沙漠地区边坡防护技术

陈卫东，徐顺莲，谭红照

(1.乌海市交通运输局;2.乌海市交通设计研究院;3.包头市公路设计院)

沙漠地区边坡防护技术

陈卫东1，徐顺莲2，谭红照3

(1.乌海市交通运输局;2.乌海市交通设计研究院;3.包头市公路设计院)

通过针对乌海、鄂尔多斯、锡林郭勒、阿拉善等沙漠地区存在的防沙、固沙、边坡处理等问题的系统研究，提出合理有效的防治手段，达到工程实际应用的目的。

公路;防沙;固沙;边坡处理

1 沙漠地区地貌特点

沙漠与沙地地区的风速大，温差大，冷热变化剧烈，气候干燥，雨量稀少，一般仅有几十mm，甚至不足20 mm;植物生长十分困难，植被稀松矮小，加之风速特大，流沙的面积广大蔓延，分布有流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘，沙丘高大形态复杂。

2 沙漠地区路基病害分析

在风沙地区路基工程沙害主要有边坡的风蚀、沙埋以及道路的风蚀、沙埋。

2.1 风蚀

边坡风蚀多发生在迎风边坡和边坡上部，特别是高边坡风蚀最为严重，见表1，常常形成上陡下缓、坎坷不平的风蚀坡面，一般风蚀深度为十几cm，最大可达数十cm，整个边坡可风蚀殆尽。不仅增加养护维修工程，而且由于风蚀后边坡变窄，严重影响其稳定性。

表1 边坡高度与风蚀深度的关系

风蚀以边坡顶最为严重。当主导风向与边坡平行时，坡面常被风蚀成犁沟状，沟深可达20 cm以上，当主导风向与边坡垂直时，堑顶形成浑圆状或不规则形状，迎风坡面常被风蚀呈犬牙状，或形成袋形涡穴。被风蚀的沙土塌落于堑沟内影响道路正常运行。

2.2 沙埋

沙埋是风沙地区的主要沙害，按其积沙形式，可分为片状积沙、舌状积沙和堆状积沙。

(1)片状积沙

特点是积沙范围大，往往积沙整片相连，绵延数十m至数百m，甚至可达数km。沙子堆积过程一般先在边坡迎风一侧，或下风侧开始，然后逐渐扩展，使整个边坡被沙埋。片状积沙厚度较小一般为10～20 cm。

(2)舌状积沙

这种沙害掩埋地段不长，为数米至十多米;沙子堆积形态呈前低后高、前窄后宽，状似舌头的沙体。主要发生在风口地段，特别是边坡上风侧有障碍物时较为普遍。舌状积沙形成较快，积沙厚度较大。

(3)堆状积沙

它是由沙丘前移造成的，由于沙丘的移动方向和速度可以测量，所以沙害能够预测。但一经形成，因积沙量大，清除积沙工作艰巨，因而危害严重。

3 沙漠地区边坡防护形式

3.1 填方边坡

沙漠地区边坡高度应以低填为主，在裸露平坦的沙砾戈壁地区，一般不超过50 cm为宜。矮边坡坡度采用缓于1∶3，取土坑应做成浅槽状，把边坡相交的棱角削成圆弧状的流线型，能消除贴地层气流分离，不产生涡流，创造了平滑的环流条件，改变了风沙流结构和提高过沙能力，有利于风沙流的非堆积搬运通过。当道路位于新月形沙丘和沙垄地带，要视沙丘和沙垄高度，若沙丘和沙垄的平均高度在1.5 m以下时，其站址高度大体与附近沙丘或沙垄平均高度相同，最高不要超过沙丘和沙垄平均高度30 cm。

按沙地类型、填土高度不同，填方边坡可按表2取值。

表2 填方边坡值

3.2 挖方边坡

沙漠地区挖方边坡，弊多利少，应尽量不设或少设。因为挖方堑沟是风力弱速区，无论风沙流或沙丘移动最易积沙于堑沟之中。根据观测，短的深堑(不长于30 m)堑内除背风坡脚处有少量积沙外，一般积沙较少;但浅堑(深度小于1.5 m)积沙就很严重。但距离很短的浅堑，积沙情况就比较好些，因为由于堑内的拉沟风作用，易将刮入堑内的沙子顺沟方向刮走。这种拉沟风随堑的深度而变，一般堑愈深拉沟风愈大;这就是深堑使用情况较浅堑好的原因之一。深堑不挖边沟，但为了防止可能出现的少量积沙，堑底增加2～3 m积沙平台。其边坡可视挖方深度、风况、沙土的稳定程度确定，见表3。

浅堑若距离较长，堑内积沙必不可免。为了防止和减轻其积沙危害，宜设敞开式的路堑。边坡采用1∶6～1∶10，将变坡点处修成圆弧形，土壤不稳定者，应予以加固。

3.3 边坡防护

为防止风沙对边坡的风蚀，必须对边坡进行全面防护，以保证其稳固。按防护材料不同，常见的边坡防护有以下类型。

表3 断面形式及边坡值

3.3.1 粘土封层与粘土包边防护

为防止边坡遭受风蚀和雨水冲刷，保证边坡稳定，在有粘土料的地区采用粘土封层与粘土包边防护是风沙地区常用的一种经济而有效的防护措施。在场平成型后，在顶面铺30 cm厚的粘土封层(封层标高达到设计高程)并满足要求的压实度。沿边坡坡面等厚度用粘土包边。粘土包边设置在填方边坡高度小于3.0 m及挖方边坡高度小于6.0 m段落。包边施工方法为：先整平边坡，然后虚铺30 cm厚粘土，撒种草籽，然后人工拍实到25 cm，适当洒水后采用蛙式打夯机或手扶式压路机分层夯实，并取样测其压实度，每点压实度不小于85%。坡面防护材料，每1 000 m2需粘土250 m3，草籽1.8 kg。鉴于沙漠地区气候干燥，且雨量集中，多暴雨的特点，为增加粘土的抗冲蚀强度和避免干裂，粘土中应掺配一定量的砂砾，见表4。

表4 粘性土掺配粒料表

粘土封层与粘土包边所用粘土材料塑性指数应在6～10之间。

3.3.2 石灰土封层

石灰土封层应当选择在石灰产量丰富的地区，石灰土封层所用材料及施工技术要求与石灰稳定土路面底基层要求基本相同。土的塑性指数不小于8，混合料中石灰含量约为：7% ～10%。石灰土无侧限抗压强度不小于0.5 MPa以上。

3.3.3 砾卵石防护

(1)平铺砾卵石

此种铺砌方法适用于填方边坡高度小于1.5 m的防护，平铺的砾卵石需整平、夯实。防护厚度以15～20 cm为宜。

(2)栽砌卵石方格

适用于填方边坡高度1.5 m以上的防护，铺砌方法是先将10 cm以上的卵石，在边坡上栽砌成1 m×1 m或2 m×2 m的和边坡边缘成45°交角的方格，再于方格内平铺粒径较小的砾石(5～7 cm)，砾卵石防护具有经久耐用、防风蚀效果好，但较费工。

①柴草类防护

适用于有柴草来源的沙漠地区，所用材料有麦草、稻草、芦苇、沙蒿及其他杂草。如果沙质边坡水分条件较好，植物可自然繁殖，将起到长久稳固边坡的作用。

②层铺柴草

将植物根茎杆砍成50 cm左右的短节，堆集整齐，然后从坡脚开始向上层铺，每5～10 cm为一层，逐层灌沙、捣实。

③平铺编织植物束笆

将整枝植扎成5～10 cm直径的束笆，或将其编织成笆块，沿边坡坡脚逐个向上平铺，束笆的衔接处以桩钉固定。

3.3.4 浆砌片石、混凝土块边坡防护

浆砌片石、混凝土块边坡防护有挖方边坡和填方边坡两种形式，在石料丰富地区应采用浆砌片石防护，缺乏石料地区可采用现浇水泥混凝土或用预制水泥混凝土块砌筑。采用混凝土时，其强度不应低于C15号，砂浆强度不应低于M5，寒冷地区不应低于M7.5。采用浆砌片石时，石料应是不易风化的坚硬岩石或大块卵石，厚度不小于25 cm。浆砌片石墙身应设泄水孔，并每隔10～15 m设一道伸缩缝(或沉降缝)。墙身基础应设在稳定的地基上，埋深不小于1.5 m，冰冻地区应埋置在冻结线以下不小于25 cm处。

边坡防护，由于风积沙土质边坡坡度较缓，浆砌片石墙身除自重外，不承担其他荷载，也不考虑墙后的土压力。

U418.9

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1008-3383(2012)11-0157-01

2012-07-07