§ XXXII.10. 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 пли грязе-каменные 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 грязе- каменных материалов, смываемых за один сель, может достигать 20 ООО 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 грязекамен- ного 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.

Скорость селевого потока может быть определена по формуле

у^кН'-'Ч¹''², (XXXII.4)

где #_Ср — средняя глубина, м; ( — уклон лога; к — коэффициент, зави­сящий от величины среднего диаметра О наносов селевого потока.

О, см 19 17 15 13 12 10

к 10 20 50 100 200 500

С грубым приближением можно считать, что максимальная ско­рость селевого потока V — 5 У И (м/с) Установив горизонт прохож­дения селевого потока и его скорость, можно определить селевой расход.

Проф. Е. В. Болдаков рекомендует использовать для определе­ния максимального расхода селевого потока и объема выноса нес­колько видоизмененные упрощенные формулы Союздорннн:

расход, м³/с: = Р^:1 к, (XXXII.5)

объем стока, тыс. м³: УР — КкРу_ос. (XX XII.6)

В этих формулах: К — увеличение слоя стока за счет включения камня и грунта. Для грязекаменных потоков К = 1,7, для водокамепных К = 1,2; к — слой стока; \|>—морфологический коэффициент, зависящий от уклона; Р — площадь водосбора; к — коэффициент гидравлической шероховатости лога; зна­чение к принимают для грязекаменных потоков равным 10, для водокамепных 5; т и п — показатели степени; у_ос — коэффициент неравномерное!и осадков.

Наиболее целесообразно пересекать селевые потоки в пределах транзитного русла, где имеются устойчивые скальные берега и русло потока, как правило, жестко фиксировано. Водоток перекрывают одним пролетом моста с возвышением низа пролетного строения над горизонтом высоких вод не менее 1 м

.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, возможно проложить дорогу вдоль водотока, если он в паводки пе затап­ливает долину.

При неизбежности пересечения дорогой селевого потока в пре­делах конуса выноса необходимо прокладывать трассу в его иизовой 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 выноса и рекой, иногда с верховой стороны устраивают наносо- задерживающие дамбы, которые, замедляя селевой поток, вызывают отложение наносов (рис. XXXII.29). Они бывают сплошные или пре­рывистые. Сплошные дамбы рекомендуются, если ширина русла, по которому стекает сель, превышает 100 м. Необходимая длина дамбы зависит от ширины русла и крупности частиц, откладываемых наносов н может быть определена по формуле

= (ХХХП.7)

где |3 — коэффициент стеснения русла дамбой; В — ширина русла, м.

Коэффициент стеснения назначают в зависимости от предусмат­риваемого процента к задержания наносов дамбой и относительной

крупности наносов

Процент задержания наносов к 100 75 50

Коэффициент с1ссиения Р . , 0,55-0,65 0,40—0,45 0,30—0,35

Рис XXXII 29. Наносозадерживающне дамбы!

а — сплошные б — прерывистые; I — граница конуса выноса

Большие величины отно­сятся к случаям, когда0_Ср/В >0,01. Рекомендуется рас­полагать дамбу от дороги на расстоянии не менее тройной ее длины. Прерывистые дам­бы применяют при ширине русла до 100 м. Общую их длину определяют по форму­ле (ХХХП.7), 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 м³/с при крупности камней не более 0,3—0,4 м³, подходящих к дороге по руслу с большими уклонами, проектируются селеспуски (селе- дуки), пропускающие селевые потоки над дорогой (рис. XXXII.30). 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 сопряжение 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, пе превышающий 10—15°.

Рис. ХХХП.ЗО. Конструкция селедука?

а — общая схема, б — план концевою участка

§ ЛЛА11.11. ПЬНЬСЬЧЕНИЕ ДОРОГАМИ ОПОЛЗНЕВЫХ УЧАСТКОВ

Оползни являются частой причиной разрушения дорог, проло­женных по косогорам. В СССР оползни распространены в Поволжье, на Южном берегу Крыма, в Молдавской ССР, на Черноморском по­бережье Кавказа. Большие оползни, захватывающие значительную площадь, заграшвают интересы многих отраслей народного хозяй­ства. Борьба с ними ведется по специальным проектам. Дорожным организациям обычно приходится встречаться с малыми оползнями в пределах придорожной полосы, закрепление которых представ­ляет меньше трудностей Однако во всех случаях успешная борьба с оползнями возможна только на основе детального изучения всех причин, вызывающих их появление, и правильного выбора мероприя­тий по закреплению склонов.

Главной причиной оползней является несоответствие крутизны склона или его напластований прочностным свойствам или состоянию слагающих его пород. Оползневой процесс активизируется в резуль­тате воздействия грунтовых или поверхностных вод, уменьшающих сопротивление грунтов сдвигу и увеличивающих вес подверженной оползанию массы.

Постройка дороги может активизировать оползни в результате подрезки склонов при устройстве выемок и разработке карьеров, дополнительной нагрузки склонов от веса насыпей, переувлажнения грунта оползня при застоях воды в сооружениях системы дорожного водоотвода.

В зависимости от геологического строения склонов влияние про­никающей влаги проявляется по-разному Верхние однородные глинистые слои на крутых склонах, насыщенные водой, стекают как вязкая масса, образуя сплывы. Большие однородные грунтовые массивы из-за увеличения веса влажного грунта могут обрушиваться по образующимся кривым скольжения.

Анализ, приведенный Э. М. Добровым, показал, что из оползней, повреждавших автомобильные дороги, 65% было вызвано перегрузкой склонов весом насыпей, 22—неудовлетворительной работой системы водоотвода и 13% — подрезкой откосов при устройстве земляного полотна.

При наличии подстилающих наклонных плотных водонепрони­цаемых пород просочившаяся вода, насыщая нижние слои грунта, вызывает потерю сцепления в глинистых грунтах и массив сползает по фиксированной поверхности скольжения. На берегах рек и морей оползни часто вызываются подмывом крутых берегов. Возможны оползни, связанные с подрезанием выемками склонов.

Для оползневых участков характерны следующие элементы (рис. XXXII.31): поверхность скольжения— поверхность, по которой происходит обрыв грунтового массива (тела оползня) и смещение его вниз; подошва оползня — линия выхода поверхности скольжения внизу; трещины отрыва — образуются у выхода поверхности сколь­жения на верхнюю поверхность склона перед подвижкой оползня, за

Оползни являются динамическими системами, коэффициент устой­чивости которых меняется во времени.

Оползни обычно повторяются периодически. После подвижки оползня на несколько лет наступает период относительной стабили­зации. Но в это время скрыто под влиянием проникающей влаги и нагрузок в теле оползня медленно протекают процессы накопле­ния деформаций ползучести, снижения величины сцепления в грун­те и местные подвижки. Через некоторое время происходит общая подвижка, а затем наступает новый период затухания оползня. Про­должительность цикла обычно составляет от 5 до 20 лет. Поэтому на геологическом профиле оползня обычно можно различить не­сколько последовательно сместившихся массивов. При их подвижке внизу у подошвы оползня образуются бугры выпирания.

Признаками оползневых склонов является характерный рельеф, на котором видны следы прошлых оползней — валы взбугривания у подошвы склона, наклонные саблевидные деревья («пьяный лес»). Положение трассы иа оползневых участках выбирают после их де­тального исследования, Необходимо изучить зону распространения оползневых явлений, геологическое строение косогора, установить водоносные горизонты, дебит грунтовых вод и направление стока. Оценка склонов по подверженности оползанию может быть проведена по аэрофотоснимкам, на которых ясно различимы геоморфологи­ческие признаки оползней — срывы, ступени, валы надвигания и выдавливания, бугры, западины и др. Глубина залегания поверхности скольжения может быть установлена сейсмоакустическими обследо­ваниями.

На основе собранных материалов устанавливают причины возник­новения оползней, намечают мероприятия для устранения причин, вызывающих появление оползня, оценивают его устойчивость ц вы­бирают направление трассы.

Рис. ХХХП.31. Схема строения оползня:

/ — оползневый цирк; 2 — главный уступ (стенка срыва); 3 — триедины разрыва; — бровка срыва: 5 — верпшна оползня; 6 — внутренний уступ; 7 — поверхность сколь­жения; 8 — тело оползня; 5 — трещины вспучивания; 10 — неровности рельефа по­верхности оползня; 11 — подошва оползня, 12 — деформация основания оползая, 13 — коренной массив

Контрольные расчеты устойчивости оползневых склонов ведут по методам, описанным выше в гл. XIV. Наибольшую сложность представляет выбор расчетной поверхности, по которой может про­изойти сдвиг горных пород. Вероятное ее положение определяется расположением геологических напластований — границами корен­ных и четвертичных пород, поверхностью водонепроницаемых слоев, тонкими прослойками водоносных песков и т. д. Необходимо рас­смотреть несколько вариантов положения и очертания поверхности скольжения, аппроксимируя фактические границы слоев цилиндри­ческой поверхностью или рассматривая ее как ломаную фиксирован­ную.

Рис. XXXII32 Схема противоополз­невых мероприятий: а—комплекс противооползневых мероприя­тий на прчдорожном оползне, б — сеть ка­нав по путям стока ливневых и талых вод; я — равномерная сеть канэв на спланиро­ванной поверхности оползня, /—нагорная канавч, 2 — граница оползня: 5—канавы, укрепленные мощением, 4 — шюльпл; 5—дорога

а)

может вызвать активизацию оползневых процессов. При неиз­бежности пересечения оползня следует проходить насыпью в ниж­ней подошвенной части оползнево­го массива, что повышает устойчи­вость оползня. Выемки, наоборот, допустимы только в верхней и средней части оползневого склона.

Основная идея проектирования мероприятий по повышению ус­тойчивости оползневых массивов, по которым проходит дорога, — устранение причин, вызывающих оползание, в первую очередь предотвращение проникания воды. К мерам предупредительного ха­рактера относятся организация правильной системы водоотвода, охрана насаждений и соблюдение необходимых агротехнических правил, запрещение строительных и сельскохозяйственных работ, нарушающих устойчивость скло­нов.Установив по данным топогра­фической съемки план оползневого участка, а по инженерно-геологи­ческим обследованиям — направ­ление и мощность потоков грунто­вых вод, в первую очередь прини­мают меры к полному отводу от

оползневого участка поверхност­ных и грунювых вод, устраивая систему канав и дренажей.

Для предотвращения проника­ния воды в оползневый массив предусматривают ряд мероприя­тий (рис. XXXII.32): отвод по­верхностных вод с помощью пла­нировки поверхности — засыпки впадип, устройства нагорных и водоотводных канав с укреплен­ными против просачивания дном и откосами; перехват дренажами поступающих с вышерасположен­ной части склона грунтовых вод; осушение тела оползня дренажа­ми при наличии в нем водонос- пых прослоек. На крытых участ­ках канав устраивают перепады и быстротоки.

Нагорные канавы для пере­хвата притекающих поверхност­ных вод располагают по перимет­ру оползневого участка, придавая им уклон не более 20—30°/₀₀ и назначая их сечение и укрепление по расчету. При большой скорости течения воды канавы укрепляют сборными бетонными лотками. Сосредоточение в нагорной канаве большего количества воды нежелательно, так как при повреждении укреплений возможно ее проникание в грунт. Поэтому при большом притоке воды вместо одной глубокой канавы предусматривают два или три ряда нагорных канав с самостоятельным отводом воды га пределы участка.

Чтобы быстро удалить воду с поверхности оползня и уменьшить ее впитывание, на оползневом склоне располагают разветвленную сеть канав с водонепроницаемым укреплением (см. рис. XXXII.32, б). Их трассируют по наметившимся путям стока талых и ливневых вод или по сетке параллельных канав, отводящих воду к магистральным канавам, расположенным у границ оползня (см. рис. XXXII.32, «г).

Для перехвата грунтовых вод по границе оползневого участка и в теле оползня закладывают дренажи. Ограждающие дренажи должны перехватывать подземные воды за пределами оползневых смещении.

щие воду к подножью склона. Про­дольные дренажи, располагаемые вдоль оползня, менее чувствительны к его подвижкам, чем поперечные. В местах соединения или изменения направления дренажей устраивают смотровые колодцы. При залегании грунтовых вод иа глубине более 5 м сооружают дренажные штольни, про­кладываемые способом горной про­ходки. Их располагают на коренных водоупорных породах.

Для повышения устойчивости не­больших оползневых массивов при­бегают к мерам, направленным на уменьшение веса сползающей массы, создание связи оползающей части склона с ее ложем и увеличение со­противления сдвигу по поверхности скольжения. С этой целью преду сма грнвают:

повышение сцепления оползневой массы с ложем оползня посред­ством устройства набивных бетонных шпон и забивки свай;

возведение удерживающих сооружений — подпорных стен, контр­форсов, контрбанкетов и т. п., врезаемых в ненарушенные прочные породы (рис. XXXI 1.33);

укрепление береговых склонов против подмыва водотоками уст­ройством защитных дамб и покрытий;

обработка грунтов в зоне поверхности скольжения пнъектиро- ванием вяжущих материалов или электрохимическим способом;

закладка анкеров для удержания оползающих масс. Анкеры вклю­чаются в работу по мере развития деформации ползучести массива грунта (рис. XXXII.34);

разгрузка оползневого склона путем срезки грунта в пределах активной части оползня с перемещением его в пассивную зону.

Намеченную конструкцию противооползневых мероприятий про­веряют расчетом.

Большинство этих мер не нашло еще сколько-нибудь широкого применения в строительстве и эксплуатации дорог, где для борьбы с оползнями применяют в основном мероприятия по отводу поверх­ностных и грунтовых вод и устраивают подпорные стенки.