淺談高速公路防風沙設施的施工技術研究

王延濤

摘 要：文章通過對三莎高速項目的研究，提出了防沙治沙主要思路和防沙治沙技術措施。最終得出了解決路基施工存在問題的方案。希望對今后的相關工程建設有所幫助。

關鍵詞：沙漠公路；防風沙；治沙固沙；措施

1 工程概況

三莎高速項目地處葉爾羌河和喀什噶爾河沖積平原，路線經過區(qū)域為廣闊平坦、海拔1120-1250米的農田區(qū)、荒漠區(qū)、沙漠區(qū)、村莊巖性多為粉質黏土、粉土、粉砂、細砂、黏土，沿線地下水位較高，一般為1～3米。地層以沖積及風積為主，沖積層以粉砂與粉質粘土或粘土粉砂互層狀沉積，密實程度較好，但部分地段由于地下水位較高，受地下水長期浸泡影響，土體性能較差，呈現(xiàn)軟弱土的性狀；風積地貌主要為粉砂及細砂層，表層沉積，土體大部分未有效固結，較為松散，在很多段落由于鹽脹作用，地表一定深度呈現(xiàn)蓬松狀，地層壓縮性大，工程地質條件差，全線均為鹽漬土，部分屬于軟弱土。

2 研究背景

本項目有幾處位于沙漠地段，路線兩側的風積沙粒徑較小。位于沙漠地段路線區(qū)域砂多風大，風向以東南風為主，東風為次，年平均風速1.6-1.9米/秒，一年中以4-8月風力最大，風速大于17米/秒的天氣年平均13-30天，沙塵暴及揚塵天氣在4-6月份最為常見。

根據中國科學院在莎車對塔克拉瑪干沙漠的觀測得知：起動臨界風速與沙粒粒徑關系密切，如表1：

經過勘察，路線兩側的風積沙粒徑較小，沙粒的粒徑分布見表2：

因此，只需要風速>5.6米/秒即可造成風沙移動對公路的危害主要表現(xiàn)為風沙上路掩埋路基，或對利用風積沙填筑的路基造成侵蝕作用，本區(qū)域風速>5.6米/秒的大風天氣是很常見的，因此風沙對公路的危害較為明顯，易對路基造成風沙上路基侵蝕的危害。所以對風沙上路的病害我們要重點防治，其中沙埋是風積沙對路基破壞的主要形式。

3 防沙治沙主要思路分析

為進一步保證項目路基路面施工的安全性，且基本上不受到沙丘前移所帶來的影響，要在路段沿線布置一定的防風帶，這樣不僅能夠發(fā)揮防風作用，還能阻礙風沙的侵蝕。為此，對于公路防沙治沙工作而言，要在保證公路通行暢通的前提下，采用生物固沙相關措施，逐漸恢復公路沿線的生態(tài)環(huán)境，保證其平衡性。與此同時，要將化學固沙方法作為輔助手段，開展全面防沙治療工程。

4 防沙治沙技術措施分析

本項目防沙治沙綜合措施為工程治沙、植物防沙相結合，并采取相應的固沙技術措施。其中，要將工程防沙作為核心措施，其他輔助措施提供幫助，形成相對完善的綜合性治理系統(tǒng)。一般情況下，風沙運動具有移動性特征，這種情況下，本工程路段一年四季均可形成風沙危害，對沿線公路造成明顯影響。

（1）“四帶一體”防護路基。本項目在工程實體中設置保護帶、防風固沙帶、平整帶及中央分隔帶，“四帶一體”防風固沙體系降低風速，削弱了風沙流運動軌跡；緊密村莊樹林帶與稀疏村莊樹林帶的科學營造，改變了風力方向，降低了沙流速度；路塹坡腳積沙平臺，邊坡戈壁料包邊土，人工沙障、三維植被固土網格防護等措施的實施保證了防沙效果。路線與風向大部分段落都成較小交角相交，對工程防沙較為有利。在流動、半流動沙丘地段，適當提高路基高度，放緩邊坡，以加大風速；對于挖方路基采用敞開式路基斷面。

（2）合理設置路基邊坡。路堤的填方邊坡坡度，根據路基填料的物理力學性質、氣候條件、填土高度以及基地的工程地質和水文地質條件確定。

5 路基施工存在問題及解決方案

風積沙路基施工存在的主要問題及其解決辦法：

5.1 風積沙問題

對于風積沙路段施工而言，其核心在于灑水問題。根據實踐經驗，認為若存在灑水不當現(xiàn)象，則會對風積沙施工本身的效率及質量產生很大制約。例如，在施工過程中，若存在灑水不均勻現(xiàn)象，或出現(xiàn)灑水不徹底，則可導致風積沙施工壓實度不夠。因此，要格外重視風積沙灑水施工的技巧，例如針對路基灑水而言，需采用分格方式，保證灑水的均勻性，并保證其及時性和穩(wěn)定性。

5.2 污染問題

在對風積沙運輸時，施工過程常會發(fā)生風積沙移動現(xiàn)象，或被風吹起，引起污染。因此，在操作時，要采用噸位比較大型的自卸汽車，對風積沙實施運輸。注意要保證自卸汽車性能的穩(wěn)定性，并保證其狀車廂封閉狀態(tài)處于正常情況。這樣一來，可有效避免漏沙。為避免施工時出現(xiàn)比較嚴重的揚沙情況，要在保證風積沙灑水效果的前提下，對施工便道進行濕潤處理，從而有效緩解污染。針對失水比較嚴重的風積沙路基，要及時對其進行補水。施工現(xiàn)場要做好相應規(guī)劃，避免出現(xiàn)亂挖現(xiàn)象，從而做到集中取土，減少對施工現(xiàn)場的破壞作用。

5.3 陷車問題

在對第2層之上的風積沙開展施工過程中，鑒于風積沙結構本身穩(wěn)定性較差，若其表面水分大量流失，則會出現(xiàn)嚴重的翻沙現(xiàn)象。這種情況不僅會增加運料車陷車現(xiàn)象，還會明顯增加安全風險，對安全施工帶來較大影響。

防止風積沙陷車方法：

（1）在包邊礫石土的兩端修筑上下車道，車輛從壓實包邊礫石土上通過，卸料后直行出去，所卸的料采用推土機推料攤鋪。

（2）在風積沙路基通行前對風積沙灑水濕潤，針對車輛駛上路基坡道，要用礫石土對其進行修筑。同時，要嚴格對坡道方向進行明確，一般情況下與倒車方向相符，這樣安排能夠為運料車倒檔駛入提供便利條件，從而減少運料車掉頭，并且有效避免車體在風積沙上停車，控制陷車現(xiàn)象。

5.4 滲水問題

在對風積沙路基結構開展填筑時，一般情況下，若到達一定高度，且結構域高出施工便道時，路基內部水分可逐漸滲出邊坡，這是因為水體自身的重力作用，同時上層也會對其造成一定壓力，這時水便會直接流到施工便道上，從而增加邊坡坍塌的風險。且長期被水浸泡，容易損壞施工便道，對整體施工及物料運送帶來較大影響。要解決滲水造成的不利情況發(fā)生，第一要對風積沙灑水量進行科學合理的控制，盡量避免盲目灑水或大量灑水。第二，結合施工現(xiàn)場情況，對滲水進行處理，采用一定排水方法，及時有效的將水分引流出去，從而保證施工便道的安全性能，并對路基坡腳產生較大保護作用。為此，可在施工便道上直接挖設一條淺溝，不影響交通且能排水。

6 質量保證措施

功能帶設置，包括積沙平臺、草方網格、防沙障。在此基礎上，保證路側防沙系統(tǒng)的功能，將公路作為主要軸線，以邊坡作為出發(fā)點，由內至外構筑新型防沙帶。根據次序，分別為積沙帶、固沙帶及阻沙帶。

（1）積沙帶，設置3m積沙平臺，具有阻沙功能，還可作為體系維護的通道和臨時的交通便道，積沙平臺由5cm厚C30水泥砼預制板組成。砼預制板施工時每隔4米設置一道伸縮縫，縫寬為1cm，伸縮縫用聚氯乙烯膠泥和瀝青油氈板填塞，水泥砼采用抗硫酸鹽水泥。

（2）固沙帶，設置草方網格。草方格沙障是一種防風固沙，涵養(yǎng)水分的治沙方法，草方格沙障是用麥草，稻草，蘆葦?shù)炔牧显沙煞礁駹畹陌腚[蔽式的沙障。本項目部采用蘆葦草方網格作為固沙帶。具體設置方法：先在沙丘迎風坡橫對主風方向劃線，沿線平鋪蘆葦，以蘆葦為材料，草方格蘆葦用量為1.2kg/每格。路基兩側各設置50米，其作用一是截留上風向來沙，二是控制就地起沙，三是保護植物生長。

（3）阻沙帶，設置蘆葦防沙障。

蘆葦防沙障：沙區(qū)群眾把沙障統(tǒng)稱為“風墻”，蘆葦防沙障是用麥草、稻草、蘆葦?shù)炔牧希诹鲃由城鹕显O成擋風墻，以削弱風力的侵蝕。

a.蘆葦防沙障防風固沙機理及主要作用分析

新型蘆葦防沙障設置完成后，若氣流、風沙直接侵襲沙障，根據相關觀察，可在附近產生一定的渦旋，在此基礎上，也會合并出現(xiàn)一定的積沙現(xiàn)象。在蝕積的作用下，形成蝕積平衡洼面。而對于方格沙障而言，人們親切的將其稱呼為“風墻”，此種沙障不僅取材方便，同時能夠將其設置為方格狀擋風墻，能夠有效緩解風沙的侵蝕作用。

b.草方格沙障植護技術分析

采用稻草、麥秸草等材料，設置草方格沙障。布置前，要在其材料表面上灑上一定量水，保證其結構的濕潤性，目的在于更好的強化稻草、麥秸草自身的柔性，從而避免設置時出現(xiàn)折斷現(xiàn)象。對于蘆葦材料而言，在綁扎前，要對其進行充分碾壓，從而使其管狀結構發(fā)生變化，增加其柔韌性。我項目部在固沙帶外側15米開外設置高立式蘆葦柵欄，阻止風沙進入高速公路界內。柵欄蘆葦用量為2.0kg/每延米，柵欄為空隙率30%的疏透型蘆葦柵欄，葦排中間設兩排葦腰，并固定于每3米間距一根的200米長木棍上（釘入100cm，外露100cm），木棍直徑為10cm。

c.草方格沙障對植物的影響

草方格沙障的固沙措施能增大地表的粗糙度，有效降低地表的風速，而無草方格固定的地面則處于風蝕狀態(tài)。

在草方格形成的風積環(huán)境條件下，細粒沙物質能夠將落在沙表面的植物種子埋積起來，便于植物種子的萌發(fā)生長。草方格中細粒物質增多，使沙面緊實，能夠將夜間空氣中凝結水分和微弱的降水蓄積在沙層表面，不至于很快下滲到沙層的下部，一定程度上為淺根性的先鋒植物種的生長提供了短暫的水分供應。

細粒物質中多含有碳酸鈣、二氧化硅和鹽份，它們能溶解于水中并下滲，毛細作用可以將其帶到沙表面，失水后將細粒物質膠結在一起，硬化而形成沙面結皮；草方格表層鹽分含量明顯比次表層高。

隨著植物在草方格中定居生長和進一步的演化，沙面趨向固定，生物結皮的厚度、硬度增大，有機質逐漸在沙層中積累。雖然有機質含量很低，但隨時間變化成正比，表層的含量明顯比次表層高。

原始背景植被覆蓋不同，影響植物種源和植物的定居速度。

d.草方格沙障對沙的影響

草方格沙障的固沙措施能增大地表的粗糙度，有效降低地表的風速，而無草方格固定的地面則處于風蝕狀態(tài)。

在草方格形成的風積環(huán)境條件下，細粒沙物質能夠將落在沙表面的植物種子埋積起來，便于植物種子的萌發(fā)生長；草方格中細粒物質增多，使沙面緊實，能夠將夜間空氣中凝結水分和微弱的降水蓄積在沙層表面，不至于很快下滲到沙層的下部，一定程度上為淺根性的先鋒植物種的生長提供了短暫的水分供應。

細粒物質中多含有碳酸鈣、二氧化硅和鹽分它們能溶解于水中并下滲，毛細作用可以將其帶到沙表面，失水后將細粒物質膠結在一起，硬化而形成沙面結皮；草方格表層鹽分含量明顯比次表層高。

隨著植物在草方格中定居生長和進一步的演化，沙面趨向固定，生物結皮的厚度、硬度增大，有機質逐漸在沙層中積累。雖然有機質含量很低，但與時間變化成正比，表層的含量明顯比次表層高。

7 預計成效及適宜推廣區(qū)

（1）成效：省道215三岔口——莎車高速公路的興建將進一步改善喀什地區(qū)的交通狀況，大幅提升公路運輸能力，增強對經濟社會發(fā)展的保障和支撐能力，將有利于推動喀什南部經濟發(fā)展，加快各族人民群眾脫貧致富步伐和維護邊防穩(wěn)固和社會安定。

針對高速公路路段較長，區(qū)域較多等特征，應逐漸減少人工對高速公路防沙防風工程施工的參與力度，提高人工與機械化相結合的綠化應用管理模式，選擇專業(yè)性較強，資質較高的施工單位對綠化帶進行管理，提高經濟效益，減少維修費用。

（2）適宜推廣區(qū)。我國現(xiàn)有的高速公路防風防沙相關工作，對相關專業(yè)知識與職業(yè)素養(yǎng)的要求較高，在借鑒成功案例時，要注重植被生長條件及主要養(yǎng)護方式，從而減少養(yǎng)護難度。由于每種防風防沙治理條件存在明顯差異，面臨的危害也是不同的。要對防沙防風問題強化自身的認知，從而達到滿意的預防效果。由于高速公路路段較長，跨越地區(qū)較多，各地區(qū)地形地貌，氣候環(huán)境，土壤成分，自然生長環(huán)境等不同，也加大高速公路風沙防治施工的難度。上述防風防沙工程施工技術適用于大部分沙漠、沙漠腹地公路生物防沙，同時適宜在需要開展綠化處理的地區(qū)。

8 結束語

通過一系列防護措施，路基未出現(xiàn)積沙，達到了設計及使用效果。該路于2016年10月通過驗收。結合以往其他高速公路、鐵路路基防沙治沙的經驗，沙漠區(qū)防沙治沙是一個長期而復雜的過程，宜根據所在地沙害的具體情況，分階段、分重點的進行調整防沙措施，以有效的防止風沙對路基的危害，達到人與自然和諧共處的良好效果。