風(fēng)吹雪雪害的成因及防治措施

1公路路基斷面形式在中國北方，風(fēng)雨帶道路建設(shè)的形式對當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境的影響是道路風(fēng)吹雪害的主要原因。道路端部的形狀是一個直接、主導(dǎo)的因素，它直接影響風(fēng)吹雪害的發(fā)生和嚴(yán)重程度。公路受到地形限制,對原始地貌的大規(guī)模改變在所難免,在這種情況下,如何合理地設(shè)計公路路基斷面形式,減少甚至利用特殊地形地貌和公路工程對原始地貌的改變對風(fēng)雪流形成和運行的影響,是避免或減少風(fēng)吹雪雪害造成危害的突出重要的手段。2典型的地基形狀為風(fēng)吹雪雪害，形成機(jī)理2.1路面上的雪流速降至高路堤這種路基斷面形式,雖然氣流在經(jīng)過路肩之后流速有相當(dāng)程度的下降,但除了過高路堤,路面上的最低風(fēng)速都大于來流風(fēng)速,加上上風(fēng)側(cè)邊坡坡腳處風(fēng)雪流的“卸載”,路面上的風(fēng)雪流基本上都是處于不飽和狀態(tài)的。因此,如果單純從路面上的流場結(jié)構(gòu)看是不容易形成積雪的。2.2地形空間變化在規(guī)定邊坡和邊坡坡腳處出現(xiàn)風(fēng)速a迎風(fēng)半路塹是比較容易發(fā)生風(fēng)吹雪雪害的一種路基斷面形式。我們認(rèn)為迎風(fēng)半路塹風(fēng)吹雪雪害的形成主要是由于下風(fēng)側(cè)邊坡和山坡對來流的阻礙作用造成的風(fēng)速降低?？傮w上,迎風(fēng)半路塹上空的流場一般是在上風(fēng)側(cè)山坡或者邊坡的壓縮作用下風(fēng)速增加,在路肩處達(dá)到最大值;由于下風(fēng)側(cè)邊坡和山坡的阻礙作用,風(fēng)速又一次下降,在坡腳處達(dá)到最低,對于坡度較大的邊坡在坡腳處形成渦漩減速區(qū);隨后,由于地形的壓縮作用風(fēng)速逐漸升高。迎風(fēng)半路塹造成的減速區(qū)主要存在于上風(fēng)側(cè)路肩到邊坡坡腳處,而邊坡坡腳處的減速程度最大,出現(xiàn)渦漩減速區(qū)后風(fēng)速可以降到來流的40%以下。2.3邊坡和邊坡坡面的缺陷背風(fēng)半路塹風(fēng)吹雪雪害的發(fā)生和嚴(yán)重程度受上風(fēng)側(cè)附面層分離及其產(chǎn)生的渦漩減速區(qū)的影響較大,其風(fēng)吹雪雪害的防治重點應(yīng)從控制渦漩減速區(qū)入手。顯然,邊坡和山坡的坡度和高度決定了渦漩減速區(qū)的范圍和強度,邊坡和山坡的坡度越大、高度越高,則渦漩減速區(qū)的范圍和強度越大;反之其范圍和強度越小。在一些自然降雪不大、大風(fēng)天不多、地形起伏較大的地區(qū),迎風(fēng)半路塹出現(xiàn)公路風(fēng)吹雪雪阻的比率反倒比背風(fēng)半路塹大。這種情況的出現(xiàn)正是因為積雪首先發(fā)生在上風(fēng)側(cè)山坡和邊坡上,使得這些地點和邊坡坡腳附近形成了一個儲雪區(qū),從而減緩了吹雪上路。事實上,背風(fēng)半路塹若形成風(fēng)吹雪雪害,要求有較為充足的雪源和長時間的風(fēng)吹雪過程。2.4背風(fēng)半獲得性路基斷面形式的雪害全路塹在一定程度上綜合了迎風(fēng)半路塹和背風(fēng)半路塹導(dǎo)致風(fēng)吹雪雪害的因素,因此這種路基斷面形式的雪害也是很常見的,而且其程度也是比較嚴(yán)重的。(1)加雪類路塹周邊的風(fēng)速過積深度在2m以下的路塹,由于其兩側(cè)邊坡較低,背風(fēng)邊坡儲雪能力較差,而且這類路塹一般周邊地形相對開闊平坦,往往擁有較為充足的雪源,因此,風(fēng)吹積雪的發(fā)生要頻繁得多。其積雪的規(guī)律基本可以參考背風(fēng)半路塹,但由于迎風(fēng)邊坡的阻擋作用,路面風(fēng)速更低,背風(fēng)坡腳處的減速區(qū)范圍更大。(2)山區(qū)雪害形成機(jī)理我們根據(jù)風(fēng)吹雪雪害的形成特點,把深度在2～6m之間的路塹稱為中等深度路塹,這種路塹在山區(qū)是較為常見的,其雪害形成機(jī)理在路塹中最為典型。中等深度路塹在風(fēng)吹雪發(fā)生時能否形成路面雪阻,關(guān)鍵看背風(fēng)邊坡儲雪區(qū)是否足夠大,如果其儲雪能力大于當(dāng)?shù)刈畲笠蒲┝?就不會形成嚴(yán)重的積雪災(zāi)害,否則必然會造成嚴(yán)重的雪阻且往往難以清除。(3)隧道通過和行駛實際上,深路塹往往是在特定地形(如山谷、埡口)進(jìn)行少量土石方工程形成的,如果沒有合適的地形可以利用,一般都會采用隧道通過或者繞行。這里我們根據(jù)調(diào)查和觀測,視深度大于6m的路塹為深路塹。(4)“低背高迎”路塹內(nèi)涵特性在實際公路建設(shè)中,由于地形、地質(zhì)的差異,兩側(cè)邊坡高度落差較大的路塹也是較為常見的,對于風(fēng)吹雪雪害而言,我們將其分為“高背低迎”路塹和“低背高迎”路塹。為了方便比較,我們利用數(shù)值計算的方法求解了這兩類路塹下的氣流速度場,從中提取近地面(高于地面0.5m)的風(fēng)速進(jìn)行研究。在全路塹這種路基斷面形式中,背風(fēng)坡在風(fēng)吹雪雪害形成中發(fā)揮了主導(dǎo)作用,背風(fēng)坡的高度和坡度很大程度上決定了風(fēng)吹雪雪害的嚴(yán)重程度。因此,在風(fēng)吹雪地區(qū)設(shè)計全路塹時,應(yīng)重點考慮上風(fēng)側(cè)背風(fēng)坡的設(shè)置,以改造背風(fēng)坡為突破,從而達(dá)到事半功倍的效果。2.5吹雪雪害公路彎道處由于存在水平繞流,因此更容易形成風(fēng)吹雪雪害。彎道處路基斷面形式不同,對雪害形成的影響也不同,并不是所有彎道的雪害都嚴(yán)重,我們重點對幾種容易形成嚴(yán)重雪害的彎道形式進(jìn)行討論。2.6山區(qū)公路風(fēng)吹雪雪害調(diào)查分析隨著我國公路建設(shè)的發(fā)展,大量高等級公路建成并投入使用,這些公路的特點是路基較寬、交通工程設(shè)施完備、選線和線形好,通過風(fēng)吹雪調(diào)查(詳見《山區(qū)公路風(fēng)吹雪雪害調(diào)查分析報告》)我們發(fā)現(xiàn)路側(cè)護(hù)欄和中央分隔帶的設(shè)置大大增強了風(fēng)吹雪雪害的形成和嚴(yán)重程度。3路堤和互通立交段(1)公路風(fēng)吹雪雪害和雪害發(fā)生后的除雪作業(yè)問題應(yīng)作為有雪害地區(qū)公路設(shè)計的重要因素進(jìn)行考慮,且不僅在路基斷面設(shè)計時要考慮,在選線、布線、線形設(shè)計、附屬設(shè)施設(shè)計等各個環(huán)節(jié)都應(yīng)該考慮風(fēng)吹雪雪害的因素。(2)通過恰當(dāng)?shù)倪x線和布線,可以大大緩解或避免風(fēng)雪流危害。因此在考慮路基斷面形式設(shè)計之前應(yīng)首先考慮選線問題。選線時要考慮與之相關(guān)的地形,附近是否有集中的雪源,注意該地區(qū)的主導(dǎo)風(fēng)向;林區(qū)要注意路線布置與道路兩側(cè)的凈空,要考慮安全護(hù)欄的設(shè)計與設(shè)置需求。(3)對于填方路段,路面高度的基本要求是應(yīng)該高于考慮除雪因素在內(nèi)的年平均積雪深度。路堤上風(fēng)側(cè)設(shè)置緩邊坡或漸變式邊坡可以使吹雪盡可能堆積在路肩以下并減輕路面雪粒子的沉積。(4)設(shè)計斷面形式時要盡量避免淺的挖方斷面形式。(5)挖方路段的背風(fēng)坡具有一定儲雪能力,提高背風(fēng)坡的儲雪能力可以防治吹雪堆積在路面上,在實際設(shè)計路基斷面時要評估其與放緩邊坡兩種方法的效率,作出合理選擇。(6)對于避免風(fēng)吹雪雪害和除雪來說,設(shè)置寬而深的邊溝可以為吹雪的堆積提供空間,避免雪從背風(fēng)坡滑到路面和平衡雪坡延伸到路面,并提供一定的凈空。淺碟式邊溝設(shè)計和邊坡蓋板不適合在雪害路段的上風(fēng)側(cè)采用。(7)理論上,為減少和避免雪害的影響、方便除雪,應(yīng)盡量避免設(shè)置安全護(hù)欄。(8)對于彎道路段的橫斷面設(shè)計,不僅要考慮邊坡和轉(zhuǎn)彎半徑,還要考慮超高對雪害形成和嚴(yán)重程度的影響。(9)設(shè)計分離式車道時要考慮路面相對高程對雪害的影響,應(yīng)確保上風(fēng)側(cè)車道不會導(dǎo)致雪堆積在下風(fēng)側(cè)車道。(10)高等級公路互通立交橋和跨線橋的橋墩無論風(fēng)向如何都會導(dǎo)致一定程度的風(fēng)吹雪雪害,可以通過栽植樹木和灌叢來減少粒子在路面上的堆積,并拓寬凈空使橋墩盡可能地遠(yuǎn)離下面道路的路肩以減少對安全護(hù)欄的需求。(11)在公路設(shè)計階段研究分析其風(fēng)吹雪雪害情況,針對性的進(jìn)行減少或避免雪害形成的路基斷面形式設(shè)計可以以盡可能避免風(fēng)吹雪的發(fā)生,但對已建成的公路而言,改變現(xiàn)有橫斷面形式并重建道路在經(jīng)濟(jì)性上要比設(shè)置防雪柵等設(shè)施貴得多,其實施要在對效率進(jìn)行綜合評價的前提下進(jìn)行。4設(shè)計、施工、