坦桑尼亞公路項目沖溝形成研究分析及危害處理措施

劉增龍

（中國土木工程集團，北京 100038）

1 工程概況

本文涉及的工程Mafinga-Igawa 公路位于坦桑尼亞伊林加省內Idetero 村附近，北接埃及亞歷山大港，南連南非得維多利亞港，號稱“非洲經濟大動脈”，交通運輸較為繁忙，設計為雙向單車道。沖溝與道路位置圖如圖1 所示。

圖1 沖溝與道路位置圖

為了避免沖溝的繼續擴大對道路的安全性形成危害，現場進行實地勘察、測繪作業以及對土質進行取樣，然后通過對現場采集的數據進行分析，從而對沖溝的形成做出判斷，并為阻止沖溝的進一步侵蝕及采取的有效保護措施提供依據【1】。

2 土樣材料分析

現場共布置 14 個點（長 2m、寬2m、深2m）進行土樣采集。土樣分為 2 種類型：1～8 為腐泥土，9～14 為紅土。

2.1 土樣的含水量和塑性指數

本項目土樣的塑性指數為8.7～18.4，塑限的范圍為30.5～39.8。由此可知，沖溝的形成是由于土壤結構以外的其他因素，即土壤的含水量對沖溝的形成影響很小。

2.2 土的內摩擦角和黏聚力

結合相關土樣采集數據，腐泥土內摩擦角值為20°～34°，紅土的內摩擦角值為22°～30°，二者類似；而腐泥土的內聚力值為 16～61kN/m2，紅土的內聚力值為 23～39kN/m2，腐泥土的內聚力分布不均勻，且部分土樣內聚力值低，即紅土的黏結力偏中，若紅土流失會加劇腐泥土的侵蝕作用。

2.3 土樣篩分實驗

土壤可蝕性是指土壤對侵蝕性的敏感性。可蝕性是土壤質地、骨料穩定性、剪切強度、滲透能力、有機和化學成分的函數。在本節中，可蝕性因子是根據Wishmeier 等人（1971 年）開發的經驗公式估算的。可蝕性因子公式見式（1）：

式中，fp為粒度參數；Pom為有機物百分比，本文取值為0；Sstruc為土壤結構指數，土壤結構分為：非常細的顆粒狀土壤，細粒土壤，等或粗粒狀土壤，塊狀、板狀或塊狀土壤；fperm為剖面滲透度，分別有以下幾種情況：滲透非常緩慢、滲透緩慢、滲透緩慢至中度、滲透適度、滲透中度至快速、滲透快速，本文出現的情況為滲透適度。

其中，粒度參數由式（2）計算：

式中，Psilt為粉土百分比，%；Pclay為黏土百分比，%。

根據土壤結構指數的劃分，腐泥土的結構指數劃分為4，紅土的結構指數劃分為3。

根據顆粒的大小，可以將篩分后的土分為：黏土（0～0.002mm）；粉土（0.002～0.063mm）；沙土（0.063～2.0mm）；砂礫（2.0～63mm）。通過對土樣進行篩分和可蝕性因子計算，可知絕大部分土樣的可蝕性等級高，即容易被侵蝕。

3 現場測繪和數據分析

本文對靠近沖溝公路兩側的斷面進行測量研究。采用常規的電阻率斷層掃描法（CERT），對調查區域進行概括分析，通過采集的數據，使用RES 2D 軟件進行數據分析，然后生成二維圖形，根據激發極化（IP）對風化剖面的深度和地質材料的分布做出判斷：該區域的地質風化深度已經超過20m，風化物質為腐泥土和紅土2 種材料。

4 地表水對沖溝侵蝕的影響

該地區位于坦桑尼亞高原的熱帶地區，熱帶氣候以干濕季節為特征。雨季為12 月~次年5 月，12 月~次年3 月的最大降雨量為255mm/d，旱季為6~11 月。

4.1 水分嶺數字高程模型

利用數字高程模型的水分嶺得到河流和流域，如圖2所示。

圖2 研究區和周圍的分水嶺

由圖2 可知，該地區形成了幾個流域，而沖溝是該流域溪流的組成部分。

4.2 地表徑流特征

根據研究區的水流流向和分水嶺高程模型，將研究區周圍區域分為7 個地塊。

由Rossmiller 提出的特定假設公式，即在特定降雨量和規定時間內，整個流域的降雨量為均勻分布的，該區域的地表徑流量Q 可根據式（3）計算得出：

式中，C 為徑流系數，本文研究區域土壤較為密集，植被覆蓋較為稀疏，坡較陡，取最大值0.95；I 為降雨強度，mm/h，選擇最大的降雨量用作集流時間內的降雨量，即255mm/h；A 為流域面積，hm2。

具體計算結果如表1 所示。

表1 研究區域的地表徑流量

由表1 可知，單位時間內流進該區域的地表水徑流量非常大，通常排水量要比地表徑流量多25%。

5 分析總結

根據本文的數據分析以及當地的降雨情況可知，沖溝的侵蝕是由于地表雨水不斷對研究區域的土壤進行沖刷形成。

1）研究區的土壤在潮濕時表現出不穩定性，雖然塑性指數高，有較高的塑性特征，但在物理性能上表現出的黏結性較差，即容易被外力帶走。

2）根據分水嶺的高程模型分析，研究區域周圍的雨水會流向研究區域，加速了沖溝的侵蝕。

3）地下水和地表水會削弱腐泥土的內聚強度，表面紅土的流失會加劇腐泥土的侵蝕，也造成了沖溝侵蝕的加劇。

6 結語

綜上所述，由于沖溝的位置距離公路路基較近，為阻止沖溝的進一步侵蝕，保護公路的路基安全，提出以下2 點建議：

1）沿著靠近公路的沖溝周邊做混凝土截水溝【2】，將沖溝周邊流向沖溝的雨水安全輸送到其他地方，降低該區域地表水徑流量，防止沖溝侵蝕的加劇。

2）靠近公路一側的沖溝邊坡進行清理并做錨桿加固，然后再做擋土墻，將已經嚴重侵蝕的沖溝邊坡進行穩定處理【3】，從而保護公路路基的安全。