1299

нако, как уже подчеркивалось выше, по дорогам происходит дви­ жение транспортных потоков автомобилей разных типов, с разной нагрузкой и различной степенью износа, управляемых во­ дителями, отличающимися друг от друга по психологическим осо­ бенностям и квалификации. Поэтому для практического руковод­ ства при проектировании дорог разрабатывают нормы на элементы дороги — технические условия, основанные на тяговых расчетах, исходящих из некоторых осредненных условий движения автомо­ билей по дороге. При этом учитывают перспективы развития ав­ томобильного транспорта, определяя тем самым на ряд лет вперед техническую политику в области дорожного строительства.

Нормы учитывают не только динамические качества современ­ ных автомобилей, но и материальные возможности страны, а так­ же опыт эксплуатации построенных дорог, показывающий, в какой степени ранее принятые решения удовлетворяют требованиям дви­ жения. Большое значение для уточнения норм имеют также ма­ териалы исследования причин дорожно-транспортных происше­ ствий, вызванных дорожными условиями, в частности неудачным

■Строительных норм и правил «Автомобильные дороги» (СНиП 2.05.02-85), утвержденных Государственным комитетом СССР по делам строительства.

Наиболее сложный и принципиальный вопрос при разработке технических нормативов на проектирование дорог — выбор расчет­ ной скорости. Движение с высокими скоростями требует спе­ циально подготовленного пути. Чем выше расчетная скорость дви­ жения по дороге, тем меньше должны быть по дороге продольные уклоны, больше радиусы кривых.в плане и продольном профиле, совершеннее покрытие. Это всегда связано с возрастанием объе­ мов земляных работ, особенно в сложных условиях рельефа. Со­ ответственно резко увеличивается стоимость строительства дорог по мере повышения их категории.

Принцип подхода к техническим условиям на дорожное строи­ тельство может быть пояснен схемой, показанной на рис. 5.1. Строительные расходы, отнесенные к стоимости 1 т-км перевозки грузов за период окупаемости затрат, тем меньше, чем выше ин­ тенсивность движения и меньше скорость, обеспечиваемая при постройке дороги. Транспортные расходы на перевозки, наоборот,

соответствует определенной, наиболее эффективной расчетной ско­ рости.

До последнего времени при нормировании расчетных скоростей и сравнении вариантов проложения дорог на первое место наря­ ду со стоимостью строительства ставилось повышение эффектив­ ности перевозочной работы автомобильного транспорта — увеличе­

111

Р А З Д Е Л В ТО Р О Й

УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ДОРОГ

Глава 7

ВЛИЯНИЕ НА РАБОТУ ДОРОГИ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ

7.1. Природные факторы

Работа автомобильной дороги зависит от воздействия на нее многочисленных природных геофизических факторов, из которых наиболее сильное влияние оказывают климат и гидрологические условия, а также рельеф и почвенно-геологическое строение мест­ ности.

Влияние отдельных природных факторов на дорогу часто труд­ но выделить, так как, помимо своего непосредственного воздейст­ вия на условия строительства или эксплуатации дороги, каждый из них находится во взаимосвязи с другими, ослабляя или усили­ вая их действие. Поэтому при общей оценке природных условий района проложения трассы дороги их необходимо рассматривать в комплексе применительно к отдельным природно-географическим зонам, характеризующимся определенными сочетаниями природ­ ных факторов. Следует учитывать перспективы изменения при­ родных условий под влиянием производственной деятельности человека. Так, например, искусственное орошение часто повышает уровень грунтовых вод и создает более мягкий микроклимат, вы­ рубка лесов приводит к осушению местности и др.

Рельеф местности обусловливает применяемые при выборе трассы продольные уклоны, необходимость развития линии по склонам, обхода заболоченных и затапливаемых мест. От рельефа местности зависит количество воды, притекающей к малым мо­ стам и трубам. Водный и температурный режимы земляного по­ лотна в горной и сильно пересеченной местностях зависят от экспозиции склонов, по которым проложена дорога. Во время строительства дороги особенности рельефа приходится учитывать при выборе способов производства земляных работ и при назначении путей перемещения нагруженных транспортных средств.

113

Условия рельефа отражаются в процессе эксплуатации дороги на стоимости автомобильных перевозок. Крутые подъемы могут вызывать необходимость снижения нагрузок на транспортные средства и повышенный расход топлива. Движение по участкам дорог с большими уклонами опасно при скользком покрытии, осо­ бенно при гололедице.

Особенности рельефа неразрывно связаны с геологическим строением поверхностных слоев земной коры и должны рассмат­ риваться в динамике их развития. Наименее устойчивые формы рельефа — песчаные холмы, сланцевые обнажения, крутые грун­ товые склоны, на которых уничтожен растительный покров,— на­ столько подвержены процессам эрозии, что они подлежат учету при проектировании дорог. Основные элементы рельефа можно классифицировать следующим образом:

равнины — участки суши со слабо расчлененным рельефом, отличающиеся сравнительно малыми колебаниями относительных высот отдельных точек. При общей ровности поверхности в от­

горы — более высокие возвышенности, обладающие резко очер­ ченной подошвой. Переходя одна в другую, горные возвышенности

Нормативная литература по проектированию дорог рассматри­ вает элементы рельефа с точки зрения трудности проложения трассы и частоты применения предельных продольных уклонов и кривых малых радиусов. К трудной категории относят пересечен­ ную местность, прорезанную часто чередующимися глубокими до­

Трудными участками горной местности считают участки перева­ лов дерез горные хребты и горные ущелья со сложными, сильно изрезанными или недостаточно устойчивыми склонами.

Применительно к проектированию дорог могут быть выделены пять категорий рельефа (табл. 7.1).

Чем более сложен рельеф местности, тем большие продольные уклоны приходится допускать при трассировании дороги, тем бо­ лее извилистой она получается:

Средние объемы земляных работ на дорогах разных категорий при разной сложности рельефа приведены в табл. 7.2.

114

Геологические данные позволяют выявить наличие местных до­ рожно-строительных материалов (камня, песка, гравия), которым следует отдавать предпочтение перед привозными материалами для использования в дорожных одеждах.

При выборе направления трассы приходится учитывать грун­ товые условия, от которых зависит конструкция земляного полот­ на и требования к отводу воды от дороги. Участки неблагоприят­ ных грунтов — сыпучих, развеваемых ветром грунтов, засоленных и заболоченных — стремятся обходить.

Климатические условия оказывают особенно большое влияние на условия эксплуатации дорог. К ним относятся амплитуда и скорость колебания температуры, максимумы и минимумы темпе­ ратуры, количество осадков и испарение, направление и скорости ветров, мощность снегового покрова, глубина промерзания. Кли­ матические условия часто ограничивают продолжительность строи­ тельного сезона или требуют применения специальных способов производства работ, удорожающих и осложняющих их выпол­ нение.

Снегопады и метели могут прерывать движение по дороге. Объем снега, приносимого к дороге, зависит от ее расположения

115

Т а б л и ц а 7.2

по отношению к господствующим в зимний период ветрам и раз­ мера бассейна снегосбора. Гололед, уменьшая Тсоэффициент сцеп­ ления пневматической шины с покрытием, создает опасность до­ рожно-транспортных происшествий. В замерзшем земляном полотне возникают процессы перераспределения влаги и образо­ вания ледяных прослоек, которые, оттаивая весной, вызывают пе­ реувлажнение грунта и снижение прочности дорожной одежДы.

Рис. 7.1. Проложение трассы дороги с учетом сложности геологических условий местности (по проф. Б. М. Гуменскому):

116

Для сопоставления климатических условий района проложения дороги в отдельные периоды года строят график климатических характеристик |(рис. 7.2), на котором отмечают годовое изменение температуры, количество выпадающих осадков, глубину промер­ зания и высоту снегового покрова и другие характеристики, ко­ торые могут оказаться полезными при конструировании элементов дороги и организации строительства. Для планирования числа ра­ бочих смен и расчета искусственного освещения строительных площадок на графике показывают продолжительность светлого периода суток. Зная температуры, при которых возможно про­ ведение тех или иных дорожных работ, на графике климатиче­ ских характеристик отмечают периоды, когда эти работы могут выполняться. При этом следует учитывать, что с ростом механи­ зации строительства и переходом на индустриальные методы его выполнения, а также при применении новых дорожных конструк­ ций и усовершенствовании технологии производства работ влияние климатических факторов снижается. Многие работы, например1 сосредоточенные земляные, и устройство каменных оснований до­ рожных одежд теперь с успехом выполняют зимой.

Гидрологические и гидрогеологические условия характеризуют­ ся количеством выпадающих осадков, условиями стока и испа­ рения воды, толщиной снегового покрова и интенсивностью весен­ него таяния, глубиной залегания грунтовых вод и особенностями их режима, режимом рек и ручьев. Все эти условия подлежат учету при проектировании водоотвода и при выборе конструкции земляного полотна.

При оценке влияния природных факторов на условия строи­ тельства и последующей работы автомобильной дороги следует учитывать обратную зависимость — изменение природных условий в результате постройки дороги. Так, например, вырубка расти­ тельности на полосе отвода и расчистка придорожной полосы спо­ собствуют ее осушению, более глубокому промерзанию грунта зи­ мой и более быстрому оттаиванию весной. Пересечение болота насыпью, сжимающей торф, может прервать просачивание грун­ товых вод и изменить процесс заболачивания.

7.2. Источники увлажнения земляного полотна

Насыщение земляного полотна дороги влагой — крайне опас­ ное явление, так как при этом сильно снижается прочность до­ рожной одежды и устойчивость откосов насыпей и выемок. Вода может попадать в земляное полотно двумя путями: просачиваясь с поверхности и поднимаясь по капиллярам и в виде паров и пле­ нок от уровня грунтовых вод.

Выпадающая дождевая вода частично стекает по поверхности земли, а частично просачивается вглубь, скапливаясь над водо­

118

непроницаемыми слоями в порах вышележащего грунта. Поверх­ ность образовавшейся таким образом грунтовой воды, заполняю­ щей поры нижней части водопроницаемого слоя, представляет собой смягченную копию рельефа местности. Уровень грунтовой воды приподнимается под холмами и слегка снижается под долинами.

В местах, где уровень грунтовых вод выходит на поверхность земли, образуются ключи или болота. В этом месте уровень грунтовых вод понижается. На грунтовом профиле в плоскости направления течения воды поверхность грунтовых вод обра­ зует кривую депрессии, которая тем круче, чем менее водопро­ ницаем грунт.

Промежутки между грунтовыми частицами имеют малые раз­ меры и образуют тонкие каналы неправильной формы и перемен­ ного сечения — капилляры. По этим капиллярам вода распростра­ няется в окружающий грунт под действием молекулярных сил от уровня грунтовых вод и из мест застоев на поверхности грунта. Таким образом, над уровнем грунтовых вод и в поверхностном слое грунта после дождей могут иметься две зоны капиллярной воды: поднимающаяся от уровня грунтовых вод и так называемая подвешенная, не связанная с уровнем грунтовых вод, а образу­ ющаяся у дневной поверхности мелкозернистых грунтов после вы­ падения Атмосферных осадков.

Уровень, которого достигает вода, перемещаясь от источников увлажнения по капиллярам в грунте, зависит от крупности грун­ товых частиц и степени уплотнения грунта. В песках высота ка­ пиллярного поднятия невелика (менее 30—50 см), а в пылеватых грунтах может достигать нескольких метров.

Слой грунта выше уровня капиллярного поднятия содержит воду в виде тончайших пленок, измеряемых долями микрометра

Отдельные виды грунтовой воды в земляном полотне не оста­ ются в течение года в статическом равновесии. Под влиянием притоки воды извне, а также при изменении температуры и ат­ мосферного давления происходят колебания уровня грунтовых вод и уровня капиллярного поднятия, а также перемещение водяных паров и пленочной влаги из мест с более высокой температурой в места с более низкой температурой.

Таким образом, источниками увлажнения земляного полотна являются: выпадающие осадки, приток воды от дождей и тая-чя снега со склонов местности, капиллярное поднятие от уровня грунтовых вод* конденсация водяных паров из воздуха и переме­ щение пленочной влаги по поверхности грунтовых частиц.

В зависимости от климатического района, местных условий и времени года обычно преобладают те или иные причины увлг к- нения земляного полотна.

119

7.3. Водный режим земляного полотна

Количество влаги W, находящееся в земляном полотне, не остается в течение года постоянным и изменяется за определен­ ный промежуток времени согласно уравнению водного баланса

W = ( А + В + С ) - ( D + Е + F),

где А — осадки, выпадающие на земляное полотно; В — просачивание воды,, притекающей с прилегающей к дороге местности; С — приток воды от уровня грунтовых вод по капиллярам, а также в результате пленочного и парообразного перемещения влаги; D — сток воды с земляного полотна; Е — испарение влаги с поверхности грунта; F — просачивание воды из земляного полотна в глубинные слои грунта.

На изменения водного режима земляного полотна, помимо ат­ мосферных осадков, значительное влияние оказывают колебания температуры в течение года, создающие в теле земляного полотна температурные градиенты, под влиянием которых содержащаяся в грунте вода перемещается из более теплых мест к более хо­ лодным.

В годовом цикле изменения влажности грунтов земляного по­ лотна, по предложению проф. А. Я. Тулаева, различают следую­ щие периоды: I — первоначальное накопление влаги осенью в ре­

Водный режим существенно зависит от местных климатиче­ ских условий, поскольку влияние факторов, входящих в уравне­ ние водного баланса, по-разному проявляется в разных климати­ ческих зонах.

На рис. 7.3 показано изменение роли источников увлажнения земляного полотна при передвижении с северо-запада на юго-вос­ ток европейской части СССР. В связи с увеличением глубины залегания уровня грунтовых вод, уменьшением количества выпа­ дающих осадков и ростом испарения по мере приближения к югу водный режим земляного полотна становится все более и более благоприятным. При этом одновременно с уменьшением интен­ сивности увлажнения снижается и влияние зимних температурных перемещений влаги. Поэтому в южных засушливых зонах роль грунтовых вод в изменениях водного баланса снижается, а роль парообразного перемещения влаги возрастает. Важнейшими ис­ точниками увлажнения земляного полотна в степной зоне являют­ ся атмосферные осадки и конденсация водяных паров в порах грунта. В более северных зонах в увлажнений земляного полотна соответственно возрастает роль капиллярного поднятия из грун­ товых вод, расположенных вблизи от поверхности грунта, и умень­ шается роль испарения влаги.

120