Горные районы занимают свыше 30% территории СССР. Большая часть площади ряда союзных республик (Армении, Таджикистана, Киргизии) покрыта горами. В горных районах в связи с невозможностью постройки развитой сети железных дорог и аэродромов основной объем перевозок осуществляется по автомобильным дорогам.
Однако проектирование и строительство дорог в горных районах связано с решением ряда сложных вопросов.
Горный рельеф характеризуется значительной разностью отметок на коротком протяжении, крутыми склонами гор, глубокими извилистыми долинами рек. Геологическое строение горной местности иногда резко изменяется па небольших участках. Горные склоны часто бывают неустойчивыми, строительство дороги может нарушить их равновесие, вызвать обвалы и обрушения, активизировать оползни и осыпи. При невозможности обхода участков с неблагоприятными условиями необходимо проводить специальные мероприятия для обеспечения устойчивости земляного полотна и безопасности движения
Значительный объем земляных работ при постройке дорог в горных районах выполняют в скальных грунтах, щироко прибегая к взрывным методам. Земляное полотно на крутых склонах на большом протяжении приходится строить с подпорными стенками.
Сильно расчлененный рельеф горных склонов вызывает необходимость постройки большого числа сооружений на пересечениях многочисленных водотоков и сухих лощин. В связи с большими продольными уклонами даже при малых водосборных бассейнах ливневые потоки несут с собой камни. Поэтому требуются специальные меры для защиты сооружений от размыва и разрушения.Трудность выполнения строительных работ на горных склонах, высокая их стоимость требуют рассмотрения ряда вариантов проложения трассы в целях нахождения наиболее оптимального решения Специфические условия юрной местности изменяют соотношение между затратами на отдельные виды работ при строительстве дорог (табл. ХХХИ.1).
Природные условия в горах меняются на коротком протяжении, причем резко проявляется влияние вертикальной зональности (изменения климатических условий по мере возвышения над уровнем моря) и влияние экспозиции склонов по отношению к странам света. На одной дороге в пределах сравнительно коротких участков природные условия могут различаться в значительной степени.
Температура воздуха в горах понижается в среднем примерно на 0,5° на каждые 100 м по высоте. Холодный воздух стекает со склонов в замкнутые долины. В высокогорных районах происходят значительные суточные колебания температур
С высотой уменьшается давление воздуха. Разность отметок, соответствующая падению давления воздуха на 1 мм ртутного столба («барометрическая ступень»), составляет в зависимости от температуры воздуха и атмосферного давления от 10 до 17 м. Разреженность воздуха в высокогорных районах вызывает уменьшение мощности двигателей из-за неполного сгорания топлива.
Годовое количество осадков, выпадающих в горах, увеличивается по мере возвышения над уровнем моря в среднем на 40—60 мм на каждые 100 м высоты, достигая максимума в зоне интенсивного образования облаков. Летом в горах бывают интенсивные ливни, при которых выпадает до 15—20% годовых осадков.
Все перечисленные обстоятельства требуют внимательного учета при проектировании горных дорог.
В отличие от других типов местностей в горах выбор трассы определяется главным образом расположением горных хребтов и их •отрогов, которые являются водоразделами бассейнов рек. Переход дороги из одного бассейна в другой возможен только через понижения горных хребтов — седловины. Для дорог в горных
местностях характерно проложеиие трассы вначале по долине горной реки, где бывают сосредоточены населенные пункты, вверх, к ее истокам, затем подъем по горным склонам к седловине и переход на перевальном участке в долину другой реки.
Проектирование дорог на каждом из этих участков имеет свои характерные особенности.
Горные склоны в нижней части, как правило, бывают покрыты продуктами выветривания горных пород. На крутых склонах скальные горные породы выходят на поверхность.
• При строительстве горных дорог трассу обычно приходится прокладывать не непосредственно по прочным скальным породам, а по прикрывающим их глинистым или несцементированным продуктам выветривания этих пород. Это могут быть элювиальные отложения, оставшиеся на месте пх образования, или делювиальные и аллювиальные отложения из перемещенных продуктов выветривания.
Степень развития процессов выветривания на горных склонах при изысканиях может быть приближенно оценена по покрывающей их растительности. Налеты мхов и лишайников характерны для распространения зоны выветривания на глубину 10—25 см.
Сплошной травяной покров появляется при мощности продуктов выветривания 1 —1,5 м, развитие кустарников свидетельствует о распространении выветривания на глубину 1—2 м.
Осадочные породы, сложенные пластами, часто чалегаюг в виде складок, обращенных выпуклостью вниз (синклинали) или вверх (антиклинали). Встречаются разные наклоны пластов от горизонтальных до почти вертикальных, разрывы пластов, сдвиги и сбросы. Пласты известняков илн песчаников могут разделяться прослойками глины, при насыщении которой влагой возможны сдвиги — оползни вышележащих пластов.
Рис. XXXII.1. Структура горных склонов
Размеры поперечного профиля автомобильных доро!, как правило, малы по сравнению с толщинами пластов, слагающих горные склоны. Поэтому многообразные классификационные разновидности залегания пластов применительно к проложению дорог по склонам могут быть сведены к нескольким схематизированным типам (рис. XXXII.1): а — горизонтальное залегание пластов; б—падение пластов в сторону склона; в — падение пластов внутрь склона; г — прислониое залегание более молодых пород
Наиболее неблагоприятным для проложения дороги и требующим внимательной оценки геологических условий является расположение поверхностей ослабления с наклоном в сторону откоса.
Степень воздействия прнродно-кли_ма1Ических факторов на горные склоны определяется их экспозицией но отношению к странам снега и крутизной, от которых зависит количество получаемо!о тепла. Южные и юго-западные склоны хорошо прогреваются солнцем. Их выветривание происходит интенсивней. На них чаще образуются осыпи, происходят снежные обвалы и селевые выносы. Эти склоны быстрее освобождаются от снега и на них реже наблюдаются выходы грунтовых вод и возникают оползни.
На северных и северо-восточных склонах снег иногда сохраняется до начала лета.
Вопрос о выборе экспозиции должен решаться в каждом конкретном случае в зависимости от местных условий, в первую очередь ст геологического строения склонов — их устойчивости после постройки дороги и возможной интенсивности развития процессов выветривания.
На пересечениях дорогой выходов коренных скальных пород устойчивость земляного полотна обычно обеспечивается, если только они не раздроблены текшничеекимп трещинами.
Наиболее опасны выемки в осадочных породах, имеющих падение пластов,в сторону склонов. В них обычно имеются глинистые и сланцевые прослойки, которые при проникании воды теряют связность, что может приводить к смещению подрезанных пластов или к вываливанию глыб. При врезке полотна дороги в склон откос выемки прорезает напластования, изменяя напряженное состояние склона, сложившееся в течение его длительной геологической истории. У контуров врезок в горные породы аналогично отверстиям и вырезам в деталях машин возникает концентрация напряжений. Сплошность отдельных слоев нарушается, и устойчивость, ранее создавшаяся в результате их сопротивления разрыву или опирания, начинает обеспечиваться только сопротивлением сдвигу внутри слабых прослоек и по поверхности их контакта с подстилающими слоями. В некоторых случаях обнаженные слои, ранее прикрытые более устойчивыми породами, начинают быстро выветриваться.
Изверженные породы более прочны и могут быть устойчивы в откосах при любом направлении напластований. Однако, поскольку в поверхностных слоях они всегда в той или иной степени трещиноваты в результате выветривания и тектонических процессов, необходимо считаться с возможностью потери устойчивости отдельных массивов, выделенных трещинами. Активизации и развитию процессов выветривания способствует производство скальных работ взрывным способом с применением сосредоточенных зарядов большой мощности. Их действие не ограничивается видимой зоной разрушения, массив коренных пород оказывается пронизанным сеткой трещин на большую глубину. В результате откосы выемок в прочных скальных породах начинают подвергаться интенсивному выветриванию Поэтому заложения откосов, предусмотренные техническими усло- виями, необходимо при изысканиях уточнять в соответствии с расположением напластований на склоне, по которому прокладывается дорога.
Многочисленные встречающиеся на практике деформации склонов могут быть сведены к ряду наиболее типичных случаев. Применительно к схеме, предложенной проф. Н. Н. Масловым, можно выделить следующие основные формы нарушения устойчивости склонов и откосов (рис. XXXП.2):
осыпание с крутых склонов продуктов выветривания, образующихся в результате переменных воздействий климатических факторов (нагревания—охлаждения, проникания воды в трещины, замерзания, увлажнения -высыхания);
обвалы и выпадение отдельных камней и обломков с крутых обрывистых участков в скальных породах с сильной трещиноватостью (камнепады);
сплыв сравнительно тонких поверхностных слоев грунтовых склонов в результате переувлажнения осадками (сели);
пластическое оползание глинистых склонов, происходящее со скоростью нескольких сантиметров в год Проявляется, в частности, в неожиданных разрушениях подпорных стенок после нескольких десятилетий работы. При загружепии таких склонов, подрезании их выемками или нарушении поверхностного водоотвода скорость деформации увеличивается, а пластические сдвиги могут перейти в обрушение;
обрушение части однородной грунтовой толщи при чрезмерной крутизне откоса, происходящее со срезом по образующейся поверхности скольжения и некоторым поворотам смещенной части вокруг юри юнтальной оси;
смещение части грунта по подстилающим поверхностям в ре-зулыаге потери сцепления в зоне контакта. Причиной этого может быть переувлажнение подстилающего слоя при его наклонной по- серхности, боковые давления масс грунта, гидродинамическое давление просачивающейся грунтовой воды;
обрушение с образованием вертикальной трещины и боковым смещением отделившегося блока в результате выжимания подстилающих грунтов с малой несущей способное 1ью (размягченных глин или плывучих песков), переувлажнения просадочиых лёссов, таяиия прослоек льда в вечномерзлых грунтах.
Приведенные примеры охватывают -все возможные случаи нарушения склонов в чистом виде. В природе обычно каждая деформация оказывается проявлением нескольких форм Это значительно усложняет разработку мероприятий по обеспечению устойчивости склонов, требуя внимшельного изучения местных условий.