高寒高海拔雪害影响地区路基设计要点

张志峰， 林 露

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

高寒高海拔雪害影响地区路基设计要点

张志峰， 林 露

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

随着国家对西部公路建设投资力度的加大，高寒高海拔地区高等级公路的建设也越来越多。然而高寒高海拔地区往往地形、地质条件复杂多变，且雪害冻害频繁。在设计中应根据现场情况因地制宜地制定横断面形式，将不良气候造成的影响降到最低。以结合乐化路老路雪害分布特点及青海G213乐都至化隆段设计思考，探讨山区公路受雪害影响时路基设计的几个关键问题。

高寒高海拔;雪害;路基设计

1 雪害影响形式

高寒高海拔地区高等级公路,相对于低海拔地区高速公路，除受到泥石流、崩塌等影响外，由于海拔较高，气温较低，还容易受到雪害、涎流冰以及冻土的影响。其中尤以雪害影响为甚。

实际工程中，公路雪害影响形式主要有：自然积雪、风吹雪和雪崩等[1]。

积雪会使得公路的通过能力大大降低，尤其是会引起路面结冰，增大交通事故发生的可能性，若路面积雪严重甚至会导致公路被封闭。

风吹雪：风吹雪对道路造成的影响是其对自然积雪的重新分配作用[2]，风吹雪是风携带着雪粒在近地面空气中运动, 将雪从一地搬运到另一地的一种自然现象, 又称风雪流。根据研究，路面积雪过程与风出现的时间密切相关，在没有风参与情况下,路面积雪的深度只与降雪量的大小有关，如果降雪或者雪后时有风产生,风搬运的作用会使有些路段在接受降雪的同时也出现风吹雪的堆积，在自然降雪的基础上再增加风吹雪的堆积。这会导致某些路段积雪更加严重。

2 雪害地区雪害情况实勘

乐都至化隆公路位于青海省海东地区乐都境内，该路30 km～38 km段路线经过马阴山，路线跨越马阴山垭口海拔为3 800 m。为探寻路基设计对积雪影响，于冬季对老路现场进行了调查踏勘，对易积雪路段进行了记录调查，详细记录了积雪路段路线走向及路基特点，归纳如下：

2.1 阴坡段积雪

自30 km进入马阴山至38 km翻越垭口，路线有5处阴坡段，全部积雪严重，且积雪强度与挖方边坡高度成正比。几乎整个冬季都不会消融，事实上几乎造成了冬季封山,见图1所示。

图1 阴坡段积雪严重

2.2 回头弯处积雪

经过现场调查分析，回头弯处也是积雪经常发生的地区，且回头弯处积雪有鲜明的特点：

(1) 回头弯中间没有障碍物时，回头弯不积雪。

(2) 回头弯中间有障碍物，即使障碍物仅仅是灌木，也会造成积雪，见图2所示。

(3) 回头弯若位置较低，被周围山体阴影笼罩，则无论回头弯形式如何，中间是否有障碍物，均有积雪。且回头弯处积雪较普通路段要严重一些。

图2 回头弯处中间有障碍物时积雪严重

2.3 阴坡段，路基外侧有宽台阶

通过对阴坡段积雪情况的分析发现，当阴坡段外侧有较宽台阶时，台阶上积雪较多，台阶内侧路面积雪情况较无台阶处路面积雪情况要好。

2.4 涎流冰发生地段往往也是积雪严重地区

全线有3处较严重涎流冰处，均有积雪情况出现，见图3所示。

图3 涎流冰伴随积雪

3 积雪地区公路选线原则

对于积雪地区公路选线原则很多学者都进行了研究[3]，归纳了地形、路线走向、气候以及公路旁边植被和交通量等对积雪的影响。

路线布设应遵循以下原则：尽量将路线布设于阳坡。阳坡一般积雪历时短，雪害影响小；条件允许情况下，路线尽量布设于开阔谷地，谷地日照充足，加之地面平坦，即使有积雪也比较容易处理；路线经过垭口段应选择低而平的垭口通过；应尽量避免设回头；此外，还要加强气候调查，使路线方向与风向平行, 风顺着路将雪吹走, 可减少雪害。

此外，路基横断面形式对积雪形成也有较大影响，研究表明，路堤填高越大，积雪几率越小，零填及路堑段积雪可能性较大，尤以深路堑地区最为严重[4]。

4 路基横断面形式对积雪形成影响

实践表明，在附近地质地形情况相同的情况下，路基断面形式对积雪的程度具有很大的影响[5-6]。

路堤：研究表明，当路堤高度大于1 m时，“风雪流”将从路堤上面绕越, 此时会在路堤两侧出现减速区。因此当路堤填高大于1 m时，雪粒不会落在路堤上面，而在路堤两侧逐渐堆积，路面不会出现积雪现象。

而当路堤高度小于1 m时，路堤对风雪流的阻挡效应不明显，路堤两侧以及路堤范围内都会出现减速区，因此，路堤上也会出现积雪现象。显然，零填路堤与周围平地高度基本一致，显然会出现积雪现象。

浅路堑：在深度小于2 m的浅路堑中，路堑深度越小，积雪速度越快。

深路堑：对于大于6 m的深路堑，风雪流经过时，会在路堑内形成旋转的旋风气流，阻止雪粒在路堑内堆积，因而深路堑内一般不会出现积雪。

2～6 m路堑：风雪流经过时，也会在路堑内形成旋转的旋风气流，但是速度增加不大，这类路堑内还是会产生积雪。

此外，路堑坡脚越近，越容易产生积雪，路堑坡脚与路肩的距离一定时,坡度的变化对路面风速几乎没有影响,而对坡脚处的风速有显著影响，随着坡度变陡，坡脚处的风速迅速降低。因而,加宽护坡道，放缓坡度，对于缓解雪害有一定作用。

5 风雪地区公路选线及路基工程

5.1 工程概况

G213策克至磨憨公路乐都至化隆段，为双向四车道高速公路，路基宽度24.5 m，设计速度80 km/h。其中30 km至46 km沿马阴山布设，海拔最高处约3 400 m，经过对原老路调查，发现老路部分路段冬季积雪严重，积雪主要集中于阴坡段，全挖方段、回头曲线段，越岭段积雪期长，因积雪及涎流冰影响，冬季行车安全性受到极大影响。

5.2 实际应用

从以上的标准可以看出,对于这样的山岭重丘区要修筑这样标准的高速,无论工程量、施工条件、地质环境都是相当艰苦的。而且马阴山高海拔段，积雪时间较长的地段也相对集中于该部分路段。针对以上工程实际情况,在横断面设计时充分利用之前的研究成果,结合实际地形,合理地确定横断面形式[7]。具体运用如下：

(1) 内业设计中拉坡时使路基断面多采用路堤形式,尽量不采用路堑式,尽量避免高路堤和深路堑相连接。

(2) 尽量避免浅路堤与浅路堑，对于路堑段，碎落台宽度增加到2 m。减少积雪概率的同时，在产生积雪的时候也可以做为积雪平台使用。

(3) 条件允许情况下，阴坡段放缓边坡。放缓边坡降低积雪概率的同时，也可增加阳光照射时间，即使产生积雪，也能加快积雪消融。

(4) 条件允许情况下，在低填和零填路堤两侧设立小型弃土场，改善低路堤环境，减少积雪可能性。

(5) 挖方边坡外侧利用弃方堆积一些宽阶地，改善积雪状况。

(6) 路基设计时，要结合涵洞设计，确保附近山体汇水能顺畅排出，不形成涎流冰。

6 结束语

高寒高海拔地区，气温较低，风吹雪等雪害对公路运营安全影响极大，且公路积雪以后，往往会因低温迅速结冰，大大降低山区公路冬季通行能力，严重的还会造成冬季封路的可能性。然而，公路地区选线技术是很少有人开展过的研究领域，加之以前山区公路等级低，雪害影响并没得到重视。公路技术人员在选线和路基设计时，往往只注重确定合理线型和平纵指标、控制工程规模，而不会将降低雪害影响作为考虑因素。且山区公路往往弃方总量就已经相当可观，通过加宽碎落台和放缓边坡形式来减缓雪害影响，无疑会再增加土方量，于控制工程造价和控制工程规模不利。

高寒高海拔地区防雪害工作有很大的难度，设立诸如防雪墙、拦雪带等各种防雪害措施[8-10]，无疑会大大增加造价。但是随着越来越多的高等级路要越过山区，为保证冬季通行，又不得不引入防雪害技术。因而，优化雪害处理措施，对雪害形成机理进行更深入地研究，是下一步防雪害研究的重点。

[1] 赵金顺,魏庆朝,李立军. 道路工程积雪灾害的安全设计与防治措施研究[J].中国安全科学学报,2004(12):3～8.

[2] 官正荣.风雪地区公路选线及路基工程抗雪害技术研究[D].成都：西南交通大学,2010.

[3] 席建锋.公路风吹雪雪害形成机理及预测研究[D].长春：吉林大学,2007.

[4] 柴环宇,宋佳辉,白宝山，等.雪灾多发地区的公路勘测设计[J].内蒙古公路与运输,2009(5),38～40.

[5] 邴文山.积雪地区设计路基横断面应注意的问题[J].公路，1981(8):25～27.

[6] 张海峰.风吹雪灾害试验与路基断面形式研究[D].兰州：兰州大学,2009.

[7] 刘海平.新疆风雪地区公路选线原则及路基合理断面形式选择研究[D].乌鲁木齐：新疆农业大学,2014.

[8] 张 霞.面向风吹雪雪害防治的公路路基与路测设计研究[D].长春：吉林大学,2007.

[9] 高鹏飞.公路风吹雪雪害防治技术研究[D].西安：长安大学,2009.

[10] 赵国平.公路挡雪墙防风阻雪作用机制研究[D].北京：北京林业大学，2012.

2016-06-27；修改日期：2016-06-30

张志峰(1976-)，男，山西文水人，硕士，安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司高级工程师．

U416.168

A

1673-5781(2016)04-0473-03