摘要：铁路路基风沙防护试验工程是按照“先试验、后推广”的原则，建立路基风沙平面防护的试验工程。路基风沙防护试验在现场共设置戈壁风积沙段和戈壁风沙流段两处试验段，试验的形式共计九种：芦苇方格、石方格、土方格（固化沙垄方格）、多孔组合式固沙板、HDPE网方格、HDPE板方格，挡沙堤沟、HDPE板高立式阻沙沙障、HDPE网高立式阻沙沙障，通过不同防护方法的比较，找到适合特殊地区的防风固沙体系。
关键词：防风固沙；风沙流；风积沙
一、设立路基风沙防护试验段的目的
目前国内外主要有两种防风固沙方法，一种为植草防风固沙，另外一种为工程防风固沙。植草防风固沙是通过在线路一定范围内营造植物生长环境并种植适应当地的草木，达到植物防沙的效果；工程防风固沙则是通过在线路范围内布设石方格、防沙材料方格、阻沙沙障等工程内容，通过减少风沙流速及动能，达到防风固沙目的。本项目采用工程防风固沙的措施，通过现场不间断的监测选取适合格库铁路的防风固沙的防护形式。
二、铁路路基风沙防护试验段的主要研究内容
1、研究典型地段沙害形成的过程与机理：根据铁路途经区主要下垫面性质和沙害类型，选取典型风沙路段湖盆与戈壁地表地段，布设自动气象站和积沙仪，研究风沙运动规律以及与路基的相互作用机理。
2、研究适应铁路不同下垫面性质的防沙新材料的筛选和研制：根据不同下垫面风沙运动规律，在现有防沙材料的基础上，通过风洞实验模拟与野外实地观测，改进、筛选和研发适宜于不同下垫面的物理、化学、生物和复合型防沙新材料，提升施工新工艺，形成系列防沙新产品和新技术。
3、研究铁路沙害综合治理技术体系：通过对既有沙害防治措施系统分析和防沙治沙新材料及新技术的研制与示范，研究制定出适合铁路路基特点的防沙方案和综合治理技术体系，构建完善的风沙防治综合体系。
三、铁路路基风沙防护试验段的主要研究方法
1、布设不同的工程防风固沙材料：通过布设HDPE网方格、高立式HDPE板（网）阻沙沙障、组装式多周期HDPE板、石方格、土方格、芦苇等材料，在不同位置设置风沙流观测仪、沙害实时测量仪器及气象站，观测不同工程防风固沙材料的实际效果。
2、布设不同间距及不同的材料规格：通过布设不同的防风沙材料规格及布设间距，观察实际防风固沙效果。
四、建立路基风沙防护试验段要达到的目标、成果形式
1、目标：通过布设HDPE网方格、高立式HDPE板（网）阻沙沙障、组装式多周期HDPE板、石方格、土方格、芦苇等材料，在不同位置设置风沙流观测仪、沙害实时测量仪器及气象站，观测不同工程防风固沙材料的实际效果，研究出适合线路的实际有效的防风固沙新材料、新工艺及新措施。
2、成果形式：通过简易气象站、观测仪器等监测当地风速、风向、含水率、集沙量、输沙率、粒径组成等，摸清当地风沙流结构形式，监测不同防沙体系模式、防沙效益，对所获得的实地观测（定点长期与临时观测）、风洞实验以及数值模拟数据进行全面分析，系统评价各防护体系模式的防护效益，确定最优防护体系模式。
五、试验段地理、地貌及气候情况
设置戈壁风积沙段长3km，工点位于柴达木盆地南缘西部，工程区位于青海茫崖湖一带洪积平原，地形较平坦、开阔，局部地形有起伏，地势北高南低，地面高程3104～3239m。该段路基主要以填方工程通过，最大填方高度约7.0m，局部为挖方，最大挖方深度约6.0m。
试验段范围不良地质主要为风沙，发育有流动沙地。年均气温2.9℃，极端最高32℃，极端最低-34.3℃，年均降雨量44cm，蒸发量2739.3cm，年均大风（≥8级）日数43天，最大瞬时风速29.2m/s；起沙风速7～10m/s；年均风沙日数36天。
该段流动沙地呈波浪状，以风积粉细砂为主，砂质不均，含少量砾石、中粗砂粒及粉土，植被覆盖率小于10%，对线路危害严重。
设置戈壁风沙流段长1.68km，工点位于青海茫崖行委大乌斯一带，该段线路以填方工程通过，最大填方高度约6.0m，线路走行于柴达木盆地南缘西部，大乌斯丘陵区山前倾斜洪积平原，工点范围内地形较平坦、开阔，地势整体上由北向南倾斜，地面高程3054～3106m。
试验段工点范围不良地质主要为戈壁风沙流。年均气温2.9℃，极端最高32℃，极端最低-34.3℃，年均降雨量44mm，蒸发量2739.3mm。年均大风（≥8级）日数43天，最大瞬时风速 29.2m/s；起沙风速7～10m/s；年均风沙日数36天。
该段地表主要为砾砂覆盖，植被稀少，多宽浅沟谷，沟形较顺直，主沟槽冲切不明显、地形低洼及陡缓交界处可见不同程度积沙，沙源丰富，可就地起沙，对工程危害程度中等。
六、路基风沙防护试验段实施情况
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。
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）。
3、土方格（固化沙垄方格）
（1）固化沙垄方格尺寸为：1.0m×1.0m×0.3m（高）。
（2）沙垄方格采用就地取土，填土需夯拍密实。
（3）沙垄方格填筑完成后，需尽快喷洒化学固化剂固化。
4、多孔组合板方格
（1）多孔组合板方格由现场就地取土通过化学粘结剂粘结成板状材料后组合而成。
（2）多孔组合板方格尺寸为1.0m×1.0m正方形、高度0.3m，板厚2～3cm。板材在工厂内加工后现场组装。
（3）板材加工成设定的尺寸，并预留企口以利于组装。
5、HDPE网方格
（1）HDPE网方格为：2.0m×2.0m×0.5m（高）。
（2）方格采用土工钉固定。土工钉长度为0.9m，打入地面以下0.4m，露出地面0.5m。
（3）HDPE网采用平织高密度聚乙烯塑料网，孔隙度60%。HDPE网上、下边需设置加强筋带。
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（4）土工钉的材质为改性塑料，其任意方向上的变形＜3 mm，弯曲强度≥500N。
（5）施工前，地面应大致整平。施工时，迎风侧先设主带，后设副带；背风侧先设置副带，再设主带。
6、组装式多周期HDPE板方格
（1）组装式多周期HDPE板固沙土工格沙障由1.0m×1.0m正方形、高度0.3m的HDPE板小单元格组装而成，每10×10m为一个大单元格。大单元格边采用镀锌矩管立柱固定，镀锌矩管立柱总长1.0m，打入或埋入地面以下0.5m，露出地面0.50m。HDPE板需绷紧，采用镀锌钢板夹片和M8螺栓牢固固定在立柱上。HDPE板方格高度初期设为0.3m，后期可根据积沙情况向上调整高度，使之露出地面不小于0.2m，以确保固沙效果。
（2）HDPE板采用高密度聚乙烯塑料，其孔隙度50%。
（3）施工时，迎风侧先设主带，后设副带，背风侧先顺坡设置副带，再由上往下设主带。
7、挡沙堤沟
（1）挡沙堤沟用于前沿阻沙带，采用就地挖沟取土填堤。
（2）土堤需碾压密实，土堤迎主导风向侧采用碎石类土铺面，厚度0.3m。碎石铺面需夯拍密实。
（3）挡沙堤高1.5米，沟深1.5米。堤成梯形，上宽1米，下宽4米。
（4）在线路迎主导风向侧，土堤的碎石铺面朝向主导风向来风方向；在线路背主导风向侧，土堤的碎石铺面背向主导风向来风方向。沟与土堤的碎石铺面始终对向设置。
8、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%。
（3）镀锌钢管立柱采用现浇C25混凝土基础。
9、HDPE网高立式阻沙沙障
（1）高立式阻沙障采用平织高密度聚乙烯塑料网（HDPE网）和钢筋混凝土立柱组成。立柱混凝土强度C30，相邻立柱间距3.0m，立柱间悬挂HDPE网，网高1.5m，立柱埋深1.0m，立柱上两侧每15cm设置一个挂钩。
（2）HDPE网采用平织高密度聚乙烯塑料网，孔隙度60%。
（3）立柱间用11道平行10#镀锌铁丝和两道交叉φ5mm钢丝绳悬挂HDPE防沙网，HDPE防沙网采用钢丝绳卡与铁丝和钢丝绳绑扎牢固，且绷紧。
（4）HDPE网的上、下边、中间每间隔50cm沿纵向设置一道加强筋带。
（5）HDPE网上部1.0m范围透风率40%，下部0.5m范围透风率30%。
七、工程防风固沙几种防护形式的经济效益与社会效益比较
按照现场风沙防护设计的总体指导思想是“挡、防、固”：挡沙堤沟、高立式HDPE网（板）阻沙障主要是在风沙起来的时候起到一个最前沿的挡和防的作用；土方格、石方格、芦苇方格、HDPE网方格、HDPE板方格是起到一个固定和集沙的作用。挡沙堤沟、高立式HDPE网（板）阻沙障在施工中以及后期的维护中一般没有什么难点和后期维护的困难。固沙、集沙的几种防护形式在施工中和后期的维护中进行对比分析，以确定最佳方法。
1.经济效益的比较
通过现场的实际施工对各种防护类型进行了预算对比，其中：
芦苇方格工程预算费用约为8元/m2，预算较低，施工难度小，但芦苇在高寒干旱的戈壁地区，3年左右的时间就会风化消失，需要重新进行施工；
石方格工程预算费用约为35元/m2，预算较高，施工难度大，工人劳动强度高，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，由于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；
土方格工程预算费用约为70元/m2，土方格的优点，可以就地取材，施工时只需要外运拌合用水和沙土固化剂既可以完成；缺点是，施工时需要大量的水，将现场沙土全部浸湿，从而堆砌出土方格，堆砌完成后必须快速喷洒固化剂，否则土壤中的水分散失，土方格形状就会流失。另外固化剂固化的沙垄只能硬化（渗透）表面1-4cm厚，后期如果有动物践踏经过扰动就很容易破坏，需要再次修补；
多孔组合板方格工程预算费用约为30元/m2。可就地取土通过化学粘结剂粘结成板状材料后组合而成。板块轻巧耐用，后期可重复使用；
HDPE网方格工程预算费用约为10元/m2。施工效率高，材料使用寿命在5年左右；
组装式多周期HDPE板方格工程预算费用约为30元/m2。后期可根据积沙情况向上调整高度，使之露出地面不小于0.2m，以确保固沙效果。材料使用寿命15年且15年后强度损失率不大于30%；
挡沙堤沟工程预算费用约为120元/m。可就地挖沟进行防风固沙；
HDPE板高立式阻沙沙障工程预算费用约为280元/m。材料为新型材料，价格较高，但使用寿命在15年以上；
HDPE网高立式阻沙沙障工程预算费用约为220元/m。材料为新型材料，价格较高，使用寿命在8年以上；
综合上述几个施工材料及施工难易度，从经济效益考虑，可以看出适合采用芦苇方格、HDPE网方格、挡沙堤沟进行现场施工。
2.社会效益比较
芦苇方格和石方格均取自天然，不会污染环境，没有任何化学药剂和化工产品，利国利民；
土方格虽然是就地取材，但需要使用固化剂固化沙垄，沙垄只能硬化（渗透）表面1-4cm厚，后期如果有动物践踏经过扰动就很容易破坏，需要再次修补。另外从环保方面来讲，化学试剂不可避免的会影响环境，固化剂喷洒上去之后，植被很难生长。
HDPE网方格安装施工速度快，对现有植被不会造成破坏；但HDPE网为高密度聚乙烯材料平织网，设计使用寿命不少于8年，但该地区不仅具有风沙侵蚀，还有盐碱侵蚀，原材料分化比较快，容易对环境造成污染，且该材料不容易降解。另外，戈壁滩上风大，在施工过程中如果安装的不牢固，会被吹倒吹散，影响路容路貌。
HDPE板方格的优点，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；缺点和HDPE网方格一样，但是相对HDPE网方格材料质量较好，它的设计使用寿命不少于15年，但价格相对较高。
挡沙堤沟就地取材，只需要使用机械人工费用即可，对周围环境有轻微扰动，后期运营维护费用较大。
综合上述几种防风固沙措施，可以看出就社会效益来说，芦苇方格、石方格、HDPE板方格及挡沙堤沟可以作为实际施工的主要防护措施。
八．结束语
在同时考虑经济效益和社会效益时，则可以采用芦苇方格、HDPE板方格、挡沙堤沟相结合的措施体系，即做到快速组织施工，又能做到环境保护。
论文作者:侯鹏宇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/7/4
标签：方格论文; 风沙论文; 立柱论文; 芦苇论文; 路基论文; 防护论文; 固化剂论文; 《基层建设》2019年第9期论文;