高寒高海拔雪害影響地區路基設計要點

張志峰， 林 露

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

高寒高海拔雪害影響地區路基設計要點

張志峰， 林 露

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

隨著國家對西部公路建設投資力度的加大，高寒高海拔地區高等級公路的建設也越來越多。然而高寒高海拔地區往往地形、地質條件復雜多變，且雪害凍害頻繁。在設計中應根據現場情況因地制宜地制定橫斷面形式，將不良氣候造成的影響降到最低。以結合樂化路老路雪害分布特點及青海G213樂都至化隆段設計思考，探討山區公路受雪害影響時路基設計的幾個關鍵問題。

高寒高海拔;雪害;路基設計

1 雪害影響形式

高寒高海拔地區高等級公路,相對于低海拔地區高速公路，除受到泥石流、崩塌等影響外，由于海拔較高，氣溫較低，還容易受到雪害、涎流冰以及凍土的影響。其中尤以雪害影響為甚。

實際工程中，公路雪害影響形式主要有：自然積雪、風吹雪和雪崩等[1]。

積雪會使得公路的通過能力大大降低，尤其是會引起路面結冰，增大交通事故發生的可能性，若路面積雪嚴重甚至會導致公路被封閉。

風吹雪：風吹雪對道路造成的影響是其對自然積雪的重新分配作用[2]，風吹雪是風攜帶著雪粒在近地面空氣中運動, 將雪從一地搬運到另一地的一種自然現象, 又稱風雪流。根據研究，路面積雪過程與風出現的時間密切相關，在沒有風參與情況下,路面積雪的深度只與降雪量的大小有關，如果降雪或者雪后時有風產生,風搬運的作用會使有些路段在接受降雪的同時也出現風吹雪的堆積，在自然降雪的基礎上再增加風吹雪的堆積。這會導致某些路段積雪更加嚴重。

2 雪害地區雪害情況實勘

樂都至化隆公路位于青海省海東地區樂都境內，該路30 km～38 km段路線經過馬陰山，路線跨越馬陰山埡口海拔為3 800 m。為探尋路基設計對積雪影響，于冬季對老路現場進行了調查踏勘，對易積雪路段進行了記錄調查，詳細記錄了積雪路段路線走向及路基特點，歸納如下：

2.1 陰坡段積雪

自30 km進入馬陰山至38 km翻越埡口，路線有5處陰坡段，全部積雪嚴重，且積雪強度與挖方邊坡高度成正比。幾乎整個冬季都不會消融，事實上幾乎造成了冬季封山,見圖1所示。

圖1 陰坡段積雪嚴重

2.2 回頭彎處積雪

經過現場調查分析，回頭彎處也是積雪經常發生的地區，且回頭彎處積雪有鮮明的特點：

(1) 回頭彎中間沒有障礙物時，回頭彎不積雪。

(2) 回頭彎中間有障礙物，即使障礙物僅僅是灌木，也會造成積雪，見圖2所示。

(3) 回頭彎若位置較低，被周圍山體陰影籠罩，則無論回頭彎形式如何，中間是否有障礙物，均有積雪。且回頭彎處積雪較普通路段要嚴重一些。

圖2 回頭彎處中間有障礙物時積雪嚴重

2.3 陰坡段，路基外側有寬臺階

通過對陰坡段積雪情況的分析發現，當陰坡段外側有較寬臺階時，臺階上積雪較多，臺階內側路面積雪情況較無臺階處路面積雪情況要好。

2.4 涎流冰發生地段往往也是積雪嚴重地區

全線有3處較嚴重涎流冰處，均有積雪情況出現，見圖3所示。

圖3 涎流冰伴隨積雪

3 積雪地區公路選線原則

對于積雪地區公路選線原則很多學者都進行了研究[3]，歸納了地形、路線走向、氣候以及公路旁邊植被和交通量等對積雪的影響。

路線布設應遵循以下原則：盡量將路線布設于陽坡。陽坡一般積雪歷時短，雪害影響小；條件允許情況下，路線盡量布設于開闊谷地，谷地日照充足，加之地面平坦，即使有積雪也比較容易處理；路線經過埡口段應選擇低而平的埡口通過；應盡量避免設回頭；此外，還要加強氣候調查，使路線方向與風向平行, 風順著路將雪吹走, 可減少雪害。

此外，路基橫斷面形式對積雪形成也有較大影響，研究表明，路堤填高越大，積雪幾率越小，零填及路塹段積雪可能性較大，尤以深路塹地區最為嚴重[4]。

4 路基橫斷面形式對積雪形成影響

實踐表明，在附近地質地形情況相同的情況下，路基斷面形式對積雪的程度具有很大的影響[5-6]。

路堤：研究表明，當路堤高度大于1 m時，“風雪流”將從路堤上面繞越, 此時會在路堤兩側出現減速區。因此當路堤填高大于1 m時，雪粒不會落在路堤上面，而在路堤兩側逐漸堆積，路面不會出現積雪現象。

而當路堤高度小于1 m時，路堤對風雪流的阻擋效應不明顯，路堤兩側以及路堤范圍內都會出現減速區，因此，路堤上也會出現積雪現象。顯然，零填路堤與周圍平地高度基本一致，顯然會出現積雪現象。

淺路塹：在深度小于2 m的淺路塹中，路塹深度越小，積雪速度越快。

深路塹：對于大于6 m的深路塹，風雪流經過時，會在路塹內形成旋轉的旋風氣流，阻止雪粒在路塹內堆積，因而深路塹內一般不會出現積雪。

2～6 m路塹：風雪流經過時，也會在路塹內形成旋轉的旋風氣流，但是速度增加不大，這類路塹內還是會產生積雪。

此外，路塹坡腳越近，越容易產生積雪，路塹坡腳與路肩的距離一定時,坡度的變化對路面風速幾乎沒有影響,而對坡腳處的風速有顯著影響，隨著坡度變陡，坡腳處的風速迅速降低。因而,加寬護坡道，放緩坡度，對于緩解雪害有一定作用。

5 風雪地區公路選線及路基工程

5.1 工程概況

G213策克至磨憨公路樂都至化隆段，為雙向四車道高速公路，路基寬度24.5 m，設計速度80 km/h。其中30 km至46 km沿馬陰山布設，海拔最高處約3 400 m，經過對原老路調查，發現老路部分路段冬季積雪嚴重，積雪主要集中于陰坡段，全挖方段、回頭曲線段，越嶺段積雪期長，因積雪及涎流冰影響，冬季行車安全性受到極大影響。

5.2 實際應用

從以上的標準可以看出,對于這樣的山嶺重丘區要修筑這樣標準的高速,無論工程量、施工條件、地質環境都是相當艱苦的。而且馬陰山高海拔段，積雪時間較長的地段也相對集中于該部分路段。針對以上工程實際情況,在橫斷面設計時充分利用之前的研究成果,結合實際地形,合理地確定橫斷面形式[7]。具體運用如下：

(1) 內業設計中拉坡時使路基斷面多采用路堤形式,盡量不采用路塹式,盡量避免高路堤和深路塹相連接。

(2) 盡量避免淺路堤與淺路塹，對于路塹段，碎落臺寬度增加到2 m。減少積雪概率的同時，在產生積雪的時候也可以做為積雪平臺使用。

(3) 條件允許情況下，陰坡段放緩邊坡。放緩邊坡降低積雪概率的同時，也可增加陽光照射時間，即使產生積雪，也能加快積雪消融。

(4) 條件允許情況下，在低填和零填路堤兩側設立小型棄土場，改善低路堤環境，減少積雪可能性。

(5) 挖方邊坡外側利用棄方堆積一些寬階地，改善積雪狀況。

(6) 路基設計時，要結合涵洞設計，確保附近山體匯水能順暢排出，不形成涎流冰。

6 結束語

高寒高海拔地區，氣溫較低，風吹雪等雪害對公路運營安全影響極大，且公路積雪以后，往往會因低溫迅速結冰，大大降低山區公路冬季通行能力，嚴重的還會造成冬季封路的可能性。然而，公路地區選線技術是很少有人開展過的研究領域，加之以前山區公路等級低，雪害影響并沒得到重視。公路技術人員在選線和路基設計時，往往只注重確定合理線型和平縱指標、控制工程規模，而不會將降低雪害影響作為考慮因素。且山區公路往往棄方總量就已經相當可觀，通過加寬碎落臺和放緩邊坡形式來減緩雪害影響，無疑會再增加土方量，于控制工程造價和控制工程規模不利。

高寒高海拔地區防雪害工作有很大的難度，設立諸如防雪墻、攔雪帶等各種防雪害措施[8-10]，無疑會大大增加造價。但是隨著越來越多的高等級路要越過山區，為保證冬季通行，又不得不引入防雪害技術。因而，優化雪害處理措施，對雪害形成機理進行更深入地研究，是下一步防雪害研究的重點。

[1] 趙金順,魏慶朝,李立軍. 道路工程積雪災害的安全設計與防治措施研究[J].中國安全科學學報,2004(12):3～8.

[2] 官正榮.風雪地區公路選線及路基工程抗雪害技術研究[D].成都：西南交通大學,2010.

[3] 席建鋒.公路風吹雪雪害形成機理及預測研究[D].長春：吉林大學,2007.

[4] 柴環宇,宋佳輝,白寶山，等.雪災多發地區的公路勘測設計[J].內蒙古公路與運輸,2009(5),38～40.

[5] 邴文山.積雪地區設計路基橫斷面應注意的問題[J].公路，1981(8):25～27.

[6] 張海峰.風吹雪災害試驗與路基斷面形式研究[D].蘭州：蘭州大學,2009.

[7] 劉海平.新疆風雪地區公路選線原則及路基合理斷面形式選擇研究[D].烏魯木齊：新疆農業大學,2014.

[8] 張 霞.面向風吹雪雪害防治的公路路基與路測設計研究[D].長春：吉林大學,2007.

[9] 高鵬飛.公路風吹雪雪害防治技術研究[D].西安：長安大學,2009.

[10] 趙國平.公路擋雪墻防風阻雪作用機制研究[D].北京：北京林業大學，2012.

2016-06-27；修改日期：2016-06-30

張志峰(1976-)，男，山西文水人，碩士，安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司高級工程師．

U416.168

A

1673-5781(2016)04-0473-03