Особенности проектирования лесовозных дорог в районах с избыточным увлажнением
Значительная часть лесных территорий, на которых сегодня ведется хозяйственная деятельность, могут быть отнесены к категории увлажненных и избыточно-увлажненных. Дорожное строительство в подобных условиях затруднено, и основная задача автора настоящей статьи - дать некоторые рекомендации по рациональному подбору дорожных конструкций, которые позволили бы сделать лесные участки транспортно доступными на максимально длительный срок.
![](http://lesprominform.ru/uploads/images/lpi129/dor3.jpg)
Избыточное увлажнение земляного полотна является одной из основных причин разрушения дорог, поэтому в первую очередь следует рассмотреть основные источники попадания воды в дорожную конструкцию. К ним относят: атмосферные осадки, поверхностную воду, капиллярную воду, парообразную воду, пленочную воду.
Атмосферные осадки могут просачиваться в земляное полотно через дорожную одежду (например, гравийную или щебеночную), а также через обочины и боковые откосы. Поверхностная вода из-за затрудненного водоотвода может увлажнять грунтовое основание в результате молекулярного и капиллярного движения. Капиллярная вода попадает в земляное полотно, поднимаясь от грунтовых или от верхних вод. Парообразная вода конденсируется в земляном полотне, перемещаясь от теплых слоев к холодным. Пленочная вода перемещается в промерзающих грунтах в зону с температурой от 0 до 3°С путем миграции от расположенных ниже талых слоев.
Закономерности изменения влажности грунта и температуры в разных точках земляного полотна называются водно-тепловым режимом. Важнейшими климатическими факторами, влияющими на водно-тепловой режим автомобильной дороги, являются осадки, испарение влаги, амплитуда и быстрота колебаний температуры воздуха и грунта, продолжительность холодного периода, направление и скорость ветра, мощность снежного покрова, глубина промерзания грунта.
![Требования к минимальному возвышению дорожного покрытия Требования к минимальному возвышению дорожного покрытия](http://lesprominform.ru/uploads/images/lpi129/tb_129_43_1.jpg)
Динамику изменений водно-теплового режима можно описать следующим образом. Осенью, в дождливый период, из-за снижения интенсивности испарения и подъема грунтовых вод содержание воды в порах грунта увеличивается и, как следствие, снижается сопротивляемость земляного полотна воздействию нагрузок от автотранспорта. В первой половине зимы при постепенном промерзании земляного полотна вода от уровня грунтовых вод постепенно поднимается по капиллярам к уровню промерзания, где замерзает и тем самым обеспечивает повышенное содержание влаги в дорожной конструкции. Кроме того, влажность повышается за счет перемещения к границе промерзания водяного пара, а также за счет увлажнения от кюветов, боковых канав и резервов в осенний период. Вода, замерзшая в результате зимнего влагонакопления, образует кристаллы льда, которые постепенно увеличиваются в объеме и превращаются в ледяные прослойки, вызывая поднятие грунтового основания, т. е. его пучение. Во второй половине зимы слой мерзлого грунта под дорожной одеждой увеличивается, что приводит к повышению относительной влажности грунта. Грунт глубоко промерзает под проезжей частью дороги, этому способствует регулярная расчистка проезжей части и большая теплопроводность дорожной одежды. На обочинах, под канавами и кюветами грунт промерзает меньше. В весенний период верхняя часть промерзшего грунта под проезжей частью оттаивает быстрее. В результате таяния ледяных прослоек вода оказывается в своеобразном корыте, образованном неоттаявшим грунтом, в результате чего участок земляного полотна под проезжей частью теряет несущую способность. Этот период и представляет собой распутицу.
По климатическим условиям, влияющим на водно-тепловой режим, территория России разделена на пять дорожно-климатических зон: I - зона вечной мерзлоты; II - зона с избыточным увлажнением; III - зона со значительным увлажнением в отдельные годы; IV - зона с недостаточным увлажнением; V - засушливая зона. Большая часть лесов произрастает во II зоне, часть - в I и III зонах.
В описанных выше условиях можно указать на следующие основные особенности строительства лесовозных дорог:
- на значительной части лесной территории основными видами грунтов являются влагоемкие, неустойчивые во влажном состоянии и подверженные пучению при промерзании; однако в силу безвыходного положения их приходится использовать в дорожном строительстве;
- затяжной весенне-осенний период и сырое короткое лето негативно влияют на водно-тепловой режим;
- летний период дорожно-строительных работ составляет всего 4-5 месяцев, причем в ряде регионов в этот период может выпасть около 40% годового количества осадков;
- на значительной части территории объем осадков превышает объем испарения, поверхностный сток затруднен, что вызывает избыточное увлажнение грунта в осенне-весенний период;
- водоотвод в пониженных и заболоченных местах затруднен;
- наблюдаемые в последние годы климатические аномалии также влияют на формирование неблагоприятного водно-теплового режима лесовозной дороги.
Таким образом, при проектировании лесовозной автодороги следует предусмотреть ряд мероприятий по улучшению водно-теплового режима земляного полотна, например:
- устройство насыпей с учетом требований СНиП 2.02.05-85 по возвышению покрытия в зависимости от грунтовых условий (см. таблицу);
- сооружение водоотвода;
- устройство дренажей для понижения уровня грунтовых вод, особенно в выемках;
- строительство верхних частей насыпей высотой 0,4-0,5 м из песчаного грунта, а также замену местного материала в выемках песком;
- устройство капиллярно-прерывающих прослоек из щебня, гравия или крупного песка толщиной не менее 0,15 м с поперечным уклоном в сторону от оси земляного полотна (рис. 1). Чтобы фильтрующий материал прослойки не заиливался, сверху и снизу следует укладывать геотекстиль или другие подобные материалы. В качестве капиллярно-прерывающей прослойки на ветках и усах хорошо себя зарекомендовали лесосечные отходы.
![](http://lesprominform.ru/uploads/images/lpi129/dor2_1.jpg)
Рис. 1. Устройство водонепроницаемых прослоек в теле земляного полотна:
а – из пористых материалов; б – из водонепроницаемых материалов;
1 – дорожная одежда; 2 – противозаиливающая прослойка; 3 – слой гравия; 4 – горизонт воды; 5 – прослойка из влагонепроницаемого материала.
![](http://lesprominform.ru/uploads/images/lpi129/dor2.jpg)
Рис. 2. Конструкция земляного полотна на болотах: а – на болотах I типа; б – на болотах II и III типов с полным или частичным выторфовованием; в – на болотах III типа с устройством прорезей и посадкой насыпи на минеральное дно; г – то же, но без устройства прорезей в сплавине; д – с устройством сланей из нетоварной древесины; 1 – уровень болота; 2 – плотный торф; 3 – минеральное дно; 4 – сплавина; 5 – жидкий торф.
Отдельно следует остановиться на особенностях конструкции земляного полотна на болотах. Конструкция земляного полотна лесовозных дорог, пересекающих болота, зависит от категории дороги, типа и глубины болота, от свойств грунтов, входящих в состав болота.
Различают три типа болот: I - болота, полностью заполненные торфом устойчивой консистенции, подстилаемые довольно плотными минеральными грунтами; II - болота с торфом неустойчивой консистенции, подстилаемые органическими или полуорганическими илами (сапропелями); III - болота, заполненные жидкими торфами с плавающей торфяной коркой (т. н. сплавинные болота).
В зависимости от категории дороги и типа болота насыпь лесовозной дороги возводят без выторфовывания, с отсыпкой грунта непосредственно на поверхность болота или на слани, с полным или частичным выторфовыванием, с посадкой на минеральное дно (рис. 2).
Земляное полотно дорог с переходными и низшими покрытиями на болотах I типа возводят без выторфовывания или с частичным выторфовыванием. Полностью удаляют торф при строительстве дорог с капитальными усовершенствованными покрытиями на болотах глубиной до 4 м, а с облегченными усовершенствованными покрытиями - при глубине до 2 м. На болотах II и III типов насыпи возводят с посадкой на минеральное дно болота. Дороги с переходными и низшими покрытиями допускается строить на сланях при условии постоянного нахождения сланей ниже уровня воды в болоте. Высота насыпей магистралей, веток летнего действия и лесохозяйственных дорог должна быть не менее 0,6 м при полном выторфовывании и 0,8 м - при сохранении торфа.
В последнее время все большее применение находит способ возведения насыпей без удаления (выторфовывания) слабых грунтов, с их последующим использованием в качестве основания насыпей. При проектировании земляного полотна выполняют расчет устойчивости насыпей заданной высоты для конкретных условий. Расчетам должны предшествовать детальные инженерно-геологические обследования, при которых следует определить влажность, плотность грунтов, их сопротивление сдвигу и другие показатели состава и состояния грунтов естественного залегания.
При строительстве дорог через болота рекомендуется применять метод предварительной консолидации, а для ускорения осадки - временную пригрузку. Метод предварительной консолидации заключается в возведении насыпей с определенной интенсивностью, соответствующей росту несущей способности основания в результате его уплотнения под весом возводимой насыпи.
Насыпь отсыпают бульдозерами с продольным перемещением грунта или вывозкой автомобилями (самосвалами), которые разгружаются на отсыпанной части насыпи, не заходя на болото, разравнивание и подачу грунта на болото выполняют бульдозерами. Насыпь возводят до проектных отметок или с превышением на толщину пригрузочного слоя, если для ускорения осадки используют метод временной пригрузки. После завершения срока консолидации (окончания осадок насыпи) пригрузочный слой срезают. В некоторых случаях для предупреждения бокового выпирания выполняют боковую пригрузку. В заключение хотелось бы упомянуть о таком способе строительства земляного полотна из переувлажненных грунтов, как обработка активными добавками, применяемыми для осушения глинистых грунтов в основании и верхней части земляного полотна.
Наиболее эффективна обработка пылеватых песков, супесей и легких суглинков. Переувлажненные жирные глины и грунты с большим количеством органических частиц обрабатывать добавками нецелесообразно и включать их в земляное полотно недопустимо. Для обработки грунтов применяются молотая негашеная известь с содержанием CaO и MgO (более 60%) и разные виды цементов. Работы по внесению извести или цемента, перемешиванию с грунтом и уплотнению выполняются без перерывов при положительной температуре и только в сухую погоду.
Тарас КОВАЛЕНКО, доцент кафедры промышленного транспорта СПбГЛТУ