武大平 WU Da-ping

（甘肅公航旅檢測科技有限公司，蘭州 730000）

1 背景

酒（泉）嘉（峪關(guān)）繞城高速公路是《甘肅省省道網(wǎng)規(guī)（2013-2030）》規(guī)劃的6 條環(huán)城高速公路之一，是納入甘肅省“十三五”規(guī)劃的研究項(xiàng)目，對完善酒泉—嘉峪關(guān)地區(qū)公路網(wǎng)絡(luò)，帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展加快建設(shè)酒嘉國家級公路運(yùn)輸樞紐具有重要意義。

路線經(jīng)過區(qū)海拔在1430～1635m 之間，地勢較平坦，地貌類型多樣。中西部多為堆積戈壁；東南、東北為濕地綠洲，濕地綠洲隨地貌被戈壁分割為點(diǎn)、塊、條、帶狀。根據(jù)海拔高度、相對高度及自然條件可將項(xiàng)目區(qū)地貌劃分為：堆積戈壁區(qū)、湖沼平原區(qū)、湖沼地-風(fēng)積沙丘區(qū)、風(fēng)積沙丘區(qū)、沖積平原區(qū)、山前傾斜平原區(qū)、低-中山區(qū)、古河谷階地區(qū)。

其中K17+200～K18+560 路段通過風(fēng)積沙湖沼區(qū)，地表為風(fēng)積沙，厚度達(dá)1～3m，地下水位埋深淺，地表植被茂密，主要有蘆葦、蒿草，地表鹽漬化，見鹽脹，厚0.5m。易溶鹽含量0.55%-0.72%,硫酸鹽中鹽漬土，層厚2.5-3.0m，土對混凝土結(jié)構(gòu)有中-強(qiáng)腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有弱腐蝕性。

K19+000～K23+400 路段兩側(cè)多沙丘溝壑，每年3～4月，春季空氣干燥，大風(fēng)偏多，經(jīng)常飄帶沙塵，一場沙塵過后，道路都會有3～4cm 厚的積沙，嚴(yán)重時(shí)，道路面目全非，能見度不到5m，完全找不到路，對行車帶來很大的安全隱患，對后期養(yǎng)護(hù)也造成極大困惑，光清除積沙就需要投入巨大的人力物力財(cái)力，造成很大的浪費(fèi)。因此，在設(shè)計(jì)和施工階段著手解決此類問題，可以起到事半功陪的效果，勢在必行（見圖1）。

圖1 機(jī)械正在清除路面風(fēng)積沙

2 風(fēng)積沙形成的成因和治理方向

風(fēng)蝕的形成必須具備兩個(gè)基本前提：地表要有可蝕性顆粒物；有足以使地表土壤顆粒產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的風(fēng)速。任何一個(gè)風(fēng)沙流系統(tǒng)都由侵蝕、輸運(yùn)和沉積三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，但不同的風(fēng)沙流系統(tǒng)的空間尺度可能存在較大差異，造成的危害也不同。受大尺度天氣系統(tǒng)控制的風(fēng)沙流系統(tǒng)，其物質(zhì)源區(qū)和匯區(qū)可能相距幾千千米，影響范圍能達(dá)到上百萬平方千米，造成的危害極大。如物質(zhì)源區(qū)位于蒙古和我國內(nèi)蒙古、甘肅一帶的大型沙塵暴，最遠(yuǎn)可輸送到朝鮮、日本和美國的夏威夷等地，危害范圍幾乎覆蓋整個(gè)東北亞。而受小尺度地形或局部空氣對流控制的風(fēng)沙流系統(tǒng)，物質(zhì)的輸運(yùn)距離可能只有幾百米到幾千米。所以，要控制風(fēng)蝕，一方面要改變下墊面結(jié)構(gòu)，提高其抗蝕能力；另一方面要增加地面粗糙度和摩擦力，降低近地面風(fēng)速。這是防治風(fēng)力侵蝕的兩個(gè)基本原則。

對于一個(gè)已具有多層級完備的風(fēng)沙系統(tǒng)來說，如果人為采取工程措施，削減或阻擋各分支風(fēng)流，統(tǒng)一貫通的區(qū)域風(fēng)場就會瓦解，原有宏觀一體化的侵蝕、搬運(yùn)過程也會隨之解體，形成多個(gè)局部風(fēng)沙系統(tǒng)。各局域風(fēng)沙系統(tǒng)因與大系統(tǒng)阻離，風(fēng)強(qiáng)逐漸減弱，侵蝕、搬運(yùn)、堆積過程的尺度也隨之減小，多以近源的短程、小規(guī)模的侵蝕、搬運(yùn)和頻繁的局部沉積為主，從而可有效地制止危害公路行車安全的隱患，并為提高防治效率提供了可能性。

3 因地制宜，優(yōu)化設(shè)計(jì)，完善功能

3.1 主線經(jīng)過風(fēng)積沙路段的設(shè)計(jì)措施 主線范圍內(nèi)風(fēng)積沙，使用挖掘機(jī)和推土機(jī)清除基底半固定沙丘深度1.0～2.0m，寬度超出路基坡腳至少2.0m 以上，采用壓路機(jī)對路基基底進(jìn)行碾壓，使其更加堅(jiān)固耐用，保證基底承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 主線兩側(cè)風(fēng)積沙路段的設(shè)計(jì)理念 對距離路基較近的風(fēng)積沙，采取清理風(fēng)積沙，換填碎礫石土，最后夯拍10cm 厚的卵碎石，減緩風(fēng)速，穩(wěn)固沙丘；也可以在路側(cè)堆積沙土防風(fēng)墻，避免風(fēng)沙對路基的直接吹襲；對于路段較陡的地方，可以修建護(hù)坡或排水溝來增加路基的穩(wěn)定性。

3.3 迎風(fēng)口風(fēng)積沙路段的設(shè)計(jì)原理 對局部較為嚴(yán)重的風(fēng)吹沙丘移動(dòng)現(xiàn)象，為固定沙丘，降低風(fēng)沙影響，在路基兩側(cè)地表，移動(dòng)沙丘區(qū)域設(shè)置蘆葦植物籬笆墻、土工格沙障或防風(fēng)抑塵網(wǎng)，降低風(fēng)積沙的移動(dòng)速度；路基坡腳外10m范圍整平，鋪筑10cm 厚的卵碎石，減緩風(fēng)速，穩(wěn)固沙丘。

4 借鑒經(jīng)驗(yàn)，分類治理，效果顯著

4.1 利用鐵路廢棄的枕木做柵欄 嘉策鐵路橫穿戈壁荒漠，西北風(fēng)肆虐，風(fēng)積沙嚴(yán)重，為保證鐵路正常運(yùn)營，在較為嚴(yán)重的路段，利用鐵路廢棄的枕木作為抗風(fēng)沙的柵欄，枕木間距50cm，高度2m，經(jīng)過多年觀測，背風(fēng)面風(fēng)積沙明顯減弱，只堆積在距離柵欄2m 范圍內(nèi)，取得了較好的效果。（見圖2）

圖2 枕木防沙柵欄

4.2 開挖風(fēng)積沙沉淀溝 嘉金公路同樣地處戈壁荒漠，沿線采用了在迎風(fēng)面開挖排水溝的形式，排水溝的尺寸為靠近公路一側(cè)略高，口寬2m，深60cm，阻擋或減緩風(fēng)積沙移動(dòng)速度，每年定期集中清理一遍，效果顯著。（見圖3）

圖3 風(fēng)沙沉淀溝

4.3 蘆葦植物防風(fēng)籬笆墻 肅沙一級公路位于甘肅省酒泉市敦煌市和肅北蒙古族自治縣境內(nèi)，地處河西走廊西端、祁連山北麓，北緯39°54′～39°30′，東經(jīng)95°53′～94°19′之間。總體走向由東南偏向西北，主要為祁連山山前傾斜平原戈壁和沙山區(qū)兩種地貌。地勢整體呈南高北低的態(tài)勢，海拔介于1240～1460m 之間，地勢平坦開闊。由于地處緯度偏北，戈壁廣布，遠(yuǎn)離海洋，邊沿又有山脈阻隔，暖濕氣流不易到達(dá)，氣候更為干燥，屬戈壁荒漠氣候（溫帶干旱氣候）。肅沙公路的建設(shè)能夠有效改善肅北縣、酒泉市的交通環(huán)境，極大地促進(jìn)同周邊城市之間的交通聯(lián)系與經(jīng)濟(jì)往來，對建設(shè)絲路文明與生態(tài)資源特色發(fā)展區(qū)，以敦煌作為地區(qū)中心城市地位，支持敦煌建設(shè)國際文化旅游名城和綠洲田園城市，并帶動(dòng)周邊城鎮(zhèn)共同發(fā)展，促進(jìn)經(jīng)貿(mào)流通，創(chuàng)造有利的投資環(huán)境具有極其重要的作用。主線起點(diǎn)位于肅北縣規(guī)劃環(huán)城西路與緯二路延伸線交叉口，沿規(guī)劃環(huán)城西路至肅阿路，拓寬利用現(xiàn)有肅阿路至肅阿路連接線路口，沿西灘水庫、敖包和一級公益林西側(cè)至五個(gè)廟與S303 順接，拓寬利用現(xiàn)有S303 至沙棗園，終點(diǎn)與柳格高速（G3011）K196+099.607 處設(shè)立體交叉，主線路線全長56.041km（含長鏈63.578m）。

項(xiàng)目于2020 年10 月建成通車，由于該項(xiàng)目施工圖設(shè)計(jì)沒有考慮風(fēng)積沙對公路運(yùn)營的安全隱患，公路建成通車的初年就發(fā)現(xiàn)大量風(fēng)積沙堆積公路的現(xiàn)象，給公路養(yǎng)護(hù)帶來了極大的困惑，花費(fèi)大量的人力物力清除，費(fèi)工費(fèi)力，效果還不明顯，存在較大的安全隱患。（風(fēng)積沙病害見圖4）因此，項(xiàng)目運(yùn)營公司2020 至2021 年在K38+100～K48+480路基右側(cè)較為嚴(yán)重的風(fēng)積沙移動(dòng)路段，為降低風(fēng)沙速度，穩(wěn)固沙丘，在填方路基坡腳外3m，沙丘頂部迎風(fēng)側(cè)距脊線2m 左右的位置設(shè)置了高1.8m 的蘆葦植物防風(fēng)籬笆墻，經(jīng)過幾年的定期觀測，收到很好的效果。（見圖5）

圖4 風(fēng)積沙侵蝕道路

圖5 蘆葦植物籬笆墻

5 經(jīng)濟(jì)對比

經(jīng)過測算，幾種治理風(fēng)積沙的方案的成本分析如表1。

表1 風(fēng)積沙治理方案成本分析表

綜上分析，鐵路枕木柵欄成本為：560 元/m，造價(jià)最高；蘆葦籬笆墻成本36.3 元/m，造價(jià)最低。從防風(fēng)積沙效果來看，鐵路枕木柵欄效果最佳，土工格沙障由于高度過低，僅為20cm，容易被風(fēng)沙掩埋，效果最差。

6 酒嘉項(xiàng)目采取防風(fēng)固沙的措施

6.1 土工格室沙障 土工格室沙障是把有鰭沙障設(shè)為主帶，無鰭沙障設(shè)為副帶的方格沙障，一般設(shè)在上風(fēng)側(cè)流動(dòng)沙丘，形式主要有不透風(fēng)和透風(fēng)式。酒嘉繞城高速公路在K20+500～K23+200 路基兩側(cè)較為嚴(yán)重的風(fēng)吹沙移動(dòng)路段，為固定沙丘，降低風(fēng)沙影響，設(shè)置了土工格室沙障。土工格尺寸為1.0*1.0m，行間距為1.0m，列間距為1.0m，縱橫向節(jié)點(diǎn)采用圓木條打入地基中固定，木條布設(shè)于縱橫節(jié)點(diǎn)處，保持土工格平整舒展牢固。（見圖6、圖7）

圖6 成型的土工格沙障

圖7 航拍的成型土工格沙障一隅

6.2 蘆葦植物防風(fēng)籬笆墻 蘆葦在建筑中具有多種用途，可以用于構(gòu)建、裝飾、隔斷和環(huán)保等方面。它不僅具有自然美觀的特點(diǎn)，還具有價(jià)格便宜、取材方便的效能，是一種常見且多功能的建筑材料。無論是為了創(chuàng)造美麗的建筑風(fēng)格，還是為了保護(hù)環(huán)境，抑制風(fēng)速，蘆葦都是一個(gè)理想的選擇。酒嘉繞城高速公路在K18+300～K18+480 路基左側(cè)較為嚴(yán)重的風(fēng)吹沙移動(dòng)路段，為降低風(fēng)沙速度，穩(wěn)固沙丘，在填方路基坡腳外3m，沙丘頂部迎風(fēng)側(cè)距脊線2m 左右的位置設(shè)置了長180m，高1.5m 的蘆葦植物防風(fēng)籬笆墻。（見圖8）

圖8 植物防風(fēng)籬笆墻

6.3 防風(fēng)抑塵網(wǎng) 防風(fēng)抑塵網(wǎng)是利用空氣動(dòng)力學(xué)原理，按照實(shí)施現(xiàn)場環(huán)境風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果加工成一定幾何形狀、開孔率和不同孔形組合擋風(fēng)抑塵墻，使流通的空氣（強(qiáng)風(fēng)）從外通過墻體時(shí)，在墻體內(nèi)側(cè)形成上、下干擾的氣流以達(dá)到外側(cè)強(qiáng)風(fēng)，內(nèi)側(cè)弱風(fēng)，外側(cè)小風(fēng)，內(nèi)側(cè)無風(fēng)的效果，從而防止粉塵的飛揚(yáng)；另外此項(xiàng)技術(shù)成本低、安裝方便，一次投資，長期受益，基本上不需要維護(hù)；應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，在沙化比較嚴(yán)重的地區(qū)，用于減少沙石堆積和移動(dòng)；在環(huán)境保護(hù)中，防風(fēng)網(wǎng)能減少散料物體裝卸和堆放過程中的逸散，特別適用于儲煤場、礦石等露天散料堆場。

酒嘉繞城高速公路在K19+790～K19+990 路基右側(cè)風(fēng)口處，風(fēng)積沙較為嚴(yán)重的路段，在路基坡腳外5m，設(shè)置了長200m，高4m 的防風(fēng)抑塵網(wǎng)，防風(fēng)抑塵網(wǎng)網(wǎng)板采用三峰型金屬擋風(fēng)板，厚度為0.6mm，開孔率約為35%，縱向間隔18m 設(shè)置一處斜撐，用來穩(wěn)固網(wǎng)板以防被風(fēng)吹倒。主要包括防塵網(wǎng)地下基礎(chǔ)：在每根鋼管支架下現(xiàn)場澆筑地下獨(dú)立基礎(chǔ)；防風(fēng)網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)：參照當(dāng)?shù)仫L(fēng)力風(fēng)速設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)。采用鋼支架支護(hù)，支架主要給“擋風(fēng)抑塵墻”提供足夠的強(qiáng)度，抵御強(qiáng)風(fēng)的破壞，其次考慮整體美觀，支架主體選用方鋼管，增大橫截面；擋風(fēng)網(wǎng)安裝：使用壽命15～20 年。連接采用螺釘和壓板固定，擋風(fēng)抑塵網(wǎng)的具體尺寸、彎曲度、開孔率應(yīng)根據(jù)堆場的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。（見圖9）

圖9 防風(fēng)抑塵網(wǎng)

6.4 取得的效果 酒嘉繞城高速建成已兩年多，經(jīng)過定期觀測比較，設(shè)置了蘆葦植物籬笆墻和防風(fēng)抑塵網(wǎng)的迎風(fēng)面堆積了大量的風(fēng)積沙，背風(fēng)面風(fēng)積沙明顯減少，社會和經(jīng)濟(jì)效益顯著。一是為公路養(yǎng)護(hù)減輕負(fù)擔(dān)，減少養(yǎng)護(hù)工人清掃風(fēng)積沙的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了養(yǎng)護(hù)成本；二是降低了安全事故發(fā)生的頻率，提高了公路安全通行系數(shù)。尤其是土工格沙障和防風(fēng)抑塵網(wǎng)組合效果更明顯（見圖10）。

圖10 防風(fēng)抑塵網(wǎng)和土工格沙障

7 結(jié)論

河西戈壁荒漠地區(qū)風(fēng)積沙不可避免，結(jié)合許多成功案例，根據(jù)財(cái)力狀況，可以按照風(fēng)積沙嚴(yán)重程度，分批分段落，采取臨時(shí)和永久相結(jié)合的方式進(jìn)行治理，在高速公路建設(shè)期間有重點(diǎn)地采取措施，有針對性地提前解決，為后期養(yǎng)護(hù)起到事半功倍的效果。