Вопрос 18.(20)Проектирование в сложных условиях. Факторы влияющие на проектирование в сложных природных условиях.(интернет)

К сложным условиям относятся:

1. Проектирование дорог в районах распространения вечномерзлых грунтов

2. Проектирование дорог в заболоченных районах

3. Проектирование дорог в овражистых районы

4. Проектирование дорог в карстовых районах

5. Проектирование дорог в горной местности

6. Проектирование дорог в засушливых районах

Проектирование дорог в районах распространения вечномерзлых грунтов

Обычно у поверхности земли находится слой, который ежегодно летом оттаивает, а зимой замерзает. Он называется деятельным (сезоннооттаивающим) слоем.

Для инженерных целей важнейшим вопросом является изучение физических процессов в сезонноталом (деятельном) слое и его толщины, поскольку инженерные сооружения главным образом возводятся на этом и в этом слое.

Постройка дороги вносит большие изменения в природный режим вечномерзлых грунтов. Влияние этих изменений необходимо иметь все время в виду, принимая те или иные проектные решения. Вырубка деревьев и кустарников на придорожной полосе и удаление мохового покрова способствуют увеличению толщины деятельного слоя. При оттаивании пылеватые льдонасыщенные вечномерзлые грунты из твердого состояния переходят в разжиженное, растекаясь под действием собственного веса.

Оттаивание вечномерзлого грунта под невысокими насыпями в зависимости от количества льда, содержащегося в грунте, вызывает дополнительные осадки или полное расползание насыпей. На участках с близким к поверхности расположением погребенного льда при таянии на полосе отвода могут возникать провальные озера {термокарстовые явления).

Откосы выемок, разработанных в вечномерзлых грунтах и содержащих прослойки льда при оттаивании, подвержены оплывам. Наоборот, средние и высокие насыпи создавая теплоизоляцию, способствуют поднятию уровня вечной мерзлоты, которая может входить в тело насыпи.

Наиболее распространенный во всех зонах вид деформации - пучение земляного полотна. Оно происходит вследствие объемного расширения воды в связном грунте, при этом наибольшее пучение вызвано дополнительным поступлением воды, перемещающейся в мерзлый грунт из нижележащих талых слоев грунта. Пучение интенсивно проявляется в южной части зоны вечной мерзлоты. Здесь же наблюдаются значительные деформации земляного полотна, возникающие из-за затопления его наледями. Изменение режима подземных вод и водотоков зимой при промерзании грунта часто приводит к прорыву их на поверхности и затоплению окружающей местности и дорожных сооружений, сопровождающееся полным разрушением проезжей части.

На Крайнем Севере, наоборот, значительные деформации (термокарстовые образования, просадки и осадки) возникают в результате протаивания грунтов деятельного слоя.

Различные мерзлотно-грунтовые условия, характеризующиеся разными типами местности, обусловливают дифференцированный подход к проектированию и строительству земляного полотна автомобильных дорог.

Основной элемент автомобильной дороги - земляное полотно, которое возводится на грунтовом слое, изменяющем в годовом периоде свои свойства от воздействия природных факторов, и, в первую очередь, температуры воздуха. Из этого следует, что устойчивость дорожной конструкции в период эксплуатации зависит главным образом от состояния грунта основания (мерзлое или талое), его вида и влажности.

В настоящее время рекомендуется использовать грунты сезоннооттаивающего слоя в качестве основания земляного полотна по одному из следующих принципов:

1 - сохранение вечномерзлых грунтов в основании земляного полотна в течение всего периода эксплуатации дороги.

2 - частичное оттаивание мерзлых грунтов основания на величину, определяемую расчетом.

3 - оттаивание вечномерзлых грунтов до начала строительства дороги и осушения придорожной полосы.

Проектирование дорог в заболоченных районах

Постройка дорожного полотна на болотах связана с значительными объемами земляных работ. Слои торфа, оставшиеся под насыпью, с течением времени сжимаются, следствием чего может явиться неравномерная осадка и деформации дорожного полотна. Дорожное полотно на болоте обычно находится в неблагоприятных гидрологических условиях, что также может вызвать деформации и разрушения проезжей части.

Поэтому при изысканиях всегда следует рассмотреть возможность обхода болота, и только в случаях, когда обход болота невозможен, затруднен или же вызывает значительное удлинение или искривление трассы, допустимо пересекать дорогой болото. Болота следует пересекать в тех местах, где они наиболее узки, имеют наименьшую глубину и до самого дна заполнены наиболее плотными торфами.

Наиболее узкое место болота определяется по карте или по плану болота, заснятому в районе места перехода. Глубина болота и свойства торфа (плотность, степень разложенности и влажность) определяются при помощи зондировки или бурения и взятия образцов торфа с разных глубин.

Мелкие болота можно зондировать шестом диаметром 5 см, погружаемым в торф усилиями двух рабочих. Мощность слоя торфа определяют по глубине погружения шеста. Однако зондировка шестом не дает надежных результатов, так как погружению шеста могут препятствовать случайные включения в слой торфа — пни, остатки стволов дерева и т. п. Кроме того, зондировка шестом не дает возможности судить о плотности и свойствах торфа, заполняющего болото.

Более совершенными являются болотный бур Гиллера и зонд Сытина. По образцам торфа, взятым с разных глубин (через 0,5 м), составляется разрез торфяных отложений.

Зондировку болота ведут по намеченным вариантам трасс через 100 м и по поперечникам на протяжении 100—200 м в каждую сторону от трассы. Окончательное направление трассы намечают по местам, в которых условия пересечения болота наиболее благоприятны.

При сравнении вариантов перехода учитывают: а) длину участка трассы по болоту; б) устойчивость дорожного полотна; в) объемы работ на постройке дорожного полотна.

Болота с дорожной точки зрения делят на три типа:

1. Болота, заполненные торфом до дна, в которых нижние слои плотнее верхних. К их числу относят сфагновые болота, образующиеся при заболачивании суши. Питание этих болот большей частью атмосферное. Профиль болот чаще всего бывает выпуклый.

2. Болота, заполненные торфом до дна, в которых верхние слои плотнее нижних. Обычно это бывают древние болота, образующиеся при зарастании водоемов. Питание болот грунтовыми водами, профиль болота плоский.

3. Болота со сплавиной, у которых более плотный торфяной ковер плавает на полужидких торфах. Нижние слои этих болот большей частью сапропелевые. Образуются эти болота от зарастания водоемов. Питание этих болот бывает озерное, речное или грунтовыми водами. При проектировании магистральных дорог с усовершенствованными покрытиями капитального типа земляное полотно на болотах проектируют опирающимся на минеральное дно. На болотах первой группы перед отсыпкой насыпи производят предварительноевыторфовывание.

Дорожное полотно дорог с усовершенствованными покрытиями облегченного типа и переходных типов при глубоких болотах может быть построено методом перегрузки с выторфовыванием верхних, слабо разложившихся торфов и удалением мохового покрова. Местные дороги можно строить без выторфовывания с осадкой за счет сжатия торфов весом насыпи. Величина осадки торфа может быть вычислена по формуле. При глубоких болотах с наслоением неоднородных торфов осадку определяют как сумму сжатий отдельных слоев.

При постройке дорог на болотах второй и третьей групп насыпь должна быть опущена на минеральное дно; на болотах второй группы может потребоваться предварительное выторфовывание или рыхление (удаление) верхних слоев торфа взрывами под насыпью. Крутизна откосов в болоте до 1:1/2.

В болотах третьей группы насыпь обычно отсыпают на сплавину, которая под весом насыпи погружается в болото. Предварительно сплавину прорезают канавами вдоль насыпи; поперечный профиль насыпи с откосами 1 : 2. Дороги низших категорий устраивают на деревянных жердевых или фашинных настилах.

Проектирование дорог в карстовых районах

Карстом называется образование подземных пещер в результате растворения грунтовыми водами гипсов и известняков.

Когда пещеры достигают значительных размеров, покрывающий их слой пород обрушивается. При этом на поверхности земли возникают провальные воронки.

Карстовые воронки могут также образоваться за счет промыва и обрушения пород вдоль вертикальных токов грунтовых вод.

При трассировании дорог в районах, подверженных образованию карстов, следует тщательно изучить направления движения подземных потоков и район распространения залежей растворимых пород.

Трассу следует располагать на наиболее устойчивых напластованиях, в обход наиболее мощных подземных потоков.

Карстовые процессы — образование больших пустот в толще земли на определенной глубине от поверхности — происходят в толще растворимых горных пород, таких, как гипс, доломит, известняк, каменная соль и др. Грунтовые и проникающие поверхностные воды, растворяя их, уносят, образуя подземные ходы, полости, пещеры всевозможных конфигураций. На поверхности земли над ними появляются углубления, воронки, рытвины и борозды, вызванные проседанием под ними грунта.

Над дорогами, построенными в карстовых районах, постоянно висит опасность их разрушения. Поэтому при изысканиях автомобильных дорог наряду с выявлением карстовых мест под будущей дорогой должна быть установлена еще интенсивность карстовых явлений.

Для относительно безопасного проложения трассы необходимо, чтобы малопроницаемый для воды поверхностный слой грунта был толщиной не менее 8—10 м

Проектирование дорог в горной местности

Горная местность характеризуется сложностью рельефа, большой разницей в высоте водораздельных хребтов, их отрогов и речных долин, большой крутизной склонов, которые в узких ущельях каньонообразного типа почти отвесны.

Сложность рельефа сопровождается сложностью геологического строения, чередованием пластов горных пород различной прочности, выходящих на поверхность склонов под различными углами и обусловливающих различную устойчивость дорожного полотна.

Обычные в горной местности резкие смены температур дня и ночи, различие температур на разных высотах над уровнем моря, а также на склонах разной ориентировки по отношению к странам света способствуют возникновению сильных ветров и сильному выветриванию горных пород.

Осадки в горах выпадают в виде сильных ливней, образующих мощные потоки воды, которые смывают с поверхности склонов продукты выветривания. Поэтому на горных склонах отсутствует сколько-нибудь значительный почвенный покров. Грунты на пологих склонах — щебенистые, делювиальные.

Большие уклоны тальвегов и речных долин способствуют образованию бурных горных потоков. Эти потоки переносят большое количество продуктов выветривания, размывают берега, их русла блуждают в пределах речных долин.

Интенсивно протекающие процессы выветривания способствуют образованию осыпей, развитию оползневых явлений, возникновению селевых потоков, а в зимнее время — образованию снежных лавин и обвалов.

Все это сильно затрудняет трассирование и постройку дорог в горных условиях. При изысканиях важнейшее значение приобретают геологические обследования устойчивости склонов, выявляющие места, где для приложения дороги условия благоприятны, и места, которые целесообразнее обойти.

Вследствие крутизны склонов дороги прокладываются вдоль речных долин, используя более устойчивые склоны и террасы. В местах, где требуется перейти трассой из одной долины в другую, трасса поднимается на водораздел. При этом приходится искусственно увеличивать (развивать) ее длину, чтобы выдержать допускаемые уклоны. Трасса горной дороги на крутом склоне, естественно, должна следовать изгибам склона, вследствие чего трасса в плане становится извилистой. Резкие изгибы речной долины, вызванные выступами крутых скальных массивов, можно преодолевать, устраивая тоннели. Такое решение может значительно улучшить условия движения по дороге, так как обход скалы по полкам, устроенным на крутых обрывистых склонах, помимо извилистости и удлинения, делает трассу опасной из-за необеспеченной видимости, требующей снижения скорости движения.

Речные долины в горных условиях часто бывают извилисты. Террасы, по которым удобно вести дорогу, имеют переменную ширину, иногда прерываются в местах, где русло реки прижимается к склону и подмывает его. Различие в крутизне и строении склонов приводит к тому, что в некоторых местах более удобно вести трассу у подножия склона, в некоторых — на более высоких отметках, в обход неустойчивых участков (оползней и осыпей). Во многих местах склоны прорезаются боковыми оврагами с расположенными в их устьях конусами выноса. В ряде случаев, изыскивая наиболее удобные условия расположения дорог, их трассы переносят с одного склона долины на другой и обратно с устройством мостовых переходов.

При проложении трассы на крутом скальном косогоре дорога может иметь в поперечном профиле различные положения. При крутых косогорах первое положение является наименее благоприятным, так как для поддержания откоса насыпи требуются подпорные стенки, чем осложняется и удорожается производство работ. Во втором случае на крутых косогорах также необходимо устраивать подпорные стенки или контр-банкеты. В случае осадки грунта насыпи на проезжей части возникают продольные трещины.

Для уменьшения величины удара снежных лавин по перекрытию галереи важно обеспечивать плавное сопряжение крыши галереи с прилегающей поверхностью горного склона, по которому скатываются лавины.

Ливневые воды стекают по крутым склонам поперечных тальвегов с большими скоростями. Во избежание размыва полотна дороги требуется устраивать на подходах к искусственным сооружениям искусственные русла с перепадами, водобойными колодцами или быстротоками. Все эти характерные особенности осложняют трассирование и проектирование горных дорог.

Проектирование дорог в овражистых районах

Овраги образуются в результате размыва грунта потоками воды, стекающей по поверхности. В результате размыва овраг постепенно растет в длину, ширину и глубину. При проектировании дорог в овражистых районах могут встретиться случаи:

а) когда трасса пересекает овраг или вершина оврага подходит к полотну дороги и может вызвать подмыв и разрушение полотна дороги;

б) когда трасса проходит вдоль оврага и его рост в ширину или рост образовавшихся отвершков (ответвлений) также может вызвать разрушение дороги;

в) когда вершины оврагов с обеих сторон подходят к полотну дороги.

Во время изысканий должны быть собраны материалы для работки мероприятий по защите дорог от разрушения растущими оврагами. Прекращение роста оврага обычно достигается регулированием стока поверхностных ливневых и снеговых вод. Для этого предусматривают следующие мероприятия.

1. Упорядочение стока воды в овраг, так как отдельные, стекающие потоки воды размывают склоны оврага, вызывают образование новыхотвершков и обусловливают рост оврага в длину. Для этого овраг ограждают валиками грунта, расположенными таким образом, чтобы, перехватив стекающую воду, подвести ее к местам, в которых ее наиболее удобно отвести в сторону или сбросить на дно оврага.

2. Для сброса воды на дно оврага проектируют специальные неразмываемые русла. Они могут быть устроены по типу: лотков-быстротоков, леек, ступенчатых русел с водобойными колодцами, в которых гасится энергия, приобретенная водой при сбросе.

3. Для устранения размыва дна оврага проектируют запруды, уменьшающие продольные уклоны, а следовательно, и скорость стекания воды по дну оврага. В местах перелива воды через запруды должны быть запроектированы укрепления от размыва путем замощения камнем, укрепления хворостом, фашинами и другим подручным материалом.

Откосы и дно оврага планируют и укрепляют растительностью — посадками кустарников, засевом трав и т. д.

Для пересечения оврага дорогой следует выбирать места, где он имеет наименьшие глубину и ширину. На дне оврага должно быть построено водопропускное сооружение, подходы к месту его перехода должны быть удобными. Боковые канавы, по которым вода, текущая вдоль дороги, спускается в овраг, должны бытъ надежно укреплены, чтобы они вследствие размыва не превратились в самостоятельные овраги.

В засушливых районах, в местах пересечений глубоких оврагов и тальвегов, может оказаться целесообразным использовать дорожную насыпь как плотину для образования водохранилища. В этом случае необходимо произвести тщательные геологические обследования склонов и дна оврага, чтобы убедиться, что фильтрация воды в обход плотины из водохранилища невозможна или не опасна для устойчивости плотины.

В плотинах должны быть предусмотрены водосливные сооружения для сброса излишков паводковых вод. Удобнее располагать водосливы у склонов тальвега, где легко построить отводный канал.

Для предохранения проезжей части и полотна дороги на дамбе от повреждения пучинами должно быть обеспечено надлежащее возвышение бровки земляного полотна.

Проектирование дорог в засушливых районах

Проектирование и строительство дорог в зоне пустынь и полупустынь имеют свои особенности, зависящие от того, где будут строиться дороги: в орошаемых ли районах с плодородными почвами, на засоленных грунтах или в сыпучих песках.

Зона пустынь отличается континентальным климатом, сухим и жарким летом и холодной зимой. В засушливых районах общее годовое количество осадков невелико — всего около 100—200 мм в год. Но эти осадки выпадают в холодный период, когда испарение крайне мало. В районах искусственного орошения с разветвленной сетью каналов создается временное переувлажнение грунтов из-за высокого уровня фунтовых вод в результате полива полей и их весеннее-зимних промывок в целях очистки от солей.

Проектирование и строительство дорог в районах искусственного орошения усложняется малым уклоном местности и трудностью найти пониженные места для отвода из боковых канав дорожного полотна. Поэтому автомобильные дороги в районах искусственного орошения наиболее целесообразно прокладывать по водоразделам и участкам местности, расположенным выше орошаемых полей. Совмещение же трассы дорог и каналов допускается только в порядке исключения на отдельных участках, если это предусмотрено или неизбежно по условиям фассирования.

Большие затруднения для сфоительства дорог и их эксплуатации создают пески. Перемещаясь даже при небольшой скорости вефа, они постоянно изменяют рельеф местности. Достигая дороги, они засыпают боковые канавы и саму дорогу. Чтобы защитить дорогу от песчаных заносов, необходимо сажать растительность, которая бы связывала своими корнями сыпучие пески. Защита дорог от песчаных заносов различными щитами, устанавливаемыми вблизи от дороги, малоэффективна, так как пески довольно быстро их засыпают и вскоре достигают и самой дороги.

Наибольшеераспросфанение получил способ защиты дороги устройством земляного полотна с обтекаемым поперечным профилем. Ветер большую массу песка переносит через такую дорогу, а оставшийся на дорожном полотне песок очищается дорожной техникой.

Засоленные участки земли — солончаки, размокая в дождливые периоды, превращаются в вязкие топкие болота. Поэтому для возведения земляного полотна на солончаках часто используют привозные материалы, а в земляном полотне устраивают прослойки из гравия или крупного песка, чтобы прервать капиллярное поднятие засоленных фунтовых вод.

Трассирование дорог по речным долинам

В условиях сильно пересеченной и горной местности, при наличии крутых горных склонов, зубчатых водоразделов и других препятствий, речные долины часто являются единственно возможным местом для проложения дорог.

Во многих случаях дорога, проложенная в речной долине, наиболее удобно связывает близлежащие населенные пункты. Однако в ряде случаев трассирование вдоль речной долины встречает значительные затруднения.

Возраст и геологическое строение речных долин весьма разнообразны. Поперечный профиль речных долин может быть весьма различным, изменяясь от широкой прямой долины с рядом террас, расположенных на разных отметках, до узкого щелеобразного извилистого ущелья с крутыми обрывистыми склонами.

Проложение дороги по достаточно широкой, незатопляемой, устойчивой террасе малоизвилистой речной долины может быть очень удобным. Грунтовые воды, дренированные долиной, обычно располагаются достаточно глубоко. Соблюдение требований к радиусам кривых в плане и применение допустимых уклонов не встречает значительных затруднений.

Расположение трассы на нижней, часто затопляемой в паводки, террасе обычно является неудобным, так как требует постройки высоких насыпей, откосы которых могут быть размыты течением или волнением воды.

Прокладка трассы в узких извилистых долинах неизбежно заставляет делать дорогу извилистой, а наличие крутых, часто неустойчивых, склонов вынуждает менять положение трассы по высоте, обходя неустойчивые участки склона и переводя для этого трассу с одного склона на другой, устраивая мосты через реку и т. д.

Во всех случаях трассирования по речной долине приходится строить много искусственных сооружений, так как притоки реки пересекаются в их устьях, где расположены конусы выносов, и, следовательно, приходится устраивать сооружения значительных размеров.

Во всех случаях трассирование по речной долине требует тщательных геологических и гидрологических обследований склонов и террас для выяснения условий устойчивости дорожного полотна, поскольку в этом случае всегда имеется опасность образования оползней, просадок, а также возникновения в процессе эксплуатации дороги пучин, при наличии родников и грунтовых вод, выходящих к поверхности земли на склонах долины.