沙漠地区公路风沙病害分析及治理措施

沙漠地区公路风沙病害分析及治理措施

中交一公局第一工程有限公司北京102205

摘要:库阿项目所处新疆维吾尔自治区,项目起始于库车县K758+960,终点为阿克苏市建化厂K1017+500,与阿克苏至喀什高速公路相接,途径新和县、温宿县、阿克苏市等地区。项目地区地形平坦开阔,但存在盐渍土、风沙与泥石流等不良地质。文章就沙漠地区公路施工过程中,风沙病害对公路施工的影响,以及相应的治理措施进行简单的分析,为类似项目提供参考。

关键词:沙漠地区;风沙病害;公路工程;治理措施

一、沙漠地区公路风沙病害治理的重要意义

我国地域辽阔,沙漠总面积约70万平方千米,占陆地总面积的13%,如何推进沙漠地区基础交通建设是当前亟待解决的问题之一。而沙漠地区风沙危害一直是困扰公路建设的难点和要点,由于沙漠地区特殊的地理和气候环境,导致这些地区植被覆盖率极低,随着风沙运动的不停作用,导致松散的沙粒随着风力不断运动和堆积,进而影响公路路面畅通和路基结构稳定性。随着西部大开发以及“一带一路”倡导的带领下,西部交通基础建设走向了一个新的高潮,同时,如何有效预防和治理沙漠地区公路风沙病害,是当前需要重点解决的问题。由于沙漠地区环境比较恶劣,对公路运营阶段的维护与防护也相当重要,依据公路项目特点,以及项目所在区域地质环境特点,制定有针对性的风沙治理措施和防护措施,对提升路基结构稳定性,公路使用寿命,行车舒适性和安全性具有十分重要的现实意义。

二、工程概况

库阿项目计划总投资约65亿元,项目起始于库车县K758+960,终点为阿克苏市建化厂K1017+500,与阿克苏至喀什高速公路相接,途径新和县、温宿县、阿克苏市等地区,全长259.957km。项目主线分为新建和改造两部分,且由于项目所处区域属于山前洪积扇及充洪积平原,沿线穿越地貌复杂,地层多样,主要以第四系地层为主,岩性较为复杂,虽地形较为平坦开阔,但是存在盐渍土、风沙、泥石流等不良地质。

项目所属区域属于暖温带干旱气候地区,其具有大陆性气候的特点,如降雨量稀少、气候干燥、蒸发量大等。此外,年、季度气温变化较大大,全年晴天多,日照长,热量资源丰富,气候变化剧烈,夏季酷暑难耐,冬季寒冷非常,昼夜温差大,全年平均风速很小,最大风速23m/s,极端最高气温40℃,极端最低气温-28.1℃,年平均气温10.4℃,本项目处于公路自然区划分的VI2区。

三、沙漠地区公路风沙病害及其成因分析

(一)主要风沙病害

沙漠地区的公路风沙病害主要分为风蚀、掩埋及风流沙三种,下面就对这三种进行风沙病害进行简单的分析。

1、风蚀

风蚀分为吹蚀和磨蚀两种。沙的物理力学指数偏低,抗剪强度差,具有颗粒小、松散、易流动或搬动等特点,在风力的作用下,风沙不断的在运动,造成沙漠地区的地表形态不断发生变化,风沙运动作用于公路工程构筑物,容易对路基形成吹蚀破坏。风力作用下的沙粒冲击路基填料,磨蚀路基填料,风力卷走细小颗粒,使得路基填料中的大颗粒失稳,导致路基局部或者路肩部分被掏空,引发路面塌陷,最终影响公路行车安全。

2、沙埋

沙埋是指风沙积聚于公路路面或者路基两侧,掩埋路面,最终导致行车困难、舒适性变差,严重时甚至造成测量侧翻,危害人身安全。沙埋按照积沙面积可以分为片状、舌状和堆状三种积沙形式。其中,片状积沙最主要的特点就是面积较大,其初期时对行车的影响较小,但是若不及时清理,将会对交通畅通造成影响;舌状积沙一般发生在风口路段,且掩埋路段较短,具有形成速度快、厚度大,极易造成路面车辆拥堵;堆状积沙是沙丘转移到公路上造成的,一旦形成,将会造成通道和涵洞等结构的堵塞,直接导致交通中断。

(二)沙害形成的主要原因

公路风沙病害形成的主要原因,追溯源头有两点,分别是自然因素和人为因素。该项目所处地暖温带干旱气候地区,其具有大陆性气候的特点,降雨量稀少、气候干燥、蒸发量大,晴天多、日照长,沙源分布较广。严酷的气候条件,造成该地区植被稀少,植被覆盖率低,给风沙的形成提供了有利的条件。此外,不合理的土地开垦、过度放牧等破坏自然植被的行为,均会造成土地盐碱化或者荒漠化,公路建设过程中,大规模破坏沿线自然植被,不合理的取土、弃土等,均会造成人为沙害的形成。

四、沙漠地区公路风沙病害治理措施

为了有效的应对沙漠公路风沙病害,需要对公路路基两侧进行相应的防沙固沙做事,以确保公路工程质量及其使用年限。

(一)工程固沙措施

工程固沙是通过设置沙障,以达到控制和减弱风沙流危害的目的,具有使用范围广、效果明显等特点,但是却无法根治风沙危害,只能起到防护的作用。常用的工程固沙就设置方式可分为直立式和平铺式;就材质不同可以分为柴草类、粘土类、石膏类、砾石类、钢筋混凝土类沙障等形式;根据高度的不同有半隐蔽式、隐蔽式、低立式、高立式沙障等形式;根据透风情况的不同有透风的、不透风的、紧密结构沙障等;根据作用性能的不同有固沙型、积沙型沙障。不同的沙障类型,其产生的防沙机理和效果也各不相同,因此,在实际的应用过程中,需要结合具体工程特点和工程所在地的地形地貌,选择适合的沙障类型。工程沙障既可以单独使用,也可以与生物固沙和化学固沙配合使用,配合使用时,工程沙障应设立在最前端,以起到削弱风沙流的对路基的冲击,保护固沙植物的目的。

(二)化学固沙措施

化学固沙是通过在沙表面喷洒化学凝固剂,使沙表面形成薄膜防止风沙形成。化学凝固剂可以使沙表的颗粒互相粘结,增强了沙粒的整体性。这种风沙治理具有见效快、效果好等特点,当与植物固沙相结合时,还能起到保水的作用,为植物提供生长必备的水分,这就要求化学固沙材料具备无毒、无污染以及耐候性等特性。随着技术的不断发展,新型的化学固沙材料应运而生,其主要成分是高分子吸水树脂,具有污染小、保水性能好,通常与植物固沙措施搭配使用时,具有良好的固沙防沙效果。

(三)植物固沙措施

在沙漠地区种植植被,可以有效的改善沙漠的生态环境,防止风沙对公路的影响,也是最为理想的一种公路风沙病害治理措施。植物固沙措施虽然可以根治沙害,但是,植被在干旱缺水沙漠地区,成活率很难得到有效的保障,且植物生长周期较长,因此,植物固沙前期基本不能发挥其固沙作用。因此,植物固沙措施经常与工程固沙、化学固沙相互配合使用,以此来提升植物的成活率。植物固沙可以有效的削弱风速,改变路堤周围风速流场的目的,成功阻滞过境的流沙沙粒,植被发达的根系也能起到很好的固定流沙,进而起到保护路堤免受风沙吹蚀或者沙埋。植物固沙虽然时效较长、前期投入大,但是,其具有很好的经济效益、环境效益和社会效益,能极大的改善沙漠地表的粗糙度,降低风沙流速,避免原地受风沙吹蚀的影响。植物固沙不仅需要充分考虑项目所处区域内的水资源分布情况,还需要考虑沙漠地区昼夜温差大的问题,这些因素都直接影响和限制着植物生长和存活。为了解决这一难题,经过科研人员的不懈的努力和钻研,针对沙漠地区培育了多种耐旱、抗旱、耐高温、耐沙埋且生命力顽强的植物,如胡杨、梭梭、沙棘等,同时也研制了相应的种植技术,使得植物的存活率更高。

结束语

沙漠地区公路,经常受到沙害的影响,为了有效防止风沙对公路的危害,需要依据项目所在地具体的沙害情况,在确保当地环境不被破坏的前提下,采取经济、有效的治理措施,预防和控制风沙对公路造成的不良影响。此外,加强对沙漠地区公路风沙病害的研究,制定可行性、经济性以及环保性的防沙、固沙措施,提升沙漠公路质量和耐久性。

参考文献:

[1]韩致文,王涛,孙庆伟等.塔克拉玛干沙漠公路风沙危害与防治[J].地理学报,2003,58(2)

[2]潘多国,张福玲.沙漠地区公路路基防护设计与施工[J].内蒙古公路与运输,2001(2)

[3]张建稿.沙漠公路防沙工程设计浅析[J].青海交通科技,2010(3)

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