一种黄土高原治沟造地的沟道土地整治结构及方法

1.本发明属于黄土高原沟道土地整治技术领域，特别涉及一种黄土高原治沟造地的沟道土地整治结构及方法。


背景技术：

2.随着经济的发展，黄土高原地区出现了建设用地紧张这一局面；在适度开发的前提下，“削山填沟”、“治沟造地”等填方工程成为资源开发利用和储备保护的重要决策和发展方向之一；先期的填方工程在一定程度上扩大了耕地面积；但是由于缺乏工程经验与理论支持，随着时间推移，新造耕地逐渐被破坏。
3.目前，黄土高原治沟造地地区的填方工程，多为“削山填沟”形成的；其为了方便施工，整个填方的压实度均设定为统一值，无法适用于实际的复杂情况，往往满足了基底的要求，却无法满足排水需求，避免了湿陷灾害，却不利于农作物生长，导致填方工程存在隐患和缺陷，影响填方工程的后期使用，造成资源的浪费。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种黄土高原治沟造地的沟道土地整治结构及方法，以解决现有填方工程中，填土压实度为统一固定值，存在巨大的安全隐患的技术问题。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
6.本发明提供了一种黄土高原治沟造地的沟道土地整治结构，包括原始沟道浅层土壤、填方黄土地基及农田；原始沟道浅层土壤、填方黄土地基及农田由下至上依次布置待整治沟道土地的原始沟道基岩面上；
7.填方黄土地基包括由下至上依次布置的底部承载层、中间过渡层及顶部滤水层，底部承载层、中间过渡层及顶部滤水层的压实度逐步递减。
8.进一步的，原始沟道浅层土壤的底部设置有排水盲沟，排水盲沟沿待整治沟道土地的沟道延伸方向布置；农田的顶部两侧设置有排水明渠，排水明渠沿待整治沟道土地的沟道延伸方向布置。
9.进一步的，排水盲沟采用全碎石盲沟；所述全碎石盲沟从外至内包括外部防护层、反滤保护层、内部反滤层及内核排水层；其中，外部防护层及内部反滤层均为土工织物，反滤保护层为细粒碎石层，内核排水层粗粒碎石层。
10.进一步的，原始沟道浅层土壤为经过地基处理后的原始沟道浅层土壤；其中，处理后的原始沟道浅层土壤的压实度大于等于95％，且不含任何植物根系。
11.进一步的，底部承载层的压实度大于等于95％，底部承载层的厚度为1-5m；
12.中间过渡层包括由下到上依次布置的若干过渡层本体，若干过渡层本体的压实度从下到上按照3％-5％的梯度下降，最上层的过渡层本体的压实度为85％-90％；中间过渡层中，过渡层本体的数量不少于1层，每层过渡层本体的厚度为1-5m；
13.顶部滤水层的压实度为80％-85％，顶部滤水层的厚度为1-5m。
14.进一步的，农田的压实度为80％-88％，厚度为0.8-1.0m；农田采用性质均匀、级配良好的细粒土填筑成型；其中，细粒土为重塑黄土或粉土；细粒土的不均匀系数cu大于等于5，曲率系数cc为1-3。
15.进一步的，还包括腐殖土层，腐殖土层虚铺在农田的表层。
16.本发明还提供了一种黄土高原治沟造地的沟道土地整治方法，利用所述的黄土高原治沟造地的沟道土地整治结构；所述整治方法包括以下步骤：
17.步骤1、对待整治沟道土地区域进行工程地质勘察，查明沟谷区地形地貌、地质构造及岩土性质，确定设计参数和施工内容；
18.步骤2、对原始沟道浅层土壤的表层进行清理，并对清表处理后的原始沟道浅层土壤进行地基处理；
19.步骤3、在地基处理后的原始沟道浅层土壤的上方，施工填方黄土地基；
20.步骤4、在填方黄土地基的上方，填筑农田。
21.进一步的，步骤2中，对清表处理后的原始沟道浅层土壤进行地基处理的过程，具体如下：
22.当清表处理后的原始沟道浅层土壤为土层厚度小于4m的软弱土层时，采用换填法进行地基处理；换填材料为块石或碎石，换填材料的最大粒径不大于400mm；换填材料采用分层填筑，并对每个换填层进行压实或夯实处理；每个换填层的厚度小于换填地基总厚度的2/3；
23.当清表处理后的原始沟道浅层土壤为土层厚度大于4m，且小于6m的软弱土层时，采用强夯置换法进行地基处理；
24.当清表处理后的原始沟道浅层土壤为土层厚度大于6m的软弱土层时，采用强夯置换法或复合地基法进行地基处理。
25.进一步的，施工填方黄土地基和填筑农田的过程中，均采用分层填层后压实或夯实处理；
26.分层填筑过程，采用堆填摊铺方式进行施工；
27.压实或夯实处理过程，当填料为巨粒土或粗粒土时，采用强夯法进行处理；当填料为细粒土时，采用冲击压实或振动碾压法进行处理。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
29.本发明提供了一种黄土高原治沟造地的沟道土地整治结构及方法，通过在原始沟道基岩面上从下到上依次设置原始沟道浅层土壤、填方黄土地基及农田，并将填方黄土地基设置为压实度逐步递减的底部承载层、中间过渡层及顶部滤水层；通过改变填方工程竖向填料的压实度，使不同填方土层实现不同的功能，以具备承担重量、防控湿陷及滤水排水的三重作用；其中，通过设置底部承载层，用于承担填方构筑物的全部重量；通过设置中间过渡层，使填方构筑物具备防控湿陷的作用；顶部滤水层具有较低的压实度，以使填方构筑物具有排水滤水的功能，保证填方工程的安全使用，及时排走内部多余水分，维护填方构筑物的稳定，能有效解决黄土高原治沟造地沟道土壤的填土问题，保证沟道构筑物的安全与使用，便于推广使用；最大限度地保护了治沟造地原始沟道的生态，依据原始沟谷地形，充分利用了治沟造地地区原始土壤和原始植被，在构筑了农田的同时，也保护了治沟造地地
区的生态环境。
30.进一步的，采用在原始沟道浅层土壤的底部设置排水盲沟，利用地形优势收集地基中多余的水分，并最终排出填方黄土地基，有效缓解黄土地基的湿陷性，维持黄土地基稳定；采用在农田的顶部两侧设置排水明渠，拦截边坡流向沟谷的水，减少沟谷内积水可能，有利于农作物的生长。
31.进一步的，底部承载层、中间过渡层及顶部滤水层，采用不同的压实度指标同时使农田的填方黄土满足工程要求和农业生产，既能有效避免治沟造地地区黄土的湿陷灾害，又能在一定程度上适宜农作物生长，便于实现治沟造地地区工程的多元化发展，促进生态和经济协同发展。
32.进一步的，将农田的压实度设置为80％-88％，厚度设置为0.8-1.0m，充分考虑了农作物的生长规律，农田土层的设计厚度考虑到了植物根系的生长，压实度适宜农作物生长，工程完工后可以促进治沟造地地区农业的发展，促进生态与工农业的结合。
33.进一步的，通过在农田的表层设置腐殖土层，不仅可以最大限度地保留原沟道表层堆积的腐殖土层，而且更快地使农田表层适宜植物生长，利于工程完成后的生态恢复。
34.本发明所述的黄土高原治沟造地的沟道土地整治结构及方法，设计新颖合理，通过填入压实度变化的填方土层，使构筑物同时具备承担重量、防控湿陷、滤水排水三重作用，通过提高底层承载层压实度，使其承担构筑物的全部重量；中间过渡层的设计，使构筑物具备防控湿陷的作用；顶部排水层较低的压实度，使构筑物具有排水和滤水的功能，保证构筑物的安全使用、及时排走内部多余水分，维护构筑物稳定，能有效解决黄土高原治沟造地沟道土壤的填土问题，保证治沟造地地区构筑物的安全与使用；将生态与工农业的结合，既能有效避免治沟造地地区黄土的湿陷灾害，又能在一定程度上适宜农作物生长，便于实现治沟造地地区工程的多元化发展，促进生态和经济协同发展。
附图说明
35.图1为本发明所述的沟道土地整治结构的剖面图；
36.图2为本发明所述的填方黄土地基的分层结构示意图；
37.图3为本发明中的盲沟结构示意图。
38.其中，1原始沟道基岩面；2原始沟道浅层土壤，3填方黄土地基，4农田，5排水明渠，6排水盲沟；31底部承载层，32中间过渡层，33顶部滤水层；61外部防护层，62反滤保护层，63内部反滤层，64内核排水层。
具体实施方式
39.为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
40.如附图1-3所示，本发明提供了一种黄土高原治沟造地的沟道土地整治结构，包括原始沟道浅层土壤2、填方黄土地基3、农田4及腐殖土层；原始沟道浅层土壤2、填方黄土地基3及农田4由下至上依次布置待整治沟道土地的原始沟道基岩面1上，腐殖土层虚铺在农田4的表层。
41.本发明中，原始沟道浅层土壤2采用为经过地基处理后的原始沟道浅层土壤；填方黄土地基3包括由下至上依次布置的底部承载层31、中间过渡层32及顶部滤水层33，底部承载层31、中间过渡层32及顶部滤水层33的压实度逐步递减。
42.原始沟道浅层土壤2的底部设置有排水盲沟6，排水盲沟6沿待整治沟道土地的沟道延伸方向布置；农田4的顶部两侧设置有排水明渠5，排水明渠5沿待整治沟道土地的沟道延伸方向布置；排水明渠5利用场地地形和天然排水系统，结合原始沟谷地势进行设计。
43.本发明中，原始沟道浅层土壤2进行地基处理前，对原始沟道浅层土壤2的表层进行清理；其中，处理后的原始沟道浅层土壤的压实度大于等于95％，且不含任何植物根系；其中，具体的表层清理的过程，根据原始沟道浅层土壤2的地表制备情况选择针对性的清表处理方法；具体如下：
44.在原始沟谷内，对可移栽的树木，挖除并运至指定地点移栽；对杂树、灌木、杂草及根系，挖除并运往指定地点堆放；其中，杂树、灌木、杂草及根系与表层土分开堆放、不得与表层土混杂堆放；挖出的表层土留存作为农田面层覆盖土植草用、移栽的树木可留存做将来绿化用；其中，对上述可移栽的树木、灌木采用连根挖出。
45.原始沟道浅层土壤2的表层清理厚度该按照地表植物进行清理：当地表为灌木区草木区时，平均清除厚度应为0.3m；当地表为乔、灌木区时，平均清除厚度应为0.2m。
46.对清表处理后的原始沟道浅层土壤2进行地基处理的过程，根据勘查结果，不同的浅层土壤应该采用不同的地基处理方案，具体如下：
47.治沟造地工程中原始沟道浅层土壤，可分为三大类：第一类土是起伏大、分布广、最为常见的湿陷性黄土；第二类土是分布在冲沟底部的沟道冲洪积物；第三类土是人为筑坝促淤造地形成的填土与淤积土；对于第一类土以大面积消除湿陷性为主要目标，第二类土以大幅度消除压缩性为目的，第三类土的处理先期进行降、排水降低中浅层含水量，后期以提高承载力降低压缩性为目标进行地基处理。
48.当清表处理后的原始沟道浅层土壤2为土层厚度小于4m的软弱土层时，采用换填法进行地基处理；换填材料选用块石、碎石等透水性强的材料；填料最大粒径不宜大于400mm，并应小于分层填筑厚度的2/3，换填地基可采用压实或夯实处理。
49.当清表处理后的原始沟道浅层土壤2为土层厚度大于4m，且小于6m的软弱土层时，采用强夯置换法进行地基处理；
50.当清表处理后的原始沟道浅层土壤2为土层厚度大于6m的软弱土层时，采用强夯置换法或复合地基法进行地基处理。
51.本发明中，底部承载层31的压实度大于等于95％，底部承载层31的厚度为1-5m；底部承载层31用于承担填方构筑物的全部重量，其压实度最高。
52.中间过渡层32承担填方构筑物防控湿陷的作用，根据填方黄土地基3的厚度设置分层；中间过渡层32包括由下到上依次布置的若干过渡层本体，若干过渡层本体的压实度从下到上按照3％-5％的梯度下降，最上层的过渡层本体的压实度为85％-90％；中间过渡层32中，过渡层本体的数量不少于1层，每层过渡层本体的厚度为1-5m；
53.顶部滤水层33与农田4直接接触，其承担着滤水和引水的作用，农田4中无法被农作物吸收的水分，经顶部滤水层33进入填方黄土地基3中，最终进入原始沟道浅层土壤2中的排水盲沟6排出，维持填方黄土地基3的稳定，保证农田的使用安全；顶部滤水层33的压实
度为80％-85％，顶部滤水层33的厚度为1-5m。
54.本发明中，农田4的土为性质均匀、级配良好的细粒土，如重塑黄土或粉土；细粒土的不均匀系数cu大于等于5，曲率系数cc为1-3；当场区内细粒土粒源不足时，采用巨粒土和粗粒土作为农田填筑体中、下部填料补充；农田4的压实度为80％-88％，农田4的厚度为0.8m-1.0m；农田4的表层虚铺0.3m以上的腐殖土，作为腐殖土层。
55.当填料比较缺乏时，可以在农田的中、下部选用性质稳定的粗颗粒填筑，将有限的肥沃细粒土用于浅表层的农田土壤；本发明中，选定的农田4的压实度为工程新造农田的压实度检测结果，适宜农作物生长的填方黄土的压实度区间为88.3％-89.4％；在实际的填筑中可以进行调整，以满足对应区域农作物的种植生长。
56.填方黄土地基3和农田4采用分层填筑后压实或夯实处理；分层填筑采用堆填摊铺施工；其中，当所选填料为巨粒土、粗粒土时，采用强夯法处理，其分层厚度、施工参数及夯实指标应根据现场强夯单点夯击试验或地区经验确定；所选填料为细粒土时，采用冲击压实或振动碾压法来处理，其分层厚度、施工参数及压实指标应根据现场试验或地区经验确定。
57.排水盲沟6采用全碎石盲沟；所述全碎石盲沟从外至内包括外部防护层61、反滤保护层62、内部反滤层63及内核排水层64；其中，外部防护层61及内部反滤层63均为土工织物，反滤保护层62为细粒碎石层，内核排水层64粗粒碎石层；外部防护层61及内部反滤层63的土工织物的单位面积质量均不小于400g/m2，抗拉强度均不小于7kn/m，渗透系数为5
×
10-2
cm/s-5
×
10-1
cm/s。
58.整治方法或施工方法
59.本发明所述的黄土高原治沟造地的沟道土地整治方法，具体包括以下步骤：
60.步骤1、对待整治沟道土地区域进行工程地质勘察，查明沟谷区地形地貌、地质构造及岩土性质，确定设计参数和施工内容；
61.其中，确定的设计参数及施工内容，包括：粗粒料的粒径、级配、细粒土料的最大干密度和最优含水量；各填方层的分层填筑厚度和松铺系数；填方层的分层压实或夯实施工方法和施工参数等；当地的气象、地形、工程地质及水文地质、防洪、农业、林业建设总体规划和社会经济的基本资料。
62.步骤2、对原始沟谷地表进行针对性清表，清理原始沟道浅层土壤。
63.在原始沟谷内，对可移栽的树木挖除并运至指定地点移栽；对杂树、灌木、杂草及根系挖除出并运往指定地点堆放；其中，将杂树、灌木、杂草及根系与表层土分开堆放、不得与表层土混杂堆放，表层土留存做新造农田面层覆盖土植草用、移栽的树木可留存做将来绿化用。
64.原始沟道浅层土壤的清除厚度应该按照地表植物进行清理，当地表为灌木区草木区时，平均清除厚度应为0.3m；当地表为乔、灌木区时，平均清除厚度应为0.2m。
65.步骤3、在原始沟道浅层土壤2中进行开挖，并施工排水盲沟，排水盲沟沿沟谷地形延伸方向的地形布置，使其从地形延伸方向排出。
66.步骤4、对清表处理后的原始沟道浅层土壤2进行地基处理，之后在地基处理后的原始沟道浅层土壤2的上方，施工填方黄土地基3；具体过程如下：
67.步骤401、对清表处理后的原始沟道浅层土壤2进行地基处理时，针对治沟造地地
区湿陷性黄土的特性，按以下方法处理：
68.当清表处理后的原始沟道浅层土壤2为土层厚度小于4m的软弱土层时，采用换填法进行地基处理；换填材料为块石或碎石，换填材料的最大粒径不大于400mm；换填材料采用分层填筑，并对每个换填层进行压实或夯实处理；每个换填层的厚度小于换填地基总厚度的2/3；
69.当清表处理后的原始沟道浅层土壤2为土层厚度大于4m，且小于6m的软弱土层时，采用强夯置换法进行地基处理；
70.当清表处理后的原始沟道浅层土壤2为土层厚度大于6m的软弱土层时，采用强夯置换法或复合地基法进行地基处理。
71.步骤402、对填方黄土地基3进行分层夯实，确保填方黄土地基3的压实度从层底向层顶依次递减；具体如下：
72.首先，填筑底部承载层31，其承担构筑物的全部重量；底部承载层31压实度最高，压实度大于95％。厚度设置为1-5m。
73.其次，分层填筑中间过渡层32，其承担构筑物的防控湿陷的作用；根据填方黄土地基3的厚度设置若干过渡层本体，自中间过渡层32的层底向层顶压实度以3％-5％的梯度下降，每一过渡层本体厚度的设置为1-5m，中间层的数量不少于1层，最上层的过渡层本体的压实度最低为85％。
74.最后，构筑顶部滤水层33，其与农田4直接接触，承担着滤水和引水的作用；农田4中无法被农作物吸收的水分，经顶部滤水层33进入填方黄土地基，最终进入排水盲沟排出农田和地基，维持地基稳定，确保农田的使用安全；顶部滤水层33的厚度设置为1-5m，压实度为80％。
75.步骤5、填筑农田，具体如下：
76.步骤501、选取农田的填料，农田的填料土采用性质均匀、级配良好的细粒土，例如：重塑黄土或粉土；当场区内细粒土粒源不足时，以巨粒土和粗粒土作为农田填筑体中、下部填料补充。
77.步骤502、夯实或压实农田的填料土层，农田的填料土层的平均厚度为0.8m-1.0m。
78.其中，所选填料为巨粒土、粗粒土时，采用强夯法处理，其分层厚度、施工参数及夯实指标应根据现场强夯单点夯击试验或地区经验确定；所选填料为细粒土时，采用冲击压实或振动碾压法来处理，其分层厚度、施工参数及压实指标应根据现场试验或地区经验确定。
79.步骤503：在农田表面上松铺0.3m以上的腐殖土。其中，腐殖土层中的腐殖土采用清理的表层土。
80.步骤6、在农田两侧修建排水明渠5。
81.本发明所述的黄土高原治沟造地的沟道土地整治结构及方法，最大限度地保护了治沟造地原始沟道的生态，依据原始沟谷地形，充分利用了治沟造地地区原始土壤和原始植被，在构筑了农田的同时，也保护了治沟造地地区的生态环境。
82.本发明中，通过填入压实度变化的填方土层，使构筑物同时具备承担重量、防控湿陷、滤水排水三重作用，通过提高底层承载层压实度，使其承担构筑物的全部重量；中间过渡层的设计，使构筑物具备防控湿陷的作用；顶部排水层较低的压实度，使构筑物具有排水
和滤水的功能，保证构筑物的安全使用、及时排走内部多余水分，维护构筑物稳定，能有效解决黄土高原治沟造地沟道土壤的填土问题，保证治沟造地地区构筑物的安全与使用。
83.本发明所述的整治结构及方法，充分考虑了农作物的生长规律，农田土层的设计厚度考虑到了植物根系的生长，压实度适宜农作物生长，工程完工后可以促进治沟造地地区农业的发展，促进生态与工农业的结合；采用不同的压实度指标同时使农田的填方黄土满足工程要求和农业生产，既能有效避免治沟造地地区黄土的湿陷灾害，又能在一定程度上适宜农作物生长，便于实现治沟造地地区工程的多元化发展，促进生态和经济协同发展。
84.本发明所述的黄土高原治沟造地的沟道土地整治结构及方法，在原始沟道基岩面1上，经过地基处理后的原始沟道浅层土壤2，并在原始沟道浅层土壤2上填入压实度自层底向层顶逐步递减的填方黄土地基3，采用在填方黄土地基3上构筑的农田4，农田4两端设有排水明渠5；其中，原始沟道浅层土壤2底部设置有排水盲沟6；本发明中的所有人工构筑物，均按照原始沟谷的地形进行布置，其不仅能降低工程的工作量，而且能较大限度地保护原始沟谷的生态环境地貌。
85.本发明中，对原始沟道浅层土壤2进行地基处理时，原始地面通常覆盖有较多的植被及表层土；所述的表层土含植物根系较多；如果用来填筑会成为填筑地基中的软弱层，对将来地基的稳定和变形难以预测；因此，表层土在地基处理前，应该清除掉。
86.实际施工中，治沟造地地区多有大量的黄土覆盖，黄土覆盖的厚度不等，本发明中，通过控制黄土的湿陷，预防地基的沉降，防止农田积水；但是仍存在少数地区黄土层较薄，基岩埋深较浅时，也可以结合实际施工情况，不换填新的原始沟道土壤，可整平基岩面后，直接进行填方黄土地基的填筑。
87.本发明所述的黄土高原治沟造地的沟道土地整治结构及方法，取材简单，易于实施，填方黄土地基的独特设计不仅使农田能最大限度保持土壤水分，也不会因为土壤排水能力减弱而导致农田积水，便于治沟造地地区农作物的种植，有利于黄土高原农业的发展；设计新颖合理，通过填入压实度变化的填方土层，使构筑物同时具备承担重量、防控湿陷、滤水排水三重作用，通过提高底层承载层压实度，使其承担构筑物的全部重量；中间过渡层的设计，使构筑物具备防控湿陷的作用；顶部排水层较低的压实度，使构筑物具有排水和滤水的功能，保证构筑物的安全使用、及时排走内部多余水分，维护构筑物稳定，能有效解决黄土高原治沟造地沟道土壤的填土问题，保证治沟造地地区构筑物的安全与使用。生态与工农业的结合，既能有效避免治沟造地地区黄土的湿陷灾害，又能在一定程度上适宜农作物生长，便于实现治沟造地地区工程的多元化发展，促进生态和经济协同发展。
88.上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。