基于新疆風吹雪區域合理斷面形式設計的探討

劉海平 陳曉光

1 新疆農業大學(烏魯木齊 830052)2 新疆維吾爾自治區交通運輸廳(烏魯木齊 830000)3 新疆交通職業技術學院(烏魯木齊 831401)

冬季公路雪害是新疆道路運營中突出的病害問題，而公路風吹雪又是其中最頻繁的雪害形式之一。風吹雪多發生在高緯度、高海拔和地形起伏變化較大的積雪地區，而新疆恰好地處歐亞大陸腹地， 處于高緯度地區，屬中國西北部干旱地區，冬季漫長而寒冷，降雪量豐富且積雪期長；再加上大風的侵襲，很容易形成風吹雪災害，尤其北疆區域，地處風口，再加上寒流的入侵，風雪流的發生已經屢見不鮮了；因為新疆整體地形為三山夾兩盆，一年中幾乎一半處于冬季，最大積雪分布與天山降水量分布特征一致，具有由西向東，由北到南逐漸減少的規律，并隨海拔高度的增加而增大，研究新疆公路路線的選擇及路基如何合理設計對于后續的外業勘察及設計有很好的指導作用。

1 新疆風雪區域風雪害原始數據的采集與歸納分析

通過調查新疆風吹雪和積雪嚴重區域以及收集利用各養路段已采集數據，統計新疆境內公路G216、G217、G218、G219、G312、G314、G315 線以及多條省、縣、鄉公路雪害狀況。調查區域主要是新疆降雪較為嚴重區域，包括新疆阿勒泰、塔城、伊犁大阪城；新疆農八師147 團、148 團、149 團、150 團，等農墾區。填寫調查表60 多份，實測路基斷面34 個，調查研究公路雪害與路基高度、路基斷面形式、地形地貌、降雪量等因子的關系，具體調查數據詳見表1。野外調查后集中整理分析數據。

利用調查獲得的60 份實測數據，參照新疆已有公路雪害的特征，把公路風吹雪雪害嚴重程度分為5 個級；即公路路面積雪覆蓋量大于路面寬度的3/4 確定為極重度雪害；公路路面積雪覆蓋量達到路面寬度的1/2～3/4 確定為重度雪害；積雪覆蓋量達到路面寬度的1/4～1/2 的確定為中度雪害；積雪覆蓋率小于1/4 為輕度雪害；路面無積雪，則雪害程度確定為無害。

2 不易積雪路基的設計

路基橫斷面形狀在雪源和風向風速等因素相近下，對路面積雪與否、車輛堵塞的嚴重程度有較大作用。通過觀察在臨近區段路基由于斷面選擇類型不同，積雪程度各不相同，有輕有重，有些甚至無積雪。

通過對各種路基斷面形式設計提出觀點，供風積雪路段公路設計參考。

表1 公路風吹雪雪害調查表

2.1 路堤

(1)主導風向和道路前進方向90 度時的路堤。

路堤坡度根據路堤高度和地形地物條件確定，通常采用緩于1:3 的邊坡；填方高度控制應小于8 m 且要比該地區積雪深度最大值大60 cm。

(2)主導風向和道路前進方向角度接近0°的路堤。

路線縱坡，在迎風區段小于7%，背風區段小于5%。路堤高度要比該地區積雪深度最大值大80 cm，路堤邊坡坡度依據路堤高度和地形地物一般采用l:1.5 或1:2。

2.1.1 迎風段路基

(1)路基積雪迎風段分析

主導風速漸漸變大，在沿著邊坡向上運動中路肩處速度增至風速最大值。然后風速顯著減小(原因是地面層分離，同時下風面邊坡坡腳和路中心區域形成渦旋區)，中線處風速降至50%左右，路基坡腳靠路塹側風速減到40%左右。

經過風洞實驗和現場的其他相關試驗得到以下結果，渦旋減速區與冰雪堆積位置的范圍一致。隨著風雪流中的固體顆粒沉積，相鄰的兩個雪堆形成一個整體，最終導致路面被掩埋。圖1 中剖面1、剖面2對應的風速在曲線變化里可以看出，剖面1 積雪段的類型是迎風面積雪，下風側路基坡腳在山坡處臨近路邊且路面風速很小，造成較嚴重的雪害。剖面2 是迎風敞開式路堤，最小風速為原始風速的130%左右，路基下風面山坡離路基遠，山坡平緩，風速無較大變化，路面是不易形成積雪的。但隨著下風面山坡坡度加大，山坡阻擋作用加大，造成積雪較大的堆積。

圖1 下風側路面20 cm 高相對山坡時風速變化

(2)迎風段路基設計

1)路中線垂直風向

上風側路基邊坡設計控制在小于1:1.5，下風側邊坡路基邊坡設計控制在小于l:2，邊溝的深度h 在下風側時需要比當地的最大的積雪的深度至少大于80cm。當設計的邊溝上口寬度大于7.5 m 時，山坡的坡度在下風側時需要小于l:7。

3.5 心理護理 由于該例患者多種疾病并存，長期服用降壓、降糖藥；攜帶心臟起搏器4年，加之PICC導管的置入增加患者深靜脈血栓的風險性，目前增加服用抗凝、降脂及化療藥物；擔心疾病的預后不佳等因素導致患者心理負擔大[12-13]。主管護士告知患者，長時間緊張、焦慮情緒會讓血管收縮，血管管腔變狹窄、血流緩慢，影響正常的血液循環，增加靜脈血栓的風險，同時會影響電極線和導管在血管里的位置，容易發生粘連或纏繞；囑患者保持輕松、愉快心情，平時關懷患者，若有心慌、心悸、心前區不適感，立即告知醫護人員。該例患者文化水平較高，依從性好，經過醫護人員的教育，情緒平穩，能配合進行積極的治療。

2)風向不垂直于路中線

當路中線和風向的相交角度不小于75°時，統一照90°標準進行路線設計。

當路中線和風向的相交角度γ小于75°時，邊溝的上口寬度L 利用公式(1)計算：

需要山坡量測其坡度時，在上風側要順風向量測。其他需要量測坡度地段采用垂直量測。

2.1.2 背風段路基

(1)路基積雪背風段分析

跨過山脊向下行進時，由于斷面的迅速擴大，近地層發生分離，造成渦旋的形成，而隨著風速下降，攜帶能力減小，固體顆粒逐漸堆積雪檐也隨之形成，并且逐漸變得又高又大。雪顆粒的堆積造成附面層的分離位置逐漸向前移動。雪檐也隨之推進，當雪檐移至路面時，風積雪病害就出現了，并且隨著顆粒的逐漸堆積就越發嚴重。上風側和山坡坡度大小直接決定背風段的雪害的發展程度。隨著山坡的坡度增加，風速在貼地層的弱化特性就越明顯，弱化后的風雪流攜帶固體顆粒的能力減弱造成路面的積雪顯著增加，形成嚴重的雪害。

(2)路基設計背風段

1)風向垂直于路的中線。

上風側路基邊坡設計控制在小于1:2，下風側邊坡路基邊坡設計控制在小于l:1.5，邊溝的深度h 在上風側需要比當地的最大的積雪的深度至少大于1.2 m。當設計的邊溝上口寬度大于13.5 m 時，山坡的坡度在上風側需要小于l:9。

2)風向不垂直于路中線

當路中線和風向的相交角度不小于75°時，統一照90°標準進行路線設計。

當路中線和風向的相交角度γ 小于75°時，邊溝的上口寬度L 利用公式(1)計算。

需要山坡量測其坡度時，在上風側要順風向量測。其他需要量測坡度地段采用垂直量測。

3 結語

風吹雪公路路線方案的選擇與路基設計，是一個由淺到深，由粗到細的過程。有著技術型較強、影響因素復雜的特點，因此在選擇與設計過程中應該詳細進行地質條件的勘察，并針對不同的氣候和地址特點進行充分和合理的論證，針對不同的災害型式來采取不同的設計方法，對整體路線做到統籌兼顧．選擇出科學而合理的路線方案和路基設計方案。

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