临近高速公路大于15米高沙丘防风固沙措施

2021-01-30

中国公路 2021年1期

（中铁十五局集团有限公司，上海 200000）

一、工程概况

新建敦煌至当金山口高速公路DD2合同段位于甘肃省敦煌市境内，项目起点位于敦煌市阳关镇，终点位于敦煌市阿克塞县。工程起迄里程k176+000～k219+000，路线全长43km。该项目路线地貌属戈壁滩倾斜平原和基岩山地地貌，戈壁滩倾斜平原地形平坦，地势开阔，地表植物稀少，且散布戈壁砾石，部分地区风积沙覆盖，局部地段为硫酸—亚硫酸弱盐渍土。线路k212+596～k215+000段临近新建高速公路，右侧沙丘高达15m以上，地表覆盖松散风积沙，一般厚度30cm～50cm，最厚处2m，断续分布固定沙丘厚度达40cm～150cm，该路段零星分布少量骆驼刺等戈壁植物。

二、柴草沙障试验

（一）选材和设计

沙丘下部植物是固定沙丘的根本。在前期设计中，柴草沙障材料包括芦苇片、硬树枝和沙柳3种。芦苇片从南方地区运输至西北成本较大，该地段地表覆盖松散风积沙，表部散布戈壁砾石且土质较硬，而芦苇片的韧度不够，不利于施工；硬树枝数量短缺，插入难度大，人工费用高，松土施工容易对原地表造成破坏。因此，项目最终确定采用沙柳，从内蒙古运至现场，其具有成本低、韧性高、存活能力强，且对当地生态破坏较小等优势。

试验选取k213+000～k215+000段沙丘设置1m×1m、1m×1.5m、1.5m×1.5m、2m×2m共4种不同规格的柴草沙障，埋入深度15cm，外漏长度25cm，柴草厚度5cm，每种规格设置范围为30m×30m的正方形，如图1所示。在方格内布置钢纤，并标记外漏初始值，分别在1个月、2个月、3个月、4个月后测试钢纤外漏长度变化，测算各种规格内存沙量，如图2所示。采用UT363迷你风速仪测试各个沙障内风速变化，确定4种规格沙障施工后的整体地表粗糙度变化，如图3所示。

图1  4种不同规格的柴草沙障

图2  钢纤外漏长度变化

图3   风速测试图

（二）数据分析

研究测定了4种规格沙障在4个月时间内的存沙量变化，4种规格柴草沙障都按照埋入深度15cm、外漏长度25cm、柴草厚度5cm埋设，存沙量与各种规格沙障面积关系，如图4所示，风速仪测试了沙障两侧及沙障内风速变化，沙丘表面风速与各种规格沙障面积关系，如图5所示。

图4  存沙量与各种规格沙障面积关系

图5  沙障两侧及中心风速测试

由图4可知，1m×1m与1m×1.5m的沙障两侧存沙量相近，4个月累计平均达到7mm，存沙效果明显；1.5m×1.5m与2m×2m的沙障存沙量小，4个月累计平均达到2.5mm，存沙效果差，中间存沙量小，风沙流主要被阻挡到柴草沙障两侧分布。由图5可知，沙障两侧无法阻碍风速，沙障内1m×1.5m方格风速为0.1m/s，沙障内总体平均风速约为0.15m/s。考虑经济成本，综合两组试验数据分析，1m×1.5m的柴草沙障存沙量明显，风速控制明显，所以最终采用1m×1.5m的柴草沙障防风固沙。

三、挡沙墙试验

（一）各种规格挡沙墙试验

该标段k213+000～k215+000路段有时会出现6级以上沙尘暴天气，柴草沙障无法遮挡沙尘暴携带的风沙，能见度低，影响高速运营。为避免此类情况的出现，该段落增设了挡沙墙。考虑到成本的投入，选取4m、5m、6m共计3种规格的挡沙墙进行试验，如图6所示。不同高度挡沙墙遮挡风沙流动的能力不同，风沙流运动在遇到挡沙墙时，部分气流速度会增加，携带的风沙速度也会增加，挡沙墙高度无法达到流沙攀爬的高度，风沙积累到挡沙墙背风侧及朝远处运动，干扰路面视线。

图6   各种规格挡沙墙挡沙能力测试

（二）各种规格挡沙墙挡沙能力

测定了3种规格下挡沙墙4个月内迎风面与背风面风积沙堆积厚度变化，风积沙都累积到迎风面下部，4m挡沙墙迎风面与背风面风积沙堆积分别为1.2cm和1cm；5m挡沙墙迎风面积累1.4cm，背风面积累0.5cm；6m挡沙墙迎风面积累1.4cm。各种规格挡沙墙与迎风侧及背风侧风积沙堆积厚度关系，如图7所示。

图7  各种规格挡沙墙两侧风沙堆积

由图7可知，4m挡沙墙迎风侧与背风侧风积沙堆积量相差不多，遮挡风沙流能力差；5m挡沙墙迎风侧风积沙堆积量较大，背风侧风积沙堆积量4个月累计0.5cm，遮挡风沙流效果明显；6m挡沙墙风积沙全部堆积到迎风侧，表明6m挡沙墙高度较高，仍有富余量。综合经济成本和防风固沙的效果考虑，采用5m挡沙墙进行风沙防护。