡L坎型PP織物袋梯田田坎

表3 反坡L坎型田坎的主要設(shè)計(jì)參數(shù)

4 結(jié)語(yǔ)

作為梯田筑坎材料，經(jīng)陜南秦巴山區(qū)易垮坎地區(qū)試驗(yàn)示范，PP織物袋具有抗老化、不降解、無(wú)毒、保水保土、耐酸堿、抗紫外線和便于綠化等特點(diǎn)，適宜在坡改梯工程中廣泛使用。PP織物袋梯田筑坎采用織物袋與聯(lián)接扣交疊放置，構(gòu)成穩(wěn)固三角結(jié)構(gòu)，筑坎坎型可采用單坎、L坎和反坡L坎型，以適用于不同土壤。

［1］朱建強(qiáng).陜南土坎梯地垮坎的原因分析及防治對(duì)策［J］.水土保持通報(bào)，1994，14(3):44 －47.

［2］朱建強(qiáng)，李靖.陜南膨脹土分布區(qū)土坎梯地建設(shè)探討［J］.中國(guó)水土保持，1998(12):34－35.

［3］李光錄，柳詩(shī)眾，鄧民新，等.PP織物袋梯田筑坎技術(shù)在陜南秦巴山區(qū)的應(yīng)用［J］.中國(guó)水土保持，2011(11):29－31.

［4］朱建強(qiáng)，李靖.陜南西部土坎梯地建設(shè)研究［J］.水土保持通報(bào)，1998，18(2):19 －24.