浅谈草原地区风吹雪雪害防治技术

2014-12-07郭文杰

中国科技纵横 2014年7期

关键词：吹雪路堑积雪

郭文杰

(呼伦贝尔市公路勘测规划设计有限公司,内蒙古呼伦贝尔 021008)

浅谈草原地区风吹雪雪害防治技术

郭文杰

(呼伦贝尔市公路勘测规划设计有限公司,内蒙古呼伦贝尔 021008)

由于恶劣的自然环境及多种自然灾害的影响,严重制约了公路运输功能的发挥,其中风吹雪就是公路上经常发生的灾害之一。公路本身是造成风吹雪雪害的主要原因,所以风吹雪雪害防治要以“标本兼治,以本为主”为原则,在公路建设初期进行合理选线和路基断面形式合理设计尤为重要。

吹雪雪害合理选线路基断面设置挡雪墙

草原地区风吹雪雪害防治技术的研究具有重要的生产意义。随着国家西部大开发战略的实施,公路建设已成为现阶段西部地区基础设施建设的重点。作为拥有全国最大草原的呼伦贝尔市,它的公路网,不仅能适应社会市场经济对运输事业的需要,而且在国民经济发展和人民生活水平的提高中发挥着举足轻重的作用。但由于恶劣的自然环境及多种自然灾害的影响,严重制约了公路运输功能的发挥,其中风吹雪就是公路上经常发生的灾害之一。风吹雪对公路交通的危害形式有两种:一是风雪流降低能见度,影响驾驶员视线,形成视程障碍;二是路面积雪,影响车速甚至阻断交通,形成通行障碍。

在路基断面形式中,路堑积雪的概率最大,零路堤也容易积雪;无防雪措施的地段,其积雪概率明显增大,而防护措施的建立则使积雪的威胁大大降低。

由此可见公路本身是造成风吹雪雪害的主要原因,所以风吹雪雪害防治要以“标本兼治,以本为主”为原则,在公路建设初期进行合理选线和路基断面形式合理设计尤为重要。

1 合理选线

通过对风吹雪地区的公路历史积雪路段以及典型调查点对比分析结合公路风吹雪雪害成因的研究成果,公路线形选择和设计的基本原则与主要方法是:

(1)公路选线和设计中应考虑自然景观和人造景观的和谐,充分体现景观的异质性、镶嵌性和景观共生、协调美化理念。

(2)在草原公路走向应尽量与主风向平行或垂直,避免线路走向与主风向呈30°～60°角相交导致风雪流不易通过路面而形成雪害。

(3)路线应尽量利用四面通风的开阔地、台地、山梁、陇岗等有利地形。

(4)当路线必须经过复杂、起伏较大的地形时,可顺应自然地形之大势,尽量避免大填大挖、宁填勿挖。

(5)阳坡日照时间较阴坡时间长,太阳辐射强,雪融化快,所以路线一般应设在阳坡。

(6)背风侧雪害一般较迎风侧严重,应力求多在迎风侧设线,尽量减少在背风侧盘绕。

(7)雪源丰富地区,应少设回头弯。展线地段宜将路线拉开,避免上下线重叠。回头弯路段宜采用高填方,否则须将上下线之间的“孤岛”削平,使弯道全部敞开。

(8)在路线不过分偏离总走向的前提下,若路线绕长不多、工程造价增加有限时,应尽量绕避严重风雪地区,不能仅从工期与造价考虑,硬行穿越一些雪害极严重地段。

(9)若无法绕避严重风雪地区,可因地制宜选择里程最短的路线穿越,减小工程量,同时考虑有利于采取雪害防治措施的地形条件,把雪害的程度降到最低,以减少雪害防治、公路养护的投入。

(10)积雪地区的路线、路基设计,最好有一、两个冬季的沿线现场观测资料作为依据,至少应在冬季进行现场积雪情况的调查,以便对设计进行必要的修改。

(11)如遇在有垭口的地形的一侧经过,应在垭口2000m以外平行布线。

2 合理路基断面

2.1 合理路堤形式

2.1.1 路堤高度

通过实验表明:路面的风速增加值与路基高度密切相关。在一定高度范围内,随着路基高度的增加,路中心的风速迅速增加。路基高度在3.5m以下时,随着路基高度的提高路中心风速增加很快,路基超过3.5m以后,虽然路中心0.5m高度处的风速仍在提高,但增加幅度却开始变小。

路基高度超过15.1m以后路中心风速只有旷野风速的89%。风速增加值为零的高度一般在6.1至15.1m之间。所以公路路基并非越高越好,公路路基高度应该在0.5m～6.1m范围内选择。

在风吹雪雪害地区,路堤的合理高度应为既不易引起路面积雪、工程造价又低、且与自然相协调的最小路基高度,经过进行多方面比选、分析,在平坦开阔地区,不易形成雪害的路基最小高度H可应用该公式计算:

式中:H——不易引起公路积雪的最小路堤高度(m);

Hc——当地最大降雪厚度(m);

ΔH——为安全值,即保证路堤不积雪所要求的在多年最大积雪深度以上的抬高值(m)。

推荐不易积雪的路基最小高度宜为:0.5m至1.5m。

2.1.2 路堤边坡

适宜的路基边坡可保障风雪流的连续性,减小其涡流的规模,使其通过路面。路堤边坡应尽可能放缓,但坡度太缓则增加工程造价,故综合考虑公路与自然相协调以及造价等因素,推荐风吹雪雪害路段路基边坡为1:2～1:5。

2.1.3 断面形式

风吹雪雪害路段的路基宽度应有利于风雪流顺利通过。在草原牧区不易形成雪害的等级公路,应以二级公路为主,三、四级公路为辅;对于高速公路和一级公路推荐采用分离式断面(与二级公路断面形式相似),若采取整体式断面,中央分隔带要与路面平齐,且不宜种植植物,以使风雪流顺畅通过路面。

2.2 合理路堑形式

2.2.1 全路堑

在小于2m的路堑中,第一弱风区出现在路肩至背风侧路堑坡脚处;第二弱风区出现在坡脚至迎风路肩以上部位。风雪流中大量的雪粒在弱风区不同程度的堆积,形成雪害。

不易形成雪害的路基高度安全值取值表

在2～4m的路堑中,在背风侧的边坡上有弱风区,而在迎风侧的边坡附近气流运行突然迎面受阻,产生旋涡气流,因此,当风雪流通过时,在背风侧的边坡附近产生积雪。

当风雪流通过4～6m的路堑时,既存在减速区,又产生较弱的旋风气流,这时,路堑中的积雪产生得比较缓慢,并发生在背风侧边坡上。

当风雪流通过大于6m的路堑时,路堑中部将产生较强的旋风气流,阻止雪的沉积。故在大于6m的路堑中,不会产生严重的积雪。

对于高度小于6m的路堑,路面是否积雪与路堑上、下风区有无足够的储雪空间有密切的关系。对于深度在4m以下的全路堑,宜采取放缓边坡的措施来防治路面积雪;当全路堑的深度在4m以上时,宜采取加大路堑两侧积雪平台(L值)的办法防治路面积雪。草原路堑边坡比宜采用1∶2～1∶4,平台宽度不小于4m。

2.2.2 半路堑

迎风路段下风侧路堑边坡和下风面山坡的高度及距离一定时,迎风路段路面风速随下风侧的路堑坡度变缓而逐步增加。迎风半路堑下风侧山坡的高度、边坡,尤其是路堑L的值对公路积雪影响最大。故在路堑深度不太大(3m以下),且离路肩有一定距离的条件下,可通过放缓下风侧路堑边坡、加大L值等来防治雪害。同理,背风半路堑也以此方法防治雪害。

3 设置挡雪墙

挡雪墙是设置在公路上风侧,利用墙体的阻挡作用减弱风雪流运行速度,使雪粒沉积的人工建筑物。如果挡雪墙与公路之间的距离、墙的高度合适、路基断面为路堤时,挡雪墙积雪后就可以发展形成输雪断面,这时的挡雪墙就具有了输雪功能,使后续更多的风雪流通过公路。若适当改变墙与主风向的交角,挡雪墙也可发挥导雪的功能。所以,挡雪墙是一种先阻雪后输雪又可导雪的防治公路风吹雪雪害的人工建筑物。