Проектирование автомобильных дорог Часть 2
..pdfрой располагают поперек оползающего массива в месте, где гори зонтальные составляющие сдвигающих сил, определяемые для наи более опасной поверхности скольжения методом круглоцилиндри ческих поверхностей или методом проф. Шахуньянца, имеют наи большее значение. В зависимости от давления грунта устраивают два ряда или более, размещая сваи по сетке квадратов или в шах матном порядке. Расстояние между рядами свай и отдельными сваями в ряду в зависимости от типа грунтов определяют расчетом исходя из предположения, что в оползающем грунте как бы обра зуются воспринимающие его давление несущие своды, пяты кото рых удерживаются сваями. При этом необходима проверка на со противление свай прорезанию грунта в междусвайном пространстстве. Обычно расстояние между сваями составляет 2—3 м. Для совместной работы свай их объединяют сверху железобетонным ростверком.
Отдельные сваи рассчитывают на срез и изгиб, рассматривая их как консоль, закрепленную в грунте.
На рис. 32.35 показаны схемы закрепления оползневых мас сивов. Оползающую насыпную часть земляного полотна на доро гах Крыма закрепляли устройством подпорной стены, возведенной на буронабивных сваях (см. рис. 32.35, в).
Особенность мероприятий по закреплению оползней — их комплексный характер, требующий одновременного выполнения. Выборочное осуществление отдельных мероприятий не дает гаран тии закрепления оползня.
32.13.Защита дорог от лавин
Вгорных районах, где выпадает много снежных осадков, часто происходят снежные обвалы (лавины) с крутых склонов. Лави
нами называют снежные массы объемом в десятки и сотни тысяч, а иногда и несколько миллионов кубических метров, которые потеряли сцепление с подстилающей поверхностью и с очень боль шой скоростью обрушиваются вниз по склону, разрушая дорогу и дорожные сооружения.
Как показали измерения, сила удара прямо пропорциональна скорости лавины, достигающей 30 м/с. Перед лавиной движется воздушная волна, вызывающая разрушение в тех местах, до кото рых лавина не доходит.
На горных склонах снежный покров всегда имеет слоистость. Слои снега различной плотности часто разделяются корками твер дого обледеневшего снега («снежная или ветровая доска»), обра зующимися 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 силь но меняется и удельный вес снежной массы от 0,4—0,5 до 7—
П-1144 |
321 |
8 кН/м3. 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 умень шается. При достижении критического равновесия бывает доста точно самого небольшого толчка от падения снежного козырька, образующегося на подветренном склоне, сотрясения воздуха от порыва ветра, выстрела или даже громкой речи, чтобы обруши лась лавина.
Различают сухие и мокрые лавины. Первые образуются в пе риоды морозов. При их падении сухой снег сильно распыляется, образуя своеобразное снежное облако, движущееся вниз с боль шой 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 прослой кой уменьшается, и снежная масса сползает вниз по склону, увле кая с собой камни и деревья, сломанные при движении.
Участки, на которых происходят снежные обвалы, характери зуются 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 подножию скло на, лавина расширяется, замедляет свое движение и, остановив шись, образует конус выноса из снега увлеченных камней, грунта, стволов деревьев и т. д. Высота конусов достигает 10—20 м. На капливаясь в течение ряда лет, материалы, принесенные лавиной, иногда образуют в долине конусы выноса, которые при узких долинах и большой высоте снегосборного бассейна перегоражи вают долину, иногда достигая ее противоположного склона.
По характеру движения снежной массы проф. Г. К. Тушин ский различает 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 по каналу стока, а затем, когда он образует горизонтальную площадку или
322
Одним из источников поступления снега в лавиносборные бас сейны является его сметание ветром с расположенных выше навет ренных склонов. Для задержания снега на плато устраивают ка менные стены и устанавливают на зиму в несколько рядов снего сборные щиты, аналогичные по конструкции используемым для придорожных ограждений. На ровных гладких склонах лавиносбор ного бассейна для задержания снега сооружают каменные стены, земляные валы и террасы.
В некоторых случаях при благоприятном рельефе местности ска тывающаяся лавина может быть отклонена от дороги при помощи отбойных дамб в виде мощных насыпей с надежным укреплением откосов высотой до 10—15 м, расположенных под углом не более 30° к направлению ее движения (рис. 32.37). Защищая дорогу от
Рис. 32.36. Варианты трассы на участке снежных обвалов:
/ — а л ь п и й с к и й л у г ; |
2 — |
л е с ; Л — к у с т а р н и к ; |
4 — |
о т в е с н ы й о б р ы в ; 5 — |
к о н у с ы лавин; |
6 - |
||
г р а н и ц а р а с п р о с т р а н е н и я |
в о з д у ш н о й |
в о л н ы . |
С п л о ш н а я л и н и я |
— п е р в ы й |
в а р и а н т грассы; |
|||
п у н к т и р н а я л и н и я — |
в т о р о й в а р и а н т |
т р а с с ы ; |
П л |
— п р ы г а ю щ а я |
лавина; |
Л л — лотковая |
ла |
в и н а
324
Рис. 32.37. Схема защиты дороги от лавин лавиноотбойными дамбами:
а — п л а н м е с т н о с т и и р а с п о л о ж е н и е д а м б ; б — л а в и н о о т б о й н а я д а м б а ; в — л а в и н о о т б о й н а я д а м б а с р в о м ;
I — п у т ь д в и ж е н и я л а в и н ы ; 2 — л а в и н о о т б о й н а я д а м б а ; 3 — п у т ь о т к л о н е н н о й л а в и н ы ; 4 — л ав и н о р е з; 5 — д о р о г а ; 6 — п о д п о р н а я с т е н а ; 7 — к а м е н н а я н а б р о с к а с в ы к л а д к о й в е р х н е г о р я д а ; в — о д е в а ю щ а я в ы к л а д к а к р у п н ы м к а м н е м ; 9 — г р у н т
снега, эти сооружения не предохраняют ее от действия воздушной волны.
Наиболее надежным способом защиты дороги от лавин являют ся галереи. На рис. 32.38 хорошо заметны снегосборный бассейн — характерная воронка на склоне, в которой накапливается снег, и лог, по которому происходит движение снежной лавины. Чтобы снежная масса проскакивала по кровле без удара, галерею рас полагают обычно на полках, врезаемых в склоны тальвега, по ко торому скатывается лавина. Над галереей делают засыпку с таким расчетом, чтобы получилось естественное продолжение склона мест ности или даже крутизна немного увеличилась.
В настоящее время галереи строят преимущественно закрытыми из сборных железобетонных элементов (рис. 32.39). Применявшие ся ранее галереи в виде навесов, открытых с низовой стороны, ока зались неудачными, так как при сходе лавин и сметание ветром сне га со склонов в результате возникновения воздушных завихрений заносились снегом.
Противолавинные сооружения рассчитывают на вертикальные и горизонтальные составляющие давления от удара и веса снежного обвала.
Расчетную скорость движения лавины определяют приближен ным методом С. М. Козика
v = V2 g i , |
(32.8) |
уу
где г ~ И в — ~ 1в — расстояние, определяемое согласно рис. 32.40.
А
Рис. 32.40. Схема к определению скорости лавины:
. 4 — т о ч к а о т р ы в а л а в и н ы ; С — к р а й л ав и н н ы х о т л о ж е н и й
Параллельное склону давление лавины на поверхность (Н/м2) направляющего сооружения (лавинорез, отбойная дамба, направ ляющая стенка)
Q = — — sin2 3, 2g
где Р — угол между направлением движения лавины и поверхностью соору жения, град; у — удельный вес снега, Н/м3 (свежевыпавший снег 0,3 - L04 Н/м3, старый снег 0,4-10Чи мокрый снег 0,5 Н/м3).
Давление лавины на кровлю галереи
Qr = Q + yh„cosa, |
(32.9) |
где Лл — толщина слояскатывающейся лавины; а — угол наклона кровли га лереи к горизонту.
32.14.Особенности проектирования автомобильных дорог
всейсмических районах
При проектировании автомобильных дорог в районах, подвер женных землетрясениям силой 7, 8 и 9 баллов (наибольшая сей смичность в СССР) по 12-балльной шкале (ГОСТ 6249—52), необ ходимо учитывать появление дополнительных сейсмических сил, действующих на земляное полотно и искусственные сооружения. При интенсивности землетрясения 9 и более баллов возникают сдвиги и просадки насыпей на косогорных участках, оползания и обвалы верховых откосов выемок. В горах уже при землетрясениях 6 баллов активизируются оползни, обвалы и осыпи на горных склонах.
Сейсмические явления наиболее сильно проявляются в местно стях с очень пересеченным рельефом — при наличии оврагов, кру тых обрывистых ущелий, склонов, сложенных из выветренных по род или нарушенных физико-геологическими процессами. Наиболее благоприятны для проложения дорог невыветренные скальные и полускальные породы и плотные сухие крупнообломочные грунты. Антисейсмические мероприятия по обеспечению устойчивости зем ляного полотна сводятся к уположению откосов земляного полотна
328
и устройству улавливающих траншей у подошвы откосов выемок в скальных породах.
Конструкции дорожных сооружений, а также устойчивость зем ляного полотна в сейсмических районах рассчитывают с учетом сей смических сил инерции при одновременном действии собственного веса сооружений и нагрузки. Ветровая нагрузка при этом не учи тывается.
Сейсмические силы инерции для расчета откосов земляного по лотна и подпорных стен принимают действующими горизонтально
S = 1,5Qkc, |
(32.10) |
где Q — вертикальная нагрузка, создающая при сейсмическом воздействии инерционную силу (собственный вес сооружения, грунта, вес транспортных средств и т. п.); kc— сейсмический коэффициент, зависящий от расчетной сейсмичности.
Расчетная сейсмичность, баллы |
7 |
8 |
9 |
Значения kc |
0,025 |
0,05 |
0,1 |
При проверке устойчивости земляного полотна на склонах кру
тизной от 1 |
3 до 1 |
1,5 расчетную сейсмичность увеличивают на |
1 балл по |
сравнению |
с сейсмичностью по картам сейсмического |
районирования. |
|
При расчетах направление сейсмических сил принимают гори
зонтальным, а для |
соединительных деталей (анкерных болтов, |
|
креплений опорных |
частей) — вызывающим срез или растяжение. |
|
В сейсмических |
|
районах наиболее целесообразно размещать |
земляное полотно полностью на полке, врезанной в склон. Попе речные профили типа полунасыпи-полувыемки не рекомендуются из-за оползания насыпной части. В районах с сейсмичностью 8 бал лов и более на косогорах круче 1 2 низовые откосы насыпей сле дует укреплять подпорными стенами или заменять насыпи эстака дами. В районах с расчетной сейсмичностью 9 баллов и более в нескальных грунтах, выемках и насыпях с рабочей отметкой, не превышающей 4 м, откосы круче 1 2,25 устраивают на 1 0,25 бо лее пологими, чем в несейсмических районах.
32.15. Особенности проектирования малых искусственных сооружений в горных условиях
Для горных условий характерны большое количество выпадаю щих осадков и их высокая интенсивность. Долины горных водото ков имеют крутые продольные уклоны. Наблюдаются большие ско рости течения и резкие подъемы уровня воды. Паводки горных рек обычно возникают внезапно и быстро проходят. В период между Дождями многие водотоки совершенно пересыхают, в результате чего у изыскателей иногда создается ложное впечатление о необ ходимом размере искусственного сооружения в месте пересечения Дорогой паводка или суходола. В процессе изысканий, помимо
329
обычных собираемых данных о площади и уклонах бассейна и тальвега, устанавливают по следам прохода паводков уровни вы соких вод, а по крупности донных отложений определяют пример
ную скорость течения воды.
Значительная разрушительная сила горных потоков требует устройства надежных водопропускных сооружений, как можно меньше стесняющих естественный режим потока. Горные водотоки после ливней часто несут стволы деревьев, кустарников и большое количество обломочных материалов. Отверстия малых труб и мо стов быстро заносятся этими наносами. Поэтому на горных доро гах однопролетные мосты предпочтительнее многопролетных. Как показал опыт эксплуатации, отверстия мостов желательно назна чать не менее 3—4 м с возвышением над уровнем высокой воды не менее 1 м. На периодических водотоках с каменным дном при рас ходе не более 10 м3/с для пропуска воды, не несущей наносы, мож но устраивать фильтрующие насыпи, оборудуя их защитными фильтрами против заиления.
Большие продольные уклоны водотоков и косогорный рельеф местности усложняют конструкцию малых искусственных сооруже ний, делая необходимым для уменьшения скорости течения и опас ности размыва устройство специальных подходных русел, посред ством которых поток направляется в сооружение, а скорость его течения уменьшается.
Конструкция косогорных подходных русел зависит от местных условий. На обрывистых склонах иногда целесообразно водоток пропускать над дорогой по специальному лотку — водосбросу, ана логичному по конструкции селедукам. Наиболее распространены перепады и быстротоки. Перепады устраивают многоступенчатые с водобойными колодцами или без них в зависимости от уклона тальвега. При длинных подходных руслах можно сочетать между собой перепады и быстротоки и придавать лоткам для уменьшения скорости повышенную шероховатость.
Вопросы проектирования конструкций подходных русел к ис кусственным сооружениям рассматриваются в курсе гидравлики.
Глава 33
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В ЗАСУШЛИВЫХ РАЙОНАХ
33.1. Особенности засушливых районов. Проектирование дорог в районах искусственного орошения
Значительные пространства юго-восточной части Советского Союза заняты засушливыми пустынными и полупустынными тер риториями. Примерно 65% этой зоны покрыто сероземными почва ми, 25% — песками и 10% — солончаками.
330