沙漠公路風(fēng)沙預(yù)防建設(shè)

霍波

（榆林市榆陽區(qū)道路水路運輸服務(wù)中心，陜西 榆林 719000）

0 引言

隨著近年來沙漠地區(qū)風(fēng)沙預(yù)防建設(shè)逐漸完善，在公路實施方面風(fēng)沙預(yù)防建設(shè)突顯出重要意義。由于風(fēng)沙運動存在不確定因素，其松散沙粒隨時對公路路面以及公路基層造成影響，在保障行車安全的同時，還應(yīng)確保行車的舒適度，故風(fēng)沙預(yù)防建設(shè)對沙漠地帶的公路建設(shè)至關(guān)重要。

長期以來，沙漠公路在建設(shè)階段存在著諸多工程技術(shù)難點，若能在保障安全運營、優(yōu)化沙漠環(huán)境的基礎(chǔ)上，促進(jìn)風(fēng)沙預(yù)防建設(shè)的提高，無異于兼顧經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益與社會效益。借鑒風(fēng)沙治理“五位一體”的運行模式，形成全新成套風(fēng)沙預(yù)防的建設(shè)思路，基于實地考察情況，了解風(fēng)沙危害，尋求施工建設(shè)與其預(yù)防實施的可行性實施策略，已經(jīng)成為技術(shù)人員需要思考創(chuàng)新的方向。

1 工程概況

榆林位于中國陜西省的最北部，黃土高原與毛烏素沙漠的交界處，是黃土高原和內(nèi)蒙古高原的過渡區(qū)；北部是毛烏素沙漠南緣風(fēng)沙草灘區(qū)，占榆林市面積的36.7%，南部是黃土高原的腹地，水土流失雖然得以初步控制，但是其生態(tài)環(huán)境仍有較大改善前景。

毛烏素沙漠位于陜西省榆林市長城一線以北、面積約42200km2，年平均降水為250～440mm，固定和半固定沙丘面積較大，海拔多為1100～1300m，東南部自然條件較優(yōu)越，人為破壞嚴(yán)重，流沙的比重大，西北部除流沙分布外，還有成片的半固定、固定沙地分布。據(jù)考證，該地毛烏素沙地的成因為經(jīng)由不合理開墾，植被遭受破壞，沙地由西部向內(nèi)逐漸擴展而成，屬于Ⅲ區(qū)半干旱溫?zé)嵘车貐^(qū)。

在榆林地區(qū)廣大群眾的共同努力下，境內(nèi)的毛烏素沙漠已經(jīng)處于即將“消失”的邊緣，故在這里借鑒了風(fēng)沙治理“五位一體”模式，供相關(guān)人員在風(fēng)沙預(yù)防建設(shè)過程中得以借鑒。另外，沙漠地區(qū)一般具備地勢平坦、視野寬闊等特色，這也是施工可積極利用的方面；對于這些沙漠特有的環(huán)境因素應(yīng)當(dāng)予以收集整理，在具體實施過程中，將這些利于沙漠公路風(fēng)沙預(yù)防的客觀因素合理應(yīng)用其中。

2 風(fēng)沙治理“五位一體”模式

風(fēng)沙治理“五位一體”模式由兩大防護(hù)林體系、一個核心產(chǎn)業(yè)以及兩項循環(huán)產(chǎn)業(yè)組成。前沿采用了灌木林、流動沙丘草方格、后補植疏幼苗進(jìn)行封育管護(hù)形成生態(tài)防線，營造綠化防護(hù)生態(tài)屏障，為核心區(qū)域產(chǎn)業(yè)的建立提供前提保障；核心區(qū)域則通過開發(fā)沙地，大力發(fā)展沙地經(jīng)濟(jì)果林、沙地適宜經(jīng)濟(jì)作物，配套畜牧養(yǎng)殖雙循環(huán)產(chǎn)業(yè)，改良土壤、提高肥力、減低成本、增加收入，最終實現(xiàn)良性循環(huán)模式。

隨著風(fēng)沙治理新模式的成功開啟，推動當(dāng)?shù)匕l(fā)展的同時，面臨著走持續(xù)發(fā)展可行性建設(shè)的問題；若是公路常年遭受風(fēng)蝕、掩埋，同樣難以帶動“五位一體”模式的推廣。只有認(rèn)清對于公路出行的危害，方可實施有效建設(shè)。

3 沙漠公路常見風(fēng)沙危害

風(fēng)沙直接危害路基邊坡，容易造成路基的寬度縮減，進(jìn)而由于路基部分被掏空，導(dǎo)致路面出現(xiàn)下沉，造成由于高度落差形成坍塌隱患；因而在沙漠地區(qū)進(jìn)行公路建設(shè)路基期間，應(yīng)當(dāng)選擇黏性較好的材料進(jìn)行路基填筑，從而確保填料不易被風(fēng)沙帶走；在迎風(fēng)坡面盡量避免修筑高邊坡路堤或開挖高邊坡路塹，其由于長期風(fēng)蝕的作用，會造成路基坍塌或路塹墜物等安全隱患。這就對前期選線的人員提出了更高的要求，在選線階段，應(yīng)進(jìn)入公路選址區(qū)域進(jìn)行實地考察，盡量規(guī)避該類問題。

除了直接風(fēng)沙危害外，還存在間接性風(fēng)沙影響。風(fēng)沙通過公路施工區(qū)域，由于受阻影響，導(dǎo)致所帶風(fēng)沙下降堆積掩埋，影響車輛的正常通行；而固定和半固定沙丘的推擠也容易存在堆積問題。經(jīng)由長期觀測，半填半挖和路塹地段，相對于路堤段落更容易出現(xiàn)掩埋問題，而路堤段主要出現(xiàn)在迎風(fēng)坡面上。

很多問題在經(jīng)由施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)時，已經(jīng)難以得到更為有效可行的解決方法，為了避免在選線問題上遭遇“瓶頸”，需要有針對性地加緊完善對于公路周邊區(qū)域的風(fēng)沙預(yù)防措施執(zhí)行；但這并不意味著沙漠公路在設(shè)計方面就能夠疏忽怠慢，為此必須先行強調(diào)公路設(shè)計當(dāng)中所需要做好的相應(yīng)準(zhǔn)備工作。

4 沙漠公路前期準(zhǔn)備工作事項

為了更好地實現(xiàn)公路風(fēng)沙預(yù)防措施的實施，在沙漠公路選線階段需做好氣象資料的收集，主要收集風(fēng)訊（包含當(dāng)年各季常規(guī)風(fēng)向以及風(fēng)速信息）、平均氣溫、濕度以及地表溫度、降水和蒸發(fā)等要素，在條件允許的情況下，應(yīng)當(dāng)至少收集近三年內(nèi)的相關(guān)風(fēng)向、風(fēng)速資料進(jìn)行整理；在通過實驗測得沙粒平均粒徑，結(jié)合現(xiàn)場觀測記錄的數(shù)據(jù)，確認(rèn)該沙漠區(qū)域公路項目的起沙風(fēng)速，繪制出風(fēng)向矢量圖及動力風(fēng)向玫瑰圖，推算未來一年內(nèi)風(fēng)蝕的運動方式和運動趨勢及判斷固定、半固定沙丘的移動方向和沙（埋）襲延伸趨勢。

路線選擇時，應(yīng)合理規(guī)避流沙嚴(yán)重地段，若是實在無法避繞或者強行避繞將增加較大工程時，應(yīng)當(dāng)選擇流沙最窄區(qū)域通行，以便后續(xù)風(fēng)沙運行方案的實施建設(shè)；對于存在固定或半固定沙丘范圍的，則選取的線路應(yīng)堅持“取上舍下”基本原則，避免沙丘移動埋沒公路。當(dāng)所選路線必須橫跨沙漠地帶時，應(yīng)當(dāng)選擇有利地形，可選擇沙害較輕的湖盆灘地、河谷階地以及古河床位置通過，線路規(guī)劃也應(yīng)當(dāng)平行于風(fēng)沙走向。特別是在無法避免但可雙向選擇時，則盡量選擇風(fēng)蝕區(qū)避開沙埋區(qū)[1]。

基于沙漠環(huán)境特點，完善沙漠公路平縱線形，主動出擊預(yù)防行車事故的發(fā)生。綜合應(yīng)用空氣動力學(xué)和風(fēng)沙物理學(xué)原理，以室內(nèi)風(fēng)洞為依托，以觀測流場為依據(jù)，通過定量分析確定路基阻沙性能模式，明確阻沙性能指數(shù)隨路堤高度和邊坡的坡比變化規(guī)律，保證路基橫斷面的合理性。

路基施工階段，若是采用風(fēng)積沙作為路基填筑材料時，應(yīng)當(dāng)滿足風(fēng)積沙回彈模量取值范圍，一般的取值在80～100MPa 區(qū)間，且其壓實密度應(yīng)當(dāng)符合規(guī)范要求。另外，應(yīng)當(dāng)充分利用沙漠公路地勢平坦、視野開闊等特點，在能夠滿足公路直線行駛的前提下，盡量設(shè)計路堤形式的路基模式，以便于進(jìn)行風(fēng)沙預(yù)防措施的配套實施。

5 沙漠公路風(fēng)沙預(yù)防實施

為保障沙漠地帶的公路正常運營，已經(jīng)投入大量的人力物力，但是收效甚微；甚至造成部分公路段損毀以及堵塞，直接危及到通行車輛的安全以及人員的生命。為此，需要結(jié)合以往施工經(jīng)驗，抓住施工期間的契機，從根本上實現(xiàn)風(fēng)沙的預(yù)防。

對于現(xiàn)階段的沙漠地區(qū)公路擬從短期預(yù)防、中期過渡以及遠(yuǎn)景規(guī)劃三個方面進(jìn)行，實現(xiàn)層層推進(jìn)，最終消除風(fēng)沙對于運營公路的破壞隱患，從而在保障公路施工品質(zhì)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)使用年限的最優(yōu)化。為此先行闡述早期固沙措施的應(yīng)用及缺陷，以便更好地順接現(xiàn)階段風(fēng)沙預(yù)防建設(shè)的實施。

5.1 柴草固沙

作為早期固沙的主要措施，需選用干燥、無霉變的麥秸、稻草、蘆葦?shù)群唵味Ｒ姷牟牧线M(jìn)行鋪設(shè)，可就近選擇合適材料，鋪設(shè)前需保證柴草濕潤，從而提高柔性；在規(guī)劃區(qū)域內(nèi)進(jìn)行布設(shè)，使之形成方格，具體方格尺寸因地制宜，方格之間應(yīng)當(dāng)連續(xù)且規(guī)格尺寸相同，不得存在過密過疏區(qū)域，另外還需要注意防火。該措施能夠在一定時間內(nèi)起到固沙作用，尤其是雨水充沛的地段，地表還能夠長出草木；但是在時間的推移作用下，會存在腐朽損壞等情況，需要定期更換，若是一時材料籌備不足，該缺陷將會直接影響到其固沙作用的正常發(fā)揮。

從上文闡述中，不難看出對于風(fēng)沙的預(yù)防不能夠從單一角度去理解，而需要做好長期計劃，特別是針對現(xiàn)階段技術(shù)力量能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)沙預(yù)防的區(qū)域，以此作為突破口進(jìn)行研究探討。

5.2 短期預(yù)防

通過對沙表面采用化學(xué)凝固劑噴灑方式，使得沙表面形成有效隔離薄膜層，在起風(fēng)階段確保無沙塵現(xiàn)象出現(xiàn)，因其具有短期見效快、實施效果好等顯著特點，故作為短期預(yù)防措施的首選。所選用的化學(xué)凝固劑應(yīng)當(dāng)能夠確保沙表面顆粒與凝固劑成分相互融合黏結(jié)牢固，從而整體提升沙表面的抗風(fēng)能力。

為了遠(yuǎn)景規(guī)劃的考慮，可選用新型材料，如吸水樹脂固殺劑等，減少化學(xué)材料對沙漠環(huán)境的污染，同時能夠利用其中的高分子材料避免水土流失嚴(yán)重，利于遠(yuǎn)景規(guī)劃實施中的植被恢復(fù)，在較長時間中為植被存活成長提供充足的水分。

為此在中期過渡階段，還需要額外增加一些能夠作為長期過渡的防護(hù)措施，以便在短期化學(xué)預(yù)防措施的同時，為遠(yuǎn)期植被覆蓋創(chuàng)造客觀條件。

5.3 中期過渡

在中期過渡階段，需要根據(jù)具體公路工程選線以及周邊施工環(huán)境，挑選相應(yīng)類型的沙障防護(hù)措施。由于沙障僅能夠?qū)︼L(fēng)沙起到防護(hù)作用，故只適用于中期過渡期間的應(yīng)用，通過削弱實施期間對于前期的短期預(yù)防措施的破壞，保障后期的遠(yuǎn)景規(guī)劃的順利銜接。常用的中期過渡建設(shè)，根據(jù)設(shè)置方式、施工用材質(zhì)以及不同高度、透風(fēng)情況、工作性能等綜合評估，可單獨使用，也可配套使用，不同的沙障類型，其產(chǎn)生的機理和效果也不盡相同[2]。

為保障前期化學(xué)效果以及后期植被成活，故在配套使用時，工程沙障應(yīng)當(dāng)設(shè)立在整體體系的最前端，從而實現(xiàn)減低施工期間或者運營期間的風(fēng)沙影響。工程沙障的形式多種多樣，也為合理的實施提供先決條件，這里需要強調(diào)一下路基所采用的結(jié)構(gòu)形式，如路塹段落，應(yīng)注意兩側(cè)邊坡受到風(fēng)蝕影響會造成脫落，影響正常車輛的通行，故在透風(fēng)方面應(yīng)調(diào)整主要透風(fēng)口位置；而對于半挖半填段落，則需要格外注意設(shè)置方式，由于路堤邊坡側(cè)的地理位置不同，所選擇的固沙方案也不相同；至于路堤段，作為沙漠公路最為常見的路基結(jié)構(gòu)形式，可單獨設(shè)立一道較高的防護(hù)系統(tǒng)，保障風(fēng)沙來襲期間，車輛的可視程度，總之除了特別的注意事項外，在中期過渡期間，還應(yīng)當(dāng)注意各類防護(hù)措施的維護(hù)及調(diào)整工作。

5.4 遠(yuǎn)景規(guī)劃

從根本上改良現(xiàn)有沙漠地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，作為沙漠公路遠(yuǎn)景規(guī)劃的最終目的，也是沙漠公路風(fēng)沙預(yù)防的效果體現(xiàn)方式?；谥脖换謴?fù)經(jīng)由存活、成長、換季等漫長周期，故在短期預(yù)防階段為其保障好生存水分以及養(yǎng)料供給，中期過渡階段為其茁壯成長提供保駕護(hù)航。

植被一旦恢復(fù)正常生長周期，適應(yīng)當(dāng)前沙漠地區(qū)的惡劣環(huán)境之后，將有效減少區(qū)域內(nèi)的風(fēng)沙形成，改變風(fēng)沙走向，成功阻擋滯留過境的流沙顆粒，從而實現(xiàn)風(fēng)沙分離，即固沙馭風(fēng)，起到保護(hù)公路避免遭受風(fēng)沙侵蝕以及沙土掩埋的作用。

另外，由于沙漠地區(qū)的水資源缺乏以及晝夜溫差較大的情況，故在選取植被時，應(yīng)選用耐旱、根系發(fā)達(dá)、葉窄以及生命力頑強的植被進(jìn)行前期種植，待技術(shù)成熟、土質(zhì)改良之后，再配合相應(yīng)植被種植，從而提升遠(yuǎn)景規(guī)劃實施的可能性。

5.5 以沙治沙

在對風(fēng)沙預(yù)防階段，通過研究沙袋防沙效果，確定以土工方格等新型沙障的防護(hù)措施，從而實現(xiàn)創(chuàng)新“以沙治沙”理念，利用沙袋裝滿風(fēng)積沙或采用土工格室等其他材料形成活動沙障，實現(xiàn)自由調(diào)節(jié)規(guī)格和移動，并可在沙障被流沙掩埋之后直接提出，恢復(fù)原有固沙效果，使得傳統(tǒng)的靜態(tài)固沙轉(zhuǎn)變成為動態(tài)固沙，而所需的風(fēng)積沙在每次掩埋之后，都是大量的原材料存在，減少外調(diào)材料費用的同時，也減少了外來材料的耗損。

配合短期預(yù)防使用時，可利用化學(xué)凝固劑將收集的風(fēng)積沙進(jìn)行就地加固，使之形成沙梗，發(fā)揮短期固沙、阻擋沙的作用，在減少砂袋的耗損的同時，降低了對惡劣沙漠環(huán)境的破壞。未來可能還有更多在實踐當(dāng)中發(fā)現(xiàn)的可行性風(fēng)沙預(yù)防辦法，故需要技術(shù)人員展望未來努力創(chuàng)新。

6 未來風(fēng)沙公路建設(shè)思考

沙漠地帶的開發(fā)已經(jīng)成為必然的趨勢，在致力于將沙漠變綠洲的宏偉理念支撐下，可以想象未來的沙漠公路必然更加多姿多彩，就如同步入“絲綢之路”一般，替代漫天風(fēng)沙的將是郁郁蔥蔥。

在成功案例中吸取寶貴經(jīng)驗，結(jié)合成套技術(shù)知識，掌握風(fēng)沙運動規(guī)律和風(fēng)沙材料特性，可實現(xiàn)減少占用草場耕地，減少鹽漬土以及軟弱地基等不良地質(zhì)病害，節(jié)約資源的同時降低成本，獲取可觀效益。通過采用合理設(shè)計參數(shù)減薄路面施工厚度、利用風(fēng)積沙材料筑路降低造價、選線技術(shù)縮短里程節(jié)約費用、橫斷面和防沙技術(shù)減少沙害等取得直接經(jīng)濟(jì)效益；公路里程縮短的同時節(jié)約了寶貴的土地資源以及保障工程造價的下調(diào)，同時可間接減輕超長駕駛等疲勞駕駛運營的安全隱患；通過改善現(xiàn)階段的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可促進(jìn)核心產(chǎn)業(yè)的資源輸出以及資金的回收，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時，確?！拔逦灰惑w”模式長遠(yuǎn)發(fā)展，尤其是針對現(xiàn)階段難以克服的大型沙漠，能夠?qū)崿F(xiàn)沙漠區(qū)域的資源開發(fā)，提升國家整體世界地位。

從環(huán)境方面而言，未來的建設(shè)更加傾向于環(huán)境資源的保護(hù)，尤其是在推廣以沙筑路、退沙還田以及保護(hù)耕地方面，既保護(hù)了現(xiàn)有的自然資源又改善了沙漠惡劣生態(tài)環(huán)境，必然受到重點關(guān)注；故應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)有風(fēng)積沙規(guī)范，從眾多以往施工經(jīng)驗中，繼續(xù)往“節(jié)約、優(yōu)化、創(chuàng)新”領(lǐng)域去思考問題，以使得公路建設(shè)水準(zhǔn)能夠穩(wěn)步提升，技術(shù)力量飛躍進(jìn)展，將推動沙漠公路風(fēng)沙預(yù)防建設(shè)的可持續(xù)性發(fā)展。

7 結(jié)語

隨著沙漠公路風(fēng)沙預(yù)防建設(shè)技術(shù)不斷成熟，實現(xiàn)從選擇避繞到直接橫跨的技術(shù)突破，需要更多技術(shù)人員的共同努力，充分利用就地取材沙漠資源修筑公路，處理相關(guān)沙漠地帶病害，完成變廢為寶的創(chuàng)新，共同保護(hù)沙漠脆弱的生態(tài)環(huán)境，與沙漠和睦共處長遠(yuǎn)發(fā)展。