КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Дорожно-климатическое районирование первой зоны - зоны вечной мерзлоты России
Распространение вечной мерзлоты на территории Российской Федерации Технико-экономическое сравнение вариантов развязок движения Возможность рассмотрения при автоматизированном проектировании для одного и того же транспортного узла большого числа типов развязок движения, а также большого числа вариантов планировочных и конструктивных решений элементов развязок ставит перед инженером-дорожником проблему сравнения конкурирующих вариантов по различным экономическим и техническим показателям. Выбор оптимального варианта развязки позволяет при умеренных капиталовложениях в строительство эффективно организовать перевозки грузов и пассажиров и обеспечивает получение единовременного и ежегодного экономического эффекта в результате: снижения транспортно-эксплуатационных расходов; увеличения скоростей движения транспортных потоков; сокращения потерь времени при простоях автомобилей на пересечении; сокращения времени пребывания в пути пассажиров и грузов; снижения потерь народного хозяйства из-за дорожно-транспортных происшествий. Технико-экономическое сравнение вариантов пересечений, особенно на ранних стадиях проектирования при выборе принципиальных решений, выполняют в следующей последовательности: в соответствии с перспективной интенсивностью движения, ее распределением по направлениям и местными специфическими условиями назначают соответствующее число приемлемых для данных условий типов развязок движения (в частности, могут быть рассмотрены развязки полные и неполные); для каждого типа развязки устанавливают ряд подвариантов конструктивных и планировочных решений, подсчитывают объемы работ и определяют строительную стоимость;
решают вопрос необходимости стадийности строительства в соответствии с ростом интенсивности по возможности без бросовых затрат. При решении в пользу стадийного строительства расчетный период суммирования затрат подразделяют на этапы; для каждого года эксплуатации определяют интенсивность движения, потери времени на пересечении, средние скорости транспортных потоков, количество дорожно-транспортных происшествий и вычисляют транспортно-эксплуатационные расходы; определяют суммарные приведенные затраты по каждому из вариантов решения развязки и принимают к строительству вариант, характеризуемый наименьшей их суммой. Все варианты сравнивают в пределах участков пересекающихся дорог в границах, определяемых вариантом с наибольшими линейными размерами. При расчетах суммарных приведенных затрат по вариантам учитывают следующие их составляющие: общий объем капиталовложений в строительство, включая стоимость сноса зданий и сооружений, стоимость отчуждения земель под развязку и т.д.; капитальные вложения в автомобильный транспорт, необходимые для выполнения расчетного объема грузо- и пассажироперевозок; автотранспортные расходы; расходы по текущему ремонту и содержанию развязки; затраты, связанные со временем нахождения пассажиров в пути следования; потери, связанные с дорожно-транспортными происшествиями. Таким образом, суммарные приведенные затраты по каждому варианту решения развязки определяются:
N - число лет строительства; К 0 - первоначальные капитальные вложения в строительство с разбивкой по годам; К 0t - капитальные вложения в t-м году при стадийном строительстве, - единовременные затраты на приобретение подвижного состава для осуществления объема грузо и пассажироперевозок, соответствующего началу эксплуатации развязки;
- дополнительные вложения в автомобильный транспорт в t -м году сообразно росту объемов перевозок; - затраты в t -м году на текущий ремонт и содержание пересечения; - автотранспортные расходы в t -м году; - потери, связанные с временем следования в пути пассажиров в t -м году; - потери, связанные с дорожно-транспортными происшествиями; Тр - расчетный год сравнения вариантов; Eнп = 0,08 - нормативный коэффициент приведения разновременных затрат*. * Глава подготовлена с использованием материалов Справочника инженера-дорожника (Проектирование автомобильных дорог: Справ. инж.-дор./ Под ред. д-ра техн. наук Г.А.Федотова. - М.: Транспорт, 1989. - 438 с). ГЛАВА 19. ОСОБЕННОСТИ ИЗЫСКАНИЙ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДОРОГ НА МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ (ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ) ГРУНТАХ Проектирование и строительство автомобильных дорог в зоне вечной мерзлоты началось в 60-х годах XX столетия, связано с освоением целинных и залежных земель и особенно усилилось после открытия нефтяных и газовых месторождений в Западной Сибири. Дорожное строительство в районах распространения вечной мерзлоты имеет целый ряд особенностей, связанных со сложностью природных условий и с трудностями социально-экономического характера России, особенно ее удаленных регионов: прежде всего, это наличие огромных территорий, занятых озерами, болотами, марями и многолетнемерзлыми грунтами (ММГ); практически повсеместное отсутствие качественных дорожно-строительных материалов: песчано-гравийных, щебеночных и других каменных материалов, необходимых для строительства дорог; широкое распространение глинистых пылеватых грунтов, неблагоприятных для дорожного строительства; очень короткий теплый период года (менее 2,5-4,5 месяцев) для ведения работ по строительству дорог; суровые длинные зимы (до 7-9 месяцев) с очень низкими отрицательными температурами воздуха, доходящими до минус 60°-70° С и ниже, не позволяющие практически вести дорожно-строительные работы; наличие в северных и центральных районах с ММГ жильных и погребенных льдов, вытаивание которых приводит к значительным термокарстовым просадкам и катастрофическим провалам как местности, так и полотна дорог и других насыпных дамб, площадок и т.д.;
распространение мерзлотно-геоморфологических образований: бугры пучения, морозобойные трещины, формы рельефа, поверхностные надпочвенные образования в результате нивации и солифлюкции, а также наледи и термокарстовые явления; значительная удаленность от экономически развитых районов страны и слабое развитие транспортной сети (менее 0,1-0,3 км на 1000 квадратных км территории), вследствие чего стоимость дорожного строительства в три раза, а в отдельных районах Крайнего Севера в пять-шесть раз выше, чем в Центральных районах Европейской территории Российской Федерации; высокая стоимость рабочей силы на Крайнем Севере (в 3,4-4,8 раза больше), которая зависит не только от повышенной трудоемкости работ, но и повышенных тарифных ставок, льгот для работников и их семей; дорожное строительство в районах Крайнего Севера нельзя вести методами и той же техникой, как в более южных зонах, особенно, если учесть уязвимость экологии Севера. На нашей планете вечномерзлые (ВМ), многолетнемерзлые (ММ) и мерзлые (М) породы (грунты) являются закономерными естественно - историческими образованиями, которые характеризуются определенными законами возникновения, существования, развития и распространения. На территории бывшего СССР площадь, занимаемая вечномерзлыми и многолетнемерзлыми грунтами, составляет 11,454 млн. км2 (рис. 19.1), при этом в современной Российской Федерации она превышает 65 % ее территории, в том числе занимает 85 % территории Сибири, 95 % республики Саха (Якутии) и т.д. (табл. 19.1). Таблица 19.1 Распространение вечной мерзлоты на территории бывшего СССР
Рис. 19.1. Схематическая карта распространения многолетнемерзлых грунтов по данным кафедры геокриологии МГУ им. М. В. Ломоносова. Условные обозначения: Главной особенностью территорий зоны вечной мерзлоты является то, что их освоение сопровождается образованием термокарстовых озер из-за таяния мерзлых грунтов и вытаивания жильных и погребенных льдов при нарушении мохорастительного покрова. Передвижение по таким местам с тяжелой техникой наносит непоправимый ущерб территориям, это ограничивает возможные сроки сообщения между населенными пунктами. Почти полное отсутствие дорог на большей части территории Сибири и Крайнего Севера затрудняет развитие этих регионов и доставку любых грузов, даже самых необходимых, жизненно важных продуктов жизнедеятельности местного и приезжего населения. Связь между населенными пунктами бывает возможной только по зимним дорогам (автозимникам, ледовым переправам). Разнообразие природно-климатических условий России учитывают с помощью дорожно-климатического районирования (ДКР), получившего в разные периоды отражение в нормативных документах (ВСН 84-62, ВСН 84-75, ВСН 46-83, СНиП 2.05.02-85, ВСН 84-89, ОДН 218.046-01 и др. [11, 15, 16, 24, 26, 29]. Многолетний опыт применения существующего дорожно-климатического районирования выявил, что оно не удовлетворяет в полной мере практике изысканий, проектирования дорог, особенно в районах с наличием многолетнемерзлых грунтов и требует дальнейшего уточнения и детализации. Целесообразно территорию России разделить на два региона [12, 13, 19, 21, 22, 47]: 1-й основной, особенностью которого является сезонное промерзание грунтов (~ 30-35 % территории России); 2-й, в котором поверхностный слой грунтов протаивает летом на некоторую глубину (сезонное оттаивание грунтов), а остальную часть года находится в мерзлом состоянии (~ 65-70 % территории России занимает вечная мерзлота (рис. 19.1) [33]. Линией раздела регионов следует считать границу распространения многолетнемерзлых грунтов на территории России. В Северном полушарии Земли вечная мерзлота занимает более 22 млн. км:, из которых на долю территории бывшего СССР приходилось более половины (11,454 млн. км:), а в современной Российской Федерации превышает 65 % ее территории, в том числе занимает 85 % территории Сибири, 95 % республики Саха-Якутия [33] (см. рис. 19.1, табл. 19.1).Изучение природных условий зоны вечной мерзлоты показало, что на ее территории отчетливо выражено зональное изменение основных физико-географических факторов. Это диктует необходимость деления территории зоны вечной мерзлоты на подзоны. На основе исследований, проведенных Омским филиалом СоюздорНИИ (на дорогах Сибири и Крайнего Севера, в Якутии, Бурятии и других регионах с участием МАДИ (д-р техн. наук, проф. Н.А. Пузаков), ОмСХИ (д-р с/х наук, проф. B.C. Мезенцев), ВОЛАТТ (д-р техн. наук, проф. И.А. Золотарь) и результатов многолетних наблюдений (мониторинг дорог) за мерзлотным режимом на постах и опытных участках автомобильных дорог, зона вечной мерзлоты была разделена на фи характерные подзоны. В настоящее время границы этих подзон значительно уточнены (рис. 19.2) автором настоящего раздела с учетом последних карт мерзлотоведов (рис. 19.1) на основе исследований проф. В.А. Давыдова (рис. 19.2). При этом названия подзон были сохранены аналогично предыдущим публикациям и нормативно-техническим документам (ВСН 84-75, ВСН 84-89) [29], однако при этом значительно уточнены границы подзон с конкретным указанием географических названий мест («Малая»* таблица районирования, табл. 19.2) [47]: Рис. 19.2. Схематическая карта дорожно-климатического районирования зоны вечной мерзлоты (по В.А. Давыдову) Первая подзона I1 - Северная подзона низкотемпературных многолетнемерзлых грунтов (НТММГ) сплошного распространения с высокой влажностью грунтов сезоннооттаивающего слоя (влажность грунтов выше предела текучести, > Wтек); Вторая подзона I2 - Центральная подзона (НТММГ) сплошного распространения с умеренной влажностью грунтов сезоннооттаивающего слоя, Wотн = (0,7-1) Wтек; Третья подзона I3 - Южная подзона высокотемпературных многолетнемерзлых грунтов (ВТММГ) сплошного и островного распространения с умеренной влажностью грунтов сезоннооттаивающего слоя, Wотн = (0,7-1) Wтек. В связи со значительной громоздкостью (из-за перечисления множества населенных пунктов и географических названий) «Большая» таблица дорожно-климатического районирования здесь не приведена в полном объеме: она имеется в научном отчете отдела № 31 ГП «Росдорнии». Выполнить это деление на подзоны в настоящее время представилось возможным, учитывая исследования мерзлотоведов, наличие карт распространения многолетнемерзлых грунтов на территории бывшего СССР, например, в 1991 году была подготовлена обобщенная карта «Геокриологическая карта СССР» (масштаб 1:2 500 000), разработанная кафедрой геокриологии МГУ им. М.В. Ломоносова. Основными разработчиками и составителями карты являются: Э.Д. Ершов, К.А. Кондратьева, С.А. Замолотчикова, Н.И. Труш, Е.Н. Дунаева, А.В. Гаврилов, В.Е. Афанасенко, С.Ф. Хруцкий и др. [33]. В основу дорожно-климатического районирования положены факторы, оказывающие решающее влияние на устойчивость дорожных конструкций в данной зоне: вид грунта сезоннооттаивающего слоя и его влажность; характер распространения многолетнемерзлых грунтов и их температура; мощность слоя сезонного оттаивания; среднегодовые температуры воздуха; рельеф местности; гидрология. Совокупность этих признаков обусловлена сочетанием климатических, грунтово-гидрогеологических и мерзлотных особенностей и присуща в определенной степени природным ландшафтам и рельефу земной поверхности. Действительно, каждый природный ландшафт является уникальным, обладающим неповторимой в целом совокупностью физико-географических условий, а также типичным и наиболее распространенным комплексом природных и территориальных особенностей. Поэтому для выделения границ подзон за основу взяты границы зональных типов ландшафтов. В схеме деления территории зоны вечной мерзлоты на дорожно-климатические подзоны (см. рис. 19.2) принята нумерация подзон I1, I2, I3, обозначающая: первую подзону первой дорожно-климатической зоны (ДКЗ); вторую подзону первой ДКЗ; третью подзону первой ДКЗ. Такая нумерация подзон позволяет сохранять общепринятые названия дорожно-климатических подзон (см. ВСН 84-89, ОДН 218.046-01 и др.). Характеристика природных условий и примерные географические границы районов приведены в «Малой» таблице районирования, табл. 19.2 [47]: Таблица 19.2. Характеристика и границы подзон I дорожно-климатической зоны (ДКЗ) - зоны вечной мерзлоты России («Малая таблица»)
Примечания: 1. Границы намечены примерно, их следует корректировать в процессе проектно-изыскательских работ в соответствии с характеристикой условий местности и многолетнемерзлых грунтов (см. текст и настоящую таблицу); Огромнейшие территории, занятые многолетнемерзлыми (вечномерзлыми) грунтами, могут иметь дополнительные уточнения по отдельным регионам; 2. В горных районах в связи с вертикальной зональностью необходимо учитывать изменения природно-климатических условий по мере увеличения высоты пояса; 3. В гористой местности многолетнемерзлые грунты обычно встречаются на заболоченных участках, на склонах северной экспозиции и в пониженных затененных местах. Наиболее неблагоприятной для дорожного строительства является первая Северная подзона (I1), где широко распространены жильные и погребенные льды, близко залегающие к поверхности земли. Здесь, в большинстве мест необходимо проектировать и строить дороги с минимальным нарушением естественного режима территории, используя, как правило, первый принцип (с вариантами) проектирования и строительства дорог, т.е. сохранение мерзлоты в основании насыпи в течение всего периода эксплуатации дороги. Природно-климатические условия второй Центральной подзоны (I2) более стабильны, предсказуемы и позволяют проектировать земляное полотно по второму принципу с допущением оттаивания грунтов основания под насыпью и учетом возникающих при этом деформаций дорожного покрытия. Третья Южная подзона (I3) высокотемпературных многолетнемерзлых грунтов (пород) - ММГ (ММП), в основном, островного распространения кажется наиболее благоприятной для дорожного строительства, однако это обманчивое впечатление. Здесь очень трудно определить наличие и характер мерзлоты: вечномерзлые грунты встречаются или в виде сплошной высокотемпературной вечной мерзлоты, или в виде отдельных мерзлых островов среди талой толщи грунта. В горных районах в связи с вертикальной зональностью необходимо учитывать изменение природно-климатических условий по мере увеличения высоты пояса. В гористой местности вечномерзлые грунты обычно встречаются на заболоченных участках, склонах северной экспозиции и в пониженных затененных местах. Земляное полотно на участках островной мерзлоты следует проектировать и строить по третьему принципу, т.е. с обеспечением предварительного оттаивания грунтов основания под насыпью (примерно за год до возведения земляного полотна) и подготовки дорожной полосы, включая осушение. Кроме того, выделена Северная подзона II ДКЗ - (II1), примыкающая к южной границе с наличием вечной мерзлоты островного типа, с высокотемпературными пластично мерзлыми грунтами (см. рис. 19.2). Здесь происходит образование «перелетков», нередко возникающих на глубине сезонно замерзающих слоев грунта в районах с континентальным и резко-континентальным климатом, с отрицательной среднегодовой температурой воздуха (ниже минус 0°С). Для более детальной характеристики условий района проложения трассы автомобильной дороги принято делить его на участки (типы местности) по характеру поверхностного стока и степени увлажнения. Такое деление на типы местности возможно также для зоны вечной мерзлоты с учетом дополнений, отражающих специфические, мерзлотно-грунтовые условия этой зоны (табл. 19.3), которые в свою очередь, определяют выбор и расчет дорожных конструкций. Таблица 19.3. Типы местности по характеру поверхностного стока, степени увлажнения и мерзлотно-грунтовым условиям
*) Грунты подразделяются по категориям просадочности: I категория - условно непросадочные при относительной степени просадочности d = 0-0,01; II категория - малопросадочные - при d = 0,01-0,1; III категория - просадочные - при d = 0,1-0,4; IV категория - сильно просадочные - при d = 0,4-0,6; V категория - чрезмерно просадочные - при d = 0,6-1,0. Степень просадочности d определяется по формуле: где gТН - объемный вес скелета талого грунта, оттаявшего под нагрузкой 1 кгс/см2 = 9,80665×104 н/м2; gМ - объемный вес скелета грунта в мерзлом состоянии, г/см3. Таким образом, территория многолетнемерзлых пород для целей транспортного строительства разделена на фи подзоны: Северная подзона низкотемпературных многолетнемерзлых грунтов (НТММГ) сплошного распространения, Центральная подзона низкотемпературных многолетнемерзлых грунтов (НТММГ) преимущественно сплошного распространения и Южная подзона высокотемпературных многолетнемерзлых грунтов (ВТММГ) преимущественно островного распространения. В Северной и Центральной подзонах в основном это сливающаяся мерзлота, а в Южной - несливающаяся (рис. 19.3). Это районирование может быть названо макрорайонированием, более детальное микрорайонирование следует разрабатывать в процессе изысканий вдоль трассы будущей дорога с учетом конкретных мерзлотно-грунтовых и инженерно-геологических условий. Рис. 19.3. Сливающаяся (а) и несливающаяся (б) мерзлота
Дата добавления: 2015-06-04; Просмотров: 5328; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |