风吹雪雪害的成因及防治措施

风吹雪雪害的成因及防治措施

1公路路基断面形式在中国北方，风雨带道路建设的形式对当地气候环境的影响是道路风吹雪害的主要原因。道路端部的形状是一个直接、主导的因素，它直接影响风吹雪害的发生和严重程度。公路受到地形限制,对原始地貌的大规模改变在所难免,在这种情况下,如何合理地设计公路路基断面形式,减少甚至利用特殊地形地貌和公路工程对原始地貌的改变对风雪流形成和运行的影响,是避免或减少风吹雪雪害造成危害的突出重要的手段。2典型的地基形状为风吹雪雪害，形成机理2.1路面上的雪流速降至高路堤这种路基断面形式,虽然气流在经过路肩之后流速有相当程度的下降,但除了过高路堤,路面上的最低风速都大于来流风速,加上上风侧边坡坡脚处风雪流的“卸载”,路面上的风雪流基本上都是处于不饱和状态的。因此,如果单纯从路面上的流场结构看是不容易形成积雪的。2.2地形空间变化在规定边坡和边坡坡脚处出现风速a迎风半路堑是比较容易发生风吹雪雪害的一种路基断面形式。我们认为迎风半路堑风吹雪雪害的形成主要是由于下风侧边坡和山坡对来流的阻碍作用造成的风速降低。总体上,迎风半路堑上空的流场一般是在上风侧山坡或者边坡的压缩作用下风速增加,在路肩处达到最大值;由于下风侧边坡和山坡的阻碍作用,风速又一次下降,在坡脚处达到最低,对于坡度较大的边坡在坡脚处形成涡漩减速区;随后,由于地形的压缩作用风速逐渐升高。迎风半路堑造成的减速区主要存在于上风侧路肩到边坡坡脚处,而边坡坡脚处的减速程度最大,出现涡漩减速区后风速可以降到来流的40%以下。2.3边坡和边坡坡面的缺陷背风半路堑风吹雪雪害的发生和严重程度受上风侧附面层分离及其产生的涡漩减速区的影响较大,其风吹雪雪害的防治重点应从控制涡漩减速区入手。显然,边坡和山坡的坡度和高度决定了涡漩减速区的范围和强度,边坡和山坡的坡度越大、高度越高,则涡漩减速区的范围和强度越大;反之其范围和强度越小。在一些自然降雪不大、大风天不多、地形起伏较大的地区,迎风半路堑出现公路风吹雪雪阻的比率反倒比背风半路堑大。这种情况的出现正是因为积雪首先发生在上风侧山坡和边坡上,使得这些地点和边坡坡脚附近形成了一个储雪区,从而减缓了吹雪上路。事实上,背风半路堑若形成风吹雪雪害,要求有较为充足的雪源和长时间的风吹雪过程。2.4背风半获得性路基断面形式的雪害全路堑在一定程度上综合了迎风半路堑和背风半路堑导致风吹雪雪害的因素,因此这种路基断面形式的雪害也是很常见的,而且其程度也是比较严重的。(1)加雪类路堑周边的风速过积深度在2m以下的路堑,由于其两侧边坡较低,背风边坡储雪能力较差,而且这类路堑一般周边地形相对开阔平坦,往往拥有较为充足的雪源,因此,风吹积雪的发生要频繁得多。其积雪的规律基本可以参考背风半路堑,但由于迎风边坡的阻挡作用,路面风速更低,背风坡脚处的减速区范围更大。(2)山区雪害形成机理我们根据风吹雪雪害的形成特点,把深度在2～6m之间的路堑称为中等深度路堑,这种路堑在山区是较为常见的,其雪害形成机理在路堑中最为典型。中等深度路堑在风吹雪发生时能否形成路面雪阻,关键看背风边坡储雪区是否足够大,如果其储雪能力大于当地最大移雪量,就不会形成严重的积雪灾害,否则必然会造成严重的雪阻且往往难以清除。(3)隧道通过和行驶实际上,深路堑往往是在特定地形(如山谷、垭口)进行少量土石方工程形成的,如果没有合适的地形可以利用,一般都会采用隧道通过或者绕行。这里我们根据调查和观测,视深度大于6m的路堑为深路堑。(4)“低背高迎”路堑内涵特性在实际公路建设中,由于地形、地质的差异,两侧边坡高度落差较大的路堑也是较为常见的,对于风吹雪雪害而言,我们将其分为“高背低迎”路堑和“低背高迎”路堑。为了方便比较,我们利用数值计算的方法求解了这两类路堑下的气流速度场,从中提取近地面(高于地面0.5m)的风速进行研究。在全路堑这种路基断面形式中,背风坡在风吹雪雪害形成中发挥了主导作用,背风坡的高度和坡度很大程度上决定了风吹雪雪害的严重程度。因此,在风吹雪地区设计全路堑时,应重点考虑上风侧背风坡的设置,以改造背风坡为突破,从而达到事半功倍的效果。2.5吹雪雪害公路弯道处由于存在水平绕流,因此更容易形成风吹雪雪害。弯道处路基断面形式不同,对雪害形成的影响也不同,并不是所有弯道的雪害都严重,我们重点对几种容易形成严重雪害的弯道形式进行讨论。2.6山区公路风吹雪雪害调查分析随着我国公路建设的发展,大量高等级公路建成并投入使用,这些公路的特点是路基较宽、交通工程设施完备、选线和线形好,通过风吹雪调查(详见《山区公路风吹雪雪害调查分析报告》)我们发现路侧护栏和中央分隔带的设置大大增强了风吹雪雪害的形成和严重程度。3路堤和互通立交段(1)公路风吹雪雪害和雪害发生后的除雪作业问题应作为有雪害地区公路设计的重要因素进行考虑,且不仅在路基断面设计时要考虑,在选线、布线、线形设计、附属设施设计等各个环节都应该考虑风吹雪雪害的因素。(2)通过恰当的选线和布线,可以大大缓解或避免风雪流危害。因此在考虑路基断面形式设计之前应首先考虑选线问题。选线时要考虑与之相关的地形,附近是否有集中的雪源,注意该地区的主导风向;林区要注意路线布置与道路两侧的净空,要考虑安全护栏的设计与设置需求。(3)对于填方路段,路面高度的基本要求是应该高于考虑除雪因素在内的年平均积雪深度。路堤上风侧设置缓边坡或渐变式边坡可以使吹雪尽可能堆积在路肩以下并减轻路面雪粒子的沉积。(4)设计断面形式时要尽量避免浅的挖方断面形式。(5)挖方路段的背风坡具有一定储雪能力,提高背风坡的储雪能力可以防治吹雪堆积在路面上,在实际设计路基断面时要评估其与放缓边坡两种方法的效率,作出合理选择。(6)对于避免风吹雪雪害和除雪来说,设置宽而深的边沟可以为吹雪的堆积提供空间,避免雪从背风坡滑到路面和平衡雪坡延伸到路面,并提供一定的净空。浅碟式边沟设计和边坡盖板不适合在雪害路段的上风侧采用。(7)理论上,为减少和避免雪害的影响、方便除雪,应尽量避免设置安全护栏。(8)对于弯道路段的横断面设计,不仅要考虑边坡和转弯半径,还要考虑超高对雪害形成和严重程度的影响。(9)设计分离式车道时要考虑路面相对高程对雪害的影响,应确保上风侧车道不会导致雪堆积在下风侧车道。(10)高等级公路互通立交桥和跨线桥的桥墩无论风向如何都会导致一定程度的风吹雪雪害,可以通过栽植树木和灌丛来减少粒子在路面上的堆积,并拓宽净空使桥墩尽可能地远离下面道路的路肩以减少对安全护栏的需求。(11)在公路设计阶段研究分析其风吹雪雪害情况,针对性的进行减少或避免雪害形成的路基断面形式设计可以以尽可能避免风吹雪的发生,但对已建成的公路而言,改变现有横断面形式并重建道路在经济性上要比设置防雪栅等设施贵得多,其实施要在对效率进行综合评价的前提下进行。4设计、施工、