高速公路沙害防治措施的

高速公路沙害防治措施的探討一、引言科學技術的進步和人類生存發(fā)展的需要，使得人類獲取資源并影響環(huán)境的空間范圍不斷擴大，處于極端干旱環(huán)境的沙漠，早已成為資源開發(fā)的熱點地區(qū)。隨之而來的就是地表疏松的沙質(zhì)被風力吹蝕、搬運和再堆積，而這個過程導致的沙害問題十分嚴峻。沙害防治研究也稱為治沙工程學，是以物理力學來研究風沙運動及其動力過程。減少風沙流輸沙量、削弱近地表風速、延緩或阻止沙丘前移，是防治沙害的有效措施。最近幾年,我國沙漠地區(qū)高速公路建設得到長足發(fā)展,特別是公路里程迅速增加,為西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施提供了基本保證。與此同時,經(jīng)常出現(xiàn)的公路沙害也成為影響公路正常運營的主要災害。為了防治公路沙害,有關專家進行了大量研究,初步搞清了公路沙害的特點以及不同地區(qū)公路沙害防治的技術措施,但是,沙漠地區(qū)公路沙害防治問題的研究還比較少,本文以內(nèi)蒙古自治區(qū)境內(nèi)的一些現(xiàn)運行的、改建的或正正在建設中的公路為例,對公路防沙體系的建設技術進行了總結,以其效益為指標對防沙體系的合理性進行了分析,目的是為沙漠地區(qū)公路防沙體系設計、建設提供依據(jù)和技術支持。例如內(nèi)蒙古自治區(qū)境內(nèi)新麻高速公路地區(qū)的概況，北起烏海市的新地鎮(zhèn),南止于海南區(qū)的麻黃溝,是丹東-拉薩公路的重要組成部分。投資標準為每1000萬元/1000m,2003年開工建設,計劃2005年通車,設計時速100km,雙向四車道,寬度26m,中間設2m寬的隔離帶。公路地處烏海市區(qū)北端黃河東岸、桌子山西側山前洪積扇上,隔黃河與烏蘭布和沙漠相望。這里的風沙流主要來源于烏蘭布和沙漠,是風沙流遇到桌子山阻擋后堆積起來的高大復合型沙丘,最高大的沙丘高度超過100m,沙丘密度達到0.9,公路是在推平沙丘后在風積沙上建立起來的,兩側均被高大的流動沙丘包圍,如果沒有防沙體系,一個冬春就會被沙子埋沒。在公路選線的時候,曾有人提出繞避沙丘區(qū)的方案。但這個方案需要增加線路長度628m,即使不計運行費,也要增加建設資金628萬元。如果用這筆資金建設防沙體系,再用節(jié)約下來的運行費用做防沙體系的維護費用就更合適。最終這個方案得到上級機關的認可。二、高速公路沙害的特點、現(xiàn)狀和成因（一）沙害的特點1.高速公路上的車速很快,路面出現(xiàn)輕微積沙就會造成交通事故；2.高速公路寬度是普通公路的2倍,都依靠輸沙方法防治沙害幾乎是不可能的；3.中間隔離帶很容易成為風沙流運行的障礙,為了避免隔離帶積沙,必須控制風沙流上路。綜合以上幾點,高速公路的防沙體系就必須十分完善,其完善程度以路面任何時候沒有一點積沙為標準。（二）沙害的現(xiàn)狀公路沙害是指風力作用于地表所產(chǎn)生的沙物質(zhì)侵蝕、搬運和堆積過程對公路或行車造成的直接與潛在危害。由于沙害路段的氣流場特征和地形變化直接影響風沙運動路徑,沙物質(zhì)來源決定著可供給沙物質(zhì)的多少和風沙流的飽和度。因此,研究公路沙害的類型、成因和治理技術,必須集中在沙害路段所處的地理位置、地形變化、環(huán)境變化和沙物質(zhì)來源等幾個方面。（三）沙害的成因公路沙害是在自然和人為雙重因素促進下發(fā)生的。在自然因素中,季風半干旱和半濕潤生物氣候區(qū),構成生態(tài)環(huán)境各要素的本質(zhì)狀況比較脆弱,沙源豐富、旱風同季等自然因素,孕育著風沙活動的潛在可能性。人為因素主要體現(xiàn)在破壞植被和路基(或階地)邊坡穩(wěn)定性,誘發(fā)風沙活動發(fā)生和加劇風沙活動強度。三、防治沙害的原則根據(jù)高速公路所處的地理位置、環(huán)境條件的不同，要有不同防治原則以下既是：1.在合理選擇線路的基礎上,堅持預防為主、防治結合、因地制宜、因害設防、綜合治理和先治標、后治本、標本兼治的原則。2.綜合運用工程治沙、植物治沙、化學固沙等技術,建立以工程防沙體系為主,工程防沙體系與植物防沙體系相結合的綜合防沙體系,最終形成以植物防沙體系為主的防沙格局。3.考慮路基高度、路基橫斷面等因素,堅持路基主體、邊坡防護與路側防護體系的有機結合。4.堅持就地取材原則,盡可能利用當?shù)厥a(chǎn)儲量豐富的建設材料。四、防治沙害的措施（一）工程技術防治措施1.阻沙阻沙利用各種材料在迎風路側的適當距離和位置設置若干人工障礙物,以降低近地表的風速,減弱風沙流的作用,使沙粒沉積在一定的范圍內(nèi),減少和阻止沙丘前移,從而減輕其對公路的危害。（1）擋沙墻(堤)是直接利用就地沙土或沙礫修筑的緊密不透風的擋沙結構物,其高度一般為2～2.5m,兩側邊坡為1:1.5～1:2,當采用就地沙土修筑時,應用土或砂礫進行表面封固。（2）組合結構為提高阻沙效果,可采取柵欄與擋沙墻(堤)相結合的形式,阻沙設施設置的道數(shù)及近路的一道距路基邊緣的最近間距,應根據(jù)年風沙流量、風向與路線交角等因素進行綜合考慮。一般單道阻沙設施距路基邊緣的最小距離,不能小于15m，多道防沙設施之間的距離,應不小于設施高度的15～20倍。2.輸沙經(jīng)輸沙觀測（如圖1所示），可借助人工構造物與人為地改變地形,加大圖1輸沙觀測法地表風速,使公路兩側防護范圍成為非堆積搬運地帶,達到防沙目的。（1）修筑路旁平整帶,將路基兩側20～50m范圍內(nèi)的一切突出物整平,并用固沙材料封固,有取土坑的,可將坑修成弧形的淺槽。（2）設下導板(又稱聚風板)，由立柱、橫撐木及柵板組成,主要適用于風向單一,沙丘分布稀疏、移動塊的低矮沙丘、沙壟造成的局部嚴重沙害，下導風板設置長度應超過所需防護沙害路段的長度,以免板的繞流作用使兩端出現(xiàn)舌狀積沙。（3）設有淺槽與風力堤的輸沙法，在沙源較豐富的流動沙丘地區(qū),為防止沙丘前移造成對路基的危害,在路基迎風側設置淺槽與風力堤,借助淺槽特有的氣流升力與風力堤的綜合作用,加大風速,達到公路的輸沙目的。（4）將路堤做成輸沙斷面,若路堤高度低于30cm,邊坡坡度做成1:3；若路堤高度大于50cm,風向與路線成銳角相交的邊坡度采用1:6,成鈍角相交的邊坡度應用1:8,將路堤做成輸沙斷面時,路肩邊緣均應做成流線形。由于沙害情況比較復雜,且影響因素較多,各種工程設施如設置不當,容易造成嚴重的沙害。因此,在設置防沙工程設施時,應先進行小規(guī)模試驗,并及時總結經(jīng)驗,逐步推廣應用,才能使工程措施真正起到作用。（5）為防止沙質(zhì)路基邊坡免遭風蝕,可以將路段路堤、路塹邊坡采用漿砌卵（礫）石方格防護，漿砌石方格網(wǎng)采用10cm以上的卵石,砌1m×1m與路肩呈夾角方格,方格內(nèi)平鋪粒徑為7cm～8cm的礫石。3.整平帶圖2防沙體系結構功能配置圖(單側)具有不蝕不積的輸沙淺槽功能,將公路兩側10m范圍內(nèi)的沙丘全部推平、碾壓,要注意整平帶的平滑,并選用卵（礫）石及時全面封閉流沙,圖2防沙體系結構功能配置圖(單側)4.封沙育草帶選擇頂端有刺絲的7號線網(wǎng)圍欄,2m高的水泥樁,水泥樁間距15m,埋深0.5m,然后在上面架設網(wǎng)圍欄。為避免人畜對防沙體系的破壞,將公路兩側防沙體系固沙帶、阻沙帶、封育帶一并圍欄保護（如圖2所示）。（二）結構設計方面的要求1.路基高度路基高度不應小于0.3m,以1m左右為宜。沙丘起伏較小的地帶,路堤高度應比路基兩側50m范圍內(nèi)沙丘平均高度高出0.3m～0.5m；高大沙丘密集區(qū)設計的路塹地段,按照防沙的要求應盡可能縮短路塹長度,降低路塹高度。為此可以將路面縱坡比由原設計進行變更，（像3/1000變更為3/100）,從而提高了路基高度,縮短了路塹長度,降低了路塹高度,并且減少了路基、邊坡的挖方量。2.路基橫斷面高速公路沙害路段中央分隔帶采用齊平式中央分隔帶,路肩不設攔水帶,邊坡不設排水道,路面排水采用漫流方式,避免中央分隔帶兩側和路肩積沙和路基風蝕，可以將一般路段路堤、路塹邊坡采用1:4的邊坡比,形成平緩的路基、路塹邊坡,利于風沙流的順暢通過。（三）植物技術防治措施圖3草方格1.草方格灌木防護沙帶（如圖3所示），在流動沙丘上設置規(guī)格為1m×1m的麥草方格沙障,麥草長約30cm,由草帶中心壓入沙中深10cm～15cm,地上高15cm～20cm,寬約5cm。然后在緊靠護路林帶寬60m的草方格內(nèi)栽植花棒和沙拐棗,采用帶狀混交方式,造林規(guī)格為2m×2m,品字型配置,苗木選用一年生實生苗或容器苗,穴圖3草方格圖3草方格狀造林,植苗穴選在沙障中心,規(guī)格為30cm×30cm×30cm。其余寬30m的草方格內(nèi)直播籽蒿,每一個草方格中央播10粒種子,播種深度為5cm。沙柳方格沙障固沙帶:在流動沙丘上設置規(guī)格為1.5m×2m的半隱蔽式沙柳方格沙障,孔隙度30%左右,沙障長邊與主風向垂直,沙柳條長約50cm,沙內(nèi)埋深20cm,地上高30cm。170cm190cm2.直立式防沙柵欄（如圖4所示）主要用灌木枝條、玉米、高粱或蘆葦?shù)雀邨U植物制作而成。一種形式是用這些植物桿成行栽入沙內(nèi)20cm,外露110cm-150cm形成防風籬笆,固定于樁上,樁長150cm-170cm,外露100cm左右。由于防風籬笆的排列和笆塊編織孔徑不同,造成風阻作用和透風程度有明顯的差別。一般緊密不透風的籬笆降低風速的有效距離是其籬笆高度的15～20倍,而迎風側積沙寬度是籬笆高的2～3倍,背風側的積沙寬度為籬笆高的5倍左右。當籬笆的孔隙率為50%時,其迎風側積沙甚少,但背風側積沙寬度為籬笆高的12～14倍。因此,從防風阻沙的效果來看,直立式防沙柵欄以緊密結構為好。170cm190cm3.高立式沙障選用柳編柳笆,總體走向與公路平行(或與主風向交角控制在60°～90°范圍內(nèi))。為了增大高立式沙障的阻沙量,減輕風對沙障的壓力,第4行與第5行高立式沙障設置成折線式，第1、2、3行高立式沙障孔隙度30%～40%,埋深0.5m,地上高約1.0m，沙障間背對公路一側的流動沙丘上單向全面噴灑賽綠特Ⅱ土壤凝結劑,濃度為30%，第4、5行高立式沙障孔隙度20%～25%,埋深0.5m,地上高約1.5m。（四）化學技術防治措施化學固沙是通過噴灑粘合劑等化學物質(zhì)，在流沙表面形成一層具有一定強度的剛性固結層、柔性固結層或彈性固結層，使沙丘表面形成保護層，隔絕氣流與松散沙層的直接作用，達到防治沙害的目的。固沙劑一般都具有粘結性和滲透性，而沙粒之間存在約8mm的微小通道，當固沙劑噴至流沙表面，液滴滲入沙體，除與沙粒以簡單粘結作用膠結外，還存在固沙劑顆粒的電性或功能團與沙粒之間產(chǎn)生電荷作用、分子內(nèi)力作用等復雜過程，形成連續(xù)或非連續(xù)網(wǎng)狀結構，將沙粒粘結在一起，使流沙表面形成一定厚度的結皮.現(xiàn)場試驗結果表明，各固沙劑均有良好滲透性，形成0.2cm～0.5cm厚的固結層。五、綜合效益分析（一）防護效益防護治沙能收到綜合防護效益，通過多年的防沙治沙，像敖漢旗境內(nèi)的林草覆蓋率現(xiàn)已達到45％上，同時由于護路林、防沙帶多分布于公路沿線，林草對公路的防災防沙效果尤為突出，通過測定沙網(wǎng)內(nèi)年平均降低風速24.1～37.9；調(diào)節(jié)氣溫0.04℃～2.14℃；提高空氣濕度3.2～l1.5；提高土壤含水量3.2～5.8；最大洪峰流量由過去31.7m。降至6.3m，土壤侵蝕模由10l9噸／平方公里每年減輕至2200噸／平方公里每年。由此可見，實施生物治沙不僅能根治公路沙害，還能有效地防治公路水毀。（二）生態(tài)環(huán)境效益生物治沙綠化了公路，美化了路容，改善了公路沿線的自然環(huán)境。駕駛車輛在公路上行駛，撲入你視野的是一片茫茫的綠色。公路沿線的樹木不僅阻擋了風沙侵襲公路，還能將路面揚塵及汽車尾氣吸走，這樣既減輕了行車揚塵對公路沿線農(nóng)作物的污染，又有效地保護了大自然。像國道111線牛古吐至下洼路段的生物治沙工程十分完美，這里的公路不僅被綠化，而且公路沿線的沙地也被林業(yè)部門所規(guī)劃的大面積防沙林所覆蓋。林茂草豐的沙地現(xiàn)已成為野生動物棲息的樂園，過去曾一度滅絕的珍奇動物．如狐貍、野雞、鹿也開始在這里繁衍，正是這樣的生物圈、食物鏈圍系著這里的生態(tài)平衡，使植物防沙、固沙效果不斷增強。（三）經(jīng)濟效益植物防護沙害能夠收到巨大的經(jīng)濟效益。在公路沿線營造防沙林，8年～10年就能成材，并且每年10～15的速度增值，而種植經(jīng)濟類樹草具有投資周期短、收益快的特點，是結合公路植物治沙發(fā)展副業(yè)生產(chǎn)，增加副業(yè)收入的有效途徑，通過多年的綠化，像敖漢旗縣級上公路的綠化率已選90(占宜林里程)。根據(jù)規(guī)定：其中成材的樹木已達25萬株，總價值已超過lOO萬元，而且大規(guī)模植樹造林防秒治沙，使該地區(qū)的森林覆蓋率達38.8％，其中活樹積蓄已選426萬株，總價值已達6.8萬元。此外，由于公路沙害得到控制，因而節(jié)省了清除道路沙害的投資費用。六、結語以上是對防治公路沙害及其意義的論述。因為我國沙害面積大，且我國人口眾多，治理沙漠地區(qū)沙害也就成為我國的重要任務和長期任務，所以對于我國已治理的公路地區(qū)，維護治理成果也十分關鍵，由于我國地域面積廣，地理環(huán)境條件也不盡相同，風沙危害的程度也不盡相同。因此，在治理公路沙害工作中要針對當?shù)氐淖匀粭l件“因地制宜．因害設防”，在維護治理工作時應注意以下幾點建議：（一）各地區(qū)要有專人負責治理工作，責任落實到人，從組織上保證治理工作的順利進行。（二）適時造林、種草，提高其成活率及后期管理。（三）加強對防護體系的管護，防止人為的損壞及牲畜對其的啃食。（四）定期向治理工作技術小組匯報治理路段的實施情況。（五）保證資金足額用于治理公