Природные условия, влияющие на работу земляного полотна. Роль рельефа местности. Использование результатов метеорологических наблюдений при проектировании дорог

Природные условия, влияющие на работу дороги. Роль рельефа местности. Использование результатов метеорологических наблюдений при проектировании а/д. Установление расчетных значений природных факторов, исходя из принципа расчетной частоты повторяемости.

Работа а/д зависит от воздействия на нее многочисленных природных геофизических факторов, из которых наиболее сильное влияние оказывает климат и гидрологические условия, а также рельеф и почвенно-геологическое строение местности.

Влияние на дорогу отдельных природных факторов часто трудно выделить, т.к. помимо своего непосредственного воздействия на условия строительства или эксплуатации дороги, каждый из них находится во взаимосвязи с другими, ослабляя или усиливая 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 природных факторов. Следует учитывать перспективы изменения природных условий под влиянием производственной деятельности человека. Так, например, искусственное орошение часто поднимает уровень грунтовых вод и создает более мягкий микроклимат, вырубка лесов ведет к осушению местности.

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, притекающим к малым мостам и трубам. Водные и температурные режимы з.п. в горной или сильно пресеченной 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.

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, особенно при гололедице.

Особенности рельефа неразрывно связаны с геологическим строением поверхностных слоев земной коры и должны рассматриваться в динамике их развития. Наименее устойчивые формы рельефа – песчаные холмы, сланцевые обнажения, крутые грунтовые склоны, на которых уничтожен растительный покров,- настолько 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 отдельных местах возможны местные повышения или понижения (холмы, котловины, овраги и балки);

Холмы – возвышенности, не превышающие 200 м над уровнем их подошвы, плавно переходящие в равнину;

Горы – более высокие возвышенности, обладающие резко очерченной подошвой. Переходя одна в другую, горные возвышенности вытянутой формой образуют горные хребты.

Нормативная литература по проектированию дорог рассматривает элементы рельефа с точки зрения трудности проложения трассы и частоты применения предельных продольных уклонов и кривых малых радиусов. К трудной категории относят пересеченную местность, прорезанную часто чередующимися глубокими долинами с разницей отметок долин и водоразделов более 50 м и расстоянии не более 0,5 км, с боковыми глубокими балками и оврагами, в отдельных случаях с неустойчивыми склонами. Трудными участками горной местности считают участки перевалов через горные хребты и горные ущелья со сложными, сильно изрезанными или недостаточно устойчивыми склонами.

Применительно к проектированию дорог могут быть выделены пять категорий рельефа:

1. Равнинный рельеф - равнины с широкими водоразделами, пологими склонами речной долины.

2. Слабохолмистый рельеф - наличие отдельных невысоких холмов (высотой до 200 метров) которые плавно переходят в равнины, пологие водоразделы, редкие овраги.

3. Сильнопересеченный рельеф – сильно холмистая местность с узкими водоразделами с большим количеством оврагов и балок К трудным участкам пересеченной местности относят прорезанный рельеф.

4. Гористый рельеф - склоны гор и предгорий с сильно расчлененным рельефом, узкими ущельями и долинами горных рек и большой крутизной склонов.

5. Горный рельеф - чередующиеся хребты, извилистые горные ущелья с крутыми обрывистыми сильно изрезанными горными склонами. К трудным участкам горной местности относятся участки перевалов через горные хребты, а также участки горных ущелий с неустойчивыми склонами.

Геологические условия характеризуют степень устойчивости горных пород в районе проложения трассы. При неустойчивых поверхностных напластованиях (оползни, осыпи и карстовые полости) в проектах приходится переносить трассу на другие, более устойчивые участки, а при невозможности этого – предусматривать специальные мероприятия по обеспечению устойчивости з.п. и дорожных сооружений. Геологические данные позволяют выявить наличие местных ДСМ (камня, песка, гравия), которым следует отдавать предпочтения перед привозными материалами для использования в д.о.

При выборе направления трассы приходится учитывать грунтовые условия, от которых зависит конструкция з.п. и требования к отводу воды от дороги. Участки неблагоприятных грунтов – сыпучих, развеваемых ветром грунтов, засоленных и заболоченных – стремятся обходить.

Климатические условия оказывают особенно большое влияние на условия эксплуатации дорог.

К ним относят - колебания температуры(максимум, минимум), количество осадков и испарение, направление и скорость ветра, мощность снежного покрова, глубину промерзания, влажность.

Климатические условия ограничивают продолжительностью строительного сезона. Скорость и направление ветров учитывают при проложении дороги в плане, при размещении произв.предприятий, при проектировании снегозащитных мероприятий и устройств.

Гидрологические и гидрогеологические условия характеризуются количеством выпадающих осадков, условиями стока и испарения воды, толщиной снегового покрова и интенсивностью весеннего таяния, глубиной залегания грунтовых вод и особенностями их режима, режимом рек и ручьев. Все эти условия подлежат учету пр и проектировании водоотвода и при выборе конструкции з.п.

При оценке влияния природных факторов на условия строительства и последующей работы автомобильной дороги следует учитывать обратную взаимосвязь – изменение природных условий в результате постройки дороги. Так, например, вырубка растительности на полосе отвода и расчистка придорожной полосы способствует ее осушению, более глубокому промерзанию грунта зимой и более быстрому оттаиванию весной. Пересечения болота насыпью, сжимающей торф, может прервать просачивание грунтовых вод и изменить процесс заболачивания.

Закономерности изменения природных условий на территории РФ. Ландшафтно-географические зоны РФ. Принципы дорожно-климатического районирования. Дорожно-климатическое районирование РФ. Учет природно-климатических факторов в нормах на проектирование дорог.

Разнообразие климатических, почвенно-грунтовых и гидрологических условий на обширной территории РФ не позволяет проектировать земляное полотно и дорожную одежду во всех геометрических зонах РФ по единым правилам. Построенная автомобильная дорога, подвергаясь воздействию климатических факторов, участвует во всех естественно-исторических процессах, протекающих в поверхностных слоях земной коры. Предусматриваемые при проектировании дорог возвышение низа дорожной одежды над источниками увлажнения и очистка дороги от снега в процессе эксплуатации, увеличивающая глубину промерзания земляного полотна несколько меняют водно-тепловой режим земляного полотна по сравнению с прилегающей местностью. Поэтому границы дорожно-климатических зон не совпадают точно с границами естественно-исторического районирования. Однако сопоставление карты дорожного районирования со схемой распространения почвенных типов и с картой ландшафтных зон на территории РФ показывает, что зоны дорожного районирования достаточно хорошо соответствуют границам почвенных и ландшафтно-географических зон. По дорожно-климатическим условиям территория РФ разделена на пять зон:

I — зона распространения многолетнемерзлых грунтов (вечной мерзлоты) — включает в себя зоны тундры, лесотундры северо-восточную часть лесной зоны, охватывая районы распространения вечномерзлых грунтов, характеризующиеся переувлажнением верхних слоев грунта. Просачиванию воды вглубь препятствует расположенный вблизи от поверхности грунта мерзлый грунт. Испарениё незначительно в связи с кратковременностью теплого периода года.

II — зона избыточного увлажнения- характеризуется избыточным увлажнением грунта вследствие значительного количества выпадающих осадков, малой испаряемости и высокого расположения УГВ, Частично встречается верховодка. Зона характеризуется таежными и смешанными лесами и почвами подзолистого типа.

III — зона значительного увлажнения в отдельные годы, зона располагается в пределах оподзоленных почв лесостепи и выщелоченных черноземов, грунтовые воды залегают глубоко. Зона характеризуется избыточным увлажнением весной и осенью Среднегодовой коэффициент увлажнения для разных районов зоны находится в пределах 1—0,6. Условия увлажнения непостоянны. В отдельные годы приток влаги может превышать расход, в другие — может происходить обратное явление.

IV — зона недостаточного увлажнения — охватывает обширные территории, покрытые черноземами, а в южной части каштановыми почвами. Зона характеризуется умеренной влажностью верхних слоев грунта вследствие значительной испаряемости и небольшого количества осадков. Коэффициент увлажнения составляет 0,6—0,3. Грунтовые воды расположены на большой глубине.

V — засушливая зона-Зона характеризуется незначительным увлажнением грунтов вследствие сильной испаряемости. Коэффициент увлажнения не превышает 0,3—0,12, однако в весенний период на участках искусственного орошения и на участках с высоким уровнем грунтовых вод и засоленными грунтами земляное полотно может переувлажняться. Границы V дорожно-климатической зоны примерно совпадают с ландшафтной зоной сухих степей и полупустынь, которые характеризуются распространением бурых и каштановых почв с включением части солонцов и солончаков.

Установление расчетных значений природных факторов, исходя из принципа расчетной частоты повторяемости. Закономерности изменения природных условий на территории РФ. Принципы дорожно-климатического районирования. Учет природно-климатических факторов в нормах на проектирование дорог.

Вероятность появления, интенсивность и длительность метеорологических факторов в различных регионах различна. Региональный характер изменения погодно-климатических условий на территории страны приводит к тому, что автомобильные дороги одинаковых технических характеристик в одних регионах обеспечивают круглогодичное удобное и безопасное движение с высокими скоростями, а в других на таких же дорогах в отдельные периоды года наблюдается движение с пониженными скоростями и повышенной аварийностью.

Для комплексной оценки климата различных регионов проф. А.П. Васильев предложил показатель влияния климата на условия движения автомобилей

, где (4.23)

— коэффициент обеспеченности расчeтной скорости на эталонном участке дороги в эталонных метеорологических условиях;

— среднегодовой коэффициент обеспеченности расчeтной скорости на эталонном участке дороги с учeтом влияния на состояние поверхности дороги и режим движения всего комплекса погодно-климатических факторов, характеризующих климат данного района.

Физический смысл этого показателя заключается в том, что он показывает долю среднегодового снижения максимальной скорости движения на эталонном участке дороги под воздействием погодно-климатических факторов. Чем больше величина показателя влияния климата на условия движения П_К, тем значительнее его отрицательное воздействие на режим движения транспортных потоков. Таким образом, этот показатель позволяет количественно сравнивать климат различных регионов страны по степени влияния на условия движения.

Аналогично может быть оценено и изменение условий движения автомобилей в одном и том же регионе, но в различные периоды года. При этом необходимо учесть неравномерность изменения интенсивности движения по этим периодам:

, где (4.24)

— среднесезонный коэффициент обеспеченности расчeтной скорости на эталонном участке дороги;

— длительность сезона, сут;

— коэффициент учeта неравномерности движения по сезонам года (см. п. 6.5).

Чем больше величина показателя влияния сезонных погодно-климатических факторов на условия движения, тем более трудным для движения является этот период, а сумма сезонных показателей дает величину показателя влияния климата данного региона, то есть

П_К = П_Л + П_З + П_П, где (4.25)

П_Л, П_З, П_П – соответственно показатели влияния сезонных погодно-климатических факторов для летнего, зимнего и переходных периодов.

Показатель влияния климата и сезонных погодно-климатических условий позволяет осуществить районирование страны по условиям движения, т.е. выделить районы с различными расчeтными периодами. Для большинства районов нашей страны наиболее трудные условия движения наблюдаются в зимний и осенне-весенний периоды, а для районов с жарким и сухим климатом – летний период. Наиболее трудные периоды года по условиям движения и должны быть приняты за расчeтные при выборе методов и средств обеспечения удобства и безопасности движения. На основании выполненных исследований предложено районирование территории страны по влиянию климата на состояние поверхности дорог и условия движения (рис. 4.15).

Рис. 4.15. Районирование территории СССР по условиям движения на автомобильных дорогах

Зона I с зимним расчeтным периодом. К этой зоне отнесены районы, где зимний период составляет не менее 125 суток в году. Расчeтным для этой зоны является движение по заснеженному, скользкому покрытию при наличии суженной проезжей части. В пределах I зоны выделены подзоны с некоторыми отличительными признаками.

Подзона IА характеризуется тем, что здесь зимний расчeтный период является единственным, поскольку переходные периоды очень короткие (20—60 сут в году) и ими можно пренебречь. Скользкость покрытия определяется только гололeдом и наличием накатанного или рыхлого слоя снега на покрытии.

Подзона IБ характерна тем, что ее зимний расчeтный период дополняется значительным по длительности (60—100 сут) переходным периодом. Следовательно, в подзоне IБ необходимо конструктивные и организационные мероприятия дополнять мероприятиями, рассчитанными на обеспечение удобства и безопасности в переходные периоды года.

Подзона IВ близка по характерным особенностям к зоне II, так как длительность переходного периода достигает 120 сут. Расчeтными условиями являются скользкость и сужение проезжей части из-за наличия гололeда, снежных отложений, выпадения осадков и грязных обочин, то есть в этой подзоне необходимы мероприятия, характерные для зимнего и переходных периодов.

Основные правила направления трассы и факторы, влияющие на выбор трассы. Учет интенсивности и объема грузопотоков при выборе направления трассы. Учет рельефа и контурных препятствий.

Выбор направления трассы автомобильной дороги. На этапе проектирования дорог в обязательном порядке должны учитываться не только формы рельефа местности, земельные угодья, но и наличие промежуточных населенных пунктов, которые должны быть обслужены дорогой. Кроме того, должны быть учтены направления грузопотоков и их объемы.

До начала проектирования дорог и их строительства выполняются экономические изыскания, цель которых — выявление мест приема грузов, установка направления их перевозок между населенными пунктами (транспортных связей) и установка планируемых объемов перевозимых в будущем грузов по проектируемой дороге.

Для окончательного принятия решения по направлению дорог в пределах экономического и региональных районов выполняется анализ транспортных связей, который должен дать наглядную картину объемов перемещаемых грузов между населенными пунктами. Такой анализ позволит наметить направление дорог с минимальной их протяженностью. Ориентирование дороги на местности определяется ее трассой. Трассой принято называть положение оси дороги на карте местности.

Известно, что кратчайшим направлением дороги, соединяющим на карте местности начальные и конечные пункты, является прямая — воздушная линия. Однако строительство дорог по прямым линиям между населенными пунктами практически не ведется, так как на пути прокладки дорог по прямым линиям могут встретиться такие препятствия, преодоление которых окажется экономически намного дороже их обхода с некоторым отклонением от кратчайшей прямой линии. Препятствия могут быть контурные и высотные. К первым относятся сами населенные пункты, реки и озера, заболоченные участки земель, заповедники и др., ко вторым — горные хребты, различные возвышенности, овраги, балки, ущелья, глубокие котловины.

Отклонение трассы от кратчайшего прямого направления вызывается также наличием контрольных точек, через которые обязательно должна пройти дорога. К контрольным точкам относятся мосты через реки, согласованные места пересечения с железными и автомобильными дорогами, горные перевалы, места примыканий к населенным пунктам и др.

Дороги с интенсивным транзитным движением строят в настоящее время в обход населенных пунктов, повышая, таким образом, жизнедеятельность их населения.

При выборе трассы автомобильной дороги проектировщикам часто приходится учитывать реальные ситуации на местности, решать порой довольно сложные задачи, придерживаться главного принципа — дорога в своем воздействии на окружающую среду должна приносить как можно меньше вреда и, в то же время, воздействие местных природных условий на дорогу (затопление, снежные заносы, просадочные лессовые грунты, горные оползни, осыпи и др.) должно быть наименее опасным.

От топографических условий, главным образом от рельефа местности, зависит расположение трассы будущей дороги и объемы строительных работ.

Геологические и климатические условия в свою очередь также влияют на выбор трассы будущей дороги.

Обходя контурные и высотные препятствия, проектировщикам автомобильных дорог приходится удлинять ее трассу. Затраты в каждом случае возрастают и приходится искать экономически оправданный вариант трассы.

Коэффициент развития трассы КР1. (отношение реальной длины принятого варианта трассы к кратчайшему расстоянию по воздушной линии) может служить показателем экономичности при сравнении между собой нескольких вариантов. Однако, в зависимости от предполагаемой интенсивности движения по будущей автодороге, высотные препятствия иной раз обходят, удлиняя трассу, или, наоборот, преодолевают их по кратчайшему расстоянию (пробивая тоннели) с выполнением больших объемов земляных и строительных работ и высокими экономическими затратами. Выбор такого решения обычно оправдывается снижением транспортных затрат в перевозках грузов и пассажиров после ввода в эксплуатацию построенной дороги.

На рис. показано несколько вариантов воздушной линии между опорными пунктами. Как видно из рисунка, при прокладке трассы дороги между пунктами А и С возможны варианты трассы: правого обхода болота и озера; правого обхода болота и пересечения озера (в обоих случаях дорога проходит через промежуточный пункт В, пересекая под прямым углом большую реку в районе точки г); левого обхода заповедника и озера. Правый вариант дороги через озеро с пересечением гряды холмов в седловине в точке к и следом в выемке под железной дорогой пригоден больше для дорог высшей категории. Пересечение железных дорог в глубоких выемках удобно для строительства путепроводов. В седловинах холмов уменьшается объем земляных работ. Направление трассы через заповедник недопустимо. Левый вариант трассы с обходом заповедника, озера и пересечением большой реки в пункте л, гряды холмов в седловине и железной дороги в глубокой выемке будет связан с большим объемом работ на заболоченном участке. Окончательное решение по выбору варианта трассы между населенными пунктами Аи С с учетом ситуации на местности может быть принято после технических и экономических расчетов, т. е. должно быть выполнено технико-экономическое обоснование (ТЭО).

 

Учет снегозаносимости. Развитие трассы на склонах. Проложение дорог в районе населенных пунктов. Обходы городов, кольцевые дороги. Учет требований охраны природы и ландшафтного проектирования.