Особенности проектирования автомобильных дорог в засушливой местности

Особенности климата и рельефа песчаных пустынь значительно усложняют условия строительства и эксплуатации дорог. Рельеф песчаных пустынь неустойчив.

Под воздействием ветра, песчинки перемещаются, причём их движение зависит от скорости ветра, и от ровности поверхности, по которой перемещаются песчинки. Ровные и гладкие поверхности, например такыры и шоры, так же как и мощные песчаные отложения оказывают небольшое сопротивление перемещению песка.

Обтекание ветропесчаным потоком неровностей песчаного рельефа сопровождается образованием участков местного повышения скоростей движения потока, завихрений, а также зон затишья. В зоне завихрения песок рассеивается, а в зоне затишья откладывается.

Перемещение песчинок по направлению ветра вызывает общее движение поверхностных слоёв песка в виде ряби. Постепенно поднимаясь по склонам песчаных холмов, песчинки после переноса через вершину скатываются и откладываются в зоне затишья с подветренной стороны. В результате этого песчаные холмы постепенно перемещаются по направлению ветра. Такие пески называют подвижными. Скорость перемещения песчаных бугров уменьшается с увеличением их высоты.

Различают следующие характерные формы рельефа песчаных пустынь, образующихся под воздействием ветра:

-барханы. Одиночные песчаные холмы высотой до 3 м и более, шириной до 100 м, имеющие в плане форму лунного серпа с рогами, ориентированными по направлению ветра. Наветренный пологий склон имеет угол наклона 5 – 12о, подветренный – 28 – 36о. Эта форма рельефа наиболее неустойчива и легко поддаётся действию ветра.

-барханные цепи. Образуются в районах, где господствующие ветры в течение года дважды меняют своё основное направление, перпендикулярно направлению ветров. Они имеют ширину 10 – 12 м и более и длину от 200 м до 2 км. Высота барханных цепей может превышать 7 метров. В зависимости от высоты барханных цепей расстояние между их гребнями составляет от 10 – 15 до 150 метров. Крупные комплексные барханные цепи “даваны” высотой 60 – 75 м расположены на расстояниях 1,5 – 3,5 км друг от друга.

-грядовые пески. Образуются при постоянном направлении господствующего ветра в течение всего года. Вытянуты по направлению ветра. Гряды отстоят друг от друга примерно на одинаковом расстоянии (в среднем 180 м). Формирование песчаных гряд вызвано выдуванием песка воздушными вихрями, горизонтальные оси которых соответствуют направлению котловин.

-бугристые пески. Закреплённые растительностью невысокие песчаные холмы неправильного очертания. Высота холмов не превышает 6 – 8 м. Крутизна их склонов примерно одинакова во всех направлениях. Бугристые и грядовые пески бывают заросшими и полузаросшими.

Для характеристики рельефа сыпучих песков при изысканиях полезно использовать аэрофотоснимки или аэрорекогносцировку.

Подвижность песков зависит от закрепления их растительностью. Заросшие пески, у которых растительностью покрыто более 35 – 40 % поверхности, имеют стабильные формы рельефа. В случае уничтожения растительности они в короткий срок вновь приобретают подвижность.

Элементы рельефа пустынь не создают трудностей при трассировании дороги. Участки, проходимые с применением максимальных уклонов невелики по протяжённости. Сложности при проектировании связаны с неустойчивостью форм песчаного рельефа.

Количество переносимого песка зависит от энергии ветра, которая пропорциональна квадрату его скорости. Для оценки условий переноса песков большую информативность дают “розы энергии” или “динамические розы ветров”, при построении которых по каждому из направлений откладывают сумму произведений квадратов скоростей ветров на частоты их повторяемости.

В движении песков возможны следующие режимы:

-поступательное движение, когда в течение года ветры одного направления резко преобладают над ветрами остальных направлений;

-колебательное движение, когда летнее и зимнее действие ветров примерно уравновешивается и барханные цепи, периодически изменяя своё очертание, остаются на месте;

-поступательно-колебательное движение, когда барханные цепи, периодически отступая, перемещаются в одном направлении, причём скорость перемещения песков в этом случае меньше, чем в первом.

Наибольшие трудности при проектировании дорог возникают в районах поступательного перемещения песков.

При составлении планов организации дорожно-строительных работ в песчаных пустынях, а также развёртывании службы эксплуатации необходимо учитывать резко континентальный климат, отсутствие воды и малую населённость. Практически не всегда возможно одновременно развернуть строительство на всём протяжении трассы, так как приходится предварительно устраивать временные, чтобы по ним подвозить материалы.

При трассировании дорог в песчаных пустынях следует по возможности избегать участков подвижных песков, даже путём удлинения трассы. При невозможности этого – прокладывать трассу по закреплённым растительностью пескам со спокойным рельефом, отдавая преимущество участкам, состоящим из крупнозернистых песков.

Следует использовать такыры и солончаки, через которые песок переносится транзитом. В местах поступательного и колебательно-поступательного движения песков в случае пересечения барханов, гряд или цепей следует выбирать наиболее низкие участки, устраивая выемки только в случае неизбежности. Проложение трассы по склонам песчаных элементов рельефа всегда бывает связано с необходимостью сложных укрепительных работ и не приводит обычно к положительным результатам.

Трассу автомобильной дороги рекомендуется удалять от гряд или барханов не менее чем на двукратную их высоту. Руководствуясь розой ветров, можно установить, к какой стороне гряд можно наиболее безопасно приближать дорогу. Наиболее благоприятны участки дорог, расположенные перпендикулярно к господствующим ветрам.

В связи с высокой впитываемостью воды в песок водоперепускные сооружения не устраивают. Водоотвод обеспечивается лишь на участках такыров, а также на участках трассы у окраины песков, куда вода стекает во время дождей с холмов, покрытых водонепроницаемыми породами.

Земляное полотно проектируют в невысоких насыпях с рабочими отметками 0,5 – 0,6 м и пологими откосами 1:4 – 1:5. Неглубокие резервы располагают с наветренной стороны. Поверх земляного полотна и на его откосах укладывают защитные слои связного грунта, защищающие от выдувания песка и проникания его в каменные материалы дорожной одежды.

Неглубокие выемки глубиной до 2 м делают раскрытыми с откосами 1:10, а глубокие с откосами 1:2 и бермами шириной 10 – 20 м. Проезжую часть располагают на невысокой насыпи высотой 0,3 – 0,4 м с откосами 1:4.

Высокие насыпи можно отсыпать нормального поперечного профиля, с заложением откосов 1:1,5. В зависимости от местных условий откосы укрепляют грунтом, обработанным вяжущим, укладкой камня в клетку, сплошным замащиванием, щитами, сделанными из ветвей деревьев и т. д.

Уполаживание откосов выемок или придание им выпуклого обтекаемого очертания не может полностью устранить опасность песчаных заносов, хотя и несколько улучшает условия работы дороги. Откосы выемок и примыкающие к ним участки полосы отвода укрепляют устилочными щитами. Вместо отсыпки кавальеров, разрабатываемый в выемках песок необходимо отвозить в сторону и разравнивать с подветренной стороны на полосе отвода.

Уполаживание поперечного профиля земляного полотна не может полностью защитить дорогу от заносов. Необходимо также спланировать придорожную полосу на 15 – 40 м, а также закрепить подвижные формы рельефа на ширину до 200 м.

Полностью закрепить движение песков, можно только устроив на значительном расстоянии растительного покрова трав, кустарников и деревьев. Наряду с укреплением песков растительностью дорогу ограждают щитами. Около щитов образовываются зоны зашитья, в которых накапливается песок. Защита дороги щитами должна рассматриваться как временное мероприятие.

Формы рельефа закрепляют установкой многорядных сплошных щитов: высоких, полускрытых и скрытых. Периодически переставляя щиты, удаётся замедлить движение песчаных валов, выровнять барханный рельеф, раздвинуть песчаные валы вдоль дороги.

Возможно перепускать песок через дорогу, выбрав для этого участок в нулевых отметках и создав на нём гладкую поверхность покрытия обочин и откосов.