风积沙路基公路设计、施工与防沙-流动沙漠地段的选线原则论证

2025-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：本着以人为本、安全第一的思想，一般认为沙漠公路在选线时首要原则是保证行车安全。经综合分析认为，对于采用阻、固、输全面防护的裸露流动沙漠公路路段选线时，应考虑顺应大的地形地势，对于局部微观地形，不要看得过重、依赖太多，以免影响总体线形。路线穿过流动沙漠地段时，要充分利用各种有利地形，将路线尽量选择在沙害较轻的丘间低地、最佳垭口、扇缘等地带。

对于干旱、过干旱流动沙漠地区，沙漠地形地貌条件复杂、沙丘流动性大、植被稀少、风沙危害严重，公路选线原则应更加注重线形、交通安全、经济快捷、地形地貌配合等，应充分考虑风沙流方向和运动规律对公路的影响，尽量减少风沙对公路的危害和养护的难度。

1）保证行车安全原则

从流动和固定半固定沙漠公路车速调查可以看出，平坦沙地沙漠路段小车平均车速可达91～142 km／h，大中客货车（以大型车居多）可达75～103 km／h；高大沙垄沙山沙漠路段，小车平均车速可达112 km／h，大车可达66 km／h。小车实际行驶的车速远大于设计车速80 km／h和60 km／h，大车实际行驶的车速略大于设计车速。沙漠路段车辆行驶车速高，主要有地域辽阔路线长（一般200～500 km之间很少有客站）、路况好、交通量小、干扰少、环境景观单调等客观原因，也有驾驶员想尽快开出去的想法，车速不自觉会变高，这时如果线形差一点，导致恶性交通事故在所难免。本着以人为本、安全第一的思想，一般认为沙漠公路在选线时首要原则是保证行车安全。

通过对新疆、内蒙古、陕西等省区的公路平纵线形调查，各地沙漠公路具有线形指标较高的特点，主要原因是地形地貌较开阔，沙质地表土方工程难度不大，容易布设较好的公路线形，所以一般都采用了较高的技术指标。

技术指标要根据不同的地形掌握，不能为了一味追求较高的线形指标而不顾对自然地形的剧烈切割、工程数量的猛增和对周围环境的破坏。应充分利用地形，因地制宜地运用指标，根据道路等级和交通量，结合实际运行速度，灵活掌握设计标准，设计出行驶安全、经济、合理的路线方案，使道路的平均运行速度达到最佳值。同时不应轻易采用最小技术指标或低限指标，也不应片面追求高指标。

2）路程最短原则

从调查资料看出，流动沙漠公路连接的起终点之间几乎无人烟，施工困难，路面材料奇缺，如新疆塔克拉玛干沙漠公路的砂石料平均运距在100～250 km；防护工程量很大，防沙芦苇平均运距100多公里，塔中—且末路段芦苇运距最高达到了600～800 km，修建造价高。所以在无连接中间点和环保等其他要求时起终两控制点间的路程应尽量最短，这样才能缩短公路里程，对降低工程造价和车辆后期经济运营有利。当然也不能使连续的直线距离太长，这对行车安全不利。

3）合理绕避严重沙害地段原则

沙害严重路段对公路威胁很大，会给后期公路运营和养护带来很大困难和巨大投入，调查资料的结论反映出，当路线遇到高大沙体时，由于高大沙丘落沙坡压埋和坡顶强烈风蚀，是路线最严重的沙害发生部位。同时在这种高大沙体路段布线，必然纵坡很陡，对行车影响很大。对于选线和防沙应注意重点避开这种情况，避免引起后患。

对于风力大、沙源丰富、沙丘复杂高大的路段，防沙措施容易被破坏，公路容易产生沙害，当有条件绕避时可以减轻后期养护投入，但路线绕避过长，对建设费用以及后期运营和养护费用都会增加。具体选线时应结合具体情况，做技术经济比较分析，在路线延长不多和筑路费用增加不大时，应尽可能绕过有沙害和其他严重病害威胁的地段。

4）顺应自然宏观地形原则

从调查资料和现场观察看出，当前沙漠的地貌是长期平衡的结果，为了不造成新的沙害，减少筑路工程量，要避免大填大挖，尽量保持填挖方平衡或填略大于挖，尽量保持原始地面状况，见图2-1。

但沙漠微观地形复杂，变化多，如果过分强调保持原地貌，将会产生非常不利的线形。

经综合分析认为，对于采用阻、固、输全面防护的裸露流动沙漠公路路段选线时，应考虑顺应大的地形地势，对于局部微观地形，不要看得过重、依赖太多，以免影响总体线形。总体线形确定后通过阻、固、输全面防护措施使原始地面逐步稳定，见图2-2。对固定半固定沙漠、有生态植被的沙漠公路，应尽量减少对环境的破坏。

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图2-1 顺原地面布线减少填挖

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图2-2 顺应自然宏观地形选线

5）充分利用有利地形原则

利用有利地形，可以减少沙害、提高环境保护和景观效果，调查表明路线布设时通过沙丘的迎风坡坡脚或平坦开阔地比较安全，该处风速和输沙量都比较小，风蚀和沙埋情况较轻。有植被的沙漠边缘地带是路线通过的有利位置，沙漠路的修建可以保护生态环境，植被可起到防沙作用，减少防沙设施，两者优势互补。

通过高大复合型纵向沙垄或沙丘之间的低地，普遍分布着较低沙丘、沙丘链及小沙垄，并且还有一定数量覆盖着的粗沙地及轻盐渍化沙地。这是重沙丘区中设置公路路线最有利地形，这类地形设路路线纵坡小，土方工程量少，防沙工程量少，公路沙害轻，视野开阔，行车安全。对于谷地中可能伸及高大沙体背风坡（落沙坡）的路线，应及时采取减短路线交点间长度的方法、将路线交点后移足够距离、宁可采用加大交点转角的措施，使路线尽量处于开阔坦缓的有利地形之上。因为放在高大沙丘体落沙坡的路线，路线纵坡起伏多、纵坡大、视距差、土方工程量大、防沙范围宽，而且公路沙害出现概率高，其后患无穷。流动沙漠地垭口，是相邻两大复合型沙垄或其他高大沙体的鞍状结合部，是路线穿越高大复合型沙丘群的重要控制点，其相对高度为主垅高度的1／5～1／2。由于垭口为多风向通道，风沙地形崎岖，但其整体相对高度较低，一般能满足路线纵坡的技术要求，是跨越高大垅体的理想通道，见图2-3。路线从扇缘固定、半固定沙丘地带通过。

我国流动性沙漠大都位于内陆盆地，四周因有高山雨雪水注入，且常在沙漠外围的山前洪积扇缘地带有潜水溢出，水分条件较好，植物生长茂盛，沙丘多固定、半固定，很少有沙害，此带筑路材料也较丰富。因此，扇缘地带为流动沙丘外围公路路线布设提供了比较理想的位置。

路线穿过流动沙漠地段时，要充分利用各种有利地形，将路线尽量选择在沙害较轻的丘间低地、最佳垭口、扇缘等地带。

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图2-3 路线穿越垭口

调查和风洞试验表明，平曲线部位特别是凹面迎风的平曲线，由于风沙聚集容易产生路面积沙，无法避免时应将弯道设在路堤部分，并以凸弧面迎风为宜。

6）路线走向与合成起沙风向平行或锐角斜交原则

大量调查表明，沙漠公路走向同主风向交角大小不同，所产生的沙害程度不同，当路线走向和主风向接近90°时，沙害十分严重，防沙体系应加强，固沙宽度和栅栏数量上应增加。如塔中4井～塔中1井路段，其长度37.6 km，建成7～8年，由于缺乏养护，年久失修，路堑上风一侧形成背风积沙，边坡草方格被埋，坡度值越来越陡，目前沙子多处已上路，见图2-4，需要及时清理，重新布设防沙体系。(https://www.chuimin.cn)

相同年代修筑的沙漠公路，在主风向和路线大角度相交路段，其公路沙埋情况比小角度顺风向路段要严重得多。

根据风洞试验成果和野外观测所得数据明显看出如下规律：

（1）随着路线和合成风向夹角的增大，路基顶部迎风路肩与路中心风速之差是：路线与风向夹角90°的比夹角15°的大2.4倍，路线与风向夹角90°的比夹角30°的大1.5倍。路基顶风速差的大小反映了其将被沙埋的程度（图2-5）。路基顶和背风坡脚的风速差越大，则积沙概率越大积沙越严重。

（2）随着路线和合成风向夹角的增大，路基顶的集沙量［g／（cm·min）］是：夹角90°的比夹角30°的大4.25倍，夹角90°的比夹角45°的大1.06倍（图2-6）。很明显集沙量越大显示路基顶风沙流浓度越高，其积沙概率越大，沙害越严重；集沙量越小则沙害愈轻。以公路走向与合成风向平行者最好，小交角（＜30°）者次之。在实际操作中，可根据沙丘移动方向和沙垄走向大体一致的原则确定路线具体走向。

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图2-4 沙害危害严重路段

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图2-5 不同风向夹角风速减弱率

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图2-6 不同夹角积沙情况

在路堑路段，由于斜交的运动气流有向通畅缺口汇集的特征，因此与合成风向斜交的路堑，将出现堑底风速大于堑顶风速1.20～1.37倍的拉沟风，十分有利于风沙流的搬运。

因此选线时路线和主风向应尽量保持小角度相交。

7）尽量保护绿色植被原则

保护生态环境是流动沙漠地区选线时应该重点遵守的原则，流动沙丘地区植被稀少，成活者是十分宝贵的，因此沙漠公路选线时，应尽量保护各种植物的生存条件。从以往的经验和成果分析总结认为，对胡杨等乔木林带，路线能绕则绕，绕避不了的应从林木比较稀疏的空隙中以直线穿过；在红柳灌丛、沙拐枣分布地段，应多以长直线方式从其间距较大、前后交错灌丛堆间通过。

对于一些低矮草本植被及短命植物，在路线平面上难于保护，可以采取不设较高路基、将土方填挖量降至最低的措施，尽可能保护这类植被。

8）最大社会、经济和生态效益原则

调查认为，对于有油田、村落、管线等设施的路段，应结合规划，合理地布设路线，可提高公路沿线和两端地区社会经济发展水平和经济增长能力，合理利用资源。作为沙漠公路干线，要有利于今后公路支线的联网和延伸，有利于交通量的持续增长。

在沙漠中分布有油田矿井地区，公路选线要力争做到与输油管道、输水管道、通信线路和沿线绿化工程密切结合，形成具有多功能的“走廊工程”，有利于油田之间联网和石油外运，从长远看可取得较高的综合经济效益。

路线通过地段应尽可能地接近所需筑路和防风固沙材料的产地，以减少工程投资。

9）灵活的迂回展线原则

来自塔中—且末公路的修筑经验和调查分析认为，路线翻越高大的沙垄、沙体地段，经多方比较，若采用绕避的方法其路线过长，并且绕长后其技术指标无明显提高时，就可采用迂回展线方式，使路线与纵向沙垄呈50°～70°角度斜交而上，并选沙垄体中的最低点通过。上、下高大沙垄体的纵坡之上，绝对不能设容易形成沙害的回头曲线。

高大复合型沙垄体之上多为梁窝状沙丘、新月形沙丘，因其高均在20 m之下，所以可以直线方式通过。

10）平微沙丘区路线的直穿原则

流动沙丘的微沙丘地貌，一般是指类丘陵状态的沙漠地貌，其形态特征是：沙丘连绵、丘坳交错、此起彼伏、垅低脊宽，垅谷相对高差小于20 m。选定路线可不必远绕，应以7°～20°转角或直穿方式通过，使路线增长系数控制在1.05以内，见图2-7。采用这一方法可以减短路线长度，提高路线平面线形技术指标，对减轻或消除公路沙害有利。

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图2-7 转角和路线增长系数

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