基于新疆风吹雪区域合理断面形式设计的探讨

刘海平 陈晓光

1 新疆农业大学(乌鲁木齐 830052)2 新疆维吾尔自治区交通运输厅(乌鲁木齐 830000)3 新疆交通职业技术学院(乌鲁木齐 831401)

冬季公路雪害是新疆道路运营中突出的病害问题，而公路风吹雪又是其中最频繁的雪害形式之一。风吹雪多发生在高纬度、高海拔和地形起伏变化较大的积雪地区，而新疆恰好地处欧亚大陆腹地， 处于高纬度地区，属中国西北部干旱地区，冬季漫长而寒冷，降雪量丰富且积雪期长；再加上大风的侵袭，很容易形成风吹雪灾害，尤其北疆区域，地处风口，再加上寒流的入侵，风雪流的发生已经屡见不鲜了；因为新疆整体地形为三山夹两盆，一年中几乎一半处于冬季，最大积雪分布与天山降水量分布特征一致，具有由西向东，由北到南逐渐减少的规律，并随海拔高度的增加而增大，研究新疆公路路线的选择及路基如何合理设计对于后续的外业勘察及设计有很好的指导作用。

1 新疆风雪区域风雪害原始数据的采集与归纳分析

通过调查新疆风吹雪和积雪严重区域以及收集利用各养路段已采集数据，统计新疆境内公路G216、G217、G218、G219、G312、G314、G315 线以及多条省、县、乡公路雪害状况。调查区域主要是新疆降雪较为严重区域，包括新疆阿勒泰、塔城、伊犁大阪城；新疆农八师147 团、148 团、149 团、150 团，等农垦区。填写调查表60 多份，实测路基断面34 个，调查研究公路雪害与路基高度、路基断面形式、地形地貌、降雪量等因子的关系，具体调查数据详见表1。野外调查后集中整理分析数据。

利用调查获得的60 份实测数据，参照新疆已有公路雪害的特征，把公路风吹雪雪害严重程度分为5 个级；即公路路面积雪覆盖量大于路面宽度的3/4 确定为极重度雪害；公路路面积雪覆盖量达到路面宽度的1/2～3/4 确定为重度雪害；积雪覆盖量达到路面宽度的1/4～1/2 的确定为中度雪害；积雪覆盖率小于1/4 为轻度雪害；路面无积雪，则雪害程度确定为无害。

2 不易积雪路基的设计

路基横断面形状在雪源和风向风速等因素相近下，对路面积雪与否、车辆堵塞的严重程度有较大作用。通过观察在临近区段路基由于断面选择类型不同，积雪程度各不相同，有轻有重，有些甚至无积雪。

通过对各种路基断面形式设计提出观点，供风积雪路段公路设计参考。

表1 公路风吹雪雪害调查表

2.1 路堤

(1)主导风向和道路前进方向90 度时的路堤。

路堤坡度根据路堤高度和地形地物条件确定，通常采用缓于1:3 的边坡；填方高度控制应小于8 m 且要比该地区积雪深度最大值大60 cm。

(2)主导风向和道路前进方向角度接近0°的路堤。

路线纵坡，在迎风区段小于7%，背风区段小于5%。路堤高度要比该地区积雪深度最大值大80 cm，路堤边坡坡度依据路堤高度和地形地物一般采用l:1.5 或1:2。

2.1.1 迎风段路基

(1)路基积雪迎风段分析

主导风速渐渐变大，在沿着边坡向上运动中路肩处速度增至风速最大值。然后风速显著减小(原因是地面层分离，同时下风面边坡坡脚和路中心区域形成涡旋区)，中线处风速降至50%左右，路基坡脚靠路堑侧风速减到40%左右。

经过风洞实验和现场的其他相关试验得到以下结果，涡旋减速区与冰雪堆积位置的范围一致。随着风雪流中的固体颗粒沉积，相邻的两个雪堆形成一个整体，最终导致路面被掩埋。图1 中剖面1、剖面2对应的风速在曲线变化里可以看出，剖面1 积雪段的类型是迎风面积雪，下风侧路基坡脚在山坡处临近路边且路面风速很小，造成较严重的雪害。剖面2 是迎风敞开式路堤，最小风速为原始风速的130%左右，路基下风面山坡离路基远，山坡平缓，风速无较大变化，路面是不易形成积雪的。但随着下风面山坡坡度加大，山坡阻挡作用加大，造成积雪较大的堆积。

图1 下风侧路面20 cm 高相对山坡时风速变化

(2)迎风段路基设计

1)路中线垂直风向

上风侧路基边坡设计控制在小于1:1.5，下风侧边坡路基边坡设计控制在小于l:2，边沟的深度h 在下风侧时需要比当地的最大的积雪的深度至少大于80cm。当设计的边沟上口宽度大于7.5 m 时，山坡的坡度在下风侧时需要小于l:7。

3.5 心理护理 由于该例患者多种疾病并存，长期服用降压、降糖药；携带心脏起搏器4年，加之PICC导管的置入增加患者深静脉血栓的风险性，目前增加服用抗凝、降脂及化疗药物；担心疾病的预后不佳等因素导致患者心理负担大[12-13]。主管护士告知患者，长时间紧张、焦虑情绪会让血管收缩，血管管腔变狭窄、血流缓慢，影响正常的血液循环，增加静脉血栓的风险，同时会影响电极线和导管在血管里的位置，容易发生粘连或缠绕；嘱患者保持轻松、愉快心情，平时关怀患者，若有心慌、心悸、心前区不适感，立即告知医护人员。该例患者文化水平较高，依从性好，经过医护人员的教育，情绪平稳，能配合进行积极的治疗。

2)风向不垂直于路中线

当路中线和风向的相交角度不小于75°时，统一照90°标准进行路线设计。

当路中线和风向的相交角度γ小于75°时，边沟的上口宽度L 利用公式(1)计算：

需要山坡量测其坡度时，在上风侧要顺风向量测。其他需要量测坡度地段采用垂直量测。

2.1.2 背风段路基

(1)路基积雪背风段分析

跨过山脊向下行进时，由于断面的迅速扩大，近地层发生分离，造成涡旋的形成，而随着风速下降，携带能力减小，固体颗粒逐渐堆积雪檐也随之形成，并且逐渐变得又高又大。雪颗粒的堆积造成附面层的分离位置逐渐向前移动。雪檐也随之推进，当雪檐移至路面时，风积雪病害就出现了，并且随着颗粒的逐渐堆积就越发严重。上风侧和山坡坡度大小直接决定背风段的雪害的发展程度。随着山坡的坡度增加，风速在贴地层的弱化特性就越明显，弱化后的风雪流携带固体颗粒的能力减弱造成路面的积雪显著增加，形成严重的雪害。

(2)路基设计背风段

1)风向垂直于路的中线。

上风侧路基边坡设计控制在小于1:2，下风侧边坡路基边坡设计控制在小于l:1.5，边沟的深度h 在上风侧需要比当地的最大的积雪的深度至少大于1.2 m。当设计的边沟上口宽度大于13.5 m 时，山坡的坡度在上风侧需要小于l:9。

2)风向不垂直于路中线

当路中线和风向的相交角度不小于75°时，统一照90°标准进行路线设计。

当路中线和风向的相交角度γ 小于75°时，边沟的上口宽度L 利用公式(1)计算。

需要山坡量测其坡度时，在上风侧要顺风向量测。其他需要量测坡度地段采用垂直量测。

3 结语

风吹雪公路路线方案的选择与路基设计，是一个由浅到深，由粗到细的过程。有着技术型较强、影响因素复杂的特点，因此在选择与设计过程中应该详细进行地质条件的勘察，并针对不同的气候和地址特点进行充分和合理的论证，针对不同的灾害型式来采取不同的设计方法，对整体路线做到统筹兼顾．选择出科学而合理的路线方案和路基设计方案。

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