风积沙路基公路的设计、施工与防沙现状

2023-09-22 理论教育版权反馈

【摘要】：试验主要包括平面直线形路基、平曲线形路基和纵断面部分竖曲线形路基三个部分，每个部分又分为路堤和路堑两种情况，共83种形式。

2.6.1.1 车速调查基本情况

沙漠公路各种线形下的车速高低可以反映出线形的好坏，主要表现为乘客的舒适性和运行的经济性及安全性。

为了找出沙漠地区公路平、纵、横技术指标和车速的关系，2002年10—12月和2004年9月分别在塔克拉玛干流动沙漠腹地的塔中1井—且末路段和边缘的国道315线且末西60 km范围内的沙漠路段，以及古尔班通古特沙漠的彩南—石西和石西—白碱滩固定和半固定沙漠公路，进行了不同公路线形下的车速观测与调查和分析，见图2-15，目的是了解在沙漠特殊条件下公路线形对车速的影响，从车辆行驶性能等方面对平纵线形提出要求。

观测调查的沙漠公路线形和交通特点及道路现状为：新疆塔里木盆地的塔中1井—且末沙漠公路，地形属于高大复合型沙垄和沙山地形，沙垄高差在60～100 m范围内，局部自然坡度达到13%以上，三级公路，路基宽度8.5 m，级配砂砾基层上的沥青路面，路面宽度7 m；国道315线且末西段，地形属于平坦沙地，地形高差在8 m以内，三级公路，路基宽度8.5 m，水泥稳定砂砾层上的沥青路面。两段平纵面线形都采用平微区三级路标准上限，最小平曲线半径350 m，最大纵坡7%；填挖方边坡均为1∶3，视距较好；交通量小，不足200辆／日，横向干扰少，基本属于自由流。古尔班通古特固定和半固定沙漠公路中的彩南—石西和石西—白碱滩路段，采用平微区二级路标准，路基宽10～12 m，路面宽8～9 m。交通量200～600辆／日，视距较好，横向干扰少，基本属于自由流。

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图2-15 沙漠公路车速调查

调查采用北京超前电子仪器有限责任公司生产的LD-98-IIP型微型交通测速雷达现场观测，调查内容主要包括：①不同平曲线半径下的车速；②不同纵坡情况下的车速；③不同平纵组合线形情况下的车速。

2.6.1.2 风洞试验基本情况

在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所风洞试验室，采用模型比例1∶20，分别制作角度为15°、30°、45°、60°、90°，高度为2 m、4 m的沙漠公路直线形路堤模型和深度为2 m、4 m的直线形路堑模型，每种高度路基都以1∶1.5、1∶3、1∶6路基边坡制作三种形式的断面。为了研究曲线形路基断面和直线形路基断面以及纵断面上的风速变化和区别，还制作了3 m高的曲线形路堤和3 m深的曲线形路堑及纵断面模型。试验主要包括平面直线形路基、平曲线形路基和纵断面部分竖曲线形路基三个部分，每个部分又分为路堤和路堑两种情况，共83种形式。

在各模型前20h、10h、5h、3h、1h处，迎风坡脚，迎风路肩，路中心，背风路肩，背风坡脚和模型后1h、3h、5h、10h、20h处分布测点（h为模型路基高度），每个测点设置8个传感器，分别设置在各模型表面上方0.3 cm、0.6 cm、1.2 cm、2.4 cm、8 cm、16 cm、20 cm、24 cm处。

试验采用8 m／s、10 m／s、12 m／s三种风速，并利用传感器测定各个测点在不同高度上的风速变化，共测得数据231 000余个，计算整理后各测点的平均风速为28 000余个，绘制流场图160余幅。

2.6.1.3 野外观测情况

为了能更好地了解由于线形复杂所导致的风速和积沙量变化的实际情况，以及风沙对不同线形的危害情况，在塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠、毛乌素沙漠等的多条公路和试验依托工程上，进行了3年多断续野外风沙观测，观测包括如下形式和内容。

（1）观测试验的路线类型分为三种：直线段、平曲线段、竖曲线段。

（2）观测的路基形式有：直线、平曲线路堤和路堑形式；不同路基高度、风向夹角；不同纵坡。

（3）观测试验参数为梯度风速和输沙量变化情况。

2.6.1.4 参数指标的确定和取值理念

结合沙漠公路特点，针对交通安全、乘客舒适性、环境景观、快速经济、防沙保通等几方面，请有经验的专家对公路路线约20项指标进行了打分，结果见图2-16。除组合线形及视距外，从中选取了平纵横5项重要指标（将在下文中进行定量计算分析）。确定的重要参数指标包括：平面的平曲线半径、长直线；纵断面的最大纵坡和坡长限制值、竖曲线半径及最小长度；横断面的边坡值等，其他未论证的指标和参数结合实际运行车速执行《公路工程技术标准》（以下简称《标准》）的规定值。

各参数确定取值时结合沙漠特点，充分考虑以下沙漠公路特点和设计理念：

（1）公路技术等级不高，三级公路60 km／h，二级公路80 km／h。

（2）公路穿越地形开阔，交通量小，干扰少，实际运行车速快，小汽车平均车速远大于设计车速，大型汽车实际运行速度接近设计车速，见表2-1。

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图2-16 指标重要性打分结果

（3）沙漠沙质地松散，便于开挖形成必要的平纵线形，相对山区等地形来说工程量不大、不艰巨。

表2-1 沙漠公路车速统计（km／h）

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（4）为保证交通安全，线形指标的确定按接近实际运行的车速，使设计参数与实际情况相适应、匹配。

（5）应在满足汽车行驶对道路的动力学要求的基础上，考虑驾驶员的驾驶行为和生理、心理特征，以服务于道路使用者为目标，提供舒适、安全、快捷的交通服务。

2.6.1.5 平坦沙地和高大沙垄沙山

我国沙漠面积广大，沙丘形态复杂，根据调查收集的资料，沙丘形态和高度大致情况叙述如下，同时见表2-2。

表2-2 我国沙漠沙丘高度基本情况

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新月形沙丘、沙丘链、抛物线沙丘、穹状沙丘、蜂窝状沙丘等单体，一般高度在15 m以下，长度在150 m以内，一般迎风坡角度在5°～20°，相当于自然坡度8%～36%，背风坡角度一般在25°～30°，相当于自然坡度46%～58%。

复合型沙丘、沙垄、高大沙山，一般高度可达50～200 m，宽度可达1 000～3 000 m，坡面底部坡脚一般5°～10°，相当于自然坡度8%～17%，顶部27°～30°，相当于自然坡度50%～58%。

从表2-2中可以看出，塔克拉玛干沙漠、巴丹吉林沙漠大部分属于高大沙山和沙丘，古尔班通古特沙漠、腾格里沙漠等沙漠个别达到50 m以上，其他沙漠沙丘高度一般在20 m以下。

从公路工程设计的角度，相对高差在20 m以下，路线采用5%以下纵坡穿越比较容易，工程量相对不大。同时考虑我国固定半固定沙漠的大部分地貌属于这种地形，因此为计算和使用方便，规定大部分沙丘相对高度小于20 m，起伏不大的为平坦沙地地形；大部分沙丘相对高度大于20 m，起伏较大，地形复杂的沙漠地形为高大沙垄沙山。

风积沙路基公路的设计、施工与防沙现状

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