高原戈壁 风沙防护处理技术

高原戈壁 风沙防护处理技术

李星

中铁十二局集团有限公司 太原 030024

摘 要 格库铁路7标线路地处柴达木盆地海西蒙古族藏族自治州。该处地表松软，为风积细沙；由于海拔高、风沙大，从而导致大量细沙吹到铁路道床边及道床上堆积，对线路运营造成极大安全隐患，现对芦苇方格、石方格、HDPE板沙障防护效果进行比较，选择最好效果的风沙防护处理方案。成功的解决了风沙对铁路危害的问题，对同类地质灾害处理和施工具有一定的借鉴意义。

关键词 芦苇方格 石方格 DPE板沙障 风沙防护方案

1 工程概况

格库铁路7标线路地处柴达木盆地海西蒙古族藏族自治州，海拔2975-3005m，年降水量44mm、蒸发量2739.3mm，全年8级以上西北风多于127天、最大瞬时风速29.2m/s。地势平坦、开阔，局部有半固定沙丘，地表为风积细砂，有极小植被覆盖，地表松软，成软戈壁。

风沙对线路的病害及形式：

风沙对线路的危害主要表现为沙埋与风蚀，其中又以沙埋为主。

路基遭受风蚀，将会出现削低、掏空和坍塌等现象。线路遭受沙埋是在风沙流活动地区，由于沙粒沉落、堆积，掩埋线路。

2 风沙路基段特殊地貌

DK399+100 ～ DK402+700防护段地表情况：地表为粉细砂，松散，有零星低矮植物，风积沙地貌较为普遍。对线路有沙埋危害。

图1 地表地貌 图2 风沙路基1

3 风沙流检测

取DK399+100 ～ DK402+700段典型戈壁地表，首先利用梯度风速仪、沙粒起动风速测量系统和自动梯度式风沙流采集系统实时同步观测风速廓线、沙粒起动风速和输沙率等参数，建立区域内典型戈壁地表输沙通量预测模型，实现将风速监测数据直接带入戈壁输沙率推导模型，直接预测输沙率大小，从而确定进入该区风沙防护体系的初始输沙量。其次，架设6m高梯度式集沙仪，集沙高度为0.1、0.2 、0.3、0.4、0.5、0.7、1.0、1.5、2.0、4.0和6.0m，分析不同高度输沙量分布特征。监测时，将自动梯度风沙流采集系统和沙粒起动风速测量系统与梯度风沙仪在时间上设置同步测量，数据采集时间间隔为1 min。将沙粒起动风速测量系统与梯度风速仪所测风速对应，获得沙粒起动风速以及摩阻速度；根据自动梯度风沙流采集系统采集输沙通量与梯度风速仪所测风速和计算的摩阻风速建立输沙通量预测模型。此外，对梯度风沙流自动采集系统所测各高度梯度收集沙量，通过电子天平可获得戈壁近地表风沙流结构廓线。

图3 全自动采集风沙收集仪 图4 风速风向传感器

根据检测结果确定，DK399+100 ～ DK402+700段主导风向 N50～60°W，平均风速为2.4m/s，最大风速定时为26 m/s，瞬时风速29.2 m/s，风沙严重程度为中等，对铁路的危害程度为中等。

整段路基主导风向、平均风速、最大风速及瞬时风速基本相同，本方案按照相同环境条件假设。

4 处理方案

根据检测结果及防护要求进行研究，最终确定3种防护形式，分别在DK399+100-DK400+000采用芦苇方格进行防护，DK400+000-DK400+900采用石方格进行防护,DK400+900-402+700采用芦苇方格的同时在外侧安装HDPE板高立式阻沙沙障防护。安装完成后对三种风沙防护形式的防护效果进行监测。

防护形式施工

1、芦苇方格

（1）芦苇方格为1.0m×1.0m正方形，其中方格的主带与主导风向垂直，副带与主风向平行。如铺设于新月形沙丘上时，则方格中部垂直于主导风向，两侧向前微弯成弧形。

（2）方格施工时，在迎风侧先设主带，后设副带。在背风坡先设副带，再由上往下设置主带，设置时从路基两侧向外铺设。

（3）方格施工工序为，先将地面大致整平，划主带线和设第一条主带，开挖沟槽，然后将整理好的芦苇栽砌于沟槽内，芦苇埋入土中15～20cm,露出地面30cm，最后再拥沙扶直，拥沙要形成一道低矮的芦苇墙，芦苇墙厚度不小于10cm 。 图5 芦苇方格施工现场图

2、石方格

（1）石方格尺寸为：1.0m×1.0m×0.3m（高）。

（2）方格采用不易风化的硬质岩片石码砌而成，片石最小边不小于10cm。

（3）石方格须码砌密实，方格高度不小于设计高度（30cm）。

图6 石方格施工现场图 图7石方格实地效果图

3、HDPE板高立式阻沙沙障

（1）阻沙沙障采用高密度聚乙烯塑料板（HDPE板）和镀锌钢管立柱组成。立柱高1.5m，壁厚3.0mm，埋入地面以下1.0m，相邻立柱间距3.0m。立柱间悬挂HDPE板，板高1.5m，长3.1m，厚2.5mm，采用2mm厚镀锌钢板夹片固定于立柱上。

（2）HDPE板采用高密度聚乙烯塑料板，其孔隙度50%。产品使用寿命不少于15年，经历15年紫外线、温度交替、PH=10碱性环境后，其强度损失率不大于30%。

（3）镀锌钢管立柱采用现浇C25混凝土基础。

图8 HDPE板高立式阻沙沙障实地效果图

施工完成后每月进行风沙堆积厚度3次，其结果如下

根据观测结果得到芦苇方格与石方格防风沙效果基本一致，石方格、芦苇方格单个防风沙效果不满足设计要求。需增设HDPE板高立式阻沙沙障进行风沙防护。

5 总结

石方格和芦苇方格中选择芦苇方格原因是两者防护效果一致，但由于在现场施工过程中采石场开采石材的不规则，现场片石需要二次、三次的破碎，打碎成小块石材砌筑，工人劳动强度大，施工周期相对较长。另外由于结构尺寸较小，干砌的片石部分不牢固，容易垮塌。还有防风沙的措施都是在铁路的防护栅栏之外，如果有大型动物的践踏，会造成砌体的垮塌，所以选用芦苇方格进行施工更加符合要求。但单一防护形式不满足防护要求，由于HDPE板方格的优点为安装施工速度快，对现有植被不会造成破坏，使用过程中当风沙堆积一定厚度后，可以提高HDPE板位置，继续使用，因此在芦苇方格外侧增加一道HDPE板高立式阻沙沙障防护既能满足防风沙要求又能最大程度的节约成本。采用工程防风固沙对风沙路基段进行防护，最大限度地改善风沙地区铁路运营环境及沿线生态环境，效果良好，为我国铁路事业发挥着不可磨灭的重要贡献。