新疆公路防沙工程设计实践

1.防沙工程总体布置

如前所述，完善的防沙体系除路基本身必要的防护外，一般应在路基两侧设在整平带、防护带和植被保护带，具体布置视不同的沙漠类型和地段而定。

1）流动沙丘地段

当路线与主导风向成45°～90° 相交的大面积流动沙丘地段，路基两侧均设计 10～20 m的整平带，该地带内的一切障碍均应运走或推平，以使挟沙风顺利通过路基。

整平带外侧为防护带，宽度一般为 500 m以上，或视当地情况而定。原则上应采取植物固沙与工程防治的综合措施，当便在工程防治设施失效后，由植物防护发挥作用。当无植物固沙条件时，工程设施即作为永久性防治手段，须经常加以维护。对此种情况也可考虑“输”“阻”措施。

防护带外侧为植被保护带，其宽度为：在路基上风侧宜为 400～600 m，在下风侧宜为 200～300 m，植被保护带内的植物应严加保护，禁止伐垦和放牧。

当主导风向与路线的交角小于30° 时，可适当减少路基防护带的宽度。

2）流动沙地地段

当路线与主导风向成 45°～90° 相交，且流动沙地地形较为平坦开阔，路基宜采取缓边坡的路堤或路基输沙断面，以便于过境沙顺利通过。

路基上风侧宜有适当宽度的输沙带。

防护带内设置带状隐蔽固沙设施，以保护风能稳定，不使过境风沙流达到饱和状态，防护带的宽度为：在路基上风侧为100～150 m，下风侧不应小于50 m。

当主导风向与路域的交角小于30° 时，宜采用一般路基断面形式，可适当减少路基防护带宽度。

3）半固定沙丘地段

当路线与主导风向的交角大于30° 或垂直的半固定沙丘地段，应将整平带原有的突起物（包括灌丛）夷平，以免积沙威胁路基，整平带的宽度10～20 m。

对于防护带内的局部流沙，应采取工程防治与植物固沙的综合措施，并保护和利用原有植被，以根治流沙。防护带的宽度为：在路基的上风侧不应小于 300 m，在下风侧不应小于100 m。

在植被保护带内严禁乱砍、乱伐及乱垦，以通过自然繁殖逐步改变原有植被状况。植被保护带的宽度：在路基上风侧应大于500 m，下风侧则应大于200 m。

主导风向与路线平行时，可不设防护带，但仍保留整平带和植被保护带。

4）固定沙丘地段

固定沙漠地区固定、半固定沙丘占绝对优势，降水条件良好，植物生长良好。具有较广阔的丘间低地。沙漠内部具有丰富的土地资源。

路基两侧仅设植被保护带，带内植物要严加保护，以免风沙再起。保护带宽度为：在路基上风侧宜为300～500 m，在下风侧宜为100～200 m。

2.防沙工程设计

1）固沙设计

固沙措施的作用在于稳定沙地表面，抑制流沙活动。固沙措施很多，各有各的优缺点及一定的使用条件，设计时可依据当地的自然状况、材料来源与品质、施工条件、管养水平与难易程度、经济成本等选定下列一种或几种措施组合。

（1）植物固沙。

① 植物固沙的作用。

植物固沙是防止沙害的根本措施，不仅可以减低风速，削弱和抑制风沙流活动，而且由于沙生植物具有发达的根系，还能固结其周围的沙粒，加之枯枝落叶的堆积，有利于有机质的聚积，促进沙的成土作用，改变沙地性质，使沙流趋向固定。植物起到全面固沙作用后，比任何工程防护措施都更为优越有效，有条件时应优先采用。

植物固沙有三种：种草、种植灌木和乔木。理想的植物固沙是采用草、灌木和乔木相结合的方法，取长补短，以达到最好的效果。因为：

草类：能适应比较恶劣的自然条件，易于生长，但寿命不长。

灌木：在沙地的适应性能强，生长较低矮，枝条密集，根系发达，既能固定就近沙面，又能阻挡外来沙源，是防风沙的先锋。

乔木：在沙地内需有很好的水分和养分条件才能成活生长，但其枝干高大，防风能力很强。

② 植物固沙的要求条件。

植物固沙要求条件较多，特别是植物立地条件、植物种类选择、合理的植物结构搭配和种植方式、灌溉措施和管理方法等都是成败的重要因素。只有结合当地条件进行全面的调查、分析和研究后，才能确定能否采用，最终达到预期的效果。

立地条件指植物生长和发育的环境条件：包括沙丘类型、起伏程度及其移动特征，沙地下伏地层结构及地下水情况等；沙层内的含水量及干沙层的厚度、当地降水量及地表径流情况；地下水位及沙地盐渍化程度；沙地植物的分布、生长情况及其演变规律等等，其中很重要的是水分。根据沙地栽植经验，若沙层内具有含水量不小于 2% 的常年稳定湿沙层，则可保证耐旱的草、灌木成活生长。此外，沙层中的有机质及盐分含量、温度及通风条件也都影响植物的成活生长。

（2）沙障固沙。

沙障固沙的作用在于稳定沙地表面，抑制流沙活动，沙障固沙可分为平铺式和立式两类，立式沙障又分为低立式和高立式两种。

① 平铺式沙障。

利用柴草、黏性土、砾石或其他材料，平铺于沙面上，可以防止风蚀。多用于对路基两侧沙面的防护。

柴草类平铺式沙障：

层铺防护：采用麦秸、稻草、苏丹草、沙蒿、野麻、芦苇或其他草类，以层铺形式覆盖沙面。层厚5～10 cm。

平铺植物束或芭块：采用各种枝条、芦苇、芨芨草等，扎成束把或织成芭块，以平铺形式覆盖沙面。

平铺或叠铺草皮：柴草类沙障材料用量大，一般使用3年以上需修补或重设，再加上沙漠地区这种材料较为缺乏，往往需从数百公里以外的地方采购，运距远、成本高。

土类平铺式沙障：

黏性土覆盖沙面（黏土沙障）适用于沙丘微起伏的地区，覆盖前应平整沙面，所用土的塑性指数应大于 7，覆盖厚度在迎风坡及丘顶为5 cm，背风坡及丘间地10 cm。为增加覆盖层的抗冲蚀强度并避免干裂，可掺10%～15% 的沙或20%～30% 的砾石（体积比）。

沙砾石覆盖沙面（砾石沙障），厚度5～10 cm，以平铺或格状形式覆盖，后者先用10cm以上的砾石在路基边坡上做成1 m×1 m或2 m×2 m，并与路肩边缘成45° 的方格，然后再于格内铺粒径较小的砾石。

② 立式沙障。

立式沙障一般为防护工程中的主体，材料用量大，就近取材时应注意不要破坏原有的生态平衡。这种立式沙障是利用柴草等材料竖直放置，以降低近地表的风速，抑制就地起沙并阻挡部分外来流沙，具有固沙和一定阻沙作用。低立式沙障的外露高度以10～20 cm为宜，距离路基应大于20 m；高立式沙障距离路基则须大于50 m，不宜太靠近路基。

草方格或条带状沙障的扎制主要采用具有柔性的麦秸、稻草、苏丹草、压碾改性芦苇等；草方格规格以1 m×1 m（路基两侧的固沙带）和1 m×0.5 m（路肩及边坡）为宜。在丘顶等强烈风蚀部位也采用 1 m×0.5 m规格。有水源条件地，可在草方格内播撒适于沙漠生长地植物种子，使方格内生长沙生植物。

在主导风向明显或风向单一的流沙地区，可采用条带状沙障，沙障走向必须与主导风向垂直，间距＜0.8 m。

③ 沙袋沙障。

沙袋沙障选用抗老化编织土工布，该材料具有抗老化、密度小、耐酸碱、耐腐蚀、强度高等优点。沙袋沙障可分为有鳍和无鳍两种。

有鳍沙障：制作沙袋时，接口处预留出 8 cm，在第一造缝线外侧每隔 1 cm 增加一道缝线，共增加三道，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出，使其发挥类似于麦草沙障的作用。对风产生扰动，在袋内装满沙，袋直径分别为 5 cm、10 cm、12.25 cm。

用有鳍沙障组成的带状沙障，以带距为 1 m 的规格，防风效果最好（适用于风向单一地区）。有鳍与无鳍沙袋沙障按 50 cm、100 cm 及 200 cm 的间距带状排列时，间距为 50 cm时二者的相对固沙能力：有鳍者略高于无鳍者；间距为 100 cm时，则相差 40% 左右；间距200 cm时，相对固沙能力均为50 cm的50% 左右。

④ 格状沙袋沙障。

格状沙袋沙障是把有鳍沙障设为主带，无鳍沙障设为附带的方格沙障，以1 m×1 m防风效果最好。随着沙障规格的加大，其风速降低率和粗糙度逐步降低。这种沙障适用于多风向地区。

⑤ 土工方格沙障。

土工方格沙障应在上风侧流动沙丘上设置，其规格有 1 m×1 m、1 m×2 m、2 m×2 m，其中 1 m×1 m沙障防沙功能最好。形式则有不透风式或透风式。具体使用应根据地形地物条件选取。透风式沙障由于其防护距离相对较长，虽然积沙效果比较弱，但在风向单一、地形平坦地沙地使用时，固沙效果好，而且可以适当放大沙障地规格，以降低固沙成本。不透风式沙障用于公路沿线流动沙丘时，应结合植物固沙措施，使其在短期内为固沙植物地定居、生长创造良好的环境。由于不透风式沙障会引起大量沙粒沉积，也使沙障易遭受沙埋，降低其使用时间，但它在沙埋后可以提起，固沙效能即可恢复，而具有维护方便、灵活激动、使用期长地优点。

（3）化学固沙。

用化学合成材料均匀喷洒沙面，使之形成固结层。这种方法的优点是最大限度地体现就地取材、以沙治沙，施工简便，固沙立竿见影。缺点是阻沙作用差，没有防护高度，对于过境风沙流无作为，故应与阻沙措施结合起来使用。

化学固沙材料：主要有乳化原油、乳化沥青、高矿化度盐水、高分子聚合物、土壤凝结剂等。

固化剂固沙法——沙埂沙障固沙技术：

用刮耙将流沙耙成各种规格的沙埂，一般底宽 30～40 cm，高 15～25 cm，截面为等腰三角形，然后用土壤凝结剂喷洒固结。沙埂表面形成界壳；或筑成沙子方格沙障。垄底宽30 cm，高15～20 cm，规格为1 m×1 m，垄上喷洒30% 浓度土壤固结剂，结皮厚度1.5～2.0 mm，设置于迎风坡。

沙埂沙障还可与植物固沙结合起来使用，在所设置的沙埂沙障或方格沙障中种植各种植物。

2）阻沙设计

阻沙设计的目的是拦截风沙和限制积沙移动。阻沙沙障一般可分为墙式、堤式、栅式、带式和防风林五类，适用于沙源极为丰实的流沙地区。须布置在距路基迎风侧100 m以外，一般栽于沙丘顶部，沙障越高，间距越大，与主导风向正交时，阻沙效果好。有条件时，应栽种乔、灌结合的密集防风林，形成永久阻沙体系。

（1）设计依据。

设计时要根据当地的自然状况（包括风况、风沙流程度等）、材料类型品质来源、施工条件、管养水平、管养难度、费用等。

（2）设计要点。

确定合理的阻沙沙障类型、制作材料、设置形式及布设数目。

确定阻沙沙障的制作方法，应考虑其稳固性：在沙面上阻沙沙障应能抵御八级大风或当地最大风力，而不全线倒伏。

应考虑沙障的定期拔高或重设及固沙材料的再利用问题，尤其是外侧来沙较多，积沙在短期内就能达到饱和之处。

（3）阻沙栅栏的设置。

防沙栅栏材料：可选用具有一定强度的原状芦苇天然植物枝条、秸秆、人工防沙网。阻沙栅栏结构以疏透型为好，植物秸秆、枝条、竹片等天然材料编制的栅栏的疏透度应以30%～50% 为宜，原状芦苇地阻沙栅栏疏透度以20%～30% 为宜。利用工厂生产的防沙网做栅栏时，网目以16～22目为宜。

防沙沙障设置地点：防护带外围，主要用于阻挡外侧来沙，并将沙丘的前移运动转化为较弱的风沙流活动；与固沙带边缘之间应留有10～15 m的空留带，用于堆积外侧来沙。

阻沙沙障布设方向：

当与沙丘运动方向垂直时，宜选择沙丘脊，在距沙丘脊线1～1.5 m的迎风坡顶上；

当与沙丘运动方向近于一致时，阻沙沙障应沿沙丘迎风坡横向较高处至坡顶，然后直穿落沙坡，以使其在落沙坡处的延伸尽量地短；

在沙丘密集、地形起伏较大的地区，阻沙沙障不能按直线布设，而应适当调整，可偏离直线。以使阻沙沙障一直处在相对较高处，充分发挥其阻沙的功能，加速人工阻沙堤的形成；

阻沙沙障只能纵向直穿沙丘落沙坡，即顺沙丘落沙坡倾向方向穿越，不应斜向穿越，严禁横向穿越。

局部风沙流活动较强烈的地区，应考虑设两道阻沙沙障，其间距不应大于所防御沙丘的最大尺寸。

阻沙沙障的构造：

阻沙沙障外露高度：1.2～1.7 m 为宜，当被沙埋至外露高度仅剩40 cm时，应将其拨起或原地重设，以恢复其阻沙功能。

固定立桩间距：地形平坦时为4～6 m，地形起伏较大时，加密至2～4 m。

固定立桩的埋入深度一般40～50 cm，其两侧宜用衔于栅栏并与立桩呈45° 左右夹角的牵引铁丝拉紧。

在风蚀强烈部位，栅栏两侧应扎制2～3道草方格（1 m×1 m）固沙，以防掏蚀。

3）输沙设计

输沙措施的目的是通过增强风力或改变地表性质，使过境流沙顺利通过路基而不应产生堆积。输沙措施适用于沙源相对不丰富 ，一般只有过境风沙流，道路两侧一定范围内为戈壁和淤土平地或盐碱地。平沙地（沙地平坦）也可酌情采用。此外还应从路基设计本身，包括路基横断面设计、路堤合理高度、路堑合理深度、路肩硬化和边坡防护等方面考虑。还可从外部采取适当措施，如浅槽输沙、浅槽和风力堤输沙、聚风板输沙等。

浅槽输沙：这种方法是利用路基上风侧的边坡设置宽度L与H之比L/H＝10～25的弧形浅槽，浅槽的深度为1.0～2.5 m。槽的下风侧与路基相互平顺衔接，且槽的表面用土石类封闭。这种措施可借助浅槽的气流上升力和路基面风速的加强来达到路基的输沙目的，它适用于平坦的流动沙地和风沙流地区，以减少风沙流对路基的危害。

浅槽与风力堤综合输沙：这种方法是在浅槽的上风一侧与邻近的流动沙丘之间，再设一个风力堤。风力堤顶要比邻近沙丘高出 0.3～0.5 m，以造成一个吹扬地带；堤顶要设成流线型，风力堤的迎风坡一般以1∶4为宜。风力堤的表面亦应封闭，迎风面的封闭厚度为5～10 cm，背风面为3～5 cm。这种综合措施适用于路线与主导风向交角为45°～90° 情况下路段的流动沙丘。

4）导沙设计

当路线与主导风向为25°～30° 斜交时，风沙容易在路线附近堆积。为了让沙堆积到对路基无危害的地方，可在路基的迎风侧50～100 m以外设置导沙措施，借助风力的作用，改变风沙流或沙丘的移动方向。

导沙措施：

① 导沙墙：土墙、石墙、柴草墙等。

② 导沙排或板：木板、笆块等。

③ 导沙栅栏：用密结构（透风度＜20%）的苇排或塑料挡风板。