Для характеристики рельефа сыпучих песков при изысканиях полезно использовать аэрофотоснимки или аэрорекогносцировку.

Подвижность песков зависит от закрепления их растительностью. Заросшие пески, у которых растительностью покрыто более 35 – 40 % поверхности, имеют стабильные формы рельефа. В случае уничтожения растительности они в короткий срок вновь приобретают подвижность.

Элементы рельефа пустынь не создают трудностей при трассировании дороги. Участки, проходимые с применением максимальных уклонов невелики по протяжённости. Сложности при проектировании связаны с неустойчивостью форм песчаного рельефа.

Количество переносимого песка зависит от энергии ветра, которая пропорциональна квадрату его скорости. Для оценки условий переноса песков большую информативность дают “розы энергии” или “динамические розы ветров”, при построении которых по каждому из направлений откладывают сумму произведений квадратов скоростей ветров на частоты их повторяемости.

В движении песков возможны следующие режимы:

-поступательное движение, когда в течение года ветры одного направления резко преобладают над ветрами остальных направлений;

-колебательное движение, когда летнее и зимнее действие ветров примерно уравновешивается и барханные цепи, периодически изменяя своё очертание, остаются на месте;

-поступательно-колебательное движение, когда барханные цепи, периодически отступая, перемещаются в одном направлении, причём скорость перемещения песков в этом случае меньше, чем в первом.

Наибольшие трудности при проектировании дорог возникают в районах поступательного перемещения песков.

При составлении планов организации дорожно-строительных работ в песчаных пустынях, а также развёртывании службы эксплуатации необходимо учитывать резко континентальный климат, отсутствие воды и малую населённость. Практически не всегда возможно одновременно развернуть строительство на всём протяжении трассы, так как приходится предварительно устраивать временные, чтобы по ним подвозить материалы.

При трассировании дорог в песчаных пустынях следует по возможности избегать участков подвижных песков, даже путём удлинения трассы. При невозможности этого – прокладывать трассу по закреплённым растительностью пескам со спокойным рельефом, отдавая преимущество участкам, состоящим из крупнозернистых песков.

Следует использовать такыры и солончаки, через которые песок переносится транзитом. В местах поступательного и колебательно-поступательного движения песков в случае пересечения барханов, гряд или цепей следует выбирать наиболее низкие участки, устраивая выемки только в случае неизбежности. Проложение трассы по склонам песчаных элементов рельефа всегда бывает связано с необходимостью сложных укрепительных работ и не приводит обычно к положительным результатам.

Трассу автомобильной дороги рекомендуется удалять от гряд или барханов не менее чем на двукратную их высоту. Руководствуясь розой ветров, можно установить, к какой стороне гряд можно наиболее безопасно приближать дорогу. Наиболее благоприятны участки дорог, расположенные перпендикулярно к господствующим ветрам.

В связи с высокой впитываемостью воды в песок водоперепускные сооружения не устраивают. Водоотвод обеспечивается лишь на участках такыров, а также на участках трассы у окраины песков, куда вода стекает во время дождей с холмов, покрытых водонепроницаемыми породами.

Земляное полотно проектируют в невысоких насыпях с рабочими отметками 0,5 – 0,6 м и пологими откосами 1:4 – 1:5. Неглубокие резервы располагают с наветренной стороны. Поверх земляного полотна и на его откосах укладывают защитные слои связного грунта, защищающие от выдувания песка и проникания его в каменные материалы дорожной одежды.

Неглубокие выемки глубиной до 2 м делают раскрытыми с откосами 1:10, а глубокие с откосами 1:2 и бермами шириной 10 – 20 м. Проезжую часть располагают на невысокой насыпи высотой 0,3 – 0,4 м с откосами 1:4.

Высокие насыпи можно отсыпать нормального поперечного профиля, с заложением откосов 1:1,5. В зависимости от местных условий откосы укрепляют грунтом, обработанным вяжущим, укладкой камня в клетку, сплошным замащиванием, щитами, сделанными из ветвей деревьев и т. д.

Уполаживание откосов выемок или придание им выпуклого обтекаемого очертания не может полностью устранить опасность песчаных заносов, хотя и несколько улучшает условия работы дороги. Откосы выемок и примыкающие к ним участки полосы отвода укрепляют устилочными щитами. Вместо отсыпки кавальеров, разрабатываемый в выемках песок необходимо отвозить в сторону и разравнивать с подветренной стороны на полосе отвода.

Уполаживание поперечного профиля земляного полотна не может полностью защитить дорогу от заносов. Необходимо также спланировать придорожную полосу на 15 – 40 м, а такжезакрепить подвижные формы рельефа на ширину до 200 м.

Полностью закрепить движение песков, можно только устроив на значительном расстоянии растительного покрова трав, кустарников и деревьев. Наряду с укреплением песков растительностью дорогу ограждают щитами. Около щитов образовываются зоны зашитья, в которых накапливается песок. Защита дороги щитами должна рассматриваться как временное мероприятие.

Формы рельефа закрепляют установкой многорядных сплошных щитов: высоких, полускрытых и скрытых. Периодически переставляя щиты, удаётся замедлить движение песчаных валов, выровнять барханный рельеф, раздвинуть песчаные валы вдоль дороги.

Возможно перепускать песок через дорогу, выбрав для этого участок в нулевых отметках и создав на нём гладкую поверхность покрытия обочин и откосов.

Лекция 16

Тема: "Проектирование дорог в горной местности"

Изыскания, проектирование и строительство горных дорог представляет значительные трудности. Из-за сложного рельефа местности, крутых и неустойчивых склонов и необходимости преодоления больших разностей высот, выбор трассы дороги требует большого внимания и часто небольшое смещение трассы по склону резко меняет объёмы работ.

При строительстве дорог в горах приходится выполнять большие объёмы скальных работ, применяя взрывчатые вещества, устраивать подпорные и одевающие стенки. При неблагоприятных геологических условиях – оползнях, осыпях, селевых выносах, необходима постройка специальных сооружений, обеспечивающих устойчивость земляного полотна.

Направления проложения дорог в горах определяются расположением горных хребтов, являющихся водоразделами бассейнов больших рек. Переход дороги из одного речного бассейна в другой возможен только через понижения горных хребтов – седловины. Для дорог в горной местности характерно следующее проложение трассы: вначале по долине горной реки, вверх к её истокам, затем подъём по горным склонам к седловине и переход на перевальном участке в долину другой реки.

В горных районах проявляется вертикальная зональность – существенное различие климатических условий на разных высотах над уровнем моря.

Температура воздуха в горах ниже, чем в долинах. Понижение составляет примерно 0,5^о С на 100 метров подъёма. Наблюдаются случаи и обратного распределения температуры (инверсия), когда в замкнутых долинах и низинах собирается более плотный холодный воздух.

Температура горных склонов зависит от их экспозиции по сторонам света. Южные и юго-западные склоны, хорошо прогреваемые солнцем, быстро освобождаются от снега и просыхают. На северных и северо-восточных склонах снег сохраняется до лета. В таких же условиях находятся и откосы земляного полотна.

Количество осадков, выпадающих в горах, возрастает по мере возвышения над уровнем моря на 40 – 60 мм на каждые 100 м высоты, достигая максимума в зоне интенсивного образования облаков. В летние месяцы в горах выпадают ливни большой интенсивности, иногда составляющие до 15 – 20 % годового количества осадков.

Давление воздуха изменяется с высотой. Изменение давления на 1 мм ртутного столба соответствует разности высот, называемой “барометрической ступенью”, величина которой в зависимости от давления и температуры воздуха колеблется от 10 до 17 метров.

На больших высотах (3000 – 4000 м) наблюдаются частые ветры со скоростями 25 – 30 м/сек. На таких высотах температура воздуха отрицательна в течение семи-восьми месяцев в году, а среднегодовая температура составляет минус 4 – 5^оС.

Устойчивость горных склонов (рис.1)

В горных районах почвенный покров имеет незначительную толщину, а на крутых склонах коренные горные породы выходят на дневную поверхность и бывают покрыты сверху продуктами выветривания.

Осадочные породы, сложенные пластами, часто залегают в виде складок, обращённых выпуклостью вниз (синклинали) или вверх (антиклинали). Встречаются разные наклоны пластов, от горизонтальных до почти вертикальных, разрывы пластов, сдвиги и сбросы. Пласты известняков и песчаников могут разделяться прослойками глины, при насыщении которой влагой возможны сдвиги – оползни вышележащих пластов.

Многообразные классификационные разновидности залегания пластов применительно к проложению дорог по склонам могут быть сведены к нескольким схематизированным типам: горизонтальное залегание пластов; падение пластов в сторону склона; падение пластов внутрь склона; прислонное залегание более молодых пород.

При врезке полотна дороги в склон, откос выемки прорезает напластования, изменяя напряжённое состояние склона, сложившееся в течение его длительной геологической истории. У контуров врезки в горные породы, аналогично отверстиям и вырезам в деталях машин, возникает концентрация напряжений. Сплошность отдельных слоёв нарушается, и устойчивость, ранее создаваемая в результате опирания, начинает обеспечиваться только сопротивлением сдвигу внутри слоя и по контакту с подстилающими слоями. В некоторых случаях обнажённые слои, ранее закрытые более устойчивыми породами, начинают быстро выветриваться.

При подрезании слоёв на склонах особенно опасны осадочные породы, в толще которых могут залегать прослойки глины, теряющей сцепление при проникании воды, а также метаморфические сланцы.

Изверженные породы более прочны и могли бы быть устойчивы в откосах при любом направлении напластований. Однако, поскольку в поверхностных слоях они всегда в той или иной степени трещиноваты в результате выветривания и тектонических процессов, необходимо считаться с возможностью потери устойчивости отдельных массивов, выделенных трещинами. Активизации и развитию этих процессов способствует производство скальных работ взрывным способом, при котором образуются трещины.

Формы нарушения устойчивости склонов и откосов: осыпание крутых склонов продуктов выветривания; обвалы отдельных камней и обломков с уступов в трещиноватых скалистых породах; сплав поверхностных слоёв грунтовых склонов в результате переувлажнения; пластичное оползание глинистых склонов со скоростью в несколько сантиметров в год; обрушение части однородной грунтовой толщи при чрезмерной крутизне откоса по поверхности скольжения; смещение части грунта по подстилающим поверхностям в результате потери сцепления в зоне контакта; обрушение с образованием вертикальной трещины и боковым смещением отделившегося блока в результате выжимания слабых подстилающих грунтов.