臨近高速公路大于15米高沙丘防風固沙措施

（中鐵十五局集團有限公司，上海 200000）

一、工程概況

新建敦煌至當金山口高速公路DD2合同段位于甘肅省敦煌市境內，項目起點位于敦煌市陽關鎮，終點位于敦煌市阿克塞縣。工程起迄里程k176+000～k219+000，路線全長43km。該項目路線地貌屬戈壁灘傾斜平原和基巖山地地貌，戈壁灘傾斜平原地形平坦，地勢開闊，地表植物稀少，且散布戈壁礫石，部分地區風積沙覆蓋，局部地段為硫酸—亞硫酸弱鹽漬土。線路k212+596～k215+000段臨近新建高速公路，右側沙丘高達15m以上，地表覆蓋松散風積沙，一般厚度30cm～50cm，最厚處2m，斷續分布固定沙丘厚度達40cm～150cm，該路段零星分布少量駱駝刺等戈壁植物。

二、柴草沙障試驗

（一）選材和設計

沙丘下部植物是固定沙丘的根本。在前期設計中，柴草沙障材料包括蘆葦片、硬樹枝和沙柳3種。蘆葦片從南方地區運輸至西北成本較大，該地段地表覆蓋松散風積沙，表部散布戈壁礫石且土質較硬，而蘆葦片的韌度不夠，不利于施工；硬樹枝數量短缺，插入難度大，人工費用高，松土施工容易對原地表造成破壞。因此，項目最終確定采用沙柳，從內蒙古運至現場，其具有成本低、韌性高、存活能力強，且對當地生態破壞較小等優勢。

試驗選取k213+000～k215+000段沙丘設置1m×1m、1m×1.5m、1.5m×1.5m、2m×2m共4種不同規格的柴草沙障，埋入深度15cm，外漏長度25cm，柴草厚度5cm，每種規格設置范圍為30m×30m的正方形，如圖1所示。在方格內布置鋼纖，并標記外漏初始值，分別在1個月、2個月、3個月、4個月后測試鋼纖外漏長度變化，測算各種規格內存沙量，如圖2所示。采用UT363迷你風速儀測試各個沙障內風速變化，確定4種規格沙障施工后的整體地表粗糙度變化，如圖3所示。

圖1 ?4種不同規格的柴草沙障

圖2 ?鋼纖外漏長度變化

圖3 ??風速測試圖

（二）數據分析

研究測定了4種規格沙障在4個月時間內的存沙量變化，4種規格柴草沙障都按照埋入深度15cm、外漏長度25cm、柴草厚度5cm埋設，存沙量與各種規格沙障面積關系，如圖4所示，風速儀測試了沙障兩側及沙障內風速變化，沙丘表面風速與各種規格沙障面積關系，如圖5所示。

圖4 ?存沙量與各種規格沙障面積關系

圖5 ?沙障兩側及中心風速測試

由圖4可知，1m×1m與1m×1.5m的沙障兩側存沙量相近，4個月累計平均達到7mm，存沙效果明顯；1.5m×1.5m與2m×2m的沙障存沙量小，4個月累計平均達到2.5mm，存沙效果差，中間存沙量小，風沙流主要被阻擋到柴草沙障兩側分布。由圖5可知，沙障兩側無法阻礙風速，沙障內1m×1.5m方格風速為0.1m/s，沙障內總體平均風速約為0.15m/s。考慮經濟成本，綜合兩組試驗數據分析，1m×1.5m的柴草沙障存沙量明顯，風速控制明顯，所以最終采用1m×1.5m的柴草沙障防風固沙。

三、擋沙墻試驗

（一）各種規格擋沙墻試驗

該標段k213+000～k215+000路段有時會出現6級以上沙塵暴天氣，柴草沙障無法遮擋沙塵暴攜帶的風沙，能見度低，影響高速運營。為避免此類情況的出現，該段落增設了擋沙墻。考慮到成本的投入，選取4m、5m、6m共計3種規格的擋沙墻進行試驗，如圖6所示。不同高度擋沙墻遮擋風沙流動的能力不同，風沙流運動在遇到擋沙墻時，部分氣流速度會增加，攜帶的風沙速度也會增加，擋沙墻高度無法達到流沙攀爬的高度，風沙積累到擋沙墻背風側及朝遠處運動，干擾路面視線。

圖6 ??各種規格擋沙墻擋沙能力測試

（二）各種規格擋沙墻擋沙能力

測定了3種規格下擋沙墻4個月內迎風面與背風面風積沙堆積厚度變化，風積沙都累積到迎風面下部，4m擋沙墻迎風面與背風面風積沙堆積分別為1.2cm和1cm；5m擋沙墻迎風面積累1.4cm，背風面積累0.5cm；6m擋沙墻迎風面積累1.4cm。各種規格擋沙墻與迎風側及背風側風積沙堆積厚度關系，如圖7所示。

圖7 ?各種規格擋沙墻兩側風沙堆積

由圖7可知，4m擋沙墻迎風側與背風側風積沙堆積量相差不多，遮擋風沙流能力差；5m擋沙墻迎風側風積沙堆積量較大，背風側風積沙堆積量4個月累計0.5cm，遮擋風沙流效果明顯；6m擋沙墻風積沙全部堆積到迎風側，表明6m擋沙墻高度較高，仍有富余量。綜合經濟成本和防風固沙的效果考慮，采用5m擋沙墻進行風沙防護。

四、防風固沙現場效果

（一）柴草沙障安裝

柴草孔隙率小，施工后地表粗糙度增大，防風效果明顯，為實現成本效益利用率最大化，沙障統一按照1m×1.5m規格安裝。

（二）擋沙墻現場施工

現場擋沙墻按照5m高度施工，為保證擋沙墻單個受風壓影響，每板擋沙墻交叉施工，前后搭接20cm、左右錯開60cm，以保證受力均勻。5m擋沙墻有效遮擋了來自高沙丘上的風沙，避免了風沙干擾路面運營。其施工如圖8所示。

五、結語

通過研究得到施工經驗如下。

1.在丘段落，通過安裝柴草沙障可以提高地表粗糙度，提高風阻抗能力，減少風沙隨風流失。

圖8 ?擋沙墻施工圖

2.試驗表明1m×1.5m的柴草沙障尺寸存沙能力強，地表粗糙度高，經濟成本投入合理，防風固沙效果明顯。

3.試驗表明沙塵暴天氣采用5m擋沙墻防護，背風側輸沙率基本接近于0，其阻沙能力與6m的擋沙墻接近，且施工難度較小、費用投入少。

4.1 m×1.5m的柴草沙障和5m高的擋沙墻可以很好地控制15m高沙丘的風沙流，避免風沙污染路面的同時，保障了行車安全。