公路風(fēng)吹雪雪害防治原理

佟士學(xué),韓 峰

(1.黑龍江省八達(dá)路橋建設(shè)有限公司;2.黑龍江省監(jiān)理公司)

研究風(fēng)吹雪雪害成因機(jī)理的根本目的是為了避免或減輕公路雪害,有效避免或減輕公路雪害從原理上講就是設(shè)法阻斷風(fēng)吹雪形成過(guò)程中的某個(gè)環(huán)節(jié)或是利用形成機(jī)理,防止積雪發(fā)生在路面上。而認(rèn)識(shí)掌握這一原理,有助于在防治技術(shù)研究與工程實(shí)踐中做到把握全局、抓住要害、因地制宜、多管齊下,達(dá)到最佳防治效果。

1 控制雪的供給

風(fēng)雪流在某一速度下能輸運(yùn)的雪的數(shù)量是有限的,一定速度的風(fēng)能夠達(dá)到的最大輸雪強(qiáng)度稱(chēng)為飽和輸雪強(qiáng)度。風(fēng)雪流的輸雪強(qiáng)度是逐漸達(dá)到飽和的,即,風(fēng)吹雪發(fā)生后,在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷增加新的雪粒子,從而使輸雪強(qiáng)度不斷增大,最后達(dá)到一定速度下的飽和狀態(tài)。因此,風(fēng)雪流的強(qiáng)度不僅與風(fēng)速和降雪量有關(guān),還與吹雪長(zhǎng)度有關(guān)。

在達(dá)到飽和輸雪強(qiáng)度狀態(tài)下,如果由于某種原因風(fēng)速下降,則一部分雪粒子將下落,形成堆積,輸雪強(qiáng)度變小;但由于輸雪強(qiáng)度的減小,風(fēng)雪流的速度隨之增大,吹蝕作用加劇,使得風(fēng)挾帶的雪粒子的數(shù)量不斷增加,直至達(dá)到飽和,而在達(dá)到飽和之前,風(fēng)速也在逐漸下降。

風(fēng)雪流飽和輸雪強(qiáng)度的存在和飽和輸雪強(qiáng)度的形成過(guò)程使得采取控制雪的供給的方法防治風(fēng)吹雪積雪成為可能?？刂蒲┑墓┙o可以從兩方面入手:(1)設(shè)計(jì)公路時(shí),如果難以避開(kāi)大規(guī)模雪源地帶,則應(yīng)盡量縮短上風(fēng)區(qū)雪源的寬度,使得風(fēng)雪流在到達(dá)公路時(shí)沒(méi)有足夠的發(fā)育距離,從而處于不飽和狀態(tài);(2)在公路上風(fēng)側(cè)雪源地帶建立防雪柵、擋雪墻、防雪林等設(shè)施,使風(fēng)雪流在經(jīng)過(guò)公路之前先“卸掉”部分雪粒子,處于不飽和狀態(tài)。在保障了風(fēng)雪流以不飽和狀態(tài)到達(dá)公路后,即使在經(jīng)過(guò)路面時(shí)有一些速度損失,只要不降低到過(guò)飽和狀態(tài),就不至于形成積雪。

2 改善來(lái)流風(fēng)向

風(fēng)向與路線走向的夾角是影響雪害的重要因素,這是因?yàn)閺牡匦螌?duì)氣流影響程度的角度來(lái)說(shuō),當(dāng)風(fēng)向與路線走向平行時(shí),公路建設(shè)造成的地形改變?cè)陲L(fēng)向上與風(fēng)向與路線走向垂直時(shí)的變化相比要小的多。特別是在橫斷面上地形的突變往往會(huì)引起氣流的附面層分離,從而產(chǎn)生旋渦減速區(qū),造成較嚴(yán)重的積雪。另外,當(dāng)風(fēng)向與路線走向平行時(shí),也不易將路側(cè)雪源上的雪輸送到路面上。因此,風(fēng)向與路線走向越是接近平行越不容易形成雪害,換言之,風(fēng)向與路線的夾角越大越容易形成雪害。根據(jù)這一原理,一方面,在公路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量使路線走向與當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)向相同;另一方面,當(dāng)夾角不大,設(shè)置防雪柵等阻攔設(shè)施效果不理想時(shí),也可以利用導(dǎo)風(fēng)板進(jìn)行側(cè)導(dǎo)風(fēng),將氣流引導(dǎo)到與公路走向平行。

3 增大路面風(fēng)速

同樣由于飽和輸雪強(qiáng)度的原理,風(fēng)雪流的流速增加,則原本的飽和狀態(tài)將變?yōu)椴伙柡?因而就不會(huì)導(dǎo)致積雪。根據(jù)這一原理,可以采取措施增大路面風(fēng)速,比較成功的有利用導(dǎo)風(fēng)板進(jìn)行下導(dǎo)風(fēng)。另外,也可以通過(guò)道路的橫斷面設(shè)計(jì)提高路面風(fēng)速。

4 改善流場(chǎng)形態(tài)

風(fēng)雪流流經(jīng)公路上空時(shí)由于橫斷面的影響形成一定形態(tài)的流場(chǎng),在特定的位置形成一定強(qiáng)度的渦漩減速區(qū)。渦漩減速區(qū)內(nèi)部由于壓力小、能量損失,雪粒子在此大量沉降形成積雪,因此,避免渦漩減速區(qū)的出現(xiàn)或者控制其位置對(duì)于防止路面積雪是非常有意義的。改善流場(chǎng)形態(tài)的防治措施有針對(duì)路塹修建敞開(kāi)式路基、針對(duì)路堤修建流線型路基,以及增大邊坡坡腳與道路的距離避免積雪發(fā)生在路面上等。

5 避免氣流擾動(dòng)

風(fēng)雪流的飽和輸雪量與其流速成正比,因此在公路設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡量確保風(fēng)雪流在通過(guò)公路時(shí)不受到障礙、不引起速度出現(xiàn)較大降低。這種對(duì)風(fēng)雪流來(lái)說(shuō)的無(wú)障礙,不僅應(yīng)體現(xiàn)在設(shè)計(jì)上,而且在公路的施工和日常養(yǎng)護(hù)時(shí)也要注意公路周邊地形、地貌的整治和利用。路基邊坡上的雜草和碎石雖然體積不大,但卻會(huì)對(duì)風(fēng)雪流的運(yùn)行造成一定擾動(dòng),導(dǎo)致局部風(fēng)速降低,形成少量積雪,這種積雪以雪檐推進(jìn)的形式不斷增加,只要雪源足夠充足最終會(huì)在路面形成積雪。事實(shí)上,大部分中等高度的路基(1.5～5m)形成風(fēng)吹雪積雪的原因都在于養(yǎng)護(hù)不夠,在降雪之前沒(méi)能及時(shí)清除路肩雜草。單株1m高左右的芷薊造成的雪檐可以達(dá)到 1m高、2～3m長(zhǎng),其危害程度是很大的。