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摘要：针对风积沙地区路基设计展开讨论，分析路基设计背景，总结风积沙地区特征与设计方案，明确行之有效的路基设计方法，随之介绍植物防护技术、工程防护技术，发挥技术优势做好路基设计与边坡防护工作，提高路基稳定性，旨在改善沙漠化现象，提高风积沙地区环境质量。
关键词：风积沙地区；路基设计；沙漠化；沙埋
风积沙地区道路工程受当地的地形、自然灾害等因素的影响，路基设计环节难免会存在难度，例如沙埋、风蚀等，如果在路基设计过程中没有及时得到解决，会影响到后期道路工程的使用期限与行车安全。但是，风积沙地区存在特殊性，是路基设计质量的重要影响因素，需要在路基设计环节采用先进关键技术，提高风积沙地区路基设计水平。
一、风积沙地区路基设计背景
我国沙漠化情况比较严重，沙漠面积已经达到国土面积18%以上，多分布在新疆、青海等地区。因为西北部地广人稀且经济水平相对较差，开展道路工程施工存在诸多影响因素，并且造价整体较高。随着“一带一路”战略和西部大开发战略的深入，西部地区经济发展进入到关键时期，风积沙地区的道路设计工作呈现出非常关键的作用[1]。
分析风积沙地区的自然环境比较恶劣，常年风沙，一旦出现风沙流动，还会导致沙埋与路面浮沙等现象，影响到道路工程的质量以及行车安全，还增加道路防护的难度。开展路基设计，可以降低风沙对于道路项目的危害，采取路基设计技术，提高路基结构稳定性。
二、风积沙地区路基设计方案
（一）道路选线
风积沙为受到风力作用影响会在地区内行成下沙物质，主要以细沙、极细沙为主，颗粒比较集中，粘聚力接近于0，呈松散粒，具有较强的透水性能。风沙区比较常见沙害现象，形成的原因为沙源、风力以及当地的地形地貌等，具体分析如下：（1）沙埋，道路矮路堤与浅路堑路段是沙埋现象的常发地区，情节严重会导致路面积沙与堵塞排水系统等问题，还会影响到行车摩阻力与安全性；（2）风蚀，路基边坡、路肩等部位遭受风吹蚀之后会出现破损，其中严重的位置便是路堤路肩、路堑边坡。风沙还会降低空气的能见度，无法保证行车安全性[2]。
在风沙区内选线非常重要，需要注意以下几点：（1）在路线设计之前对沿线沙丘展开调查，掌握沙丘特性与活动情况，尽可能的选择与流沙严重地区较远的位置。若条件不允许，建议在沙丘边缘、高地前缘背风区、沙丘河流两岸与固定沙丘等地带通过。道路选线经过局部流沙区域，应该规避沙丘下风侧，以免公路受到沙体移动的影响遭到掩埋；（2）路线走向和主导风向维持平行关系，如果路线、主导风向两者为垂直状态，那么路堤上风侧边坡坡脚、坡中两个位置便会有大量风沙沉积，在比较低的风速下路基中心周围还有可能会产生风沙沉积，同时增加两侧路肩部位受到风蚀侵害的几率；（3）选择路线以直线为主，如果当地条件不允许建议设计大半径曲线[3]，曲线段必须有路堤，曲线外侧朝向设定为主导风向；（4）为了降低施工与养护环节的作业难度，合理节省资金支出，选定路线要遵循就近原则，接近材料产地与水源地，缩短运输时间；（5）风积沙区域内设置路堤要保证填土高度，尽可能的规避路堑、半填半挖这两种断面形式，如果条件允许可以选择完全开放式路堑，否则不建议采用路堑形式[4]。
（二）路基断面形式设计
第一，建模。采用软件创建路堤模型，将左边界设定成来流侧，并且设定初始速度是8m/s，边界层则设定为紊流。
第二，总结路堤风速场规律。风积沙地区道路面临最为常见的沙害是沙埋，其原因之一便是风沙流受阻。根据分析发现风沙流受阻、路基横断面形式的联系非常密切，如果侧风经过路堤，路堤本身受到阻挡作用，会对原风速场规律带来影响，行驶状态下的车辆也会受到风荷载的影响而产生变化，降低车辆运行的安全性，可见总结路堤风速场变化规律的重要性[5]。为了保证路基与风速场规律特征的清晰性，需要创建有限元模型，观察模型之后绘制路堤风速场模拟图。超出地面高度设定为变量，绘制路基横剖面方向风速变化图，以此作为路堤风速场规律定性分析的依据。
结合路基设计与实践情况，总结路堤风速场规律如下：（1）侧风经过路堤气流在路堤阻挡作用的影响下降低风速，可能会在上风侧坡脚位置形成弱风区。顺延上风侧边坡爬升，期间过流断面的面积逐渐减小，气流受压导致风速增加，过流断面数值达到最小时，风速便会提升至最大。气流经过路基顶面时，风速先降低后回升，随即在路基中心位置，距离地面高度一定距离时，风速小于初始风速，如果高度不断提高，风速降低幅度也会随之减小；沿下风侧边坡方向由于过流断面突变，在下落过程中风速逐渐降低，甚至会形成回流现象与弱风区；（2）路基两侧位置的路肩风速提升，在这一条件下并不会产生风沙沉积，却可能会面临风蚀侵蚀。所以路基设计环节必须要加固路肩，建议采用大粒径碎砾石开展路肩施工；（3）两侧位置的边坡坡脚、坡中、路基顶面中心位置，风速有明显的降低，特别是两侧坡脚位置，容易沉积风沙，不仅提高沙埋发生几率，还会威胁到道路行车安全。
第三，设定路堤高度。在不同路堤高条件下搭建风速场，按照各个沿程高度绘制风速图。分析得出以下结论：（1）随着路基高度的提升，风速场的变化也更加明显，两侧路肩、路基位置的上方位置，风速可达到最高。同时，路基两侧的边坡坡脚位置，风速降低可达到最大；（2）与地面距离缩短，路基横断面位置不同，风速增减幅度也存在差异。路基高度与风速场特征的关系非常密切，路基边坡坡度需要考虑其中。所以，路基设计过程中设定路基高度，需要结合各个边坡坡度与高度建模，计算不同边坡坡度下的风速场，按照各个沿程高度绘制风速变化图纸[6]。
采集沿程各个高度位置风速数值，制定风速变化表，总结得出：边坡坡度较缓的位置，沿程高度相同，风速增减幅度也不断降低；边坡坡度发生变化，沿程各个高度位置风速受到的影响程度也存在差异，其中沿程高度较高的位置风速影响小，证明沿程较低位置风速则会受到显著影响；如果路基边坡坡度较缓，并且小于1：4，沿程各个高度位置风速受到的影响不明显，通过搭建相应的有限元模型对路基高度与边坡坡度等展开分析，明确各个影响因素对路基风速场可能带来的影响，确定路基最佳的高度与边坡坡度。如果路基高度控制在1.0m，建议边坡坡度调整为1：4，路基高度降低，路基边坡坡度也要随之调整，边坡取值在1：4～1：1.5区间内最佳。
三、风积沙地区路基设计技术
风积沙地区路基设计难免会受到自然条件的影响，改变路基填料物理性质与力学性质的因素很多。如路基浸水之后增加湿度，会降低土体强度与路基稳定性。对于一些岩性比较差的岩体，如果水文发生改变，会使得风化更加严重。除此之外，地表水流冲刷与地下水浸入，也会降低岩土表层稳定性，提高路基水毁现象的几率[7]。如果路基在风沙环境长期暴露，路基边坡、路肩也会面临风蚀危害。结合道路工程建设实际情况，路基设计技术的合理选择与应用，能够显著提高路基稳定性，实现投资效益最大化。为此，下面围绕风积沙地区路基设计技术展开讨论。
（一）植物防护技术
路基设计环节采用植物防护技术，主要是在稳定边坡中种植树木、铺设草皮，做好公路边坡的绿化防护，可以在短时间内规避边坡冲刷影响。植物防护技术的应用，可以保证土壤温湿度，加强水分稳定性，减轻地表水冲刷的影响，降低路基地表径流量与流速。植物根系可以约束土壤颗粒，提高附近土壤紧固性，以免发生土壤流失的现象，达到固沙保土、稳定边坡的效果。考虑到风积沙地区特征，实施道路边坡防护期间，必须要选择当地生长的植物物种，比较常见的有沙篙、紫花首蓓和沙柳等。同时，为了保证植物防护技术应用效果，需要加强沿线自然景观协调性与美观性，创建安全性高的道路交通条件，避免行车驾驶疲劳而导致的交通事故。
编制风积沙地区植物防护方案，要求注意下面几点问题：（1）风积沙地区设置沙障与防护林。采用植物防护技术，在沙质路基的边坡位置设置沙障，可以在土工网格沙障、沙埂沙障与沙袋沙障等几种形式中选择，沙障网格内部可以种植当地植物物种。通过这一方法可以达到良好的固沙保土与阻沙防雪效果，充分发挥出防护林、附近环境的作用，利用植物搭配种植的方式缓解行车疲劳，提高道路驾驶安全性；（2）扩大黄土覆盖面积。沙质路基边坡位置的黄土覆盖厚度在10~20cm之间，将其整平处理之后选择适合地区土壤条件的植物种植，坡面上方黄土封闭沙粒，保证种植植物充足的养分，以此实现植物的健康生长，同时也能够加强植物成活率，经过现有实践经验发现该方法对于植物前期生长有非常好的成效，如果是在地表径流相对较大的地区，必须要将黄土冲刷作用考虑其中。
（二）工程防护技术
路基设计按照地区沙漠种类，遵循因地制宜的原则选择防护技术，制定防护方案如下：（1）土工格室绿色柔性边坡防护。提前焊接土工格室，将焊距控制在70cm，高度控制为15cm，壁厚则以1.2mm为宜。焊接完成之后，土工格室采用平铺、叠砌的方式放置于边坡的上方，使用锚钉进行固定，坡面位置可以种植防沙植物。采用土工格室可以有效释放土体应力，保证边坡的稳定性，以免因为路基不均匀沉降对挡墙结构性造成破坏。此外，因为土工格室的重量比较轻，不会对地基处理提出严格要求，所以能够避免陡坡表面受到雨水冲蚀。填料方面采用当地素材即可，缩短工期、节省造价；（2）如果边坡比较高、坡面陡，常规形式的树木种植与铺设草皮可能会在暴雨条件下遭到冲刷，建议通过挂网植草的方式将该问题解决。三维植被网可以有效保护边坡，以免植被育苗受到风雨冲蚀的影响，网格吸附植物根部，起到保护植物的目的。挂网植草在边坡表面可以作为保护层，提高地表糙度，缓解坡面迁流、沟槽迁流现象，避免雨水对坡面形成冲刷以及边坡崩塌问题。边坡上方位置挂网植草，也能够起到净化周围空气的作用，将车辆行驶期间产生的尾气稀释、分解，排除其中的有害物质，控制噪音，达到理想的风积沙区域环境保护效果。
结束语
综上所述，为了改善我国风积沙地区的环境质量，道路工程建设期间需要做好设计工作，要求充分考虑到周围环境与自然条件等因素，编制路基设计方案，一方面可以保证道路路基的稳定性，另一方面也可以提高后期项目投入使用之后的行车安全，通过绿化种植的方式净化风积沙地区空气，以期能够缩小沙漠化面积。
参考文献：
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[2]张宏，刘海洋.含硫酸钠风积沙路基土土-水特征曲线试验研究与模型修正[J/OL].中国公路学报：1-8.
[3]赵建刚，陈俊涛，吴文杰.重载铁路风积沙路基填料工程特性及压实机理研究[J].工程建设，2019，51（12）：35-38.
[4]杨玉泉，赵立东.基于回弹弯沉值的风积沙路基性能研究[J].公路工程，2019，44（05）：247-251.
[5]薛飞.风积沙填筑路基的边坡稳定性与工程防护措施[J].黑龙江交通科技，2019，42（06）：15-18.
[6]宇翔.三向土工格栅在高填方风积沙路基中的应用实例研究[J].科技资讯，2018，16（11）：72+74.
[7]王照钧.沙漠地区高速公路路线设计基本思路及选线方法的研究[J].科技视界，2015（28）：285+302.