应充分贯彻因地制宜、就地取材的原则。纯风积沙可采用土工布等材料来加固修筑路基，水源缺乏地区的沙基可采用振动干压实技术。沙漠路基高度应遵循满足强度、减轻沙害、保证安全、经济合理等原则，总体采取填方略大于挖方的设计原则。平沙地路段不宜取土，应加以保护。路基设计宜填挖平衡或填方略大于挖方，挖方弃土宜用于填方路基，多余弃土应置于背风一侧的低洼处，距离路堑坡顶不应小于10 m。......
2023-09-22
风积沙路基公路设计与施工：风洞试验结果分析
【摘要】：从风速流场的野外测定及风洞试验的结果看，除零路基风速流场基本保持稳定、气流线基本连续，没有出现明显的附面层分离以外，不论是低路堤还是中路堤，风速在路基上风侧和下风侧均有所降低。因此，仅从风速流场及沙害发生特点分析，路基高度超过地面高度时就有可能造成风沙流堆积。
3.2.2.1 不同路基高度风速流场的特征
在地面摩擦系数近似相等的条件下，通过对0.5 m、1.0 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m、3.0 m高度路基风速流场的分析（图3-6、表3-1）可知：气流流经平坦开阔地面或0.5 m高度的路基时路面上方速度略有提高，但增幅不大，气流线基本连续，路基前后均无涡流产生；气流流经1.0 m以上的路基时，路面上方速度明显提高，上风坡脚处风速有所降低并出现涡旋，说明附面层已经分离，如气流中含有风积沙，部分沙粒就会在此堆积。路基高度越大，路面上方风速越高，上风坡脚处涡旋也越大。虽然没有进行吹沙试验，但根据原理及野外观测资料看，涡旋越大积沙的可能性也就越大。
图3-5 公路等级与路段沙埋百分率曲线1—高速公路、一级公路；2、3、4—分别为二、三、四级公路
表3-1 不同路基高度的迎风坡坡脚、背风坡坡脚、路面的风速的增降幅表
综合分析野外实测、风洞模拟结果，单纯从气流与路基高度的关系看，不同风向与路基夹角的风速流形成特征基本一致，高于0.5 m的路基，路两侧就会产生弱风区，造成积沙危害。陈广庭等曾在对塔里木沙漠公路的研究中得出路基高度应保持在30 cm以下的结论。实测最小高度的路堤是0.5 m，路基边坡已经出现了低速区。单纯考虑气流场变化时，陈广庭等提出的路基高度最大不能超过0.3 m的意见是正确的。所以沙漠地区路基高度应限定在零路基到0.3 m之间。这个研究结果与兰州沙漠研究所多年的研究结果是一致的。如果在沙源不丰富的地区，路基过高就会造成路肩处风蚀，使公路损坏，所以这类地区路基高度也应限定在零路基到0.3 m之间。
3.2.2.2 依据风速流场资料对路基高度合理性的分析
如果没有障碍物的存在，风沙流在运行过程中，一方面不断地从地表吹起沙物质，进入风沙流中；另一方面，沙粒不断地从风沙流中沉落重新回到地面，在风沙流沿平坦沙质地表运动过程中，沿程阻力损失对风速的减弱甚微，对沙子的搬运影响不大，可在侵蚀与堆积的搬运过程中达到动态平衡。但公路路基的存在，使保持着动态平衡的风沙流在前进过程中遇到阻力，引起贴地面气流的分离，形成涡旋，使近地表面气流速度大大降低，从而削弱了气流搬运沙粒的能力，引起多余部分沙子的跌落沉积。
图3-6 不同路基高度的风速流场图
当风沙流吹经公路路基时，风速在路堤迎风坡脚附近稍微降低，从而在此形成空气动力暗影区（涡旋区或弱风区），风速降低引起沙物质伴随风沙流在该处沉落。沿着迎风路堤的爬升，气流畅通无阻，风速不断加大，至路堤上方路肩处风速达到最大值，而且路基边坡越陡，风速提高得越多。风沙流穿过路面到达背风坡路基时，沿路基边坡下降方向风速下降，可形成两个或更多风速涡旋区，一个在边坡上部，另一个在坡脚处，甚至造成气流的相反运动。风沙流运动速度减小，引起其携沙能力降低，从而使绝大部分沙物质沉落在背风坡。风沙流运动速度降低越大，沙子在背风坡路基沉积越多。风速较小时（＜10.7 m／s）大部分沙子沉落在背风坡的上部；而风速较大时，则沉落在中部和下部。
路堤对贴地层风速的减弱作用与其高度和边坡有关，路堤愈高陡，减速范围愈大。据吴正等（1981年）研究，就地爬路基和低路堤的路面，一般不易造成积沙；路堤发生风沙流危害只是在路线的平曲线、边坡陡的高路堤、纵断面处于凹竖曲线段和紧靠路基一侧有微地形起伏的地段。实际调查结果表明，在半荒漠区、荒漠区的零断面与低路堤是否产生沙害，主要与风沙运动形式有关：如果一个地区是以风沙流运动为主，路面就不容易积沙；如果是以沙丘整体前移为主，路面就容易积沙。以风沙流运动为主的地区如果低路堤出现积沙，很可能与路基附近有植被或有弃土等障碍物有关。
从风速流场的野外测定及风洞试验的结果看，除零路基风速流场基本保持稳定、气流线基本连续，没有出现明显的附面层分离以外，不论是低路堤还是中路堤，风速在路基上风侧和下风侧均有所降低。据有关资料，只要地形或风速出现微小的变化，饱和风沙流或过饱和风沙流都会堆积（朱震达等，1980年；吴正，1987年）。也就是说，对于高于地面的任何路堤来说，如果此时吹过来的是饱和风沙流或过饱和风沙流，路基边坡就会出现风沙流沉降，沙粒堆积。因此，仅从风速流场及沙害发生特点分析，路基高度超过地面高度时就有可能造成风沙流堆积。考虑到风速流场的变化有一个过程，实际施工时路面高度可以略微高于地面。
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2023-09-22
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