谷坊设计参考

修建谷坊21座，设计标准按通过十年一遇6小时最大洪峰设计。 1．谷坊型式

谷坊坝（check dam）是 山区沟道内拦截泥沙的小坝。水土流失地区的山沟治理工程之一。其作用主要有：①抬高沟底侵蚀基点，防止沟底下切和沟岸扩张，并使沟道坡度变缓。②拦蓄泥沙，减少输入河川的固体径流量。③减缓沟道水流速度，减轻下游山洪危害。④坚固的永久性谷坊群有防治泥石流的作用。⑤使沟道逐段淤平，形成可利用的坝阶地。

谷坊坝的类型：按所采用建筑材料的不同，可分为：土谷坊、石谷坊、插柳谷坊、枝梢谷坊、木料谷坊、竹笼装石谷坊、混凝土谷坊、钢筋混凝土谷坊等。根据谷坊使用年限可分为：永久性谷坊，如浆砌石谷坊、混凝土谷坊和钢筋混凝土谷坊等；临时性谷坊，如插柳谷坊、枝梢谷坊、木料谷坊等。按谷坊的透水性能还可分为：透水性谷坊，如干砌石谷坊、插柳谷坊等；不透水性谷坊，如土谷坊、浆砌石谷坊等。

谷坊坝布置：①断面：谷坊的高度一般不超过5m，并往往依据所采用的建筑材料来确定，但以

能承受水压力和土压力而不破坏，且全沟整体工程效益和投资费用最优为原则。根据现有资料和经验,常用谷坊的规格高度为0.4～5.0m,顶宽1.0～1.5m，迎水坡1:0.5～1:1.5，背水坡1:0.3～1:1.0。②间距和位置：谷坊的间距L=H/(I-Ic)。式中H为谷坊高度；I为原沟底坡降；Ic为两谷坊间淤积面上的坡降。谷坊的位置宜选择在谷口狭窄而上游开阔、基础良好、沟段顺直、不受天然跌水影响的部位。③设置溢洪口，因土谷坊不许洪水漫顶，故必须在沟岸的坚实土层上开挖溢洪口，以排出多余洪水，保证谷坊安全。石谷坊的溢洪口可设置在坝体中部，若沟岸有适宜的地形和地质条件，则可设置在岸坡。溢洪口的断面尺寸根据设计洪水洪峰流量来决定。

根据项目区沟道地形、地貌特点和建筑材料分布特点，谷坊设计为两大件，即拦水坝和排水设施。拦水坝均为碾压均质土坝，建筑材料为黄壤土，参照淤地坝建设标准，摊土碾压，干容重黄壤土达到1.50t/m3。排水设施为浆砌石宽顶堰，有交通需求的谷坊，排水设施设计明渠盖板，采用C25钢筋混凝土盖板，需满足行洪要求。

2．谷坊位置

（1）通过沟壑情况调查，选沟底比降适宜的沟段﹙＜15%﹚系统的布设谷坊群。用水准仪或全站仪测出其比降。

（2）根据沟底比降，从下而上逐步拟定每座谷坊的位置，一般高2～5m，下一座谷坊的顶部大致与上一座谷坊基部等高。

（3）根据坝滩联治原则，考虑最大程度减小沟坝地平整动用土方量，谷坊实际间距以100-150米之间为宜。

3．坝址要求

（1）“口小肚大”，工程量小，库容量大。

（2）沟底与岸坡地形、地质（土质）状况良好，无空洞或破碎地层，没有不易清除的乱石和杂物。

（3）取用建筑材料比较方便。 4．水文计算

以张家庄东沟为例，进行确定谷坊座数的设计，东沟控制面积0.17km2。 （1）设计洪水总量

参考《山西水文计算手册》中的有关经验公式和参数进行计算，采用公式：

W=1000KRF；R=KpH6

式中：K—暴雨径流系数； Kp—P频率下的暴雨强度； H6—6小时最大降雨量； F—控制流域面积， F=0.17km2。

查《山西省水文计算手册》，汾西县H6=52mm，CV=0.61，Cs=3.5Cv，K10%=1.78，则10年一遇6小时最大降雨量H6·P=52×1.78=92.56mm，查《山西省淤地坝工程技术规范》表3-2及3-6，其对应暴雨径流系数为K=0.36。

设计洪水总量为：

W总=1000K·KpH6·F=1000×0.36×1.78×92.56×0.17 =10083m3 （2）谷坊库容计算

根据西北大学出版社的《水土保持原理及规划》，对于沟道近似弧形或半圆形时，沟道体积采用公式：V单=BHL/4.5

以1#谷坊为例进行典型计算： 式中：V单—单个谷坊库容，m3； B—沟宽，B=76m H—相应坝高，H=2m

L—回水长度，L=66.67m

经试算得：当拦洪坝高为2m时，V单=2252m3。 （3）谷坊座数

A、谷坊座数初步确定采用公式n=W总 /V单 将以上计算数据代入公式：n=14235/3378≈4座

B、结合项目区土地布局，综合考虑减少平整土地土方量，有交通要求的谷坊坝顶与所衔接的机耕路齐平，通过详细勘测和计算，确定东沟谷坊数量4座,按照以上计算过程，经详细设计，项目区共需新建谷坊21座（详见谷坊技术经济指标表）

5．谷坊间距

谷坊间距按顶底相照的原则设计,采用公式

式中：L—谷坊间距（m）；

H—谷坊底到溢水口底高度（m）； i—原沟床比降（%）；

i1—谷坊淤满后的比降（%），粘土类取1%。 东沟4座谷坊高均为2 m，上下游谷坊的间距为：

=2/（0.03-0.01）=100m 6宽顶堰计算 （1）洪峰流量计算

以1#谷坊为例，进行典型设计，1#谷坊排水设施为宽顶堰式，布置在坝顶一侧，采用公式

Q=0.278KIF

式中：Q—设计流量，m3/s；

I—10年一遇6小时最大降雨强度，I=92.56mm； F—集水面积，F=0.17km2； K—径流系数，K=0.36 经计算得Q=1.57 m3/s （2）宽顶堰断面计算

采用公式:Q=Mbh3/2

式中：Q—设计流量，Q=1.57m3/s； b—溢洪口底宽，取 b=1.2m； h—溢洪口水深，m； M—流量系数，1.55。

经计算：溢洪口底宽为1.2m时，宽顶堰水深为0.77m，安全超高0.5m，宽顶堰侧墙高为1.27m即可满足设计情况下的排洪要求，实际施工中，为了满足当年种植农作物达到耐渍深度及淤积面逐年抬高两项要求，取宽顶堰底部高于上游地面0.2m，顶部与谷坊顶齐平，宽顶堰侧墙高实际取1.8m。

宽顶堰底板厚0.4m，侧墙为挡土墙形式，顶宽0.4m，高1.8m，底宽0.95m，基础外伸长0.15m，采用M7.5水泥砂浆砌筑，底部以M10水泥砂浆抹面。有交通需求的主沟谷坊，排水设施设计明渠盖板，采用C25钢筋混凝土盖板（盖板及配筋详见设计图）。

7陡坡明渠及消力池设计 （1）陡坡段水力计算 临界水深计算采用公式： hk=（aq2/g）1/3

式中：hk——临界水深（m） a——系数 ，a=1.1

q——单宽流量，q=1.57÷1.2=1.308m3/s.m 将以上有关数值代入公式计算得: hk= (1.1×1.3082/9.81)1/3=0.58m

明渠段底板厚0.4m,进出口侧墙均采用挡土墙形式,侧墙高为临界水深加0.5m的安全超高,即0.58+0.5=1.08m,取1.1m,顶宽0.4m,底宽0.75m,基础外伸0.15m,基础厚0.4m。

（2）消力池结构尺寸确定

侧墙顶宽0.4m,底宽0.8m,基础外伸长0.1m,基础厚0.5m。消力池出口底部设一齿墙,深0.5m,宽0.5m。

陡坡明渠除满足过水断面外，需满足美学上的设计要求，陡坡段明渠比降1：1.5，侧墙尺寸同宽顶堰。为使水流平顺地进入下游坝地，在明渠出口处设消力池，消力池为矩形断面，为便利耕作，末端与谷坊坝角齐平，设计消力池长1.3m，池深0.4m，消力坎高0.4m，底板厚0.4m，侧墙顶宽0.4m，底宽0.6m，基础外伸长0.1m，出口底部设一齿墙，深 0.5m，宽0.4m。

修建谷坊总工程量81434.72 m3，需用钢筋0.48t，水泥111.91 t，块石1184.21 m3，碎石6.24t,砂子449.66 m3，柴油60.224 t。

自：汾西县农业综合开发办公室