南疆沙漠地区草方格沙障施工技术与应用评价

2021-07-02孔庆波纳守贵贺金明高勋辉

山东交通科技 2021年2期

孔庆波，纳守贵，贺金明，高勋辉

（中交路桥华北工程有限公司，北京 100000）

引言

新疆乌尉公路项目处于新疆南疆沙漠地区，塔里木盆地东北边缘，塔克拉玛干沙漠东北角，路线展布于孔雀河及塔里木河冲积区，局部穿越风积沙漠区。该地区地形复杂，气候特殊，公路沿线多河谷、风沙，全线地貌单元分为风积地貌和河流冲积平原地貌。当地春季多风，夏季炎热，干旱、沙尘等灾害性天气较多，对施工影响较大。

项目区风沙对公路的危害主要包括沙埋和风蚀[1-3]。公路沙埋主要有两种情况：（1）由于风沙流通过路基时，风速减弱，导致沙粒沉落、堆积，掩埋路基。（2）由于沙丘移动上路而掩埋路基。风蚀是在风沙的直接冲击下，路基上的沙粒或土颗粒被风吹走，出现路基削底、掏空和坍塌等现象，从而引起路基的宽度和高度的减小。风蚀的程度与风力、风向、路基形式、填料组成及防护措施等有关。现有工程经验也阐释在开展沙漠地区，公路工程建设易出现沙埋和风蚀等问题，对工程建设顺利推进和工程质量保障都产生过不利影响，因此，需针对南疆沙漠地区的气候环境特点，利用当地盛产的芦苇，就地取材，形成南疆沙漠地区草方格沙障施工工艺。

1 草方格沙障现场施工关键技术

1.1 施工工艺流程

施工工艺流程：整平边坡→测量放样→芦苇制备→铺放芦苇→芦苇植入→质量检测→完工验收，见图1。

图1 草方格植护工序

1.2 整平边坡

清除坡面的松土、石屑等。沙漠地区边坡应采用低填的方式为主，在裸露平坦的沙砾戈壁地区，一般坡高不超过50 cm为宜。沙漠地区公路坡度设计值为1∶4，矮边坡坡度缓于1∶3，取土坑应做成浅槽状，边坡相交的棱角削成圆弧状的流线型。另外沙漠地区挖方边坡弊多利少，应尽量不设或少设。

1.3 测量放样

根据防护位置进行边线放线，确定草方格距离道路的位置、草方格施工范围和面积，通过拉设围圈来标定边界。在区域内部用彩旗或木桩做出明显标识，方便后期施工放样。根据图纸要求将草方格间距进行放样，并在坡面上挂线或洒布石灰形成100 cm×100 cm的正方形网格，见图2。芦苇沙障施工要保证主带（横对风向的为主带）、副带间距均匀为1 m，主、副带衔接得当,以保证草方格沙障施工后的美观。

图2 草方格植护划线

1.4 芦苇制备

水旁生长的芦苇丛经收割后是不能直接利用的，需要先进行初步处理，包括：晾晒、碾压、湿润和裁剪等步骤。（1）晾晒：利用沙漠地区的太阳光进行暴晒，保证芦苇的干燥性以及可操作性，降低后期的施工难度。（2）碾压：一般采用机械设备对芦苇进行碾压，能够将管柱状的芦苇压劈为两半，改变其形状，将其变为柔性可弯折材料。（3）湿润：运送到施工现场后，芦苇扎制草方格前需在材料上洒一些水，使之湿润，提高材料的柔性，以免扎制时折断。（4）裁剪：芦苇原料长度为1.4 m左右，施工前将芦苇切成标准长度为70 cm的草段。

1.5 铺放芦苇

使用挖槽机沿布设好的网格线挖深度为15 cm的倒等腰三角形槽，将芦苇中间位置垂直摆放于网格线上，然后在芦苇中间部位稍加喷水，使中间部分软化，适当增加芦苇材料的柔性，以方便下一步的植入。为处理好网格交叉点的重叠问题，在迎风侧应先铺设主带,后铺设副带；在背风侧应先铺设副带，后铺设主带，并按照“先远后近，自上而下”的顺序进行施工。

1.6 芦苇植入

用平板铣在草中部用力将其对折压入沙层内15 cm，拥沙扶直（高出地面2～3 cm）；出露高度20 cm（偏差为±2 cm），顶部宽度5～6 cm，再用脚将草带两侧的沙踩实，并用铁锨或刮沙板将沙障内的沙向草带处刮一刮，使草方格提前形成碟形凹槽，有利于沙障内地面稳定。

芦苇沙障应压沙插实，埋设稳固。芦苇埋置应垂直坡面,外露部分表面平整,种植牢固，如有破口应及时修补。

1.7 质量检测及完工验收

草方格沙障的施工过程以及防护效果必须符合相关技术标准、规范以及图纸设计要求，监理抽查、检验完成，合格后再进行完工验收。质量要求见表1。

表1 芦苇草方格沙障质量要求

另外，芦苇草方格要求线条顺直，纵横向芦苇之间衔接紧密。草方格沙障每隔1 000 m布设一条防火通道（兼维护通道、动物通道），宽度不小于1 m，通道内不埋设芦苇或麦秸草。

2 试验段应用与效益分析

2.1 现场应用

中国交建新疆乌尉公路包PPP项目YSTJ-02标段局部穿越风积沙漠区，选用项目沿线巴州境内博斯腾湖域生长的芦苇，结合现场施工条件，在乌尉公路风积沙漠区段铺设了埋深为15 cm，出露高度为20 cm，方格尺寸为100 cm×100 cm的草方格沙障试验段，见图3。并对该区段内的公路边坡防沙固沙效果进行现场质量检测。

图3 草方格沙障现场铺设

2.2 工程效益分析

草方格沙障试验段铺设完毕后，对该区段进行为期6个月的观测。相比非铺设区段，铺设区段公路路面较整洁，路肩、路面上基本无可见沙粒沉积。可见该草方格沙障规格（埋深为15 cm，出露高度为20 cm，方格尺寸为100 cm×100 cm）具有良好的阻沙效果，有效防止了风沙对路基路面的掩埋、风蚀，保证了沙漠公路的长期使用质量，增加了行车安全及舒适性。

2.3 经济效益分析

试验段用草方格采用新疆巴州境内博斯腾湖域生长的芦苇，博斯腾湖域是中国四大芦苇产区之一，芦苇水上生长面积达60多万亩，水面以上高度4～6 m，每年盛产芦苇约40万吨，且不易脆断，现场应用证明其完全适宜作为草方格沙障。就地取材节省了材料成本，节约了从外地大量调运芦苇的运输成本，相应提高了施工进度；而且长期来看该芦苇草方格跟换或加密方便，节省了养护成本。

2.4 环保效益分析

草方格沙障的铺设可以减缓沙丘的推进速度，有效减小了土地荒漠化的速度。经检测发现，草方格沙障底部沙粒的含水率明显高于未铺设区段，而且在草方格沙障内部可种植多种沙漠植物，植物的根部又可以起到固沙的效果。另外相比于机械沙障，采用可降解的芦苇作为草方格沙障的原材料，不会对环境造成污染，更是对沙漠地区脆弱的自然环境起到了有效保护。