13.8. Борьба с песчаными заносами

Подвижные пески образуют песчаные заносы на дорогах, которые резко снижают скорость автомобилей или полностью прерывают движение. На территории России имеется несколько песчаных массивов (песчаных земель), отличающихся по своим характеристикам (рис. 13.18):

Рис. 13.18. Схема основных песчаных массивов на территории Российской Федерации: 1 - Терско-Кумский массив; 2 - Волжско-Кумский массив; 3 - Волжско-Уральский массив

Терско-Кумский прикаспийский древнедельтский массив (Ставропольский край, Республики Дагестан и Ингушетия); площадь 800 тыс. га; преобладают пески заросшие бугристые; подвижные барханные 10-15 %;

Волжско-Кумский прикаспийский массив (Астраханская область, Республика Калмыкия); сложен морскими частично переработанными прикрытыми древним аллювием песками; площадь 300 тыс. га; преобладают пески равнинно-волнистые и заросшие бугристые; подвижные барханные 5-10 %;

Волжско-Уральский прикаспийский массив (Астраханская область); сложен морскими песками, перекрытыми древнеаллювиальными дельтовыми песками; площадь около 4 млн. га; преобладают пески заросшие бугристые; распространены равнинно-волнистые и грядовые; подвижные барханные 10-15 %.

Существуют следующие основные формы рельефа песков [62].

Барханные пески:

одиночные и групповые барханы - подвижные песчаные холмы своеобразной формы с пологим наветренным и крутым подветренным склонами. Подветренный склон имеет в плане форму полумесяца. Высота барханов от 0,3 до 3 м и более, ширина до 100 м, длина склонов до 20-40 м, крутизна наветренного склона 1:5-1:3, подветренного - 1:1,5-1:2;

барханные цепи - подвижные скопления песка, имеющие форму волнообразного вала шириной 10-12 м и более, длиной от 200 м до 2 км. Высота барханных цепей: мелких - до 1 м, средних - от 1 до 3 м, крупных - от 3 до 7 м, очень крупных - более 7 м. Расстояния между гребнями цепей - от 10-15 до 150 м;

барханные гряды - вытянутые крупные скопления песка высотой от 10 до 50 м.

Заросшие и полузаросшие пески:

кучевые и бугристые пески - скопления песка в виде небольших холмов и бугров, закреплённых растительностью, высота кучевых и мелкобугристых песков - менее 1 м, среднебугристых - от 1 до 3 м, крупнобугристых - более 3 м;

грядевые пески - вытянутые скопления песка в виде гряд высотой: мелких - от 1 до 3 м, средних - от 3 до 7 м, крупных - более 7 м;

лунковые пески - обширные глубокие котлованы, закреплённые растительностью и разделённые песчаными перемычками.

Опыт сооружения дорог в подвижных песках показывает, что земляное полотно следует проектировать с хорошо обтекаемым поперечным профилем. Крутизну откосов устраивают 1:4 при высоте насыпи до 2 м и 1:2 - более 2 м.

Для защиты от выдувания откосов насыпей, возводимых в подвижных песках, а также для улучшения условий переноса песка через дорогу под действием ветра верхнюю часть откосов насыпей (при высоте более 1 м) рекомендуется укреплять на 1/3 их высоты путём укладки защитного слоя толщиной 10-15 см из глинистых грунтов или гравийно-песчаных (щебёночно-песчаных) материалов.

Сплошное устилочное покрытие откосов земляного полотна применяют до закрепления песков растительностью или другими видами постоянных укреплений.

Стебли камыша укладывают на откос сверху вниз перпендикулярно бровке земляного полотна с перекрытием уложенного ряда последующим не менее 1/3 длины стеблей. Камышовую выстилку закрепляют на откосе тонкими пучками (вицами), расположенными поперёк стеблей настила. Кольями из крепких стеблей камыша накрест прибивают пучки к настилу, тем самым прижимая его к откосу.

Укрепление откосов грунтами и материалами, не поддающимися выдуванию, - надёжный способ, не требующий значительных затрат при эксплуатации. На укрепление 100 м²откоса расходуют 10-15 м³глинистого грунта, 10,4-15,6 м³щебня и 1,25 м³щитов из пучков камыша.

Рекомендуется по возможности избегать возведения земляного полотна дороги в виде выемок в районах распространения подвижных песков ввиду значительных трудностей защиты их от песчаных заносов. При необходимости устраивают выемки в барханных песках глубиной от 2 м по типу раскрытых с откосами 1:2 и с бермами шириной 10-20 м. Крутизну откосов выемок глубже 2 м можно увеличивать до 1:2, при этом соотношение между глубиной выемки и её шириной должно быть не менее 1:10.

На песчаных массивах, примыкающих к дороге, выделяют охраняемую полосу шириной от 50 до 500 м в каждую сторону от оси дороги в зависимости от рельефа песков, степени их подвижности, характера хозяйственного использования территории, расположения населенных пунктов и т.п. Внешняя граница охраняемой полосы обозначается соответствующими знаками.

В пределах охраняемой полосы запрещаются: работы, связанные с уничтожением или повреждением растительности, движение транспортных средств и прогон скота, а также земляные работы всех видов.

В подвижных песках, рельеф которых сложен одиночными и грунтовыми барханами, рекомендуется создавать с наветренной или с обеих сторон земляного полотна спланированные придорожные полосы шириной от 20 до 50 м, разравнивая на них подвижные формы рельефа.

За пределами спланированных полос закрепляют подвижные формы рельефа, чтобы предотвратить их перемещение на эти полосы. В зависимости от характера рельефа песков, степени их подвижности и условий произрастания растений ширину участка на которых закрепляют подвижные формы рельефа, устанавливают от 25 м до 150 м и более.

Пескозащитные насаждения создают в полупустынном и пустынном (пустыня северного типа) лесомелиоративных районах с годовой суммой осадков меньше 300 мм. В остальных районах снегозащитные насаждения обеспечивают защиту дорог от песчаных заносов.

Для защиты насаждений на песках используют следующие древесно-кустарниковые породы:

- в лесостепной зоне - сосну обыкновенную, березу, тополь, ветлу, клен татарский, шелюгу красную, бузину красную, жимолость татарскую;

- в степной полосе - сосну обыкновенную, акацию белую, тополь, вяз приземистый, шелюгу красную, бузину красную, акацию желтую, жимолость татарскую, лох узколистный;

- в полупустынной и пустынной зоне - акацию белую, вяз приземистый, тополь, клен татарский, тамариск, лох узколистный, скумпию, айву обыкновенную, джузгун, иву каспийскую, шелюгу красную, терескен серый.

Для закрепления песков применяют посев песчаного овса, кумарчина, седина, джузгуна, а на засоленных песках - различных видов солянок. Во всех случаях целесообразно использовать местные виды растений, развивающихся лучше других. При этом семена собирают с хорошо развитых, обильно плодоносящих растений, не поражённых болезнями или вредителями. Участки для заготовки семян выбирают по согласованию с органами лесного хозяйства.

Обработка почвы для создания пескозащитных насаждений на заросших (задернованных) песках производится, как правило, по системе зяблевой вспашки. На голых песках почву обрабатывают непосредственно перед посадкой или не обрабатывают.

Уход за почвой в пескозащитных посадках на голых и слабозаросших песках не производится. На песках, сильно зарастающих травами, за почвой ухаживают по мере надобности. После песчаных бурь молодые посадки оправляют.

Размещение и ширина пескозакрепительных насаждений зависят от рельефа песков и направления активных дефляционных ветров. На барханных песках при направлении дефляционных ветров к оси дороги более 30° насаждения шириной 50 м создают по обе стороны от полотна.

На период прорастания семян и укрепления корневой системы растений вспомогательным средством, приостанавливающим движение песков, служит механическая защита, розлив вяжущих материалов или другие способы фиксации поверхности песков. Для закрепления песков используют медленно распадающиеся битумные эмульсии, жидкие нефти или раствор полиакриламида. Нормы распределения вяжущих представлены в табл. 13.9.

Таблица 13.9

С помощью механических защит можно уменьшить высоту барханов, для чего нижнюю часть их укрывают щитами или матами. Верхняя часть подвергается развеиванию, а песок сдувается на подветренный склон. С помощью щитов можно также управлять движением барханов. Устанавливая щиты на барханную цепь с наветренной стороны дороги, препятствуют воздействию ветра и задерживают движение песков с этой стороны. Расположенная с подветренной стороны дороги барханная цепь не имеет щитов, пески здесь не задерживаются, и барханы отгоняются от дороги.

Существуют различные виды механических защит, предназначенные для пескозадержания. С аэродинамической точки зрения механические защиты делятся на несколько типов: непроницаемые линейные (высокорядные, полускрытые и скрытые), устилочные и торчковые.

Суммарное количество песка, переносимое ветром к линии защиты, зависит от местных природных факторов: ветрового режима, рельефа местности, характера растительного покрова. Защита дороги от песчаных заносов должна проектироваться отдельно по характерным участкам.

За основной показатель при выборе и расчёте конструкции защиты, её размещении на полосе отвода принимают расчётный годовой перенос песка.

Максимальный годовой перенос песка, подлежащий задержанию, определяют по формуле [29]

где                                                                      (13.6)

t- продолжительность переноса песка при различных общих расходах, ч;

 - угол между направлением ветра и продольной осью защиты;

п- число случаев переноса песка в году с общими расходами;

V_1,0- скорость ветра, измеренная на высоте 1 м от песчаной поверхности, м/с.

Расчётный перенос песка, который учитывают при проектировании мероприятий по защите дороги от песчаных заносов, определяют с 5 %-ной вероятностью его превышения для дорог с капитальными покрытиями и 10 %-ной вероятностью превышения - для дорог с усовершенствованными облегчёнными покрытиями [4].

Расчёт элементов щитов производится на давление ветра, на прочность и устойчивость против опрокидывания щита.

При защите сооружений от песчаных заносов определяют пескозадерживающую способность щитов на 1 пог. м с помощью одной из формул [4]

(13.7)

где                                                                                                         (13.8)

q- объём песка, который может быть задержан 1 пог. м щита при его полном засыпании, м³;

h- высота щита, м;

l_ниl_п- длина песчаных отложений, накапливаемых по отдельности с обеих сторон щитов, постепенно засыпаемых, м;

 и - крутизна отложения песка с наветренной и подветренной сторон щита, в градусах.

Расстояние между рядами защит может быть определено по формуле

где                                                                                                                       (13.9)

h- высота надземной части защиты, м;

 - крутизна наветренного склона в градусах.

Общий расход ветропесчаного потока (г/мс) определяют по формуле, полученной на основе опытных данных [30]:

Q 0,10(V_ф- 5,4)³, где                                                                                                        (13.10)

V_ф- скорость ветра по флюгеру метеостанции, расположенному на высоте 10 м. Количество переносимого песка (г/м) за время действия ветраtравно:

G = Qt = 0,10(V_ф- 5,4)³t.                                                                                                    (13.11)

Количество перенесенного песка за месяц (или за год G_t) по данному направлению ветрами всех скоростейV_фiравно сумме переносов песка ветрами каждой скоростиG_vi, т.е.

(13.12)

При возникновении косых ветров, угол атаки которых меньше 90°, расход песка на единицу длины определяется по формуле

Q₁ = Qsin.                                                                                                                           (13.13)

Пылеватые пески и лессовидные грунты, из которых возводят земляное полотно автомобильных дорог в пустынных районах, легко подвергаются водной эрозии. В результате земляное полотно размывается дождевыми водами.

Основной вид борьбы с эрозией земляного полотна - укрепление песка на обочинах и откосах связным грунтом слоем 15 см или оптимальной смесью песка и суглинка или песком, обработанным битумной эмульсией. Особенно опасны по размыву вогнутые кривые в продольном профиле. В таких местах увеличивают толщину защитного слоя грунта и на откосах устраивают лотки для стока ливневых вод в виде железобетонных желобов или лотки укрепляют вяжущими материалами.

Там, где позволяют климатические условия, для укрепления откосов создают покров посевом многолетних трав.