风沙地区路基的建设应在少风或多雨季节分段集中施工,并在大风来临前完成配套工作。如果当地风力较强且需要在风季施工,应采取临时防护措施。对于设计的永久性防护工程,如果材料运输困难,可以在通车后再进行施工,此时可以使用临时防护作为过渡。
地理特征
风沙地区主要包括沙漠和沙地两类。沙漠指地表大部分区域被风积的疏松沙土覆盖的荒漠地区;沙地则是指地表大部分区域被疏松沙土覆盖的草原地区。全球风沙地区的总面积约占陆地总面积的1/7。在中国,风沙地区面积约70万平方公里,分布在北纬35°至50°和东经75°至125°之间的区域。风沙按照其运动形式可分为风沙流和沙丘。风沙流是由含沙颗粒的运动气流组成,当风吹过沙质地面时,会将疏松的沙粒吹起并带入气流中。沙丘的移动是风沙流的一种表现形式,沙丘根据稳定性可分为固定沙丘、半固定沙丘和流动沙丘。
危害与预防
影响
风沙对道路的主要危害包括沙埋和风蚀,其中沙埋更为常见。沙埋有两种形式:一是风沙流经过时沙粒沉降堆积,导致路基被掩埋;二是流动沙丘前进过程中掩埋路基。风蚀则会导致路基表面被削低、掏空甚至坍塌。
预防
为了减少风沙对道路的影响,道路建设应尽可能避开严重流沙地区,选择沙害较轻的地带并通过,同时尽量接近水源。如果必须穿越流沙地区,应考虑在沙区最短的位置通过,或者在沙丘间的中立地带通过,且道路走向应与当地主风向大致平行。为了避免积沙墓和便于清除积沙,路基应尽量采用适当的路堤高度,而不是不填不挖或路堑。此外,由疏松沙土构成的路堤或路堑都需要进行固沙防护。在流沙地区,道路工程可以采取固沙、阻沙、输沙、导沙等多种防护措施。固沙措施包括使用卵石、砾石、碎石、粘性土或沥青乳剂等覆盖沙面,或者使用草类方格沙障或粘性土埂方格沙障来固沙。阻沙措施包括高立式沙障和挡沙沟堤。输沙措施是通过改变下垫面和增加风速,让风沙流顺利通过路基。导沙措施是使用导沙堤改变气流方向,使风沙流远离路基。植物固沙是防治沙害的根本措施,有条件的情况下应优先采用。
设计原则
风沙地区的路基设计应根据风沙范围及其移动规律、当地的风向、风速和水文地质条件等因素综合考虑。通常情况下,宜采用路堤通过风沙地区,避免深长路堑和半堤半堑的断面形式。在浅短路堑地段,应根据沙源、风向及一次最大积沙量的要求,在路堑坡脚处设置宽度不少于3米的积沙平台。当风向与线路的交角较大时,一般可采用展开式路堑。路基一般不设路拱和排水设备。粉细沙路基边坡一般采用一坡到顶的形式,边坡坡度视边坡高度而定。在风沙地区修建路基时,弃土堆和取土坑应设置在背风侧,取土坑距路堤坡脚不应小于5米,弃土堆距路堑顶边不应小于10米,必要时应对取土坑和弃土堆采取防护措施。线路两侧500米范围内原有的植被和地表凌壳不得破坏。
防护措施
封沙育林
封沙育林是一种永久性的铁路固沙方法,也是防治铁路沙害最经济、最根本的措施之一。这种方法不仅能够防止或减轻风沙对铁路的危害,还能改善自然环境。在年降雨量超过100毫米且地下水位较浅或附近有水源可供利用的条件下,可以采用植物固沙。封沙育林应选择适应当地自然条件的树种。防沙林带的形式一般采用窄带多带式,每带7-9行,每带间隔50-100米。对于无法种植植物的沙漠地区,以及在防护林带成熟之前,应采用其他防护措施。
路基本体防护
粉细沙路基的路肩和边坡部分应根据当地情况,选用卵石、砾石、粘性土或其他不易被风吹蚀的材料作为防护层。
路基两侧防护
阻沙措施
阻沙措施包括防沙栅栏、防沙土墙等,设置在离路基30-50米处。这些措施在短时间内有效,但积沙墓后需要定期清理,因此养护工作量较大。
固沙措施
麦草沙障
麦草沙障分为格状沙障和条状沙障两种。在流动沙丘或沙地上扎设的方格状低立式沙障具有就地取材、施工方便、成本低廉、固沙效果显著的优点。麦草沙障的终点应为背风坡与迎风坡的交接点。如果当地只有一个常年主风向,可以铺设成垂直于主风向的条状沙障,条间距离靠近路基较密集,远离路基较稀疏。
土埂沙障
土埂沙障是利用沙漠附近的土壤制成的土埂,也可以起到一定的固沙作用。土埂高20-30厘米,底部宽50-70厘米,顶部呈圆形,主带主埂间距2米,副带间距不超过4米。铺设时在迎风坡自下而上铺,如果计划利用风力削平沙丘顶部(作防护林带时),可留下沙丘上部三分之一不铺土埂。背风坡也可以不铺。
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