Особенности проложения дорог в районах распространения вечномерзлых грунтов. Наледи и борьба с ними
Вечномерзлыми (многолетнемерзлыми) называют грунты, содержащие замерзшую воду и имеющие температуру ниже 0° С в течение длительного периода времени, измеряемого десятками тысячелетий. В мерзлой толще грунтов всегда содержится лед—от кристаллов в порах между грунтовыми частицами и тонких прослоек между структурными агрегатами до толстых ледяных жил в трещинах мерзлого грунта и погребенных слоев льда. При оттаивании содержащие лед мерзлые грунты оказываются избыточно увлажненными, а возведенные на них сооружения претерпевают значительную осадку. Верхний слой грунта, который в теплое время года оттаивает, а зимой вновь замерзает, называют деятельным слоем. Если он соединяется с поверхностью вечной мерзлоты, последнюю называют сливающейся.
Мерзлые грунты водонепроницаемы. Поэтому в нижней части деятельного слоя происходит накопление воды от таяния льда, образующегося в результате процессов зимней миграции влаги и от проникания дождевых и талых вод. Избыток воды просачивается через толщу деятельного слоя, стекая от поверхности мерзлого грунта. При оттаивании пылеватые льдонасыщенные вечномерзлые грунты из практически твердого состояния переходят в разжиженное, растекаясь под действием собственного веса. Поэтому часто откосы выемок, устроенных в зимнее время, весной, оттаивая, сплывают на дорогу. Оттаивание мерзлых оснований под насыпями в зависимости от количества льда, содержащегося в грунте, вызывает дополнительные осадки или полное расползание насыпей.
Трассу автомобильных дорог в зоне распространения вечномерзлых грунтов следует по возможности прокладывать по участкам с наиболее благоприятными условиями грунтов и рельефа, отдавая преимущество сухим местам, на которых изменение режима вечной мерзлоты и оттаивание грунтов не отражаются на устойчивости земляного полотна. Применительно к условиям зоны распространения вечномерзлых грунтов целесообразно различать следующие типы местности: 1-сухие места с обеспеченным поверхностным стоком — каменистые возвышенности, крутые склоны сопок, участки с близким залеганием коренных скальных пород или сложенные на глубину 10 м и более каменистыми, гравелистыми и песчаными сухими грунтами Строительные свойства таких грунтов не меняются при замерзании и оттаивании. 2-сырые места с избыточным увлажнением в отдельные периоды года — пологие склоны гор южной экспозиции, плоские водоразделы.3-переувлажненные (мокрые) места — мари, заболоченные тальвеги и пониженные места рельефа с развитым мохоторфяным покровом, с необеспеченным водоотводом и избыточным увлажнением.
Дороги следует стремиться прокладывать в насыпях с рабочими отметками, гарантирующими снегонсзаиосимость. Выемки допустимы лишь в скальных породах и в сухих грунтах.
Конструкция земляного полотна автомобильных дорог в зоне вечномерзлых грунтов должна учитывать изменения водно-теплового режима придорожной полосы, вносимые строительством и последующей эксплуатацией дороги. Необходимо соблюдении температурных режимов мерзлого грунта в основании земляного полотна:
сохранение вечномерзлых грунтов в основаниях в течение всего периода эксплуатации дороги; частичное оттаивание мерзлою грунта па величину, определяемую расчетом; оттаивание мерзлого грунта до начала строительства дороги до глубины, на которой он уже не влияет на работу земляного полотна и осушение придорожной полосы.
Дорогу проектирую в насыпях, сооружаемых из неподверженных пучению песчаных и супесчаных грунтов, крупнообломочных горных породи привозных глинистых грунтов.
После постройки насыпи уровень вечной мерзлоты повышается, и она достигает подошвы насыпи. Необходимо, однако, учитывать, что возможные изменения водно-теплового режима грунтов в процессе эксплуатации придорожной полосы, например вырубка леса и уничтожение мохового покрова, будут неизбежно отражаться на состоянии дороги, вплоть до полного ее разрушения. Высота насыпи должна быть равна толщине слоя промерзания с введением поправок на условия оттаивания.
При проектировании дороги с частичным оттаиванием придорожной полосы учитывают уплотнение оттаявшего грунта, происходящее в процессе эксплуатации дороги под действием веса насыпи и проходящих автомобилей, а также зимнее вспучивание и последующую осадку, которые нарушают ровность дорожных одежд и могут явиться
причиной их разрушения. Высота насыпей, определенная по расчету на оттаивание льдонасыщенного основания, может быть уменьшена путем закладки в теле насыпи теплоизоляционных слоев. В настоящее время широкое применение находят искусственные пористые теплоизоляционные материалы — пенопласт, полиуретан, полистирол. Толщина изоляционных слоев должна быть обоснована теплотехническими расчетами.
НАЛЕДИ И БОРЬБА С НИМИ
Наледями называют отложения льда, образующиеся во время сильных морозов в результате периодического выхода на поверхность грунтовой или речной воды, а также таяния снега в предшествующую оттепель. Наледные бугры, рост которых обычно начинается в декабре, увеличиваются до конца марта, часто оттаивая только в середине лета. Наледи, образующиеся в придорожной полосе, заливают дорогу,закрывают отверстия' водопропускных сооружений, создавая тем самым значительные трудности для нормальной эксплуатации дороги. По условиям питания различают несколько видов наледей: подземных вод (ключевые наледи), грунтовых вод деятельного слоя (грунтовые наледи), речных и талых вод (поверхностные наледи) и смешанные, от одновременного действия нескольких причин.
Строительство дорог изменяет природный режим вечномерзлых грунтов и активизирует образование наледей. Вырубание леса и кустарников, уплотнение и осушение поверхностных слоев грунта на придорожной полосе увеличивают глубину зимнего промерзания, что способствует развитию наледных процессов вблизи от дорог.
Дорога в нулевых отметках, очищаемая от снега, промерзает на большую глубину и быстрее, чем прилегающая местность. Деятельный слой смыкается под полотном дороги с мерзлотой, создавая перемычку, прерывающую движение грунтовых вод. Это создает условия для образования с нагорной стороны дороги грунтовых наледей, вода
которых заливает дорогу.
При изысканиях дорог в зоне вечной мерзлоты следует обходить с нагорной стороны места образования наледей и выхода родников подземных вод. Водотоки следует пересекать на прямых глубоких участках, избегая мест, наиболее подверженных быстрому зимнему промерзанию. В проекте дороги в условиях вечной мерзлоты необходимо преду-
смотреть противопаледные мероприятия. Тип их зависит от вида наледей и характера мерзлоты, эти мероприятия должны быть направлены в первую очередь на предотвращение образования наледей, т. е. проектирование
дороги и искусственных сооружений должно предусматривать сохранение водно-теплового режима грунта и водотоков на придорожной полосе. При невозможности предотвратить возникновение наледей на основе опыта строительства и эксплуатации автомобильных и железных дорог можно рекомендовать: для пропуска больших наледей речных поверхностных вод, образующихся выше дороги, увеличивать отверстия мостов и высоту насыпей, обеспечивая свободный пропуск воды; малые расходы пропускать через сооружения по углубленным и утепленным руслам;
из пересекаемых при строительстве дороги водоносных горизонтов, отводить воду под дорогой дренажами;
при малом дебите источников и выходе их на большом расстоянии от дороги удерживать вышедшие на поверхность грунтовые воды земляными валами. Чтобы предотвратить выход на дорогу наледей грунтовых вод, в
процессе эксплуатации дороги, искусственно вызывают образование
наледи в стороне от защищаемого объекта, с помощью мерзлотных поясов. Мерзлотным поясом называют широкую, но мелкую канаву, отрываемую вдоль дороги с нагорной стороны . Перед канавой на 5—10 см снимают мох и торф, складывая их в валик с низовой стороны. По опыту строительства, мерзлотным поясам следует придавать размеры: ширина канавы до 2 м, глубина канавы 1—0,6 м, ширина расчищенной полосы 10—15 м, расстояние от пояса до гра-
ницы ограждаемого сооружения 50—100 м. Если одного грунтового пояса недостаточно, устраивают дополнительные полосы выше по логу в 50—100 м друг от друга. Зимой мерз-ные пояса очищают от снега, поэтому грунт под ними,
быстро промерзая, образует мерзлотную перемычку, вызывающую наледь. Мерзлотные пояса на лето необходимо закрывать слоем теплоизолирующих материалов (мха или сухого торфа), иначе грунт под ними может протаять на большую глубину, чем в других местах. По аналогии с мерзлотными поясами на небольших водотоках а
малыми расходами и низкой температурой воды устраивают вымощенные камнем уширения русла глубиной 0,5 м, шириной 2—8 м и длиной 5—10 м. Глубина протекающей поды не должна превышать 5 см, На участках с уклонами на дне устраивают перепады высотой не более 0,5 м.
