張志峰， 林 露

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)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(qū)路基設(shè)計(jì)要點(diǎn)

張志峰， 林 露

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

隨著國(guó)家對(duì)西部公路建設(shè)投資力度的加大，高寒高海拔地區(qū)高等級(jí)公路的建設(shè)也越來(lái)越多。然而高寒高海拔地區(qū)往往地形、地質(zhì)條件復(fù)雜多變，且雪害凍害頻繁。在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況因地制宜地制定橫斷面形式，將不良?xì)夂蛟斐傻挠绊懡档阶畹?。以結(jié)合樂(lè)化路老路雪害分布特點(diǎn)及青海G213樂(lè)都至化隆段設(shè)計(jì)思考，探討山區(qū)公路受雪害影響時(shí)路基設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

高寒高海拔;雪害;路基設(shè)計(jì)

1 雪害影響形式

高寒高海拔地區(qū)高等級(jí)公路,相對(duì)于低海拔地區(qū)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(shí)際工程中，公路雪害影響形式主要有：自然積雪、風(fēng)吹雪和雪崩等[1]。

積雪會(huì)使得公路的通過(guò)能力大大降低，尤其是會(huì)引起路面結(jié)冰，增大交通事故發(fā)生的可能性，若路面積雪嚴(yán)重甚至?xí)?dǎo)致公路被封閉。

風(fēng)吹雪：風(fēng)吹雪對(duì)道路造成的影響是其對(duì)自然積雪的重新分配作用[2]，風(fēng)吹雪是風(fēng)攜帶著雪粒在近地面空氣中運(yùn)動(dòng), 將雪從一地搬運(yùn)到另一地的一種自然現(xiàn)象, 又稱風(fēng)雪流。根據(jù)研究，路面積雪過(guò)程與風(fēng)出現(xiàn)的時(shí)間密切相關(guān)，在沒(méi)有風(fēng)參與情況下,路面積雪的深度只與降雪量的大小有關(guān)，如果降雪或者雪后時(shí)有風(fēng)產(chǎn)生,風(fēng)搬運(yùn)的作用會(huì)使有些路段在接受降雪的同時(shí)也出現(xiàn)風(fēng)吹雪的堆積，在自然降雪的基礎(chǔ)上再增加風(fēng)吹雪的堆積。這會(huì)導(dǎo)致某些路段積雪更加嚴(yán)重。

2 雪害地區(qū)雪害情況實(shí)勘

樂(lè)都至化隆公路位于青海省海東地區(qū)樂(lè)都境內(nèi)，該路30 km～38 km段路線經(jīng)過(guò)馬陰山，路線跨越馬陰山埡口海拔為3 800 m。為探尋路基設(shè)計(jì)對(duì)積雪影響，于冬季對(duì)老路現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了調(diào)查踏勘，對(duì)易積雪路段進(jìn)行了記錄調(diào)查，詳細(xì)記錄了積雪路段路線走向及路基特點(diǎn)，歸納如下：

2.1 陰坡段積雪

自30 km進(jìn)入馬陰山至38 km翻越埡口，路線有5處陰坡段，全部積雪嚴(yán)重，且積雪強(qiáng)度與挖方邊坡高度成正比。幾乎整個(gè)冬季都不會(huì)消融，事實(shí)上幾乎造成了冬季封山,見(jiàn)圖1所示。

圖1 陰坡段積雪嚴(yán)重

2.2 回頭彎處積雪

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，回頭彎處也是積雪經(jīng)常發(fā)生的地區(qū)，且回頭彎處積雪有鮮明的特點(diǎn)：

(1) 回頭彎中間沒(méi)有障礙物時(shí)，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(huì)造成積雪，見(jiàn)圖2所示。

(3) 回頭彎若位置較低，被周圍山體陰影籠罩，則無(wú)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(yán)重一些。

圖2 回頭彎處中間有障礙物時(shí)積雪嚴(yán)重

2.3 陰坡段，路基外側(cè)有寬臺(tái)階

通過(guò)對(duì)陰坡段積雪情況的分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)陰坡段外側(cè)有較寬臺(tái)階時(shí)，臺(tái)階上積雪較多，臺(tái)階內(nèi)側(cè)路面積雪情況較無(wú)臺(tái)階處路面積雪情況要好。

2.4 涎流冰發(fā)生地段往往也是積雪嚴(yán)重地區(qū)

全線有3處較嚴(yán)重涎流冰處，均有積雪情況出現(xiàn)，見(jiàn)圖3所示。

圖3 涎流冰伴隨積雪

3 積雪地區(qū)公路選線原則

對(duì)于積雪地區(qū)公路選線原則很多學(xué)者都進(jìn)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(duì)積雪的影響。

路線布設(shè)應(yīng)遵循以下原則：盡量將路線布設(shè)于陽(yáng)坡。陽(yáng)坡一般積雪歷時(shí)短，雪害影響小；條件允許情況下，路線盡量布設(shè)于開(kāi)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(jīng)過(guò)埡口段應(yīng)選擇低而平的埡口通過(guò)；應(yīng)盡量避免設(shè)回頭；此外，還要加強(qiáng)氣候調(diào)查，使路線方向與風(fēng)向平行, 風(fēng)順著路將雪吹走, 可減少雪害。

此外，路基橫斷面形式對(duì)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(qū)最為嚴(yán)重[4]。

4 路基橫斷面形式對(duì)積雪形成影響

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

路堤：研究表明，當(dāng)路堤高度大于1 m時(shí)，“風(fēng)雪流”將從路堤上面繞越, 此時(shí)會(huì)在路堤兩側(cè)出現(xiàn)減速區(qū)。因此當(dāng)路堤填高大于1 m時(shí)，雪粒不會(huì)落在路堤上面，而在路堤兩側(cè)逐漸堆積，路面不會(huì)出現(xiàn)積雪現(xiàn)象。

而當(dāng)路堤高度小于1 m時(shí)，路堤對(duì)風(fēng)雪流的阻擋效應(yīng)不明顯，路堤兩側(cè)以及路堤范圍內(nèi)都會(huì)出現(xiàn)減速區(qū)，因此，路堤上也會(huì)出現(xiàn)積雪現(xiàn)象。顯然，零填路堤與周圍平地高度基本一致，顯然會(huì)出現(xiàn)積雪現(xiàn)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(duì)于大于6 m的深路塹，風(fēng)雪流經(jīng)過(guò)時(shí)，會(huì)在路塹內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)的旋風(fēng)氣流，阻止雪粒在路塹內(nèi)堆積，因而深路塹內(nèi)一般不會(huì)出現(xiàn)積雪。

2～6 m路塹：風(fēng)雪流經(jīng)過(guò)時(shí)，也會(huì)在路塹內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)的旋風(fēng)氣流，但是速度增加不大，這類路塹內(nèi)還是會(huì)產(chǎn)生積雪。

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

5 風(fēng)雪地區(qū)公路選線及路基工程

5.1 工程概況

G213策克至磨憨公路樂(lè)都至化隆段，為雙向四車道高速公路，路基寬度24.5 m，設(shè)計(jì)速度80 km/h。其中30 km至46 km沿馬陰山布設(shè)，海拔最高處約3 400 m，經(jīng)過(guò)對(duì)原老路調(diào)查，發(fā)現(xiàn)老路部分路段冬季積雪嚴(yán)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(zhǎng)，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(shí)際應(yīng)用

從以上的標(biāo)準(zhǔn)可以看出,對(duì)于這樣的山嶺重丘區(qū)要修筑這樣標(biāo)準(zhǔn)的高速,無(wú)論工程量、施工條件、地質(zhì)環(huán)境都是相當(dāng)艱苦的。而且馬陰山高海拔段，積雪時(shí)間較長(zhǎng)的地段也相對(duì)集中于該部分路段。針對(duì)以上工程實(shí)際情況,在橫斷面設(shè)計(jì)時(shí)充分利用之前的研究成果,結(jié)合實(shí)際地形,合理地確定橫斷面形式[7]。具體運(yùn)用如下：

(1) 內(nèi)業(yè)設(shè)計(jì)中拉坡時(shí)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(duì)于路塹段，碎落臺(tái)寬度增加到2 m。減少積雪概率的同時(shí)，在產(chǎn)生積雪的時(shí)候也可以做為積雪平臺(tái)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(shí)，也可增加陽(yáng)光照射時(shí)間，即使產(chǎn)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(cè)設(shè)立小型棄土場(chǎng)，改善低路堤環(huán)境，減少積雪可能性。

(5) 挖方邊坡外側(cè)利用棄方堆積一些寬階地，改善積雪狀況。

(6) 路基設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合涵洞設(shè)計(jì)，確保附近山體匯水能順暢排出，不形成涎流冰。

6 結(jié)束語(yǔ)

高寒高海拔地區(qū)，氣溫較低，風(fēng)吹雪等雪害對(duì)公路運(yùn)營(yíng)安全影響極大，且公路積雪以后，往往會(huì)因低溫迅速結(jié)冰，大大降低山區(qū)公路冬季通行能力，嚴(yán)重的還會(huì)造成冬季封路的可能性。然而，公路地區(qū)選線技術(shù)是很少有人開(kāi)展過(guò)的研究領(lǐng)域，加之以前山區(qū)公路等級(jí)低，雪害影響并沒(méi)得到重視。公路技術(shù)人員在選線和路基設(shè)計(jì)時(shí)，往往只注重確定合理線型和平縱指標(biāo)、控制工程規(guī)模，而不會(huì)將降低雪害影響作為考慮因素。且山區(qū)公路往往棄方總量就已經(jīng)相當(dāng)可觀，通過(guò)加寬碎落臺(tái)和放緩邊坡形式來(lái)減緩雪害影響，無(wú)疑會(huì)再增加土方量，于控制工程造價(jià)和控制工程規(guī)模不利。

高寒高海拔地區(qū)防雪害工作有很大的難度，設(shè)立諸如防雪墻、攔雪帶等各種防雪害措施[8-10]，無(wú)疑會(huì)大大增加造價(jià)。但是隨著越來(lái)越多的高等級(jí)路要越過(guò)山區(qū)，為保證冬季通行，又不得不引入防雪害技術(shù)。因而，優(yōu)化雪害處理措施，對(duì)雪害形成機(jī)理進(jìn)行更深入地研究，是下一步防雪害研究的重點(diǎn)。

[1] 趙金順,魏慶朝,李立軍. 道路工程積雪災(zāi)害的安全設(shè)計(jì)與防治措施研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2004(12):3～8.

[2] 官正榮.風(fēng)雪地區(qū)公路選線及路基工程抗雪害技術(shù)研究[D].成都：西南交通大學(xué),2010.

[3] 席建鋒.公路風(fēng)吹雪雪害形成機(jī)理及預(yù)測(cè)研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué),2007.

[4] 柴環(huán)宇,宋佳輝,白寶山，等.雪災(zāi)多發(fā)地區(qū)的公路勘測(cè)設(shè)計(jì)[J].內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸,2009(5),38～40.

[5] 邴文山.積雪地區(qū)設(shè)計(jì)路基橫斷面應(yīng)注意的問(wèn)題[J].公路，1981(8):25～27.

[6] 張海峰.風(fēng)吹雪災(zāi)害試驗(yàn)與路基斷面形式研究[D].蘭州：蘭州大學(xué),2009.

[7] 劉海平.新疆風(fēng)雪地區(qū)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(nóng)業(yè)大學(xué),2014.

[8] 張 霞.面向風(fēng)吹雪雪害防治的公路路基與路測(cè)設(shè)計(jì)研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué),2007.

[9] 高鵬飛.公路風(fēng)吹雪雪害防治技術(shù)研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué),2009.

[10] 趙國(guó)平.公路擋雪墻防風(fēng)阻雪作用機(jī)制研究[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，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(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司高級(jí)工程師．

U416.168

A

1673-5781(2016)04-0473-03