沙漠公路风沙预防建设

时间：2024-04-24

霍波

（榆林市榆阳区道路水路运输服务中心，陕西榆林 719000）

0 引言

随着近年来沙漠地区风沙预防建设逐渐完善，在公路实施方面风沙预防建设突显出重要意义。由于风沙运动存在不确定因素，其松散沙粒随时对公路路面以及公路基层造成影响，在保障行车安全的同时，还应确保行车的舒适度，故风沙预防建设对沙漠地带的公路建设至关重要。

长期以来，沙漠公路在建设阶段存在着诸多工程技术难点，若能在保障安全运营、优化沙漠环境的基础上，促进风沙预防建设的提高，无异于兼顾经济效益、生态效益与社会效益。借鉴风沙治理“五位一体”的运行模式，形成全新成套风沙预防的建设思路，基于实地考察情况，了解风沙危害，寻求施工建设与其预防实施的可行性实施策略，已经成为技术人员需要思考创新的方向。

1 工程概况

榆林位于中国陕西省的最北部，黄土高原与毛乌素沙漠的交界处，是黄土高原和内蒙古高原的过渡区；北部是毛乌素沙漠南缘风沙草滩区，占榆林市面积的36.7%，南部是黄土高原的腹地，水土流失虽然得以初步控制，但是其生态环境仍有较大改善前景。

毛乌素沙漠位于陕西省榆林市长城一线以北、面积约42200km2，年平均降水为250～440mm，固定和半固定沙丘面积较大，海拔多为1100～1300m，东南部自然条件较优越，人为破坏严重，流沙的比重大，西北部除流沙分布外，还有成片的半固定、固定沙地分布。据考证，该地毛乌素沙地的成因为经由不合理开垦，植被遭受破坏，沙地由西部向内逐渐扩展而成，属于Ⅲ区半干旱温热沙地区。

在榆林地区广大群众的共同努力下，境内的毛乌素沙漠已经处于即将“消失”的边缘，故在这里借鉴了风沙治理“五位一体”模式，供相关人员在风沙预防建设过程中得以借鉴。另外，沙漠地区一般具备地势平坦、视野宽阔等特色，这也是施工可积极利用的方面；对于这些沙漠特有的环境因素应当予以收集整理，在具体实施过程中，将这些利于沙漠公路风沙预防的客观因素合理应用其中。

2 风沙治理“五位一体”模式

风沙治理“五位一体”模式由两大防护林体系、一个核心产业以及两项循环产业组成。前沿采用了灌木林、流动沙丘草方格、后补植疏幼苗进行封育管护形成生态防线，营造绿化防护生态屏障，为核心区域产业的建立提供前提保障；核心区域则通过开发沙地，大力发展沙地经济果林、沙地适宜经济作物，配套畜牧养殖双循环产业，改良土壤、提高肥力、减低成本、增加收入，最终实现良性循环模式。

随着风沙治理新模式的成功开启，推动当地发展的同时，面临着走持续发展可行性建设的问题；若是公路常年遭受风蚀、掩埋，同样难以带动“五位一体”模式的推广。只有认清对于公路出行的危害，方可实施有效建设。

3 沙漠公路常见风沙危害

风沙直接危害路基边坡，容易造成路基的宽度缩减，进而由于路基部分被掏空，导致路面出现下沉，造成由于高度落差形成坍塌隐患；因而在沙漠地区进行公路建设路基期间，应当选择黏性较好的材料进行路基填筑，从而确保填料不易被风沙带走；在迎风坡面尽量避免修筑高边坡路堤或开挖高边坡路堑，其由于长期风蚀的作用，会造成路基坍塌或路堑坠物等安全隐患。这就对前期选线的人员提出了更高的要求，在选线阶段，应进入公路选址区域进行实地考察，尽量规避该类问题。

除了直接风沙危害外，还存在间接性风沙影响。风沙通过公路施工区域，由于受阻影响，导致所带风沙下降堆积掩埋，影响车辆的正常通行；而固定和半固定沙丘的推挤也容易存在堆积问题。经由长期观测，半填半挖和路堑地段，相对于路堤段落更容易出现掩埋问题，而路堤段主要出现在迎风坡面上。

很多问题在经由施工现场发现时，已经难以得到更为有效可行的解决方法，为了避免在选线问题上遭遇“瓶颈”，需要有针对性地加紧完善对于公路周边区域的风沙预防措施执行；但这并不意味着沙漠公路在设计方面就能够疏忽怠慢，为此必须先行强调公路设计当中所需要做好的相应准备工作。

4 沙漠公路前期准备工作事项

为了更好地实现公路风沙预防措施的实施，在沙漠公路选线阶段需做好气象资料的收集，主要收集风讯（包含当年各季常规风向以及风速信息）、平均气温、湿度以及地表温度、降水和蒸发等要素，在条件允许的情况下，应当至少收集近三年内的相关风向、风速资料进行整理；在通过实验测得沙粒平均粒径，结合现场观测记录的数据，确认该沙漠区域公路项目的起沙风速，绘制出风向矢量图及动力风向玫瑰图，推算未来一年内风蚀的运动方式和运动趋势及判断固定、半固定沙丘的移动方向和沙（埋）袭延伸趋势。

路线选择时，应合理规避流沙严重地段，若是实在无法避绕或者强行避绕将增加较大工程时，应当选择流沙最窄区域通行，以便后续风沙运行方案的实施建设；对于存在固定或半固定沙丘范围的，则选取的线路应坚持“取上舍下”基本原则，避免沙丘移动埋没公路。当所选路线必须横跨沙漠地带时，应当选择有利地形，可选择沙害较轻的湖盆滩地、河谷阶地以及古河床位置通过，线路规划也应当平行于风沙走向。特别是在无法避免但可双向选择时，则尽量选择风蚀区避开沙埋区[1]。

基于沙漠环境特点，完善沙漠公路平纵线形，主动出击预防行车事故的发生。综合应用空气动力学和风沙物理学原理，以室内风洞为依托，以观测流场为依据，通过定量分析确定路基阻沙性能模式，明确阻沙性能指数随路堤高度和边坡的坡比变化规律，保证路基横断面的合理性。

路基施工阶段，若是采用风积沙作为路基填筑材料时，应当满足风积沙回弹模量取值范围，一般的取值在80～100MPa 区间，且其压实密度应当符合规范要求。另外，应当充分利用沙漠公路地势平坦、视野开阔等特点，在能够满足公路直线行驶的前提下，尽量设计路堤形式的路基模式，以便于进行风沙预防措施的配套实施。

5 沙漠公路风沙预防实施

为保障沙漠地带的公路正常运营，已经投入大量的人力物力，但是收效甚微；甚至造成部分公路段损毁以及堵塞，直接危及到通行车辆的安全以及人员的生命。为此，需要结合以往施工经验，抓住施工期间的契机，从根本上实现风沙的预防。

对于现阶段的沙漠地区公路拟从短期预防、中期过渡以及远景规划三个方面进行，实现层层推进，最终消除风沙对于运营公路的破坏隐患，从而在保障公路施工品质的基础上，实现使用年限的最优化。为此先行阐述早期固沙措施的应用及缺陷，以便更好地顺接现阶段风沙预防建设的实施。

5.1 柴草固沙

作为早期固沙的主要措施，需选用干燥、无霉变的麦秸、稻草、芦苇等简单而常见的材料进行铺设，可就近选择合适材料，铺设前需保证柴草湿润，从而提高柔性；在规划区域内进行布设，使之形成方格，具体方格尺寸因地制宜，方格之间应当连续且规格尺寸相同，不得存在过密过疏区域，另外还需要注意防火。该措施能够在一定时间内起到固沙作用，尤其是雨水充沛的地段，地表还能够长出草木；但是在时间的推移作用下，会存在腐朽损坏等情况，需要定期更换，若是一时材料筹备不足，该缺陷将会直接影响到其固沙作用的正常发挥。

从上文阐述中，不难看出对于风沙的预防不能够从单一角度去理解，而需要做好长期计划，特别是针对现阶段技术力量能够实现风沙预防的区域，以此作为突破口进行研究探讨。

5.2 短期预防

通过对沙表面采用化学凝固剂喷洒方式，使得沙表面形成有效隔离薄膜层，在起风阶段确保无沙尘现象出现，因其具有短期见效快、实施效果好等显著特点，故作为短期预防措施的首选。所选用的化学凝固剂应当能够确保沙表面颗粒与凝固剂成分相互融合黏结牢固，从而整体提升沙表面的抗风能力。

为了远景规划的考虑，可选用新型材料，如吸水树脂固杀剂等，减少化学材料对沙漠环境的污染，同时能够利用其中的高分子材料避免水土流失严重，利于远景规划实施中的植被恢复，在较长时间中为植被存活成长提供充足的水分。

为此在中期过渡阶段，还需要额外增加一些能够作为长期过渡的防护措施，以便在短期化学预防措施的同时，为远期植被覆盖创造客观条件。

5.3 中期过渡

在中期过渡阶段，需要根据具体公路工程选线以及周边施工环境，挑选相应类型的沙障防护措施。由于沙障仅能够对风沙起到防护作用，故只适用于中期过渡期间的应用，通过削弱实施期间对于前期的短期预防措施的破坏，保障后期的远景规划的顺利衔接。常用的中期过渡建设，根据设置方式、施工用材质以及不同高度、透风情况、工作性能等综合评估，可单独使用，也可配套使用，不同的沙障类型，其产生的机理和效果也不尽相同[2]。

为保障前期化学效果以及后期植被成活，故在配套使用时，工程沙障应当设立在整体体系的最前端，从而实现减低施工期间或者运营期间的风沙影响。工程沙障的形式多种多样，也为合理的实施提供先决条件，这里需要强调一下路基所采用的结构形式，如路堑段落，应注意两侧边坡受到风蚀影响会造成脱落，影响正常车辆的通行，故在透风方面应调整主要透风口位置；而对于半挖半填段落，则需要格外注意设置方式，由于路堤边坡侧的地理位置不同，所选择的固沙方案也不相同；至于路堤段，作为沙漠公路最为常见的路基结构形式，可单独设立一道较高的防护系统，保障风沙来袭期间，车辆的可视程度，总之除了特别的注意事项外，在中期过渡期间，还应当注意各类防护措施的维护及调整工作。

5.4 远景规划

从根本上改良现有沙漠地区的生态环境，作为沙漠公路远景规划的最终目的，也是沙漠公路风沙预防的效果体现方式。基于植被恢复经由存活、成长、换季等漫长周期，故在短期预防阶段为其保障好生存水分以及养料供给，中期过渡阶段为其茁壮成长提供保驾护航。

植被一旦恢复正常生长周期，适应当前沙漠地区的恶劣环境之后，将有效减少区域内的风沙形成，改变风沙走向，成功阻挡滞留过境的流沙颗粒，从而实现风沙分离，即固沙驭风，起到保护公路避免遭受风沙侵蚀以及沙土掩埋的作用。

另外，由于沙漠地区的水资源缺乏以及昼夜温差较大的情况，故在选取植被时，应选用耐旱、根系发达、叶窄以及生命力顽强的植被进行前期种植，待技术成熟、土质改良之后，再配合相应植被种植，从而提升远景规划实施的可能性。

5.5 以沙治沙

在对风沙预防阶段，通过研究沙袋防沙效果，确定以土工方格等新型沙障的防护措施，从而实现创新“以沙治沙”理念，利用沙袋装满风积沙或采用土工格室等其他材料形成活动沙障，实现自由调节规格和移动，并可在沙障被流沙掩埋之后直接提出，恢复原有固沙效果，使得传统的静态固沙转变成为动态固沙，而所需的风积沙在每次掩埋之后，都是大量的原材料存在，减少外调材料费用的同时，也减少了外来材料的耗损。

配合短期预防使用时，可利用化学凝固剂将收集的风积沙进行就地加固，使之形成沙梗，发挥短期固沙、阻挡沙的作用，在减少砂袋的耗损的同时，降低了对恶劣沙漠环境的破坏。未来可能还有更多在实践当中发现的可行性风沙预防办法，故需要技术人员展望未来努力创新。

6 未来风沙公路建设思考

沙漠地带的开发已经成为必然的趋势，在致力于将沙漠变绿洲的宏伟理念支撑下，可以想象未来的沙漠公路必然更加多姿多彩，就如同步入“丝绸之路”一般，替代漫天风沙的将是郁郁葱葱。

在成功案例中吸取宝贵经验，结合成套技术知识，掌握风沙运动规律和风沙材料特性，可实现减少占用草场耕地，减少盐渍土以及软弱地基等不良地质病害，节约资源的同时降低成本，获取可观效益。通过采用合理设计参数减薄路面施工厚度、利用风积沙材料筑路降低造价、选线技术缩短里程节约费用、横断面和防沙技术减少沙害等取得直接经济效益；公路里程缩短的同时节约了宝贵的土地资源以及保障工程造价的下调，同时可间接减轻超长驾驶等疲劳驾驶运营的安全隐患；通过改善现阶段的路网结构，可促进核心产业的资源输出以及资金的回收，促进当地经济高速发展的同时，确保“五位一体”模式长远发展，尤其是针对现阶段难以克服的大型沙漠，能够实现沙漠区域的资源开发，提升国家整体世界地位。

从环境方面而言，未来的建设更加倾向于环境资源的保护，尤其是在推广以沙筑路、退沙还田以及保护耕地方面，既保护了现有的自然资源又改善了沙漠恶劣生态环境，必然受到重点关注；故应严格执行现有风积沙规范，从众多以往施工经验中，继续往“节约、优化、创新”领域去思考问题，以使得公路建设水准能够稳步提升，技术力量飞跃进展，将推动沙漠公路风沙预防建设的可持续性发展。