全线共设平曲线64个，平均每公里有平曲线0.15个。......
2023-09-22
风积沙路基公路设计、施工与防沙效果评价
【摘要】：6.3.1.1 固、阻组合形式下的积沙情况阿和沙漠公路的各种固、阻防风阻沙体系，经过一年多时间使用，已出现不同程度的积沙情况，根据新疆气象服务中心于2008年3月—2009年3月的观测计算，按防风阻沙体系组合的不同及所用材料之各异，其防风阻沙性能之优劣非常明显，见表6-39、表6-40。
6.3.1.1 固、阻组合形式下的积沙情况
阿和沙漠公路的各种固、阻防风阻沙体系，经过一年多时间使用，已出现不同程度的积沙情况，根据新疆气象服务中心于2008年3月—2009年3月的观测计算，按防风阻沙体系组合的不同及所用材料之各异，其防风阻沙性能之优劣非常明显，见表6-39、表6-40。关于年积沙量的计算，采用以下两式：
年累积沙量＝积沙面积（10 m2）×积沙平均厚度（m）×
风积沙天然干密度（1 400 kg／m3）／10（m2·a）。
天然风积沙干密度，一般在1 300～1 500 kg／m3，在此取其平均值1 400 kg／m3。
表6-39 上风侧各种防风阻沙体系下积沙效应
表6-40 下风侧刮反向风时各种防沙体系下的积沙效应
从以上两表中各种防沙体系下的积沙效应来看，以芦苇栅栏与芦苇方格组合的效应最好，其次为芦苇栅栏与棉秆方格组合、芦苇栅栏与稻子帘子方格组合、芦苇栅栏与稻草把子方格组合，再次为芦苇栅栏与绿色土工网方格及黑色土工网方格组合，最差的是芦苇栅栏与土工袋方格组合。
6.3.1.2 防风阻沙风速情况
1）各种防风沙设施瞬时风速对比分析
沙漠地区用来评价防风阻沙效益的技术参数包括地形、地貌、平均风速、盛行风向、各风向最大风速、大风日数、瞬时风速、强风风向玫瑰图等，其中的瞬时风速、强风风向是防风阻沙的主要动力参数。阿和沙漠公路路线地形复杂，春季寒潮大风和南疆短时阵风是影响防风阻沙的主要因素。因此提出以最大瞬时平均风速（3 s阵风）过境于各防沙体的梯度风速大小高低，来衡量各防沙设施的效能。当然，以各种固沙方格内200 cm高处的瞬时风速小于当地裸露流沙地的起沙风速（约4.0 m／s）状态时其效能最好。根据新疆气象科技服务中心2008年3月—2009年3月所开展的阿和沙漠公路防风阻沙效益野外风沙监测及研究提供的各种防风沙设施不同高度的瞬时风速资料（表6-41），从中显示：
表6-41 定点观测的不同测风高度时防风阻沙体下瞬时风速
（续表）
（1）固沙方格中离地200 cm高处的瞬时风速。在5种防沙组合形式条件下，200 cm高处的瞬时风速都大于当地裸沙地起沙风速，但仍有很大差别，其中芦苇方格、棉秆方格、草把子方格、稻草帘子方格的瞬时风速，变化在6.4～8.0 m／s之间，而土工网方格的实测瞬时风速却达11.1 m／s，是裸沙地起沙风速的2.8倍，说明防固沙动能较低。
（2）固沙方格中离地50 cm高处瞬时风速。在5种防沙组合形式下，稻草帘子瞬时风速为3.1 m／s，低于裸露沙地起沙风速，很安全。芦苇方格、棉秆方格风速都为4.3 m／s，略大于裸沙地起沙风速，仍然安全。草把子方格瞬时风速为6.5 m／s，大于裸沙地起沙风速1.63倍，有一定风险。
（3）固沙方格中离地15 cm高处瞬时风速。固沙方格中15 cm高处瞬时风速是贴地层风速，在5种防沙组合形式下，芦苇方格、稻草帘子方格的瞬时风速在2.4～2.9 m／s之间，都低于裸沙地起沙风速，防沙效能最好。棉秆方格、草把子方格的瞬时风速为4.4～5.3 m／s，略大于裸地起沙风速，有一定加固沙地功能。但土工网方格瞬时风速为6.1 m／s，为裸沙地起沙风速的1.5倍，显示防固沙效能较差。
根据以上三层梯度瞬时风速与裸沙地起沙风速的对比分析，充分显出5种防风阻固沙组合形式中的加固沙措施，以芦苇方格、稻草帘子方格为最佳，棉秆方格、草把子方格次之，土工网方格较差。
2）防风阻固沙体下起沙风速及沙粒通过路面临界风速监测
风沙流是含有沙粒的运动气流。沙粒开始起动的临界风速称为起动风速，一切超过起动风速的风称为起沙风。一般是在离地200 cm高处测定。粗糙地面由于摩擦阻力大，必然要增大沙粒的起动风速，沙漠公路通过风沙分布路段栽压、埋设的各种固沙方格，是控制沙粒移动的一种措施，就是为了增大沙表面粗糙度而设的防沙工程。沙表面的粗糙度是平均风速等于零的几何高度（cm），见表6-42。
表6-42 各种下垫面的粗糙度z0值
有了各种固沙方格，可使贴沙面的风速减弱到沙粒起动风速以下，保护沙地表面沙粒不被起动。2008年在阿和沙漠公路K6～K430沿线固沙方格内和公路路面进行了离地200 cm高处的起沙风速和沙粒通过路面的临界风速测定，见表6-43。表中显示，公路沿线不同防风阻沙体下的起沙风速（m／s）是：芦苇方格为8～9 m／s，草把子方格为7 m／s，稻草帘子方格、棉秆方格为6 m／s、土工网方格为5 m／s，黑土袋方格为4.5 m／s；差别很大，这主要是由于各种固沙方格所用材料不同，方格边料高低、厚度、孔隙率大小等不一致的结果。起沙风速的大小与沙漠地面的粗糙度密切相关，一般起沙风愈大，表示沙面的粗糙度愈大，很明显公路沿线各种防风固沙方格的起沙风速，以芦苇方格最大，说明其粗糙度最大，草把子方格、稻草帘子方格、棉秆方格居中，土工网方格、土工袋方格最小。为了进一步说明公路沿线各种防风沙方格离地200 cm高处的起沙风速反映到近沙面的情况，兹拿沿线200 cm高处起沙风速与表2-41离地200 cm高处和离地15 cm高处的瞬时风速予以对比（表6-43），就能看出其优劣。
表6-43 公路沿线不同防风阻沙体下起沙风速、沙粒过路临界风速
（续表）
表6-44中不同高度防风阻沙体的瞬时风速，有同点同时监测的离地200 cm高处和离地15 cm高处2层风速，离地15 cm高处风速是贴近地层风速，是距计算粗糙度值零风速最近的风速，是判断固沙设施功能的关键风速，其数愈小，显示防固沙功能愈佳。结果如下：
表6-44 不同防风阻沙体下瞬时风速与起沙风速对比
（1）芦苇方格。在公路沿线200 cm高处的起沙风速为8～9 m／s，而在定点观测的200 cm高度处瞬时风速为8.1 m／s，在8～9 m／s风速之内，同梯度15 cm高处风速为2.9 m／s，接近零风速。说明贴地层沙面的风速已减弱到沙粒起动风速以下，对稳定沙面效果最佳。
沙粒通过路面的临界风速为10～11 m／s，是诸多防沙组合形式中的最大风速，这是由于具有良好固沙作用芦苇方格的存在，通过路面的风沙流浓度降低，使过路风沙流顺畅了，从而导致过路风速的增大。
（2）草把子方格。在公路沿线200 cm高处的起沙风速为7 m／s，而在定点观测的200 cm高处瞬时风为7.2 m／s，同梯度15 cm高处风速为4.4 m／s，较接近零风速，防固沙效能良好。沙粒过路面的临界风速为8 m／s，属中等风速。显示过路风流浓度中等。
（3）棉秆方格。在公路沿线200 cm高处的起沙风速为6 m／s，而定点200 cm高处瞬时风速为8.0 m／s，同梯度15 cm高处的风速为5.3 m／s，距零风速较远。固沙效能较差。沙粒过路面的临界风速为6.0 m／s，显示过路风沙流浓度较大。
（4）稻草帘子方格。在公路沿线200 cm高处的起沙风速为6.0 m／s，而定点200 cm高处瞬时风速为6.4 m／s，同梯度15 cm高处风速为2.4 m／s，距零风速最近。稳定沙面效果最佳，沙粒过路面的临界风速为6 m／s，过路风沙流的浓度较大。
（5）土工网方格。在公路沿线200 cm高处的起沙风速为5 m／s，而定点200 cm高处瞬时风速为11.1 m／s，同梯度15 cm高处的风速为6.1 m／s，远离零风速。固沙效能差。沙粒过路的临界风速为5 m／s，说明过路沙流浓度很高，易导致路面积沙。
3）固、阻结合形式下的风速情况
沙漠公路路侧的防风阻沙，都是采用远处阻沙，近处固沙的固、阻组合形式。经过一年多的观测，其防风阻沙体的风速随阻合形式与所用材料之不同差异很大，见表6-45。
表6-45 上风侧各种防风阻沙体下的风速效应
从表中固、阻组合的风速效应来看，以芦苇栅栏与芦苇固沙方格组合的风速减弱率最多，也就是其效果最好，其次为芦苇栅栏与稻草帘子方格组合、芦苇栅栏与棉秆方格组合，再次为芦苇栅栏与稻草把子方格组合，较差的是芦苇栅栏与土工网方格组合形式。
6.3.1.3 各种防风阻沙措施的效能判定
1）按风速情况判定
沙漠公路不同类型防风阻沙体中200 cm高处的瞬时风速、起沙风速与过路沙粒临界风速，依次按以下顺序递减：芦苇方格→稻草帘子方格→草把子方格→棉秆方格→土工网方格→土工袋方格，并呈指数分布，见图6-33。其中以芦苇方格、稻草帘子方格效能最佳，棉秆方格、草把子方格次之，土工网方格较差。
图6-33 不同防风阻沙体与2.0 m起沙风速、沙粒过路临界风速
2）按积沙情况判定
以芦苇栅栏与芦苇方格组合效果最好，其次为芦苇栅栏与棉秆方格组合、芦苇栅栏与稻子帘子方格组合、芦苇栅栏与稻草把子方格组合，再次为芦苇栅栏与土工网方格组合，最差的是芦苇栅栏与土工袋方格组合。
3）综合判定
（1）防风阻沙效果最好的是芦苇栅栏与芦苇方格组合。
（2）防风阻沙效果较好的是芦苇栅栏与棉秆方格组合，芦苇阻沙栅栏与稻草帘子方格组合。
（3）防风阻沙效果一般的是芦苇栅栏与稻草把子方格组合。
（4）防风阻沙效果较差的是芦苇栅栏与土工网方格组合。
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