公路風(fēng)吹雪雪害防治原理

佟士學(xué),韓 峰

(1.黑龍江省八達路橋建設(shè)有限公司;2.黑龍江省監(jiān)理公司)

研究風(fēng)吹雪雪害成因機理的根本目的是為了避免或減輕公路雪害,有效避免或減輕公路雪害從原理上講就是設(shè)法阻斷風(fēng)吹雪形成過程中的某個環(huán)節(jié)或是利用形成機理,防止積雪發(fā)生在路面上。而認識掌握這一原理,有助于在防治技術(shù)研究與工程實踐中做到把握全局、抓住要害、因地制宜、多管齊下,達到最佳防治效果。

1 控制雪的供給

風(fēng)雪流在某一速度下能輸運的雪的數(shù)量是有限的,一定速度的風(fēng)能夠達到的最大輸雪強度稱為飽和輸雪強度。風(fēng)雪流的輸雪強度是逐漸達到飽和的,即,風(fēng)吹雪發(fā)生后,在運動過程中不斷增加新的雪粒子,從而使輸雪強度不斷增大,最后達到一定速度下的飽和狀態(tài)。因此,風(fēng)雪流的強度不僅與風(fēng)速和降雪量有關(guān),還與吹雪長度有關(guān)。

在達到飽和輸雪強度狀態(tài)下,如果由于某種原因風(fēng)速下降,則一部分雪粒子將下落,形成堆積,輸雪強度變小;但由于輸雪強度的減小,風(fēng)雪流的速度隨之增大,吹蝕作用加劇,使得風(fēng)挾帶的雪粒子的數(shù)量不斷增加,直至達到飽和,而在達到飽和之前,風(fēng)速也在逐漸下降。

風(fēng)雪流飽和輸雪強度的存在和飽和輸雪強度的形成過程使得采取控制雪的供給的方法防治風(fēng)吹雪積雪成為可能。控制雪的供給可以從兩方面入手:(1)設(shè)計公路時,如果難以避開大規(guī)模雪源地帶,則應(yīng)盡量縮短上風(fēng)區(qū)雪源的寬度,使得風(fēng)雪流在到達公路時沒有足夠的發(fā)育距離,從而處于不飽和狀態(tài);(2)在公路上風(fēng)側(cè)雪源地帶建立防雪柵、擋雪墻、防雪林等設(shè)施,使風(fēng)雪流在經(jīng)過公路之前先“卸掉”部分雪粒子,處于不飽和狀態(tài)。在保障了風(fēng)雪流以不飽和狀態(tài)到達公路后,即使在經(jīng)過路面時有一些速度損失,只要不降低到過飽和狀態(tài),就不至于形成積雪。

2 改善來流風(fēng)向

風(fēng)向與路線走向的夾角是影響雪害的重要因素,這是因為從地形對氣流影響程度的角度來說,當風(fēng)向與路線走向平行時,公路建設(shè)造成的地形改變在風(fēng)向上與風(fēng)向與路線走向垂直時的變化相比要小的多。特別是在橫斷面上地形的突變往往會引起氣流的附面層分離,從而產(chǎn)生旋渦減速區(qū),造成較嚴重的積雪。另外,當風(fēng)向與路線走向平行時,也不易將路側(cè)雪源上的雪輸送到路面上。因此,風(fēng)向與路線走向越是接近平行越不容易形成雪害,換言之,風(fēng)向與路線的夾角越大越容易形成雪害。根據(jù)這一原理,一方面,在公路設(shè)計時應(yīng)盡量使路線走向與當?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)向相同;另一方面,當夾角不大,設(shè)置防雪柵等阻攔設(shè)施效果不理想時,也可以利用導(dǎo)風(fēng)板進行側(cè)導(dǎo)風(fēng),將氣流引導(dǎo)到與公路走向平行。

3 增大路面風(fēng)速

同樣由于飽和輸雪強度的原理,風(fēng)雪流的流速增加,則原本的飽和狀態(tài)將變?yōu)椴伙柡?因而就不會導(dǎo)致積雪。根據(jù)這一原理,可以采取措施增大路面風(fēng)速,比較成功的有利用導(dǎo)風(fēng)板進行下導(dǎo)風(fēng)。另外,也可以通過道路的橫斷面設(shè)計提高路面風(fēng)速。

4 改善流場形態(tài)

風(fēng)雪流流經(jīng)公路上空時由于橫斷面的影響形成一定形態(tài)的流場,在特定的位置形成一定強度的渦漩減速區(qū)。渦漩減速區(qū)內(nèi)部由于壓力小、能量損失,雪粒子在此大量沉降形成積雪,因此,避免渦漩減速區(qū)的出現(xiàn)或者控制其位置對于防止路面積雪是非常有意義的。改善流場形態(tài)的防治措施有針對路塹修建敞開式路基、針對路堤修建流線型路基,以及增大邊坡坡腳與道路的距離避免積雪發(fā)生在路面上等。

5 避免氣流擾動

風(fēng)雪流的飽和輸雪量與其流速成正比,因此在公路設(shè)計時,應(yīng)盡量確保風(fēng)雪流在通過公路時不受到障礙、不引起速度出現(xiàn)較大降低。這種對風(fēng)雪流來說的無障礙,不僅應(yīng)體現(xiàn)在設(shè)計上,而且在公路的施工和日常養(yǎng)護時也要注意公路周邊地形、地貌的整治和利用。路基邊坡上的雜草和碎石雖然體積不大,但卻會對風(fēng)雪流的運行造成一定擾動,導(dǎo)致局部風(fēng)速降低,形成少量積雪,這種積雪以雪檐推進的形式不斷增加,只要雪源足夠充足最終會在路面形成積雪。事實上,大部分中等高度的路基(1.5～5m)形成風(fēng)吹雪積雪的原因都在于養(yǎng)護不夠,在降雪之前沒能及時清除路肩雜草。單株1m高左右的芷薊造成的雪檐可以達到 1m高、2～3m長,其危害程度是很大的。