Проектирование дорог в районах осыпей. Защита дорог от камнепада

⇐ ПредыдущаяСтр 23 из 23

При трассировании дороги по долинам горных рек иногда приходится пересекать осыпи — отложения мелкообломочных продуктов распада сильно подверженных выветриванию горных пород на крутых склонах. Осыпи скапливаются у подошвы склонов в виде валов или конусов, состоящих из природного щебня с небольшой примесью грунтовых частиц. В верхней части в зависимости от крупности частиц и их петрографического состава осыпи имеют крутизну до 40—45°, соответствующую углу естественного откоса материала осыпи в водонасыщенном состоянии. В нижней части (шлейф осыпи) осыпь более полога.

В зависимости от интенсивности поступления материала различают осыпи действующие, рост которых продолжается, затухающие и затухшие. Затухшие осыпи зарастают травой, кустарниками

и деревьями. Материал осыпей даже заросших находится в состоянии неустойчивого равновесия. Подрезка нижней части осыпи выемкой, сейсмические толчки, перегрузка построенной насыпью могут вновь активизировать осыпь и привести ее в движение.

Осыпи характеризуются по степени их подвижности коэффициентами подвижности

— угол наклона поверхности осыпи, — угол естественного откоса для материалов, из которых сложена осыпь:

Подвижная («живая») К=0, 7-1

Слабо подвижная К=0, 5-0, 7

Относительно неподвижная К=0, 5

При трассировании дороги подвижные осыпи следует обходить; если это невозможно, необходимо предусмотреть мероприятия для обеспечения устойчивости земляного полотна. Осыпи с коэффициентами подвижности менее 0, 5 могут быть использованы для размещения земляного полотна в насыпях без дополнительных сооружений.

Спускающиеся в реку шлейфы осыпей, сложенных из крупнообломочного, хороню фильтрующего материала, можно пересекать дорогой. Если осыпь закрепилась и на ее поверхности сформировался слой почвы, покрывшийся растительностью, дорогу проектируют обычным методом, прокладывая в насыпях. При действующей осыпи, когда происходит накопление отложений, перед дорогой возводят улавливающую стенку для задерживания и накапливания осыпающихся обломков. Стенки устраивают из сухой кладки высотой 1, 5—2 м, шириной 0, 8—1 м при глубине заложения не менее 0, 5 м.

При малом поступлении материала осыпи стенку периодически наращивают и строя! дополнительные на массиве осыпи. При активных мощных осыпях, шлейф которых достигает берега водотока, часто оказывается более целесообразным перенести трассу на другой склон долины, что бывает связано с постройкой двух мостов. При мощных шлейфах осыпей возможна проходка тоннелем.

Материалы осыпей можно успешно использовать для отсыпки насыпей, а если они удовлетворяют требованиям к прочности каменных материалов, то и для устройства дорожной одежды и приготовления бетона.

В ряде случаев при малом объеме накопившегося в осыпи материала вместо того, чтобы строить верховые подпорные стены, целесообразнее убрать осыпь, использовав ее материал для устройства насыпей.

Многие участки горных дорог подвержены обвалам — внезапному обрушению с крутых склонов гор обломков горной породы. Причиной обвалов является чрезмерная крутизна склонов, на которых не могут удержаться обломки, потерявшие связь с основным массивом. Обвалам способствуют: разрушение горных пород процессами выветривания, подрезка наклонных пластов при устройстве земляного полотна, трещиноватость горных пород как естественная из-за тектонических нарушений, так и вызванная применением при строительстве массовых взрывов, расширение воды при замерзании в трещинах горных пород, сейсмические толчки и др.

Участки обвалов при изысканиях всегда целесообразно обходить. При невозможности этого за такими участками в процессе эксплуатации дороги должен осуществляться непрерывный контроль. Рабочие-верхолазы должны регулярно осматривать откосы и сбрасывать в периоды отсутствия движения крупные камни, начинающие терять устойчивость.

На участках, где обвалы и камнепады особенно вероятны, для защиты от падения мелких камней около дороги устанавливают на склонах металлические удерживающие решетчатые щиты или завешивают откос сеткой из толстой проволоки (d = 3 мм) с ячейкой 6x5 см.

Для защиты от крупных камней около дороги устраивают улавливающие рвы с валом пли улавливающие стенки. Их размеры назначают по методу, предложенному проф. Н. М. Ройнишвили. Он основан на расчетах траектории движения камня, скатывающегося с подскакиваниями по склону с ломаным поперечным профилем. При определении скоростей вводят коэффициенты, учитывающие сопротивления, испытываемые камнем при движении, и потери энергии при ударах. Улавливающая стена рассчитывается на удар камня.

На дорогах с интенсивным движением на участках с камнепадами в некоторых случаях приходится строить защитные галереи.

Рис. Схема защиты дороги, проходящей по шлейфу слабоподвижной осыпи, подпорными стенками. Цифры указывают последовательность возведения стенок

Рис. Улавливающие валы и стенки:

а — улавливающая стенка у бровки дороги; б — улавливающий ров с валом в пределах пологого участка косогора (пунктиром показана траектория падения камней)

Пересечение селевых выносов

Большие массы разрушенных рыхлых и малосвязных горных пород, накапливающиеся на крутых склонах и на дне ущелий, при интенсивных ливнях или при прорыве расположенных в верховьях озер могут образовать временные грязевые или грязекаменные потоки, называемые селями. Селевые потоки - это смесь воды, грунта и камней с плотностью 1, 2—1, 8 т/м3, стекающая по сухим долинам и руслам горных рек со скоростью до 5—6 м/с. У выхода из лога, где уклон местности уменьшается, сель растекается, скорость его уменьшается и из него выпадают наносы, образуя конус выноса. Селевые потоки возникают внезапно, действуют в течение короткого промежутка времени, не превышающего нескольких часов, но общий объем грязекаменных материалов, смываемых за один сель, может достигать 20 000 м3 с 1 км2. Диаметр переносимых валунов иногда превышает 1—1, 5 м.

Во многих случаях защита от селей городов является трудной проблемой, для решения которой приходится воздвигать сложные сооружения, как, например плотина в Алма-Ате высотой примерно 115 м.

При проектировании дорог приходится встречаться, как правило, с относительно небольшими селевыми отложениями, возникающими около устьев сравнительно коротких ущелий с крутыми склонами и значительными уклонами, впадающих в долину реки, вдоль которой прокладывается дорога. Отложения в виде постепенно нарастающих конусов выноса образуются при растекании грязекаменного потока по долине, где после выхода из лога уклон уменьшается.

В зависимости от содержания воды селевой поток движется или как однородная вязкая масса (грязевые и грязекаменные потоки), или как турбулентный поток воды, увлекающий с собой твердые материалы, содержание которых может достигать 20—40% общего объема (водокаменные потоки).

В селевом потоке часть камней перемещается во взвешенном состоянии, а наиболее крупные передвигаются, перекатываясь по дну тальвега. При этом отдельные камни задерживаются неровностями скальных выступов, вследствие чего создаются временные заторы. Однако приток селевых масс сверху прорывает запруду и сель с еще большей скоростью движется вниз. Грубо можно считать, что линейные размеры влекомых частиц в потоке пропорциональны квадрату скорости, а масса переносимых частиц пропорциональна шестой степени скорости. Поэтому горные реки, а тем более селевые потоки переносят камни значительных размеров.

При этом, однако, возникают трудности с вписыванием подходов к мосту с соблюдением норм.

Если долина, в которую впадает селевой поток, широка, а между конусом выноса и водотоком имеется свободная полоса, ьо-«можно проложить дорогу вдоль водотока, если он в паводки не затапливает долину.

При неизбежности пересечения дорогой селевого потока в пределах конуса выноса необходимо прокладывать трассу в его низовой части за пределами зоны отложения крупных камней, перекрывая мостами блуждающие русла. Мосты следует делать с опорами одно-столбчатого типа, условия работы которых не меняются при изменении направления русла с пролетами, не стесняющими селевой поток.

Отверстия мостов в связи с неустойчивостью русел приходится существенно увеличивать по сравнению с необходимыми по гидравлическому расчету. Малые мосты и трубы быстро забиваются, после чего селевой поток переливается через насыпь.

С обеих сторон земляного полотна должно быть устроено прочное укрепление земляного полотна против размыва. Если дорога строится в зоне отложений селевых выносов или между конусами Еыноса и рекой, иногда с верховой стороны устраивают наносозадерживающие дамбы, которые, замедляя селевой поток, вызывают отложение наносов. Они бывают сплошные или прерывистые. Сплошные дамбы рекомендуются, если ширина русла, по которому стекает сель, превышает 100 м.

При больших величины рекомендуется располагать дамбу от дороги на расстоянии не менее тройной ее длины. Прерывистые дамбы применяют при ширине русла до 100 м. Общую их мину определяют по формуле, а величину отверстий рассчитывают на пропуск расхода воды с заданной повторяемостью. В поперечном профиле дамбе придают трапецеидальное сечение с шириной поверху 0, 5—2, 0 м в зависимости о г интенсивности селевого потока и крупности переносимого материала.

При пересечении селевых водотоков дорогами низших категорий можно при малой интенсивности движения допускать пропуск селевого потока по лотку, расположенному в уровне проезжей части.

На дорогах с большой интенсивностью движения при пересечении сравнительно небольших селевых потоков с расходом не более 20 м^а/с при крупности камней не более 0, 3—0, 4 м³, подходящих к дороге по руслу с большими уклонами, проектируются селеспуски (селедуки), пропускающие селевые потоки над дорогой. Ширину лотка селеспуска принимают 4—6 м, высоту боковых стенок до 3—4 м.

Опыт эксплуатации селедуков показывает, что они эффективны лишь при соблюдении ряда требований — тщательном сопряжений с дном лога без уменьшения продольного уклона, наличии дамб, плавно, без резкого сужения потока направляющих селевой поток на мост. Направляющие стенки должны быть без крутых перегибов, образуя угол с осью потока, не превышающий 10—15°.

По согласованию с местными организациями полезно предусматривать комплексные мероприятия по защите от селевых потоков. Для прекращения эрозии склонов запрещают бессистемную рубку леса и уничтожение кустарника, вводят правильную агрообработку почвы. Чтобы закрепить склоны и предотвратить их размыв, сажают деревья и кустарник, террасируют склоны, устраивают водосборные и водоотводные канавы. Для уменьшения энергии селевого потока и задержания наносов в русле водотока устраивают систему специальных запруд (барражей) в виде массивных каменных или бетонных стен высотой 2—5 м. Запруды размещают вдоль тальвега таким образом, чтобы уклон линии, соединяющей подошву верхней и верх нижней запруды, был не более 60—80°/₀₀. Для пропуска ливневых и талых вод в нижней части запруд оставляют отверстия.

Рис. Конструкция селедука

Причины образования снежных обвалов, инженерные мероприятия по предупреждению завалов дороги лавинами. Удержание снега на склонах. Галереи

В горных районах, где выпадает много снежных осадков, часто происходят снежные обвалы (лавины) с крутых склонов. Лавинами называют снежные массы объемом в десятки и сотни тысяч, а иногда в несколько миллионов кубических метров, которые потеряли сцепление с подстилающей поверхностью и с большой скоростью обрушиваются вниз по склону, разрушая дорогу и дорожные сооружения. Перед лавиной движется воздушная волна, вызывающая разрушения в тех местах, до которых лавина не доходит.

На горных склонах снежный покров всегда имеет слоистость. Слои снега различной плотности часто разделяются корками твердого обледеневшего снега («снежная или ветровая доска»), образующимися в результате смерзания снега при сильном ветре. Плотность снега на горных склонах колеблется от 0, 04—0, 05 (свежевыпавший) до 0, 7—0, 8 (мокрый снег).

Соответственно сильно меняется и удельный вес снежной массы от 40—50 до 700-800 kгc/m³.

В течение зимы в снежном покрове происходят процессы перекристаллизации, вызванные движением водяных паров из нижних слоев снега в верхние под влиянием разницы температур, достигающей 10—15°. Верхние слои уплотняются, а в нижних создается рыхлая прослойка из ледяных кристаллов — «глубинный иней», обладающая малым сопротивлением сдвигу. Во время оттепелей в снежном слое образуются настовые прослойки, между которыми находится мелкий сыпучий снег.

По мере увеличения толщины снегового покрова и образования в нем ослабленных прослоек устойчивость снега на склоне уменьшается. При достижении критического равновесия бывает достаточно самого небольшого толчка от падения карниза (козырька, образующегося на подветренном склоне), сотрясения воздуха от порыва ветра, выстрела или даже громкой речи, чтобы обрушилась лавина.

Для оценки устойчивости снеговых масс предложен ряд теоретических методов, основанных на рассмотрении условий предельного равновесия массы снега на склоне. Однако сложность процесса образования лавин, переменность физико-механических свойств снега во времени и трудность учета форм снегосборного бассейна затрудняют использование этих методов при расчетах применительно к каждому конкретному лавиноопасному месту.

Различают сухие и мокрые лавины. Первые образуются в периоды морозов. При их падении сухой снег сильно распыляется, образуя своеобразное снежное облако, движущееся вниз с большой скоростью.

Лавины из мокрого снега образуются весной или во время сильных оттепелей. Нижние слои снега пропитываются водой. Их сцепление с поверхностью земли или плотной снеговой прослойкой уменьшается, и снежная масса сползает вниз по склону. Мокрая лавина движется сплошной массой, увлекая с собой камни и деревья, сломанные при движении.

Участки, на которых происходят снежные обвалы, характеризуются крутыми логами и тальвегами, имеющими в верховьях впадину — снегосборный бассейн, в котором накапливается снег. Пришедший в движение снег скользит по сравнительно узкому каналу стока (лавинному лотку). Скатившись к подножью склона, лавина расширяется, замедляет свое движение и, остановившись, образует конус выноса из снега, увлеченных камней грунта, стволов деревьев и т. д. Накапливаясь в течение ряда лет, материалы, принесенные лавиной, иногда образуют гряды, параллельные направлению долины. При узких долинах и большой высоте снегосборного бассейна конус выноса перегораживает долину, иногда достигая се противоположного склона.

По характеру движения снежной массы различают три типа лавин:

осовы, при которых вся масса снега на склоне равномерно смещается по склону без строго фиксированного русла;

лотковые лавины, при которых снег со снегосборного бассейна вначале скользит по логу — сравнительно узкому каналу стока. Склоны канала лишены растительности и имеют следы лавинной эрозии;

прыгающие лавины, которые вначале смещаются но каналу стока, а затем, когда он образует горизонтальную площадку пли уклон его увеличивается, взлетают с уступа и падают на дно долины.

При изысканиях горных дорог необходимо установить участки, опасные в отношении снежных обвалов. Это можно сделать на основе изучения картографического материала или данных аэрофотосъемки, а также непосредственным осмотром на местности. Следует учитывать, что на крутых склонах с уклоном более 60° больших накоплений снега не бывает, так как он осыпается постепенно. Наиболее опасны склоны с крутизной 15—25°, на которых может накапливаться большое количество снега, постепенно приходящего в неустойчивое состояние.

Повторяясь из года в год, лавины оставляют на местности характерные следы. Они уничтожают на склонах хвойные деревья, имеющие стелющуюся корневую систему. Сохраняются лишь тонкоствольные деревья лиственных пород — береза, рябина и т. п., изгибаемые и прижимаемые к земле лавинами. В местах, конусов выноса лавин снег сохраняется до июня — конца июля, что вызывает появление влаголюбивой растительности и запаздывание сезонных процессов роста. Однако необходимо учитывать, что наблюдения за растительностью не могут выявить места образования лавин повторяемостью один раз в несколько десятилетий

При изысканиях следует избегать пересечения дорогой лавиноопасных мест. При невозможности обхода дорогу располагают над дном долины на такой высоте, чтобы ее не закрывали снежные завалы от скатывающихся лавин. При неизбежности пересечения лавиноопасных участков дорогу следует прокладывать, через участки каналов стока, где легче всего построить снегозащитные галереи и где они будут иметь наименьшую длину варианта трассы в районе со снежными обвалами. В первом варианте (сплошная линия) трасса проложена с развитием лилии в пределах всего горного склона, она несколько раз пересекает лавиноопасные места. Во втором варианте (пунктирная линия) трасса развивается в пределах лесного массива, не подверженного опасности снежных обвалов, и только один раз пересекает лавиноопасное место в зоне лавинных лотков.

Для борьбы с завалами дорог лавинами предусматривают ряд мер, направленных на уменьшение накопления снега влавиносборных бассейнах, повышение устойчивости снега на склонах, замедление движения масс снега, отклонение лавины от дороги или пропуск ее над дорогой.

Одним из источников поступления снега в лавиносборные бассейны является его сметание ветром с расположенных выше наветренных склонов. Для задержания снега на плато устраивают каменные стены и устанавливают на зиму снегосборные щиты, аналогичные по конструкции используемым для придорожных ограждений. На ровных гладких склонах лавиносборного бассейна для задержания снега сооружают каменные стены, земляные валы и террасы.

Чтобы разделить движущуюся по склону лавину на отдельные части, энергия которых гасится при ударе друг о друга, на относительно больших по площади склонах с успехом применяют лавинорезы, устанавливаемые в шахматном порядке в виде направленных навстречу лавине клинообразных пирамид с углом при вершине 30—40° и высотой 4—6 м. Их делают из камня или грунта, облицованного камнем. Хорошие результаты были получены при устройстве лавинорезов из сборных бетонных элементов.

В некоторых случаях скатывающаяся лавина может быть отклонена от дороги при помощи отбойных дамб в виде мощных подпорных стен или земляных сооружений с надежным укреплением откосов, расположенных под углом не более 30° к направлению ее движения. Защищая дорогу от снега, эти сооружения не предохраняют ее от действия воздушной волны.

Наиболее падежным способом защиты дороги от лавин являются галереи. Чтобы снежная масса проскальзывала по кровле без удара, галерею располагают обычно на полках, врезаемых в склоны тальвега, но которому скатывается лавина. Над галереей делают засыпку, с таким расчетом, чтобы получилось естественное продолжение склона местности или даже крутизна немного увеличилась. Противолавинные сооружения рассчитывают на давление от удара и веса снежного обвала.

В настоящее время галереи строят преимущественно из сборных железобетонных элементов. Строившиеся в последнее время галереи в виде навесов, открытых с низовой стороны, оказались неудачными, гак как при сходе лавин н сметании ветром снега со склонов в результате возникновения воздушных завихрений заносились снегом. Поэтому пространство между стойками должно быть закрыто бетонными плитами.

Рис. Схемы противолавинных галерей

а — балочная консольная, б — арочная; 1 — стойка верховой опоры, 2 — железобетонная балка; 3 — вертикальная или наклонная стойка; 4 — горизонтальная опорная балка; 5 — фундаментная подушка; 6 —фундаментная плита; 7 — фундамент верховых опор; 8 — засыпка; 9 — дренажный лоток; 10 — мощение; 11— бетонное покрытие; 12 — тощий бетон

Рис. Схема защиты дороги от лавин устройством лавиноотбойных дамб

6 – подпорная стенка; 7 – каменная наброска с выкладкой верхнего ряда; 8 – одевающая выкладка крупным камнем; 9 – грунт

⇐ Предыдущая 14 15 16 17 18 19 20 21 2223