坡改梯工程中混坎施工技術探討

尹成戌

(舟曲縣水土保持工作站，甘肅 舟曲 746300)

坡改梯工程是綜合治理坡耕地水土流失，改善局部生態環境，提高水土資源利用效率和促進農業生產可持續發展的主體工程。在白龍江干旱河谷紫色土區，大部分耕地分布在5°～25°的坡面上，有一定的傾斜度，因此溝蝕、面蝕嚴重，有些甚至發育成淺溝侵蝕和切溝侵蝕。坡改梯工程既能防止耕植土流失，攔蓄泥沙徑流，遏制淺溝和切溝的前進、下切和擴張，又能高效利用坡耕地資源，為發展現代灌溉農業和林果業創造有利條件，做到減害與興利并舉。但采用單一材料修筑的梯田埂坎，存在不少的缺陷，主要為：①石坎坡改梯，石料用量多，投資大，成本高；②水澆地石坎梯田，當無勒臺(石坎基礎擴大部分)的石坎坎高超過5 m時，其穩定性難以保證；③常用梯田地埂，其梯形斷面施工極為不便；④土坎坡改梯，雖投資小，成本低，但灌溉時，因土坎穩定性差，頂部容易毀壞，且不便管護。

在總結長期工程實踐的基礎上，依據因地制宜、適地適措、就地取材、宜土則土、宜石則石、土石結合的原則，在白龍江干旱河谷紫色土區坡改梯工程中，采取了混坎施工技術，在修筑單塊梯田埂坎時，既整合了土、石兩種材料的優勢，又舍棄了各自的劣勢，修筑好的土石混坎，即上部石坎下部土坎式混坎或上部土坎下部石坎式混坎，實現了修筑少用工、埂坎少占地、便利機械作業、梯田穩固、地埂和生產性土地的生態經濟效益最大化的目標。

1 上部石坎下部土坎式混坎

此類混坎適用于土質堅硬、地下水埋藏較深的宜修梯田區，其混坎一般上部1/2坎高采用石料干砌，下部1/2坎高修整成穩定的自然土坡，其中石坎部分施工包括定線、清基(土石坎結合槽開挖)、砌筑石坎、坎后填膛、修平田面等。

1.1 上部石坎

1.1.1 施工

(1)定線。一般旱作梯田石坎可作擋土墻處理，水澆地梯田石坎應作特殊擋土墻處理。先在坡改梯規劃確定的坡耕地坡面正中，從高到低確定一中軸線，再根據梯田斷面最優化設計原則，確定梯田的田面斜寬，在中軸線上標定各臺梯面斜寬基點，然后從基點出發，用水準儀或水平管向左右兩端分別測定其等高點(水澆地梯田要兼顧灌溉要求和徑流利用，可沿水流方向設計1/500～1/1 000的縱坡)，連接各等高點成線，即為各臺梯田的施工線；再用以上定施工線的方法，確定田面斜寬的中點，并連接成線，即為各臺梯田的填挖中線(開挖線)。土石山區梯面寬度應不小于4 m，長度不限。在定線過程中，遇局部地形復雜處，應根據等高線，大彎順勢，小彎取直，寬可適當調整；在等高的基礎上盡可能要求等寬，有時為保持梯面局部等寬，需適當調整施工線位置。

(2)清基(土石坎結合槽開挖)。以施工線為中心上下各劃出40～50 cm寬作為清基線，在清基線范圍內清除耕植土后，開挖土石坎結合槽，槽深約40～60 cm，兩邊基面應開挖為倒坡面；再將結合槽內深10 cm的土層翻松，清除其中的石礫雜物，若有洞穴應及時填塞、整平和夯實。若是土基，應清除至堅硬的底土層；若是較淺的砂礫層地基，應清除至堅實生土層。清基時，清除的耕植土要堆放在結合槽外，以便表土還原。

(3)砌筑石坎。一般是干砌石塊，依靠石塊之間相互擠緊維持其穩定，若局部發生松動毀壞，將會導致整體破壞。石塊在砌筑前應先行試放，不適之處用錘修鑿，使其能夠砌筑密實。砌筑時，要自下部坡面向上部坡面一排緊挨一排地鋪砌，同一排的塊石應盡量一致，其長軸線呈水平線，不可向內或向外傾斜，防止滑塌；石塊間若有較大空隙，可用小石塊填補塞緊，做到縫緊底實。中間砌體應依石塊原有形狀立砌，使尖對拐，拐對尖，較寬的一側與滲流方向垂直，相鄰石塊呈梅花形排列，六角靠緊，互相咬合砌成；砌體端部需要選擇較大、較方正的石塊壘砌。

(4)坎后填膛與修平田面。在施工過程中，這兩道工序是結合起來同時進行的，包括取高填低、客土造田、表土還原、平整田面等施工工序。在取高填低時，無論是采取上挖下填或下挖上填的施工工序，均應將夾雜在生土內的石塊、石礫撿拾起，分層從下向上堆放在石坎后，先堆大石塊，后堆小石塊，形成一個三角形或梯形斷面，對石坎起到支撐作用；客土造田時，要擇優選用表土，施工時采取逐臺下移、熟土逐行置換、肥土中間堆置的方法；表土還原時，將保留的耕植土進行表土還原處理；平整田面時，田面達到水平即可，平整后的田面要求30～50 cm深度內無石塊、石礫，以利耕作。

1.1.2 穩定性分析

混坎上部為石坎時，石坎是利用自重來維持自身安全穩定的。根據白龍江干旱河谷歷年降水情況，以及最易產生嚴重水土流失的短歷時高強度暴雨情況，設計石坎防御標準為10～20年一遇3～6 h最大暴雨。為增強石坎穩定性，其橫斷面設計為直角梯形，地埂頂寬為0.4～0.5 m，石坎外坡坡度為80°～85°、內坡鉛直，高度不大于2 m(見表1)。

表1 上部石坎、下部土坎式混坎設計參數

在石坎表面安全可靠的狀態下，取一段高度2 m、頂寬0.4 m、長度1 m、外坡85°、內坡鉛直的石坎進行穩定性驗算。經驗算，石坎抗滑、抗傾覆、基底平均應力與最大應力均滿足安全穩定性要求。

1.2 土坎部分

1.2.1 施工

坡改梯時，一般采取自下而上的施工工序，而混坎施工時，上半部干砌石施工結束后，下半部自然土坡才開始施工。土坎施工時，將自然土坡開挖為整齊平滑的坡面，并結合下臺梯田田面修平。根據不同土質的自然土坡安全穩定性要求，確定基礎底寬為0.6～0.8 m，勒臺(土坎與石坎結合處的基礎擴大部分)寬為0.2～0.3 m，基礎底寬加勒臺寬為清基寬；土坡外坡坡度為70°～75°、內坡坡度鉛直，土坎高度可參考當地土體臨界高度，此處土坎高度為不大于2 m(見表1)。土質承載力大的密實砂礫石土，其勒臺寬度取最小值、坡度取最大值，黏土和粉土取值相反。為增強埂坎穩定性和合理利用地埂與勒臺，可在其上栽植花椒、石榴、無花果和核桃等經濟樹種，增加土地收益。

1.2.2 穩定性分析

因均質土坡失穩滑動面接近圓弧面，故此處采用圓弧法分析土坎的穩定性。取寬度0.8 m、長度1 m的土坎，計算其安全穩定系數，得出其值為1.32，大于規范規定值1.1，故修筑的土坎滿足穩定性要求。

2 上部土坎下部石坎式混坎

此類混坎適用于土質疏松、地下水較豐富且埋藏較淺的宜修梯田區，上部土坎采用锨背拍實，或用木夯砸實，或用挖斗壓實，下部石坎采用干砌石壘砌。

2.1 下部石坎

下部1/2(坎高2 m以下)或1/3(坎高2 m以上)坎高用石料砌壘成75°～80°石坎，砌筑方法與穩定性要求與下部土坎上部石坎式混坎的石坎類同。

2.2 上部土坎

2.2.1 施工

上部土坎高為1/2(坎高2 m以下)或2/3(坎高2 m以上)坎高，其定線、清基、修平田面的施工工序與下部土坎上部石坎式混坎的石坎類同，夯筑土板墻時一般采用套枋打埂，即椽幫埝、枋幫埝和板幫埝等方法。

修筑上部土坎時，常采用枋幫埝(人工修筑埝坎)的方法，要求埝坎端直、整連(整齊且銜接)。在坡耕地兩端按設計梯田面寬，用皮尺或鋼尺量定埝坎的端點，依據兩端點按定施工線的方法，定出中間點，沿各點撒白石灰，定出埝坎線；開挖基槽，深為1/15～1/10的坎高，寬為1～2 m，用石夯或石杵將基槽夯實1遍；穩椽用四根順直較粗的木椽，一般長2～5 m、直徑6～10 cm，做豎栽的夾桿，夾桿下端埋入土中約0.3 m深，夾桿上下兩端分別用8號鐵絲對拉扭緊，兩對夾桿間的距離應稍小于木枋的長度，外側夾桿的傾斜度要符合埝坎設計坡度，為75°～80°；將長3～6 m、寬12～50 cm、厚6～8 cm的木枋疊放入夾桿內側，枋與夾桿之間墊一木楔，用虛土穩住；虛土夯實時，在埝坎外側取生土填筑埝坎，邊填土邊用腳踏實，填滿后用镢頭沿枋邊粗打1遍，再用石杵夯砸3遍，要求干密度達到1.4～1.5 t/m3；夯砸完畢，將下邊第3條和第4條木枋取出，放倒在上邊，再按上述方法填筑下一層，如此循環，直至坎頂。放倒木枋時，先用手錘打掉夾在木枋與夾桿之間的木楔，再抽取木枋；填膛時，沿埝坎外側開溝取土，填入埝坎內側；在埝坎內側填飽內膛，略加搗實，呈倒坡形，以加固埝坎。

2.2.2 穩定性分析

上部土坎抗滑、抗傾覆、基底平均應力與最大應力的驗算方法同上部石坎，經驗算上部土坎抗滑、抗傾覆、基底平均應力與最大應力均達到了規范要求；而土坎安全穩定系數的計算方法同下部土坎，經計算其安全穩定系數為1.36，大于規范規定值1.1，故修筑的土坎滿足穩定性要求。

3 坎埂林

由于高山峽谷地形復雜破碎，往往不能構成梯田林網，因此只能因地制宜，量水而行，以水定植造林。為充分利用土地，可在土坎、田埂上造林種草。各地應視水熱條件，結合田塊規劃，考慮田埂林既有防護農田的一面，也有遮陰、與農作物爭水爭肥的一面，根據具體條件，因地制宜地造林；還可種植有經濟價值的草(紫柴胡等)及灌木(花椒、石榴、無花果和核桃等)增加收益。

4 注意問題

白龍江干旱河谷紫色土區坡改梯工程實踐證明，混坎坡改梯在坡耕地水土流失綜合治理中，既能有效防止土壤侵蝕，又能費省效宏，同時便于施工和后期管護，可推廣應用。但在推廣應用中，應注意以下幾個方面：①施工期應盡可能避開主汛期；②不宜在滑坡瀉溜面上的坡耕地上修建；③在土坎、石坎銜接處應選擇較規則的大塊石，砌筑時要注意塊石之間的有機咬合；④不宜在高山陰濕、淺層地下水豐富和易產生凍融破壞的坡耕地實施；⑤石坎主體與基礎銜接的擴基干砌石勒臺、土坎與石坎基礎間的土勒臺對提高田坎安全穩定性和防震具有顯著功效，不可忽視。