坦桑尼亚公路项目冲沟形成研究分析及危害处理措施

刘增龙

（中国土木工程集团，北京 100038）

1 工程概况

本文涉及的工程Mafinga-Igawa 公路位于坦桑尼亚伊林加省内Idetero 村附近，北接埃及亚历山大港，南连南非得维多利亚港，号称“非洲经济大动脉”，交通运输较为繁忙，设计为双向单车道。冲沟与道路位置图如图1 所示。

图1 冲沟与道路位置图

为了避免冲沟的继续扩大对道路的安全性形成危害，现场进行实地勘察、测绘作业以及对土质进行取样，然后通过对现场采集的数据进行分析，从而对冲沟的形成做出判断，并为阻止冲沟的进一步侵蚀及采取的有效保护措施提供依据【1】。

2 土样材料分析

现场共布置 14 个点（长 2m、宽2m、深2m）进行土样采集。土样分为 2 种类型：1～8 为腐泥土，9～14 为红土。

2.1 土样的含水量和塑性指数

本项目土样的塑性指数为8.7～18.4，塑限的范围为30.5～39.8。由此可知，冲沟的形成是由于土壤结构以外的其他因素，即土壤的含水量对冲沟的形成影响很小。

2.2 土的内摩擦角和黏聚力

结合相关土样采集数据，腐泥土内摩擦角值为20°～34°，红土的内摩擦角值为22°～30°，二者类似；而腐泥土的内聚力值为 16～61kN/m2，红土的内聚力值为 23～39kN/m2，腐泥土的内聚力分布不均匀，且部分土样内聚力值低，即红土的黏结力偏中，若红土流失会加剧腐泥土的侵蚀作用。

2.3 土样筛分实验

土壤可蚀性是指土壤对侵蚀性的敏感性。可蚀性是土壤质地、骨料稳定性、剪切强度、渗透能力、有机和化学成分的函数。在本节中，可蚀性因子是根据Wishmeier 等人（1971 年）开发的经验公式估算的。可蚀性因子公式见式（1）：

式中，fp为粒度参数；Pom为有机物百分比，本文取值为0；Sstruc为土壤结构指数，土壤结构分为：非常细的颗粒状土壤，细粒土壤，等或粗粒状土壤，块状、板状或块状土壤；fperm为剖面渗透度，分别有以下几种情况：渗透非常缓慢、渗透缓慢、渗透缓慢至中度、渗透适度、渗透中度至快速、渗透快速，本文出现的情况为渗透适度。

其中，粒度参数由式（2）计算：

式中，Psilt为粉土百分比，%；Pclay为黏土百分比，%。

根据土壤结构指数的划分，腐泥土的结构指数划分为4，红土的结构指数划分为3。

根据颗粒的大小，可以将筛分后的土分为：黏土（0～0.002mm）；粉土（0.002～0.063mm）；沙土（0.063～2.0mm）；砂砾（2.0～63mm）。通过对土样进行筛分和可蚀性因子计算，可知绝大部分土样的可蚀性等级高，即容易被侵蚀。

3 现场测绘和数据分析

本文对靠近冲沟公路两侧的断面进行测量研究。采用常规的电阻率断层扫描法（CERT），对调查区域进行概括分析，通过采集的数据，使用RES 2D 软件进行数据分析，然后生成二维图形，根据激发极化（IP）对风化剖面的深度和地质材料的分布做出判断：该区域的地质风化深度已经超过20m，风化物质为腐泥土和红土2 种材料。

4 地表水对冲沟侵蚀的影响

该地区位于坦桑尼亚高原的热带地区，热带气候以干湿季节为特征。雨季为12 月~次年5 月，12 月~次年3 月的最大降雨量为255mm/d，旱季为6~11 月。

4.1 水分岭数字高程模型

利用数字高程模型的水分岭得到河流和流域，如图2所示。

图2 研究区和周围的分水岭

由图2 可知，该地区形成了几个流域，而冲沟是该流域溪流的组成部分。

4.2 地表径流特征

根据研究区的水流流向和分水岭高程模型，将研究区周围区域分为7 个地块。

由Rossmiller 提出的特定假设公式，即在特定降雨量和规定时间内，整个流域的降雨量为均匀分布的，该区域的地表径流量Q 可根据式（3）计算得出：

式中，C 为径流系数，本文研究区域土壤较为密集，植被覆盖较为稀疏，坡较陡，取最大值0.95；I 为降雨强度，mm/h，选择最大的降雨量用作集流时间内的降雨量，即255mm/h；A 为流域面积，hm2。

具体计算结果如表1 所示。

表1 研究区域的地表径流量

由表1 可知，单位时间内流进该区域的地表水径流量非常大，通常排水量要比地表径流量多25%。

5 分析总结

根据本文的数据分析以及当地的降雨情况可知，冲沟的侵蚀是由于地表雨水不断对研究区域的土壤进行冲刷形成。

1）研究区的土壤在潮湿时表现出不稳定性，虽然塑性指数高，有较高的塑性特征，但在物理性能上表现出的黏结性较差，即容易被外力带走。

2）根据分水岭的高程模型分析，研究区域周围的雨水会流向研究区域，加速了冲沟的侵蚀。

3）地下水和地表水会削弱腐泥土的内聚强度，表面红土的流失会加剧腐泥土的侵蚀，也造成了冲沟侵蚀的加剧。

6 结语

综上所述，由于冲沟的位置距离公路路基较近，为阻止冲沟的进一步侵蚀，保护公路的路基安全，提出以下2 点建议：

1）沿着靠近公路的冲沟周边做混凝土截水沟【2】，将冲沟周边流向冲沟的雨水安全输送到其他地方，降低该区域地表水径流量，防止冲沟侵蚀的加剧。

2）靠近公路一侧的冲沟边坡进行清理并做锚杆加固，然后再做挡土墙，将已经严重侵蚀的冲沟边坡进行稳定处理【3】，从而保护公路路基的安全。