Проектирование а/д в горных условиях. Природные условия в горных районах

Горные районы занимают свыше 30% территории СССР. В горных районах в связи с невозмож­ностью постройки развитой сети железных дорог и аэродромов основ­ной объем перевозок осуществляется по автомобильным дорогам.

Однако проектирование и строительство дорог в горных районах связано с решением ряда сложных вопросов.

Горный рельеф характеризуется значительной разностью отметок на коротком протяжении, крутыми склонами гор, глубокими из­вилистыми долинами рек. Геологическое строение горной местности иногда резко изменяется па небольших участках. Горные склоны часто бывают неустойчивыми, строительство дороги может нару­шить их равновесие, вызвать обвалы и обрушения, активизировать оползни и осыпи. При невозможности обхода участков с неблаго­приятными условиями необходимо проводить специальные меро­приятия для обеспечения устойчивости земляного полотна и безопас­ности движения.

Значительный объем земляных работ при постройке дорог в гор­ных районах выполняют в скальных грунтах, широко прибегая к взрывным методам. Земляное полотно на крутых склонах на боль­шом протяжении приходится строить с подпорными стенками.

Сильно расчлененный рельеф горных склонов вызывает необходи­мость постройки большого числа сооружений на пересечениях мно­гочисленных водотоков и сухих лощин. В связи с большими продоль­ными уклонами даже при малых водосборных бассейнах ливневые по­токи несут с собой камни. Поэтому требуются специальные меры для защиты сооружений от размыва и разрушения. Трудность выполнения строительных работ на горных склонах, высокая их стоимость тре­буют рассмотрения ряда вариантов проложения трассы в целях на­хождения наиболее оптимального решения. Специфические условия горной местности изменяют соотношение между затратами на отдель­ные виды работ при строительстве дорог.

Природные условия в горах меняются на коротком протяжении, причем резко проявляется влияние вертикальной зональности (изменения климатических условий по мере возвышения над уровнем моря) и влияние экспозиции склонов по отношению к странам света. На одной дороге в пределах сравнительно коротких участков природные условия могут различаться в значительной степени.

Температура воздуха в горах понижается в среднем примерно на 0, 5° на каждые 100 м по высоте. Холодный воздух стекает со скло­нов в замкнутые долины. В высокогорных районах происходят значительные суточные колебания температур

С высотой уменьшается давление воздуха. Разность отметок, соответствующая падению давления воздуха на 1 мм ртутного стол­ба («барометрическая ступень»), составляет в зависимости от темпе­ратуры воздуха и атмосферного давления от 10 до 17 м. Разрежен­ность воздуха в высокогорных районах вызывает уменьшение мощ­ности двигателей из-за неполного сгорания топлива.

Годовое количество осадков, выпадающих в горах, увеличивается по мере возвышения над уровнем моря в среднем на 40—60 мм на каждые 100 м высоты, достигая максимума в зоне интенсивного об­разования облаков. Летом в горах бывают интенсивные ливни, при которых выпадает до 15—20% годовых осадков.

Все перечисленные обстоятельства требуют внимательного учета при проектировании горных дорог.

В отличие от других типов местностей в горах выбор трассы определяется главным образом расположением горных хребтов и их отрогов, которые являются водоразделами бассейнов рек. Переход дороги из одного бассейна в другой возможен только через понижения горных хребтов — седловины. Для дорог в горных местностях характерно проложеиие трассы вначале по долине горной реки, где бывают сосредоточены населенные пункты, вверх, к ее истокам, затем подъем по горным склонам к седловине и переход на перевальном участке в долину другой реки.

Проектирование дорог на каждом из этих участков имеет свои характерные особенности.

Горные склоны в нижней части, как правило, бывают покрыты продуктами выветривания горных пород. На крутых склонах скаль­ные горные породы выходят на поверхность.

При строительстве горных дорог трассу обычно приходится прок­ладывать не непосредственно по прочным скальным породам, а по прикрывающим их глинистым или несцементированным продуктам выветривания этих пород. Это могут быть элювиальные отложения, оставшиеся на месте их образования, или делювиальные и аллюви­альные отложения из перемещенных продуктов выветривания.

Степень развития процессов выветривания на горных склонах при изысканиях может быть приближенно оценена по покрывающей их растительности. Налеты мхов и лишайников характерны для распространения зоны выветривания на глубину 10—25 см.

Сплошной травяной покров появляется при мощности продук­тов выветривания 1 —1, 5 м, развитие кустарников свидетельствует о распространении выветривания на глубину 1—2 м.

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

Размеры поперечного профиля автомобильных дороги, как прави­ло, малы по сравнению с толщинами пластов, слагающих горные склоны. Поэтому многообразные классификационные разновидности залегания пластов применительно к проложению дорог по скло­нам могут быть сведены к нескольким схематизированным типам: а — горизонтальное залегание пластов; б —па­дение пластов в сторону склона; в — падение пластов внутрь скло­на; г — прислойное залегание более молодых пород

Наиболее неблагоприятным для проложения дороги и требующим внимательной оценки геологических условий является расположе­ние поверхностей ослабления с наклоном в сторону откоса.

Степень воздействия природно-климатических факторов на гор­ные склоны определяется их экспозицией но отношению к странам снега и крутизной, от которых зависит количество получаемого теп­ла. Южные и юго-западные склоны хорошо прогреваются солнцем. Их выветривание происходит интенсивней. На них чаще образуются осыпи, происходят снежные обвалы и селевые выносы. Эти склоны быстрее освобождаются от снега и на них реже наблюдаются выходы грунтовых вод и возникают оползни.

На северных и северо-восточных склонах снег иногда сохраняет­ся до начала лета.

Вопрос о выборе экспозиции должен решаться в каждом конкрет­ном случае в зависимости от местных условий, в первую очередь от геологического строения склонов — их устойчивости после по­стройки дороги и возможной интенсивности развития процессов выветривания.

На пересечениях дорогой выходов коренных скальных пород ус­тойчивость земляного полотна обычно обеспечивается, если только они не раздроблены трещинами.

Наиболее опасны выемки в осадочных породах, имеющих падение пластов, в сторону склонов. В них обычно имеются глинистые и слан­цевые прослойки, которые при проникании воды теряют связность, что может приводить к смещению подрезанных пластов или к вывали­ванию глыб. При врезке полотна дороги в склон откос выемки проре­зает напластования, изменяя напряженное состояние склона, сло­жившееся в течение его длительной геологической истории. У конту­ров врезок в горные породы аналогично отверстиям и вырезам в де­талях машин возникает концентрация напряжений. Сплошность от­дельных слоев нарушается, и устойчивость, ранее создавшаяся в ре­зультате их сопротивления разрыву или опирания, начинает обеспечиваться только сопротивлением сдвигу внутри слабых прослоек и по поверхности их контакта с подстилающими слоями. В некоторых случаях обнаженные слои, ранее прикрытые более устойчивыми породами, начинают быстро выветриваться.

Изверженные породы более прочны и могут 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 процессов вы­ветривания способствует производство скальных работ взрывным способом с применением сосредоточенных зарядов большой мощно­сти. Их действие не ограничивается видимой зоной разрушения, мас­сив коренных пород оказывается пронизанным сеткой трещин на большую глубину. В результате откосы выемок в прочных скальных породах начинают подвергаться интенсивному выветриванию Поэ­тому заложения откосов, предусмотренные техническими условиями, необходимо при изысканиях уточнять в соответствии с рас­положением напластований на склоне, по которому прокладывается дорога.

Многочисленные встречающиеся на практике деформации склонов могут быть сведены к ряду наиболее типичных случаев. Примени­тельно к схеме, можно вы­делить следующие основные формы нарушения устойчивости склонов и откосов:

осыпание с крутых склонов продуктов выветривания, образую­щихся в результате переменных воздействий климатических факторов (нагревания—охлаждения, проникания воды в трещины, замерза­ния, увлажнения высыхания);

обвалы и выпадение отдельных камней и обломков с крутых обры­вистых участков в скальных породах с сильной трещиноватостью (камнепады);

сплыв сравнительно тонких поверхностных слоев грунтовых склонов в результате переувлажнения осадками (сели);

пластическое оползание глинистых склонов, происходящее со скоростью нескольких сантиметров в год. Проявляется, в частно­сти, в неожиданных разрушениях подпорных стенок после несколь­ких десятилетий работы. При загружении таких склонов, подре­зании их выемками или нарушении поверхностного водоотвода ско­рость деформации увеличивается, а пластические сдвиги могут пе­рейти в обрушение;

обрушение части однородной грунтовой толщи при чрезмерной крутизне откоса, происходящее со срезом по образующейся поверх­ности скольжения и некоторым поворотам смещенной части вокруг горизонтальной оси;

смещение части грунта по подстилающим поверхностям в результате потери сцепления в зоне контакта. Причиной этого может быть переувлажнение подстилающего слоя при его наклонной поверхности, боковые давления масс грунта, гидродинамическое давление просачивающейся грунтовой воды;

обрушение с образованием вертикальной трещины и боковым смещением отделившегося блока в результате выжимания подстилаю­щих грунтов с малой несущей способное 1ью (размягченных глин или плывучих песков), переувлажнения просадочных лёссов, таяния прослоек льда в вечномерзлых грунтах.

Приведенные примеры охватывают -все возможные случаи нару­шения склонов в чистом виде. В природе обычно каждая деформация оказывается проявлением нескольких форм Это значительно услож­няет разработку мероприятий по обеспечению устойчивости скло­нов, требуя внимательного изучения местных условий.