公路防沙措施及施工指南

沙漠地区公路沙害来自吹过路基的风沙流，而决定风沙流强弱的主要有两种因素，一是动力因素，另一是物质因素。因此，公路沙害防治措施亦着眼于两方面：一方面控制动力因素，使气流中的细沙在远离路基的地方堆积（指栅栏处）；或设计合理的路基断面，使气流中的含沙顺利地越过路基，吹向远方。另一方面是控制沙质地表风蚀过程的产生与发展，尤其是在路基两侧的一定范围内（指固沙带的范围）。只要满足上述两方面，便能达到公路沙害防治的目的。

由于阿和沙漠公路的自然地理特点，防沙体系仍然采用工程防沙措施。应用工程防沙措施行之有效的方法往往不是单一的设施，而是几种方法的合理组合，即固沙、阻沙、输沙组合形式。

6.1.8.1 阿和沙漠公路沿线自然地理特点

1）地形地貌特征

公路沿线地形地貌大致可分三个地貌单元：第一段（K0＋000～K125＋500）主要位于和田河东岸的冲积平原区、风积沙地带及和田河一级阶地，属冲积、风积及洪积地貌。第二段（K130＋000～K248＋820.062）位于塔克拉玛干沙漠腹地、和田河中段东岸绿色带边缘，沿线地貌主要由固定半固定沙丘、格状沙丘以及新月形沙丘链组成，固定半固定沙丘高度一般为1～3 m；格状沙丘高度一般为4～5 m，其中K140＋540～K209＋200段的格状沙丘高度变化较大，为3～20 m；新月形沙丘链的高度一般为4～7 m。第三段（K250＋000～K419＋200）位于和田河东岸的绿色走廊带边缘，路线处于塔克拉玛干沙漠中，路线经过处有稀疏的胡杨、红柳的风蚀裸露残丘低矮沙垄；也有稀疏的新月形沙丘、沙垄带，丘高1～3 m，丘间地有稀疏的胡杨、红柳堆；有密集的新月形沙丘链群，沙丘高5～10 m，丘间有稀疏粗大的胡杨树根，路段内间断分布有风蚀洼地，地势相对平坦；部分路段为密集的新月形沙丘链群与格状沙丘（蜂窝状沙丘）交替分布，地势起伏较大，沙丘高5～40 m。

2）风速风向分布特征

（1）风向分布特征。阿和沙漠公路的总体走向可分为两段：第一段K0＋000～K220＋000，路线走向为南偏西15°；第二段K220＋000～K424＋372为南偏西30°。根据阿拉尔、麻札塔格、和田三地的动力风向风速频率图（图6-10）来判断，沙漠公路北部全年强风盛行风向为NNW和NW，次盛行风向为ENE和NE；沙漠公路中部（K131～K260）大多路段受NE和ENE强风盛行风和强天气下偏西风的共同影响；南段主要受W向风影响，NNW向风次之，反向风很少。

图6-10 沙漠公路全年强风盛行风向玫瑰图

全年强风玫瑰图定量反映了沙漠公路沿线的强风气流情况，其中北部、中部以及南部大多数路段强风盛行风向与路线50°～70°相交。强风及中等风速天气时沙子过路，使得在该路段背风侧积沙达到最大。但当大风天气时，2 m高度处瞬时风速达到16.0 m／s，沙子过路速度很快，大风将沙粒吹向远处，沙漠公路背风侧无积沙。因此大部分沙漠公路的背风侧积沙是在2.0 m高度处瞬时风速8～16 m／s之间的积沙。主风向路基背风侧的积沙则是由反向风作用造成，是导致路基积沙的主要沙源。路基背风侧积沙越多对路基危害越大，这类危害在南部路段影响较小。

（2）风速分布特征。阿和沙漠公路沿线年平均风速一般在1.0～2.9 m／s之间，其分布特征由沙漠公路中部向南北递减，以沙漠公路中部风速最大，沙漠公路北部的阿拉尔市南口镇和沙漠公路南部的和田市玉龙喀什镇风速最小。全年以春夏季平均风速较大，其中沙漠公路中部平均风速最大可达3.9 m／s；冬季平均风速较小为1.5 m／s，公路北部平均风速只有1.0 m／s。

平均风速的日变化与下垫面的性质有关，沙漠公路中部平均风速的日变化与南北部有所不同。中部下垫面为沙漠，日变化具体表现为：最高峰值出现在18时，峰值持续时间较长，除冬季外，从上午10—晚上20时，平均风速一般在2.0 m／s以上。夏季，尤其在午夜后1—4时，平均风速缓慢下降，早上9时以前平均风速为全天最低值，9—12时平均风速急速增大，在午后出现回落后达到全天最大值，日振幅为2.0～3.3 m／s；沙漠公路北部的阿拉尔市南口镇和沙漠公路南部和田市玉龙喀什镇下垫面为绿洲地带，平均风速的日变化振幅相对较小，一般在1.0～1.7 m／s之间，全天的最大值出现在午后16时，比公路中部早2个小时，与沙漠公路中部不同的是，深夜22时另有一个平均风速低值区，见图6-11。

6.1.8.2 阿和沙漠公路防沙体系的设计和施工

1）风沙危害的成因及类型

图6-11 阿和沙漠公路秋季风速日变化曲线图

阿和沙漠公路沿线植被稀少或没有，地表疏松多为风积沙，以细沙、极细沙为主，粒径在0.25～0.063 mm之间的沙粒占70%以上，其中又以粒径小于0.08 mm的极细沙最多。因此阿和沙漠公路风沙危害的原因是细沙粒在风力的作用下，发生风蚀、搬运和堆积，在此过程中产生危害公路正常运行的病害。起沙风是产生风沙危害的动力条件，疏松地表上丰富的沙物质是风沙危害的基础。

公路风沙危害产生于风沙活动的整个过程，因具体地貌、部位及路基形式的不同，沙害形式及程度也各异。根据其形式，沙害可分为以下两种类型：

（1）风蚀。风蚀包括吹蚀和磨蚀两种作用，其中吹蚀可以分为以下三种情况：

①吹蚀路基。路堤式路段在不饱和风沙流的作用下，迎风侧路肩与边坡交界处的沙粒被气流带走，致使路肩被掏蚀导致路堤失去稳定性。

②吹蚀路堑迎风坡。对于深路堑路段，当风沙流进入路槽后，在迎风坡阻挡下，气流被反射回路面，造成反射气流掏蚀边坡。

③吹蚀阻沙栅栏及加固木桩。由于气流的聚合和扩散作用，导致栅栏及木桩根部的沙粒被气流卷起带走，形成风蚀区，造成栅栏倒伏。

磨蚀是因为挟沙气流经过路面时，由于98%的沙粒都集中在地表以下10 cm范围内，这些高速运动的沙粒强烈地磨损沥青表层，长期作用下，会使路面表层变薄，减少公路的使用寿命。

（2）沙埋。风沙在运动中由于动力条件的改变，当所挟沙含量超过饱和状态时，沙粒会脱离运动气流，积聚在路面上，掩埋道路。沙粒只要掩埋道路的1／3，常规车就通行困难，影响公路的正常运行。

2）防沙体系设计

阿和沙漠公路防沙体系采用工程防治的方法。防沙体系的设计原则是因害设防、因地制宜，综合运用“阻、固、输、导”的方法，充分利用地方材料，针对不同的地貌单元，设置不同结构的防沙体系，发挥综合效益。

阿和沙漠公路防沙体系的防护宽度设计尽量做到“均衡布设”，达到使“防沙体系外围风沙入侵与防沙体系内部遭受风沙损坏相一致”“不同地貌部位防沙体系完全受灾时相向一致”，以便于整个防沙体系合理设置，减少应急维护的工作和资金投入。同时应遵循“因害设置”和“以固为主”的原则，使工程防沙体系具有较高的有效防护效益和较长的防沙体系维护使用年限。采取的治理方案是高立式芦苇栅栏与半隐蔽式芦苇网格相结合：

当路线与主要风向交角较大时，在上风处设置两道芦苇防风栅栏，并在防风栅栏与路线之间设置70～80 m宽1 m×1 m的芦苇网格，在下风处设置一道芦苇防风栅栏，并在防风栅栏与路线之间设置20～40 m宽1 m×1 m的芦苇网格。

当路线与主要风向交角较小时，在上风处设置一道芦苇防风栅栏，并在防风栅栏与路线之间设置60 m宽1 m×1 m的芦苇网格，在下风处设置一道芦苇防风栅栏，并在防风栅栏与路线之间设置50 m宽1 m×1 m的芦苇网格。

当路线右侧20 m左右已有胡杨林的段落时，防风栅栏酌情取消。

路基填方边坡为1∶3、挖方边坡为1∶4，同时在挖方段路基外设置有3.0 m的积沙平台，为防止路基填方边坡的风蚀，对路基边坡表面与两侧固沙带一样，设置1 m×1 m的芦苇网格。

当沙丘沙垄间为较为开阔的淤土平地地带时，若无流动沙丘、沙地分布或为粗沙覆盖的沙地，两侧可不设防护，但必须设置低矮路堤和缓坡形式的输沙断面，减轻或预防公路沙害。对由零星斑状分布低矮流动沙丘的平地带，可采用清平沙丘使地表平顺或用草方格予以固定，使之形成输沙效应的表面，减轻或预防沙害。

高立式防沙栅栏为防沙体系外围的防风沙流屏障，其作用在于使移动的沙丘或向前延伸的沙垄经高立式防沙栅栏阻挡后转变成风沙流。在主导风向上，当路线与主风向大角度相交时，可在固沙带外10 m处起设置平行于路线的两道阻沙栅栏，栅栏间距为10～15 m。路线与主风向小角度相交的下风侧设置一道阻沙栅栏。

一个较为完善的防沙体系应该充分体现固、阻、输、导相结合的防护体系。通过阿和沙漠公路防沙体系的综合设计，可以有效地阻止和消除风沙对公路安全运营构成的威胁。

3）防沙体系施工

阿和沙漠公路96%的路段在沙漠中，路基施工采用的是递进法，没有施工便道，沙漠公路建设从开始到结束，都面临被风沙掩埋的危险，在正常的施工组织计划中，防沙工程一般是安排在路基工程快结束时才施工，这对公路施工非常不利，而且必将给沙漠公路的质量带来隐患。因此，在实施过程中首先在靠近路基两侧10 m范围内，首先敷设芦苇草方格（图6-12），保证路基工程不被流沙掩埋，然后在条件允许的情况下逐步建立完善防沙体系。

6.1.8.3 防沙新技术在阿和沙漠公路的应用

在新疆已修筑多条沙漠公路的情况下，防沙用芦苇材料的供应已出现非常紧张的局面，而且大量利用当地野生芦苇资源，对保护这一地区的原本就十分脆弱的生态环境也很不利。有鉴于此，结合阿和沙漠公路的具体情况，有选择性地采用新型防沙措施，有利于获取创新成果带来的好处，并在生产实践中检验科研成果的应用价值。

1）新型防沙措施的选型

通过新型防沙技术的应用，第一减少植物性材料的使用，更有利于保护当地脆弱的生态环境；第二通过可重复使用的材料，降低成本；第三便于施工与维护，减轻劳动强度；第四可加快施工速度，保障公路建设。在选用新型防沙措施时应综合考虑到这些因素。

经过认真分析及反复比选，阿和沙漠公路防沙新技术试验工程所选用的新型防沙措施有以下四种：

（1）网格状棉秆沙障试验段：K163＋000～K165＋500。

（2）网格状稻草沙障试验段：K165＋500～K168＋500；按直埋稻草、直埋草帘、绑扎草把三种形式实施。

图6-12 阿和沙漠公路防沙体系

（3）蜂窝式塑料网沙障：K168＋000～K169＋500；其中，K168＋000～K168＋500为蜂窝式黑色圆丝网沙障，K168＋500～K169＋500为蜂窝式黑色扁丝编织网沙障。

（4）网状土工编织袋沙障：K169＋500～K170＋000。

2）新型防沙措施的施工

（1）棉秆防沙障。

①路基左侧（上风侧）仍按设计70 m宽，路基右侧（下风侧）调整为40 m宽（增加10 m）实施。

②规格与施工工艺。

a.用棉秆来代替芦苇制作固沙方格，外露地面高度15 cm，网格规格1 m×1 m。

b.将收割来的棉秆绑成长1 m的把子状，用两道细铁丝进行绑扎，同时保证有一定的透风性。每把棉秆用量不小于600 g／m。

c.选用长度大于40 cm、较粗较直的棉秆，垂直插入棉秆把子中，将其固定在沙面上，保证插入沙面的深度不小于20 cm。每米棉秆把子不少于2根棉秆插入沙中固定。

d.棉秆方格线条顺直，纵横向棉秆把子之间衔接紧密，见图6-13。

图6-13 棉秆防沙障

（2）稻草防沙障。共有三种类型：绑扎草把、直埋稻草、直埋草帘。

①绑扎草把。

A.实施段落：K165＋500～K166＋500，1.0 km；路基左侧（上风侧）仍按设计70 m宽、路基右侧（下风侧）调整为40 m宽（增加10 m）实施。

B.规格与施工工艺。

a.用绑扎的稻草把子来代替芦苇制作固沙方格，外露地面高度15 cm，网格规格1 m×1 m。

b.人工将稻草扭成草把子状（圆柱状），用细铁丝螺旋捆绑，保证把子不松散、不掉草。

c.选用长度大于40 cm，较粗较直的棉秆，垂直插入绑扎的稻草把子中，将其固定在沙面上，保证插入沙面的深度20 cm。每米绑扎的稻草把子不少于2根棉秆固定。

d.稻草方格线条顺直。纵横向稻草把子间衔接紧密。

e.方格的稻草重量标准，在该类型防护最先施工的1 000 m2小试验区测算确定。

②直埋稻草。

A.实施段落。K166＋500～K167＋500，1.0 km；路基左侧（上风侧）仍按设计70 m宽、路基右侧（下风侧）调整为40 m宽（增加10 m）实施。

B.规格与施工工艺。

a.用直埋稻草来代替芦苇制作固沙方格，外露地面高度15 cm，网格规格1 m×1 m。

b.稻草回潮后，拧成一股，形成“8”字形，开沟栽埋沙中，埋深12 cm，外露高度为15 cm。直埋稻草每个“8”字形相邻插栽，形成1 m×1 m草方格状。

c.方格整齐，线条顺直，稻草埋入牢固、不松散。

d.方格直埋的稻草重量标准，在该类型防护最先施工的1 000 m2小试验区测算确定。

③直埋草帘。

A.实施段落。K167＋500～K168＋000，0.5 km；路基左侧（上风侧）仍按设计70 m宽、路基右侧（下风侧）调整为40 m宽（增加10 m）实施。

B.规格与施工工艺。

a.用直埋稻草帘来代替芦苇制作固沙方格，露出地面高度18 cm，网格规格1 m×1 m，见图6-14。

b.制成1.2 m宽纵向不少于8道线缝制的草帘。

c.现场裁成30 cm宽的草帘（要保证有两道缝制线），挖沟埋入沙中，埋深12 cm，形成1 m×1 m方格。

d.方格整齐，线条顺直，埋入牢固。

图6-14 稻草防沙障

（3）蜂窝式塑料网沙障。

①实施段落。K168＋000～K168＋500为蜂窝式黑色圆丝网沙障，K168＋500～K169＋500为蜂窝式黑色扁丝编织网沙障，见图6-15。路基左侧（上风侧）仍按设计70 m宽、路基右侧（下风侧）调整为40 m宽（增加10 m）实施。

图6-15 蜂窝式塑料网沙障

②规格与施工工艺。

a.一种是黑色扁丝编织的网，沙障高20 cm，1 m×1 m的规格（多个1 m×1 m方格编织成一体），所用材料为HDPE，使用重量为65 g／m2，网丝覆盖率60%～70%，保证使用年限为5年。另一种为圆丝网，沙障高20 cm，1 m×1 m的规格（多个1 m×1 m方格编织成一体），所用材料为HDPE，为185 g／m2，网丝覆盖率60%～70%，保证使用年限为10年。

b.在沙地上，将蜂窝式塑料网沙障充分撑开，然后在纵横向交汇处用直径2 cm以上、长50 cm的圆棒（可以为较坚硬的树枝，表面不必光滑，粗糙一些更好，如带一些小凸起或带一些短小的枝杈等）固定，或用最小板厚在1 cm以上、截面积在3 cm2以上、长50 cm的竹板或木板（同样地，表面不必光滑，粗糙一些更好，如带一些小凸起、小倒钩或带一些短小的枝杈等）固定。

c.在用圆棒、竹板或木板固定蜂窝式塑料网沙障时，将圆棒、竹板或木板打入沙中30 cm，外露20 cm，与蜂窝式塑料网沙障的高度相当或略高一点。尽可能地保持蜂窝式塑料网沙障的底边与沙面间无空隙，为此可使蜂窝式塑料网沙障的底边与沙面间重叠，重叠宽度一般控制在5 cm以内。

（4）土工编织袋沙障。

①实施段落。K169＋500～K170＋000。

②规格与施工工艺。

a.该沙障的具体规格与形式要求如下：长筒形无鳍沙障：装沙后的直径为10 cm，长210 cm（沙袋的圆周长为31.4 cm）；除此之外，还要有鳍。制作鳍时，接口处预留出8 cm，在第1道缝线外侧每隔1 cm增加1道缝线，共增加3道，以增强鳍底部的刚度。在长筒形有鳍沙障的基础上，将缝线以上的编织布横线抽去，使其发挥类似于麦草沙障的作用，对风产生扰动作用。编织袋由抗紫外线老化土工布材料制作，使用年限为8年。

b.在沙地上，先将风积沙装入底部用线封口的长筒形土工编织袋中，装满后敦实，再用抗老化的绑扎绳封闭口。然后，沿着与当地起沙风合成方向平行或大致平行的方向（可认为是纵向），按带间距1 m设置无鳍型土工编织袋沙障。再沿着横向（垂直于纵向）按带间距1 m设置有鳍型土工编织袋沙障。在纵横向相交处，应将有鳍型土工编织袋沙障设置在无鳍型土工编织袋沙障的上方。由此构成高约10 cm的1 m×1 m的半隐藏式土工编织袋沙障。

在当地起沙风合成方向不甚明显，或出于其他因素考虑，也可按其他形式或规格进行设置。

土工编织袋沙障由于厂家提供的材料质量原因，老化速度较快，导致土工编织袋沙障试验段的试验工程失败。