УДК 625.12
Магистрант:Тореханов Е.А. гр. МН-ТС-14
Руководитель:
Утешбаева А.А. к.т.н доцент
КазАТК им. М.Тынышпаева
Борьба с подвижными
песками на участках автомобильных дорог
Автодороги
республики
являются одной из крупнейших базовых отраслей экономики, важнейшей составной
частью транспортной системы страны и
производственно-социальной инфраструктуры. Они объединяют все районы
республики, что является необходимым условием ее территориальной целостности,
единства ее экономического пространства. Автодороги связывают республику с
мировым сообществом, являясь материальной основой обеспечения
внешнеэкономических связей и ее интеграции глобальную экономическую систему.
Развитие промышленности и сельского
хозяйства, создание новых населенных пунктов - требуют постройки сети
автомобильных дорог, необходимых для обеспечения быстро растущих перевозок.
Своевременное строительстводорог является одним из решающих условий
успешного хозяйственного и культурного освоения пустынных территорий. Вместе с
тем, широкое развертывание дорожного строительства в специфических природных
условиях пустынь требует решения ряда новых и сложных задач.
Пески распространены главным образом
в прикаспийских и среднеазиатских районах. В Казахстане пустынные территории
занимают 27%. [1]
Подвижные пески занимают 12-15% общей
площади песков. Для успешной борьбы с подвижными песками необходимо было
изучить законы развития каждой формы эолового образования и изменения рельефа
подвижных песков, что имеет большое
практическое значение. Передвижение песков происходит при ветрах любого
направления, преимущественно же направления движения песка определяют
господствующие ветры восточного направления. Наибольшей силы ветры дрстигают в
апреле и в марте. Под действием ветра рыхлый песок поднимается с поверхности
земли, мелкие частицы взлетают более высоко, а крупные песчинки несутся по
земле и откладываясь образуют бугры (начало барханов). При дальнейшем действии
ветра несущийся песок переваливается через бугры и откладывается на
подветренном, более крутом их склоне. Именно таким путем происходит
поступательное движение барханов по направлению господствующих ветров.
На Западно-Казахстанской дороге
пытались расчищать песчаные заносы снегоуборочным поездом и снегоуборочной
реактивной установкой, однако не получили желаемых результатов. Современные
практические способы на основе местных материалов, механической защиты образуя
прямоугольные ячейки, песчаные валы, лесонасаждения не всегда и не везде дают
необходимые эффекты защиты. Учитывая, что протяженность автомобильных дорог
общего пользования в Республике превышает 90 тыс.км., из них 4500 км. дорог
проходит через пескозаносимые регионы, поэтому обеспечение защиты автомобильных
дорог от песчаных заносов необходимо рассматривать как комплекс теоретических
положений, методических разработок и систему организационных мер, направленных
для решения некоторых проблем защиты дорог от песчаных заносов. До последнего
времени на автомобильных дорогах разработанные конструктивные способы защиты,
оценки воздействия песка на защитные сооружения, методика научно-обоснованного
выбора ПУУ и мероприятий были изучены не достаточно, поэтому защита дорог от
песчаных заносов и оценка надежности защитных мероприятий являются актуальной
проблемой.
Подвижные пески распространены
главным образом в прикаспийских и среднеазиатских районах. Пустыни Средней Азии
и Казахстана занимают площадь около 1,48 млн.км². [2]
В Казахстане песчаные массивы занимают
небольшую площадь и разбросаны по всей территории республики. Основные массивы
находятся в пределах казахской части Кызылкумов. Близко от Кызылкумов проходит
железнодорожная линия Арыс-Кандыагаш, а ее участок Жусалы-Шиели и район станции
Тимур пересекает их своершенно оголенных песчаных бугров. Железнодорожная линия
Семипалатинск-Чу проходит в районах песков Таукум, Сары-Ишикотрау, Аралкум,
Сарыкум, Мойынкум. Находятся в непосредственной близости к пескам или
пересекают их следющие участки пути:
Каракум-Айна-Булак-Или и участки в районах станций Или и Чу.
Автомобильная дорога у села Лепсы часто заносится песком, приносимым из долины
р.Лепсы, где местами нарушен растительный покров. Тоже самое проиходит в Матай,
в районе которой появились барханные цепи. Между ст.Матай и разъездом №44
образовались участки разбитых и оголенных бугристогрядовых песков.
Растительность на подвижных песках почти отсутствует, лишь в межбарханных
понижениях встречаются аристида перистая, гелиотропы, джузгун и др. Барханные
пески СевернегоПрикаспия между Атырау-Астрахань, перемещаясь ветром, создают
проблему движению любого транспорта, засыпая пути. Кроме этого, мельчайшие
частицы пыли и песка при сильном ветре приводят к износу трущиеся и вращающиеся
детали любого движущегося транспорта.
Пески,
лишенные растительности, в сухое время года способны к перемещению под
действием ветра в виде ветропесчаного потока. Как во всем комплексе рельефа
песчаной пустыни, так и в каждом из его элементов различают зоны выдувания, или
выноса (дефляции), переноса (транзита) и накопления (аккумуляции) песка. Нижняя
часть наветренного склона отдельного бархана представляет собой зону выноса,
верхняя - зону переноса, а подветренный склон - зону накопления. Движение
бархана происходит в результате перемещения песка из зоны выноса в зону
накопления с постепенным смещением зон в направлении ветра. Такие же зоны
отмечаются и на обширных участках пустынь и полупустынь. Одни участки этих
территорий подвергаются ветровой эрозии, на других образуются подвижные формы
рельефа. В пределах защитной полосы закреплению подлежат, кроме подвижных форм
рельефа, очаги дефляции (грунтовые резервы, "язвы", котловины). На
защитной полосе запрещается движение автомобильного и гужевого транспорта,
сенокошение, выпас и перегон скота, земляные работы. Для задержания песка на
дальних подступах к дороге используют механические зашиты из различных
материалов или живую защиту, создаваемую линейным или сплошным размещением
посадок.[5]
Закрепление песков осуществляют: а) по
обе стороны от дороги, если ось ее совпадает с направлением движения песков или
составляет с ним угол меньше 30°, а также при переменных направлениях ветров;
б) только со стороны преобладающего направления ветров, когда пески имеют явно
выраженное поступательное движение, направленное под углом больше 30° к оси
дороги, и заносы с противоположной стороны невозможны. В ветропесчаном потоке
основной объем песка (90%) расположен в нижнем 5-10-сантиметровом слое. При
встрече ветропесчаного потока с механической защитой песок оседает. Вдоль линии
защиты образуется вал. По мере накопления песка механические защиты
устанавливают на новом месте на расстоянии 5-10-кратной высоты вала от прежнего
места расположения. При живых защитах происходит естественное зарастание
образующегося вала. Наиболее надежным способом закрепления песков является их
заращивание.Для того чтобы обеспечить развитие растений-пескозакрепителей в
условиях перемещающихся песков, необходимо удержать семена на закрепляемой площади
до их прорастания, а затем в течение года предотвращать выдувание песка из
корнеобитаемого слоя. С этой целью временно закрепляют пески (фиксация
поверхности) жидкообразным вяжущим материалом (фиксатором).[4]
По
степени пескозаносимости участки железных
дорог делятся на сильно-, средне-, слабозаносимые и незаносимые.
|
Участки |
Объем
приносимого песка к дороге, м3/пог. м в год |
|
Сильнозаносимые |
>
20 |
|
Среднезаносимые |
10-20 |
|
Слабозаносимые |
до
10 |
|
Незаносимые |
0 |
Таблица.1
Степень
пескозаносимости отдельных участков определяют непосредственно на дороге путем
замера пескоприноса, сбора сведений от линейных работников службы эксплуатации
и анализа данных метеостанций.
Ширину защитной
полосы в назначают из
условия, что годовой объем пескоприноса V наносит 10-сантиметровый слой песка на площадь, равную
ширине и длине полосы в 1 м; 
В зависимости от степени
заносимости участка дороги на защитной полосе создают ту или иную конструкцию
защиты ( табл. 1).
Пескозакрепительные
работы предполагают:
-
посев семян пустынных трав;
-
боронование засеянной площади с заделкой семян в песок наглубину 2-6 см;
-
посадку черенков или саженцев древесно-кустарниковых пород;
-
приготовление на стационарных базах жидкообразных вяжущих материалов;
-
транспортировку вяжущих материалов к месту пескозакрепительных работ;
-
приготовление рабочего состава фиксатора (разбавление водой до требуемой
концентрации); розлив рабочего состава фиксатора на закрепляемую поверхность.
[5]
При
выборе растений-пескозакрепителей безусловное предпочтение отдается местным
породам, растущим в аналогичных с закрепляемой площадью условиях. При
составлении проекта организации пескозакрепительных работ учитывают грунтовые и
гидрологические условия территории, подлежащей заращиванию. Применительно к этим условиям
назначают для посадки соответствующие виды растительности. Для закрепления
песков пустынь рекомендуются:
деревья
и кустарники: белый и черный саксаул, черкезы Рихтера и Палецкого, кандым,
песчаная акация, тамариксы (гребенщики),аристида Карелина, селин, житняк сибирский или песчаный, песчаный овес. Для искусственного
засева песков обязательно применение многолетних растений , При этом желательно
высевать семена 2-3 разновидностей растений, вводя до 25-30 % семян однолетних
трав типа яныр, саган, кумарчик, камак, солянка, верблюжья колючка.Семена
кустарниковых растений также желательно высевать с семенами многолетних и
однолетних трав. Такой способ посева растений в первые 2-3 года создает
взаимную защиту и способствует лучшему развитию.
Наилучшим временем пескозакрепительных работ является весна с
момента схода снегового покрова до середины апреля. Посев в это время года дает
максимальную всхожесть семян кустарниковой и травянистой растительности. Другой
способ песко закрепительный агрегат. [3]
В пустынях сосредоточены гигантские количества
песка. Часть этих песков покрыта растительностью (заросшие и полузаросшие
пески), а часть лишена растительности (барханные пески). Барханы имеют форму
серповидных холмов с крутым подветренным склоном и пологим длинным наветренным.
Они располагаются в одиночку и группами в виде цепей и гряд. Мелкие барханы
имеют высоту 1 - 3 м, крупные достигают высоты 50 - 75 м, а иногда встречаются
и настоящие песчаные пирамиды высотой до 500 м. Такие пирамиды, например,
имеются в пустыне Такла-Макан и поблизости от нее, в песках Таукум (между оз.
Лобнор и Цайдамской котловиной).Под воздействием ветра незакрепленный песок
приходит в движение. По своему характеру движение песчаных частиц похоже на
движение снежинок, переносимых метелью. Мелкие вихри, образующиеся в ветровом
потоке над поверхностью песчаного покрова, создают перепад давления, вызывающий
подсасывание песчинок вверх. Крупные, тяжелые зерна песка не могут подняться в
воздух и только скользят и перекатываются. Более легкие песчинки движутся
скачками, то подпрыгивая, то опускаясь. Очень мелкий песок и пыль движутся
взвешенными в воздухе.[7]
Поток постепенно насыщается песком, но при этом
его способность к переносу уменьшается. Это вызывает выпадение части песка. Но
как только поток разгружается, вновь возрастает его способность к переносу и он
снова начинает подсасывать песок. Так чередуются насыщение и разгрузка потока,
чем и объясняется образование ряби на поверхности песчаного покрова.Скорость
движения барханов зависит и от скорости ветров. Скорость перемещения барханов
колеблется от нескольких десятков сантиметров до сотен метров в год.Направление
ветров в течение года меняется. Если зимние и летние
ветры противоположны по направлению и имеют одинаковую скорость,
то бархан сначала перемещается в одном направлении, а потом сдвигается обратно
на прежнее место. Если же скорость противоположных ветров неодинакова, то
бархан хотя и движется попеременно сначала в одном, направлении, затем в
другом, но все постепенно смещается туда, куда дует более сильный ветер, При
устойчивых ветрах одного направления бархан движется поступательно в этом же
направлении.Проблема борьбы с песчаными заносами –
это борьба со стихией. Многие миллионы гектаров плодородных земель, тысячи
населенных пунктов, объектов различного назначения погребены подвижными
песками. Общая площадь подвижных песков в засушливых областях СНГ составляет
10-11%. В Северном Прикаспие дефлируемых
площадей до 50%, Северном Приаралье –
20-35%, в Средней Азии – 7-8%. История борьбы с песчаными заносами связана со
строительством бывшей
Закаспийской железной дороги. В качестве первых мероприятий по предотвращению
заносов более 100 лет назад были предложены покрытия откосов песчаного
земляного полотна глиной и механическая защита. Впервые академиков Э. Лаксманом
в 1768 г. Указано на необходимость закрепления песков растениями –
пескоукрепителями. Растительность своей корневой системой закрепляет и
структурирует песок, а крона ее служит естественной преградой для переносимого
песка и резко
снижает скорость ветра. [2]
При
закреплении песка на больших территориях и в широких пескозащитных зонах нельзя
определять объемы возможных отложений песка по количеству песка Gi, поступающего извне через наветренную
границу пескозащитной зоны. Искомый объем песка G, задерживаемого пескозадерживающими
устройствами, будет состоять из следующих слагаемых:
G=G1+G2-G3-G4 ,
где - G2 – весовое количество песка, имеющееся в
бассейне;
G3 – потерипеска в связи с истиранием и
пылеобразованиемпесчаныхчастиц;
G4 - количество песка, перемещенные ветром
через подветренную границу защитной зоны. В широких пескозащитных зонах
слагаемые G1
и G4
малы и можнонаписать,
приближенноеравенство:
G = G2-G3
В узких пескозащитных зонах,
наоборот:
G = G1 - G4
В случае закрепления песков на
больших территориях, потери можно свести к минимуму. В этом случае
G = G2
При определении объемов переноса
и задержания песка надо выделить главные
и местные факторы, определяющие эти объемы.
Местными факторами являются: размеры, форма и ориентация пескосборных бассейнов; топография местности; характер препятствий или углублений,
находившихся внутри него; шероховатость подстилающей поверхности; ориентация трассы защищаемой дороги; величина транзита подвижного песка через пескосборный бассейн; положение трассы защищаемой,
дороги относительно зон дефляции,
аккумуляции и транзита.
Барханные пески, приносящие вред автомобильной дороге, могут быть закреплены некоторыми кустарниками
(саксаулом, черкезом, кандымом, селитрянкой и т.д.).
Успешность защиты лесопосадками зависит от наличия предварительной механической защиты, от своевременной
(ранней) посадки и применения высококачественного посадочного материала. [3]
Выполненый обзор физико-механических свойств проб барханных песков северного Прикаспия
в лабораторных условиях позволило установить,
что пески относятся к мелкозернистым, содержащим до 60% пылевидноглинистых частиц, текучесть песка составила
11,54%, естественная плотность
– γ6=1,4
г/см³. Приведенные характеристики песка показывают низкую прочность,
большую текучесть, которые не обеспечивают надежность и устойчивость против
смещения, а также создают проблему движению транспортных средств, засыпая
дорогу и вызывая опасность схода с дороги, пробуксовки, опрокидывания и
столкновения транспортов.[2]
Практика строительства автомобильных дорог в барханных песках Казахстана показала, что в южных областях республики возводить земляное полотно в летние месяцы весьмас ложно.Сравнительная легкость возведения земляного полотна из песка зимой ведет
к продолжительному перерыву между окончанием его устройства
и началом укрепительных работ.
Список
литературы
1. Бекмагамбетов М.М. «Автомобильный
транспорт Казахстана. Этапы становаления и развития». Изд.
Научно-исследовательский институт транспорта и коммуникаций. –Алматы, 2003 г.
2. Омаров А.Д., Закиров Р.С. «Защита от
песчаных заносов участков железных дорог Казахстана». Алматы, 2001 г.
3. Закиров Р.С. «Строительство железных дорог в
барханных песках».
4. Фазилов Т.И., Фазилова З.Т. «Борьба с подвижными песками». Ташкент,-Т.:
ТашИИТ, 2003 г.
5. «Нормы проектирования и сооружения земляного полотна
автомобильных дорог в песчаных пустынях» ВСН77-89 Минтрансстрой. Москва 1991 г.
6. Закиров Р.С. «Проектирование железных дорог в пустынях с
подвижными песками».