沙漠高速公路路基设计浅论

摘要：介绍了陕西省级高速公路榆佳线榆林至佳县公路毛乌素沙漠地区路基设计的有关原则及思路，对本项目沙漠地区路段路基断面形式、路基边坡防护、路基填筑等路基设计的方法做了阐述，以实现本项目沙漠地区路基的优化设计。

关键词：高速公路，毛乌素沙漠，路基，设计

Abstract: This paper introduces the principles and ideas of the Shaanxi provincial highway, good line elm, elm Lin Zhijia County Road Mu Us Desert design of embankment sections of roadbed cross section of the desert areas of the project, embankment slope protection, roadbed construction roadbed designare described in detail, in order to achieve the optimal design of the embankment of the desert areas of this project.

Keywords: highway, Mu Us Desert, roadbed design

中图分类号： U213.1 文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

1 项目区内沙漠地形地貌气候特征

陕西省级高速公路榆佳线榆林至佳县公路地处陕北毛乌素沙漠与黄土高原的过渡地带，路线全长77.642km。项目区沙漠地貌主要分布于在路线设计带西段的N2合同段，地表形态呈波状或新月状起伏，以半固定沙丘和固定沙丘、沙地及河谷滩地为主。沙丘起伏绵延，高几米至十几米不等。地表物质组成主要为现代风成砂土，下伏更新统风积黄土或冲洪积粉土。经过近年的人工造林植草，减缓了沙漠向东南方向迁移的速度，并使榆林周边地区移动沙丘得到了固化，形成了固定或半固定沙丘，沙丘表面植被覆盖较好。

路线所经地区属半干旱内陆性季风气候，区内风多且大，春季多4～5级西－西北风，年大风15～33天，最多达77天；年平均风速3.24米/秒，最大风力达9～10级，常掀起沙暴，是形成区内波状沙丘地的主要动力。该区沙丘带的展布受西～西北风的控制，呈近东西向延伸。年平均气温8.7℃，无霜期151～174天。一月平均气温-9.6℃，七月平均气温24.1℃，夏季极端最高气温为39.6℃，冬季极端最低气温为-31.8℃，冰冻期达7个月。年降雨量在438～503mm之间，一般在350～400mm左右，6～9月降水量占年降水量的78.7％，单日最大降雨141.7毫米。

2 公路沙害的成因及形式

2.1 公路沙害的成因

（1）公路是不透风障碍物，公路建成后，迫使风沙流的运动形式、运动路径、迁移量、沙粒运动饱和距离等性质发生改变，从而造成路基边坡、路肩风蚀或路面沙埋等病害，威胁公路交通的安全。

（2）在修筑公路时，因大规模机械作业，使自然植被遭到毁灭性破坏，地表缺乏覆盖，引起草地沙化、固定沙丘活化，造成风沙流活动加强或沙丘整体前移速度加快，形成公路沙害。尤其是道路改扩建工程，原有公路禁行，车辆行驶便道，导致大面积的土地沙化，原本脆弱的沙区生态环境因公路建设的强度干扰而进一步恶化，公路不能正常运营。

（3）因工程建设而造成的取土坑和弃土堆，取土坑风蚀扩大，弃土堆沙粒沉积，也会造成局部的沙害。总之，公路建设人为地阻断了风沙流运动的连续性，相当于在风沙流的前进方向上设置了障碍物，所以造成各种各样的公路沙害。

2.2 公路沙害的形式

（1）风蚀：毛乌素沙漠地区的一个重要特征是气候干旱、风大沙多，而公路路基主要由就地取材的风沙土填筑而成，路基结构松散、固结性差，受到风力作用，沙粒很容易被风吹走，产生路基、边坡、路肩的风蚀；而且，风沙流中的沙粒不断冲击路基表面，发生磨蚀，以致将沙质路基的路肩部分或路面底层掏空，造成塌陷。

（2）沙埋：由于风沙流通过路基时风速减弱，导致沙粒沉落堆积而掩埋路基，或沙丘移动上路掩埋路基而产生沙埋病害。沙埋可分为沙丘前移造成的堆状沙埋和风沙流受阻沉积造成的舌状积沙和片状积沙。当公路穿越密集的流动沙丘群时，则易造成沙丘整体前移上路，阻碍交通，尤其是沙丘群低矮，主风向单一且与路基垂直时，沙丘移动迅速，迅速上路，造成大量沙子堆积，形成堆状积沙，严重影响公路行车畅通。沙埋的另一种形式为过境风沙流在运行过程中遇到路基阻碍时，由于地形的变化而削弱风沙流的挟沙能力，引起多余沙粒沉积，造成舌状积沙和片状积沙。公路沙害造成的后果主要表现为：风蚀使得路基稳定性下降，影响行车安全；而沙埋则易造成交通中断，构造物排水不畅，甚至迫使公路改线，加大了行车里程和运输成本；同时，风蚀沙埋缩短了公路运营期，

并带来庞大的清沙维护费用。

3 沙漠公路路基设计有关原则及思路

受毛乌素沙漠的不断侵蚀，以及风沙对公路的危害，在本项目路基设计中，针对以上沙害形式，采用优化路基断面形式、加强边坡防护和改变路基填料等工程措施以优化沙漠地区公路路基的设计。

3.1 路基设计原则

（1）为了防治路基风蚀与沙埋，应根据风沙地貌地形特点、风沙运动特征、风向、风力及路线走向与主风向关系等，选择合理的路基断面形式和路侧防护体系(路侧防护体系包括整平带或输沙带、防护带与植物保护带)，为流动沙粒创造非堆积搬运条件。

（2）在不宜采用植物固沙的地区，或在采用植物固沙的初期，为防治沙害并为植物固沙创造生存条件，都需要采用工程防沙治沙措施。采用的工程措施有固、阻、输、导沙四种类型，各种措施可结合当地实际情况单独使用或几种措施综合使用。

（3）植物固沙是防治公路沙害的根本措施，但需要一定条件， 管理也比较困难，又需要较长的时间，要依靠群众，取得当地政府的支持，并与农林部门密切协作才能搞好。为防止破坏原有植被引起新的沙源，为保护防护设施，在公路路侧的一定范围内应设植被保护带，禁止不合理的开垦，放牧与樵采。

（4）沙漠地区无论路堤或路堑，均由疏松沙粒筑成，因此其公路路肩、坡面和积沙平台均需进行全面的固沙防护工程，以防止风蚀和保持路基的稳定。防护材料可采用砂砾、粘结土、盐块、各种柴草等。

3.2 路基设计思路

（1）在容易积沙的路堑或半填半挖路段，当风向与路线交角较大时，为防止流沙进入路肩及行车道，在背风侧碎落台应加宽至4m作为积沙平台。

（2）为避免取土坑遭受风蚀并危及路基，取土坑宜设在下风侧路基坡脚5 m以外；当必须两侧取土时，上风侧的取土坑应予以加固；当采用机械施工时，取土坑应挖成能增加气流上升力的弧线浅槽，浅槽应予以加固并与路基顺滑衔接，以利于风沙流的通过。

（3）路基设计宜填挖平衡或填方略大于挖方，减少废方。废方一般应堆在路基下风侧或其洼地，并应摊平。弃土堆距离堑顶不得小于10 m。

（4）路基两侧10 m～20 m范围内的地面应保持平顺，地上突起物或灌丛均应铲除并予整平。

4 沙漠路段路基设计

4.1 路基断面形式

路基断面设计主要考虑路基的横断面形态尽量不要使风沙流的运动形式、运动路径、迁移量、沙粒运动饱和距离等性质发生改变。在本项目毛乌素沙漠地区路基断面设计中主要从以下几个方面进行了优化：

（1）沙漠路基横断面形式，应以具有良好的气流附体运动的流动线形边坡或缓边坡形式为宜。

（2）路堤应尽量以低填方形式设计，边坡采用1:3以上的缓边坡；挖方边坡一般采用1:3一坡到顶，当边坡高度大于10m或路线位于打火店林场时，填挖方边坡坡率均采用1:2，坡口采用圆弧过渡。

（3）中央分隔带宽度2.0米，采用现浇8cm水泥混凝土封闭，采用防眩板防眩。

4.2 路基边坡防护

路基边坡防护的主要目的是防止风蚀、塌陷，增强路基稳定性，路基防护型式应根据公路所在地区、公路等级、材料来源及有无线外防护措施等综合考虑。工程治沙是目前公路工程常用的治沙措施，是利用风沙的物理特性，通过设置工程措施来防治风沙流的危害和沙丘前移压埋。工程防沙措施的特点是收效快，能就近取材，建设成本也较低，但防护期较短，设施需要经常维护，日常维护费用较多和维护工作量较大。本项目根据毛乌素沙漠地区实际情况，优化路基边坡防护设计如下：

路堤、路堑边坡均采用柴草方格网加植被防护，在沙质路基边坡先搭设半隐蔽式柴草网格障蔽，沙障材料以柴草或稻草为主，障蔽规格为1ｍ×1ｍ，然后在障蔽网格内栽植适合当地生长的草、灌木。施工过程中先整平边坡，铺放柴草或稻草，用平板铣压草，压入深度不小于10cm，拥砂扶直。

4.3 路基填筑

参照当地公路建设经验，按照就地取材，因地制宜的原则，本项目K44+240～K49+200路段毛乌素沙漠地区路堤采用风积沙填筑。由于风积沙非塑性、非亲水性和渗透系数大的特性以及毛乌素沙漠的气候特性，本项目针对毛乌素沙漠地区风积沙填筑路段的路基填料、路基施工技术要求优化设计如下：

（1）风积沙路段路床顶0～40cm采用8%石灰土填筑。

（2）分别采用干振法和饱水振动法确定风积沙的最大干密度，作为风积沙在天然含水量状态下或洒水状态下和水坠法加推土机、水坠法加振动压路机等分层压实风积沙的控制路基压实的依据。

5 结语

在进行陕西省级高速公路榆佳线榆林至佳县公路毛乌素沙漠地区路基设计时，设计人员充分考虑地域、气候以及材料、交通条件等建设条件，综合考虑了诸多影响沙漠公路资金投资和工程质量因素的前提下，充分贯彻公路设计的“新理念”，针对毛乌素沙漠地区路基断面形式、路基边坡防护、路基填筑等路基设计进行了优化。

参考文献：

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