河西戈壁荒漠地区风积沙路段治理研究

武大平 WU Da-ping

（甘肃公航旅检测科技有限公司，兰州 730000）

1 背景

酒（泉）嘉（峪关）绕城高速公路是《甘肃省省道网规（2013-2030）》规划的6 条环城高速公路之一，是纳入甘肃省“十三五”规划的研究项目，对完善酒泉—嘉峪关地区公路网络，带动区域经济发展加快建设酒嘉国家级公路运输枢纽具有重要意义。

路线经过区海拔在1430～1635m 之间，地势较平坦，地貌类型多样。中西部多为堆积戈壁；东南、东北为湿地绿洲，湿地绿洲随地貌被戈壁分割为点、块、条、带状。根据海拔高度、相对高度及自然条件可将项目区地貌划分为：堆积戈壁区、湖沼平原区、湖沼地-风积沙丘区、风积沙丘区、冲积平原区、山前倾斜平原区、低-中山区、古河谷阶地区。

其中K17+200～K18+560 路段通过风积沙湖沼区，地表为风积沙，厚度达1～3m，地下水位埋深浅，地表植被茂密，主要有芦苇、蒿草，地表盐渍化，见盐胀，厚0.5m。易溶盐含量0.55%-0.72%,硫酸盐中盐渍土，层厚2.5-3.0m，土对混凝土结构有中-强腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有弱腐蚀性。

K19+000～K23+400 路段两侧多沙丘沟壑，每年3～4月，春季空气干燥，大风偏多，经常飘带沙尘，一场沙尘过后，道路都会有3～4cm 厚的积沙，严重时，道路面目全非，能见度不到5m，完全找不到路，对行车带来很大的安全隐患，对后期养护也造成极大困惑，光清除积沙就需要投入巨大的人力物力财力，造成很大的浪费。因此，在设计和施工阶段着手解决此类问题，可以起到事半功陪的效果，势在必行（见图1）。

图1 机械正在清除路面风积沙

2 风积沙形成的成因和治理方向

风蚀的形成必须具备两个基本前提：地表要有可蚀性颗粒物；有足以使地表土壤颗粒产生运动的风速。任何一个风沙流系统都由侵蚀、输运和沉积三个环节构成，但不同的风沙流系统的空间尺度可能存在较大差异，造成的危害也不同。受大尺度天气系统控制的风沙流系统，其物质源区和汇区可能相距几千千米，影响范围能达到上百万平方千米，造成的危害极大。如物质源区位于蒙古和我国内蒙古、甘肃一带的大型沙尘暴，最远可输送到朝鲜、日本和美国的夏威夷等地，危害范围几乎覆盖整个东北亚。而受小尺度地形或局部空气对流控制的风沙流系统，物质的输运距离可能只有几百米到几千米。所以，要控制风蚀，一方面要改变下垫面结构，提高其抗蚀能力；另一方面要增加地面粗糙度和摩擦力，降低近地面风速。这是防治风力侵蚀的两个基本原则。

对于一个已具有多层级完备的风沙系统来说，如果人为采取工程措施，削减或阻挡各分支风流，统一贯通的区域风场就会瓦解，原有宏观一体化的侵蚀、搬运过程也会随之解体，形成多个局部风沙系统。各局域风沙系统因与大系统阻离，风强逐渐减弱，侵蚀、搬运、堆积过程的尺度也随之减小，多以近源的短程、小规模的侵蚀、搬运和频繁的局部沉积为主，从而可有效地制止危害公路行车安全的隐患，并为提高防治效率提供了可能性。

3 因地制宜，优化设计，完善功能

3.1 主线经过风积沙路段的设计措施 主线范围内风积沙，使用挖掘机和推土机清除基底半固定沙丘深度1.0～2.0m，宽度超出路基坡脚至少2.0m 以上，采用压路机对路基基底进行碾压，使其更加坚固耐用，保证基底承载力满足设计要求。

3.2 主线两侧风积沙路段的设计理念 对距离路基较近的风积沙，采取清理风积沙，换填碎砾石土，最后夯拍10cm 厚的卵碎石，减缓风速，稳固沙丘；也可以在路侧堆积沙土防风墙，避免风沙对路基的直接吹袭；对于路段较陡的地方，可以修建护坡或排水沟来增加路基的稳定性。

3.3 迎风口风积沙路段的设计原理 对局部较为严重的风吹沙丘移动现象，为固定沙丘，降低风沙影响，在路基两侧地表，移动沙丘区域设置芦苇植物篱笆墙、土工格沙障或防风抑尘网，降低风积沙的移动速度；路基坡脚外10m范围整平，铺筑10cm 厚的卵碎石，减缓风速，稳固沙丘。

4 借鉴经验，分类治理，效果显著

4.1 利用铁路废弃的枕木做栅栏 嘉策铁路横穿戈壁荒漠，西北风肆虐，风积沙严重，为保证铁路正常运营，在较为严重的路段，利用铁路废弃的枕木作为抗风沙的栅栏，枕木间距50cm，高度2m，经过多年观测，背风面风积沙明显减弱，只堆积在距离栅栏2m 范围内，取得了较好的效果。（见图2）

图2 枕木防沙栅栏

4.2 开挖风积沙沉淀沟 嘉金公路同样地处戈壁荒漠，沿线采用了在迎风面开挖排水沟的形式，排水沟的尺寸为靠近公路一侧略高，口宽2m，深60cm，阻挡或减缓风积沙移动速度，每年定期集中清理一遍，效果显著。（见图3）

图3 风沙沉淀沟

4.3 芦苇植物防风篱笆墙 肃沙一级公路位于甘肃省酒泉市敦煌市和肃北蒙古族自治县境内，地处河西走廊西端、祁连山北麓，北纬39°54′～39°30′，东经95°53′～94°19′之间。总体走向由东南偏向西北，主要为祁连山山前倾斜平原戈壁和沙山区两种地貌。地势整体呈南高北低的态势，海拔介于1240～1460m 之间，地势平坦开阔。由于地处纬度偏北，戈壁广布，远离海洋，边沿又有山脉阻隔，暖湿气流不易到达，气候更为干燥，属戈壁荒漠气候（温带干旱气候）。肃沙公路的建设能够有效改善肃北县、酒泉市的交通环境，极大地促进同周边城市之间的交通联系与经济往来，对建设丝路文明与生态资源特色发展区，以敦煌作为地区中心城市地位，支持敦煌建设国际文化旅游名城和绿洲田园城市，并带动周边城镇共同发展，促进经贸流通，创造有利的投资环境具有极其重要的作用。主线起点位于肃北县规划环城西路与纬二路延伸线交叉口，沿规划环城西路至肃阿路，拓宽利用现有肃阿路至肃阿路连接线路口，沿西滩水库、敖包和一级公益林西侧至五个庙与S303 顺接，拓宽利用现有S303 至沙枣园，终点与柳格高速（G3011）K196+099.607 处设立体交叉，主线路线全长56.041km（含长链63.578m）。

项目于2020 年10 月建成通车，由于该项目施工图设计没有考虑风积沙对公路运营的安全隐患，公路建成通车的初年就发现大量风积沙堆积公路的现象，给公路养护带来了极大的困惑，花费大量的人力物力清除，费工费力，效果还不明显，存在较大的安全隐患。（风积沙病害见图4）因此，项目运营公司2020 至2021 年在K38+100～K48+480路基右侧较为严重的风积沙移动路段，为降低风沙速度，稳固沙丘，在填方路基坡脚外3m，沙丘顶部迎风侧距脊线2m 左右的位置设置了高1.8m 的芦苇植物防风篱笆墙，经过几年的定期观测，收到很好的效果。（见图5）

图4 风积沙侵蚀道路

图5 芦苇植物篱笆墙

5 经济对比

经过测算，几种治理风积沙的方案的成本分析如表1。

表1 风积沙治理方案成本分析表

综上分析，铁路枕木栅栏成本为：560 元/m，造价最高；芦苇篱笆墙成本36.3 元/m，造价最低。从防风积沙效果来看，铁路枕木栅栏效果最佳，土工格沙障由于高度过低，仅为20cm，容易被风沙掩埋，效果最差。

6 酒嘉项目采取防风固沙的措施

6.1 土工格室沙障 土工格室沙障是把有鳍沙障设为主带，无鳍沙障设为副带的方格沙障，一般设在上风侧流动沙丘，形式主要有不透风和透风式。酒嘉绕城高速公路在K20+500～K23+200 路基两侧较为严重的风吹沙移动路段，为固定沙丘，降低风沙影响，设置了土工格室沙障。土工格尺寸为1.0*1.0m，行间距为1.0m，列间距为1.0m，纵横向节点采用圆木条打入地基中固定，木条布设于纵横节点处，保持土工格平整舒展牢固。（见图6、图7）

图6 成型的土工格沙障

图7 航拍的成型土工格沙障一隅

6.2 芦苇植物防风篱笆墙 芦苇在建筑中具有多种用途，可以用于构建、装饰、隔断和环保等方面。它不仅具有自然美观的特点，还具有价格便宜、取材方便的效能，是一种常见且多功能的建筑材料。无论是为了创造美丽的建筑风格，还是为了保护环境，抑制风速，芦苇都是一个理想的选择。酒嘉绕城高速公路在K18+300～K18+480 路基左侧较为严重的风吹沙移动路段，为降低风沙速度，稳固沙丘，在填方路基坡脚外3m，沙丘顶部迎风侧距脊线2m 左右的位置设置了长180m，高1.5m 的芦苇植物防风篱笆墙。（见图8）

图8 植物防风篱笆墙

6.3 防风抑尘网 防风抑尘网是利用空气动力学原理，按照实施现场环境风洞实验结果加工成一定几何形状、开孔率和不同孔形组合挡风抑尘墙，使流通的空气（强风）从外通过墙体时，在墙体内侧形成上、下干扰的气流以达到外侧强风，内侧弱风，外侧小风，内侧无风的效果，从而防止粉尘的飞扬；另外此项技术成本低、安装方便，一次投资，长期受益，基本上不需要维护；应用范围相当广泛，在沙化比较严重的地区，用于减少沙石堆积和移动；在环境保护中，防风网能减少散料物体装卸和堆放过程中的逸散，特别适用于储煤场、矿石等露天散料堆场。

酒嘉绕城高速公路在K19+790～K19+990 路基右侧风口处，风积沙较为严重的路段，在路基坡脚外5m，设置了长200m，高4m 的防风抑尘网，防风抑尘网网板采用三峰型金属挡风板，厚度为0.6mm，开孔率约为35%，纵向间隔18m 设置一处斜撑，用来稳固网板以防被风吹倒。主要包括防尘网地下基础：在每根钢管支架下现场浇筑地下独立基础；防风网支护结构：参照当地风力风速设计相关参数。采用钢支架支护，支架主要给“挡风抑尘墙”提供足够的强度，抵御强风的破坏，其次考虑整体美观，支架主体选用方钢管，增大横截面；挡风网安装：使用寿命15～20 年。连接采用螺钉和压板固定，挡风抑尘网的具体尺寸、弯曲度、开孔率应根据堆场的实际情况进行设计。（见图9）

图9 防风抑尘网

6.4 取得的效果 酒嘉绕城高速建成已两年多，经过定期观测比较，设置了芦苇植物篱笆墙和防风抑尘网的迎风面堆积了大量的风积沙，背风面风积沙明显减少，社会和经济效益显著。一是为公路养护减轻负担，减少养护工人清扫风积沙的劳动强度，降低了养护成本；二是降低了安全事故发生的频率，提高了公路安全通行系数。尤其是土工格沙障和防风抑尘网组合效果更明显（见图10）。

图10 防风抑尘网和土工格沙障

7 结论

河西戈壁荒漠地区风积沙不可避免，结合许多成功案例，根据财力状况，可以按照风积沙严重程度，分批分段落，采取临时和永久相结合的方式进行治理，在高速公路建设期间有重点地采取措施，有针对性地提前解决，为后期养护起到事半功倍的效果。