Author: Дюнин А.К.
Tags: автомобильные дороги в целом внегородские дороги городские дороги строительство автомобильные дороги
Year: 1983
Text
шш шшшш
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Под ред. доктора технических
наук, профессора А. К. Дюнина
Издание второе, дополненное
и переработанное
й <
/7 *■
5-Л JBSft-S«-»Of-
ф
МОСКВА «ТРАНСПОРТ» 1983
УДК 625.768.5
Зимнее содержание автомобильных дорог /Г. В. Б я л о б ж е-
ский, А. К. Д ю н и н, Л. Н. Плакса, Л. М. Р у д а к о ву
Б. В. Уткин;|Под ред. А. К. Дюнина. — 2-е изд., перераб. i?
доп. — М.: Транспорт, 1983. — 197 с.
Изложены теоретические исследования, практические
разработки и передовой опыт в области зимнего содержания дорог.
Описан весь комплекс вопросов: условия зимнего содержаний
дорог в разных районах СССР; основы теории метелей; меры по>
уменьшению снегозаносимости; способы защиты от снежных
заносов и лавин; очистка дорог от снега; борьба со скользкостью и
наледями; строительство и содержание автозимников; организация
и экономика зимнего содержания дорог. 1-е издание вышло в 1966 г.
Книга рассчитана на инженерно-технических работников до»
рожно-эксплуатационной службы.
Ил. 70, табл. 30, библиогр. 27 назв.
Рецензент А. Я. Эрастов.
Заведующий редакцией В. Г. Чванов
Редактор Л. Н. Пустовалова
3603020000-117
049(01)-83
117-83
Издательство «Транспорт», 1983*
ПРЕДИСЛОВИЕ
XXVI съезд КПСС поставил ряд задач по развитию
автомобильного транспорта и дорожного хозяйства страны в одиннадцатой
пятилетке: увеличить грузооборот автомобильного транспорта
общего пользования в 1,3—1,4 раза и пассажирооборот автобусов
общего пользования на 16—18%; предусмотреть ускоренное развитие
опорной сети магистральных автомобильных дорог; расширить
строительство автомобильных дорог в сельской местности,
связывающих районные центры, центральные усадьбы колхозов и
совхозов с автомобильными дорогами общего пользования; улучшить
качество строительства, ремонта и содержания дорог, уделив
особое внимание повышению безопасности движения.
Строительство дорог с твердым покрытием намечено вести в
первую очередь в Сибири, на Дальнем Востоке и в Нечерноземной
зоне РСФСР.
Для этих районов особенно актуальны вопросы зимнего
содержания дорог.
Только при хорошей его организации можно обеспечить
намеченное увеличение грузооборота и пассажирооборота, а также
безопасность движения на автомобильных дорогах.
Неблагоприятные условия для движения автомобилей зимой
возникают почти во всех районах СССР, в основном вследствие
образования снежных и ледяных отложений на дорогах.
Масштабы трудностей, вызываемых этими отложениями, резко возрастают
от юго-запада к северо-востоку.
Усиленно развивается сеть автомобильных дорог на обширных
территориях страны, занятых горами. Безопасность проезда на
дорогах в горной местности можно обеспечить лишь при условии
защиты их от склоновых процессов, в первую очередь от снежных
лавин.
В последние годы дорожными организациями СССР проделана
большая работа по улучшению зимнего содержания автомобильных
дорог.
Научные учреждения провели широкую серию
исследований, разработали теоретические вопросы и практические методы
3
зимнего содержания дорог. Возникла необходимость ознакомить
читателей со всем новым в этой области и обобщить известные
методы, целесообразность которых подтверждена опытом дорожных
производственных организаций.
Книгу написали: Г. В. Бялобжеский — главы 1, 3 и 8, А. К. Дк>
нин — главы 2 и 5, Л. М. Рудаков — гл. 4, Б. В. Уткин — гл. 6,
Л. Н. Плакса — гл. 7.
Авторы приносят глубокую благодарность А. Я. Эрастову за
рецензирование рукописи.
Замечания по данной книге просьба направлять по адресу:
107174, Москва, Басманный тупик, 6-а, изд-во «Транспорт».
Авторы
Глава 1
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЗИМНЕГО СОДЕРЖАНИЯ ДОРОГ
1. Особенности проезда и требования к состоянию
автомобильных дорог зимой
Зимний период в СССР весьма продолжителен. На
преобладающей части страны зимние осадки в основном выпадают в виде
снега с образованием устойчивого снежного покрова. Погодные
условия зимнего периода суровы. Они характеризуются низкой
температурой воздуха, высокой скоростью ветра при метелях, большой
частотой и длительностью метелей. Низкие температуры
способствуют большой подвижности снежного покрова, поэтому метели
переносят огромные количества снега.
В горных районах СССР распространены снежные лавины.
Иногда сход их принимает массовый характер. Лавины обладают
значительной разрушительной силой и чрезвычайно опасны.
Снегопады, метели и лавины образуют на дорогах снежные
отложения. При соответствующих погодных условиях зимой на
дорогах появляются ледяные отложения разной толщины и
структуры. Широко распространена гололедица в виде тонкой (1—3 мм)
стекловидной пленки. Встречаются наледи — мощные скопления
льда, возникающие на ледяном покрове водоемов, в мерзлом
грунте или непосредственно на проезжей части дороги.
В зимний период часты туманы. Помимо обычных туманов,
образующихся при встрече холодного и теплого атмосферных
фронтов, зимой в районах с устойчивыми низкими отрицательными
температурами возникают морозные туманы, которые держатся по 5—
8 сут и более. Видимость в таком тумане обычно не превышает
100 м, а в отдельных случаях ограничивается 10 м.
При снегопадах и метелях по мере накопления снега на
покрытии скорость автомобилей сначала снижается, а затем движение
прекращается совсем (рис. 1). Согласно исследованиям М. Г. Ла-
зебникова, проезд автомобилей очень затрудняется, если толшина
слоя снега на покрытии станет равной высоте дорожного просвета.
Препятствия движению создаются трением заднего моста о снег
и волочением снежной массы под автомобилем.
В СССР максимальный дорожный просвет у автомобилей
ограниченной проходимости (двух- и трехосные автомобили с
неведущей передней осью) составляет у грузовых автомобилей 220—
300, у легковых 170—210 мм. У автомобилей повышенной проходи-
5
пю
< 80 Ц
5 50
^0
U 20
¥
1 й
Г \ v
■3 [
i
\. !
\\ ;
х5к
О
10
20
30
Толщина слоя аега}см
Рис. 1. Зависимость между скоростью
движения автомобилей и толщиной
рыхлого снега на дороге:
/—легковые автомобили; 2 — легкие
грузовые; 3 — средние грузовые
мости (двух- и трехосные со всеми
ведущими осями) дорожный
просвет равен у грузовых,
автомобилей 300—400, у легковых — 220—
260 мм. При погружении
автомобилей в рыхлый снег на глубину
1,5 дорожного просвета и более
движение становится
невозможным.
Снежные отложения,
образующиеся при снегопадах и метелях,
имеют разную толщину и
плотность. Наименьшая толщина
отложений бывает при спокойных
(без ветра) снегопадах. В
равнинных районах СССР, особенно
в районах с континентальным
климатом, удаленных от морских
побережий, толщина слоя,
выпадающего за один снегопад,
составляет чаще всего 1—5 см.
Иногда за один снегопад выпадает 6—15 см снега и в редких случаях
16—35 см. В горных районах снегопады гораздо обильнее: иногда
за одни снегопад образуется слой толщиной до 1 м. Свежевыпав-
ший сухой, рыхлый снег обычно имеет плотность от 0,07 до
0,12 г/см3; если выпадает влажный или мокрый снег, его плотность
может достигать 0,2—0,25 г/см3.
Метелевые отложения, называемые снежными заносами,
имеют значительно большие объемы, толщину и плотность. На
нулевых местах (участках с нулевыми отметками) и малых насыпях
толщина снежных отложений, образуемых метелями, чаще всего
составляет 0,6—1 м. Мелкие выемки заносятся полностью, а в
глубоких выемках толщина отложений нередко доходит до 5—6 м.
Плотность снега, принесенного ветром и образовавшего снежные
заносы, в среднем, варьирует от 0,25 до 0,35, а в отдельных случаях
до 0,45 г/см3. Дороги нередко заносятся на большом протяжении.
Например, автомобильная дорога Москва — Харьков в феврале
1956 г. была покрыта на протяжении около 500 км снежными
сугробами высотой до 3—4 м.
Еще большие трудности для проезда создают снежные лавины.
В результате схода лавин дороги перекрываются мощными
лавинными конусами или лавинными завалами большой толщины (до
25—30 м) и плотности (до 0,6—0,7 г/см3). Лавинные конусы
среднего размера имеют объем 25—30 тыс. м3, а при сходе очень
мощных лавин —до 1—2 млн. м3. Непосредственный удар лавин может
быть причиной гибели людей и значительных материальных потерь.
Свежевыпавший снег недолго остается в рыхлом состоянии.
Под влиянием колебаний температуры и под действием
собственной массы снег оседает и плотность его повышается. Кроме того,
6
в результате внутренних процессов снег, прележавший- некоторое
время на дороге, превращается в твердую трудноразделимую
массу. При плотности не менее 0,5 г/см3 и прочности 5—6 кгс/см2
проезд автомобилей по уплотненному снегу становится возможным.
Если уплотнение снега происходило без надлежащего
выравнивания, поверхность дороги покрывается снежными ухабами, а
движение автомобилей по ней возможно лишь с малой скоростью
вследствие сильной тряски.
Образование ледяных отложений на поверхности дороги
создает для автомобильного движения не меньшие трудности. При
гололедице и других видах обледенения дорога становится скользкой,
возрастает длина тормозного пути и увеличивается опасность
заноса автомобилей вследствие уменьшения коэффициента сцепления
шин с дорогой.
По данным А. П. Васильева, число дорожно-транспортных
происшествий на скользких покрытиях в 10—15 раз больше, чем на
сухих шероховатых. Случаев бокового заноса автомобилей на
обледенелых усовершенствованных покрытиях соответственно в 4,5 раз
больше.
Нормальному движению по дорогам мешают речные и
грунтовые наледи. Образующийся на полотне дороги толстый (иногда в
несколько десятков сантиметров) слой льда резко ухудшает
условия проезда, вызывает сильное снижение скорости и нарушает
безопасность движения.
Наледи на водотоках деформируют мосты и трубы, иногда
вызывают полный перерыв проезда.
Воздействие на дороги всех этих природно-климатических
факторов наносит значительный ущерб народному хозяйству.
Снижение скорости движения автомобилей, вызванное образованием
снежных и ледяных отложений на дорогах повышает себестоимость
перевозок в 5—10 раз, а потери вследствие увеличения
себестоимости перевозок при большой интенсивности движения достигают
десятков тысяч рублей на 1 км дороги в сутки.
Замедление или полное прекращение перевозки грузов из-за
снежных заносов или обледенения дорог наносит также ущерб
предприятиям, тяготеющим к дороге, вследствие невозможности вывезти
продукцию или завезти сырье и т. д. Подсчеты показали, что для
дорог с интенсивным движением потери народнохозяйственных
средств, вызванные нарушениями проезда зимой в течение одних
лишь суток, могут быть равны затратам на зимнее содержание
дороги в течение всего зимнего периода.
Под зимним содержанием дорог понимается комплекс
мероприятий, включающий: защиту дорог от снежных заносов; очистку
дорог от снега; борьбу с зимней скользкостью; защиту дорог от
снежных лавин; борьбу с наледями.
Эти мероприятия проводят с целью обеспечения нормального
движения транспортных средств по дорогам в зимнее время и при
хорошей их организации дают большую выгоду народному
хозяйству.
7
Основная калача зимнего сопсожапия обеспечение беспеое-
бойного, безопасного и удобного проезда автомобилей со
скоростями, установленными для данной категории, с одновременным
поддержанием дороги в сохранности и благоустроенном состоянии. При
этом необходимо максимально облегчить, ускорить и удешевить
борьбу со снегом и льдом на дорогах. Первоочередное внимание
должно уделяться предупредительным мерам — недопущению
образования на проезжей части снежных и ледяных отложений или
скорейшему их удалению.
Проезжую часть следует очищать от снега и льда, не допуская
повреждения покрытий снегоочистителями. С дорог, имеющих
усовершенствованные покрытия (цементобетонные, асфальтобетонные
или из битумо- и дегтеминеральных смесей), а также покрытия
переходного типа с поверхностной обработкой, снег необходимо
удалять полностью с оставлением лишь тонкого выравнивающего слоя
на обочинах. С переходных покрытий (щебеночных, гравийных),
не обработанных вяжущими, полностью удалить снег нельзя. По
данным А. П. Васильева, при полной очистке от снега гравийных
и щебеночных покрытий с помощью плужных автомобильных
снегоочистителей, автогрейдеров или бульдозеров за одну зиму с
покрытий удаляется 15—25% материала, а при удалении снега
жесткими щетками сметаются клинец и каменная мелочь, что приводит
к преждевременному разрушению покрытий. Поэтому на
переходных покрытиях и грунтовых дорогах разрешается оставлять
выравнивающий слой снега толщиной 3—5 см.
В районах с устойчивыми отрицательными температурами без
зимних оттепелей или с редкими оттепелями снег иногда не
удаляют, а уплотняют на покрытиях, доводя его плотность до 0,5—
0,6 г/см3 с толщиной уплотненного слоя снега от 15 до 40 см и
более в зависимости от интенсивности движения автомобилей.
Этого делать не следует. В весенний период накопившийся на
покрытии слой снега под действием положительных температур воздуха
и солнечной радиации размягчается и теряет прочность. В
результате дорога становится непроезжей. Удаление уплотненного слоя
снега представляет значительные трудности, и период
искусственно созданной распутицы может затянуться, что приведет к
большим убыткам.
Строительство временных зимних дорог (автозимников) и их
содержание методом уплотнения снега широко практикуется в
северных районах СССР (см. гл. 7). Однако трассы автозимников
проходят вне пределов существующих дорог и пользование ими
носит сезонный характер. Что касается дорог постоянного
пользования (особенно с усовершенствованным покрытием^, то снег с
них необходимо удалять.
Очищать дороги от снега нужно на всю ширину земляного
полотна. Следует поддерживать поверхность дороги в ровном и
обтекаемом для снеговетрового потока состоянии. Снежные валы,
образующиеся при очистке, необходимо полностью удалять или
разравнивать за бровкой земляного полотна. Снегу, убранному за
8
бровку (в надкюветное пространство), надо придавать уклон не
менее 1 :8.
Все это способствует переносу метелевого снега через дорогу без
отложения снега на ней.
Поверхность дороги после очистки должна быть ровной, а при
оставлении небольшого выравнивающего слоя снега (на
переходных покрытиях и грунтовых дорогах) —достаточно плотной, чтобы
не вызывать снижения скорости автомобилей. Колеи, гребенка,
ухабы и другие неровности мешают движению. Кроме того, неровная
поверхность дороги сама по себе может служить причиной
образования снежных заносов, так как метелевый снег, скользящий по
поверхности дороги, откладывается в мельчайших понижениях и
за мельчайшими возвышениями.
В периоды, когда возможно возникновение зимней скользкости,
в первую очередь необходимо следить за состоянием участков с
плохой видимостью, крутыми уклонами и кривыми малого
радиуса, пересечений в одном уровне, участков, проходящих в
населенных пунктах, подходов к искусственным сооружениям и всех
других мест, где может требоваться экстренное торможение. При
возникновении зимней скользкости должны быть приняты меры для
полного удаления ледяного или снежно-ледяного слоя,
вызвавшего скользкость, либо произведена россыпь по обледеневшей
поверхности проезжей части материалов, повышающих коэффициент
сцепления шин с дорогой (см. гл. 4).
На время, пока эти мероприятия не проведены, необходимо
ограничивать скорость движения автомобилей по согласованию с
органами ГАИ.
Большие трудности составляет обеспечение проезда в зимнее
время на лавиноопасных и наледных участках. На лавиноопасных
участках главным требованием является обеспечение безопасности
проезжающих. С этой целью осуществляется ряд инженерных мер,
предотвращающих сход лавин или защищающих от них дорогу. Эти
меры одновременно способствуют и уменьшению снегонакопления
на дороге. Если же инженерные меры противолавинной защиты
по тем или иным причинам не осуществлены, то должен
производиться профилактический спуск лавин с последующей расчисткой
образующихся лавинных завалов.
На лавиноопасных участках дорог необходимо также вести
систематическое наблюдение за состоянием снежного покрова на
склонах и принимать меры по оповещению проезжающих, ограничению
или полному закрытию проезда при возникновении лавинной
опасности.
На участках, где возможно образование наледей, следует
применять устройства, ограждающие земляное полотно и
искусственные сооружения от развивающейся наледи и предусматривающие
ликвидацию или ослабление условий наледеобразования.
Подробное описание комплекса противоналедных мероприятий дано
в гл. 6.
9
2. Факторы, влияющие на состав работ и трудность
зимнего содержания дорог
Под трудностью зимнего содержания следует понимать
суммарную характеристику условий, в которых приходится вести борьбу
со снегом и льдом на дорогах, чтобы обеспечить бесперебойный
проезд зимой. От трудности зимнего содержания зависит
потребность в затратах труда, материалов, энерго- и машино-ресурсов,
денежных средств на содержание дорог зимой. В свою очередь,
трудность зимнего содержания зависит от большого количества
факторов, которые можно объединить в три основные группы:
природно-климатические, проектно-строительные, эксплуатационные.
К природно-климатическим факторам относят:
метеорологические, рельеф, растительность.
Метеорологические факторы — это продолжительность периода
зимнего содержания дорог, метелевый режим, ветровой режим,
температурный режим, количество и вид осадков, высота снежного
покрова.
Часть информации об этих факторах содержится в
метеорологических справочниках, часть может быть определена расчетом по
данным гидрометслужбы, а часть определяют путем специальных
измерений.
От продолжительности периода зимнего содержания дорог
зависят общий объем работ, их организация и суммарная величина
материальных и денежных затрат на борьбу со снегом и льдом на
дорогах. В метеорологических справочниках даются сведения о
датах установления и схода устойчивого снежного покрова, которые
можно приближенно считать началом и концом периода зимнего
содержания дорог.
Метелевый режим в существенной мере определяет возможности
образования снежных заносов на дорогах, их объем и характер.
Гидрометеостанции ведут наблюдения за метелями, и по их данным
можно установить общее число часов метелей за зиму, вид и
продолжительность отдельной метели, скорость ветра, длительность
межметелевых промежутков.
От общей продолжительности метелей за зиму и скорости ме-
телевых ветров зависит важнейшая характеристика — объем спе-
гопереноса — общее количество снега, переносимого метелями в
течение зимнего периода в данной местности. Некоторая часть
снега задерживается различными препятствиями (растительность,
неровности рельефа, населенные пункты). Остальная часть,
называемая объемом снегоприноса, поступает к дорогам. Разработаны
различные способы определения объемов снегопереноса и
снегоприноса, которые подробно изложены в гл. 2.
Важно знать максимальную продолжительность одной метели,
а также частоту метелей и длительность межметелевых
промежутков. Большинство работ по снегоборьбе трудно, а порой я
невозможно выполнять во время метели. К таким работам, например,
относится перестановка щитов. Если метели длительные и интен-
ю
сивные, щиты могут быть полностью занесены снегом, преждг i \
их сумеют переставить. Поэтому при выборе типа снегозащиты .
устройств надо учитывать характер метелевого режима в длинен
местности. Частота и продолжительность метелей влияют также n,i
объем и сроки снегоочистительных работ. Чем короче промежутки
между метелями, тем выше должен быть темп работ по уборке
снега с дороги, перестановке щитов, прокладке снегозащитных
траншей и проведению других мероприятий, обеспечивающих
надлежащее состояние дороги к началу новой метели.
От вида метели (низовая, верховая или общая) зависят
степень снегозаносимости дорог и характер работы снегозащитных
устройств (см. гл. 2). Поэтому данные о соотношении различных
видов метелей необходимо учитывать при назначении мероприятий
по снегоборьбе. Например, снег, приносимый низовыми метелями,
почти полностью задерживается достаточно емкими
снегозащитными линиями, тогда как при верховых и общих метелях на дорогу,
огражденную защитой или даже находящуюся в лесу, попадает
много снега, выпадающего из облаков.
Скорость накопления снега на дороге и у защи!*, а также
условия работы рабочих и водителей снегоочистительных машин
зависят от интенсивности метелей. Чем больше интенсивность метелей,
тем чаще приходится совершать проходы снегоочистительными
машинами и переставлять средства снегозащиты. Кроме того, при
интенсивной метели резко ухудшается видимость, что снижает
производительность работ.
Ветровой режим — основной метеорологический фактор,
влияющий на снегозаносимость дорог. При ветрах, дующих вдоль дорог
или под малыми углами к ним, снежные заносы образуются
значительно реже, чем при ветрах, направление которых составляет
с направлением дорог прямой или близкий к нему угол. Ветры,
имеющие высокую скорость, переносят много снега, вызывают
опасность поломки снегозащитных устройств и затрудняют выполнение
работ по снегоборьбе. Подробные сведения о скоростях и
направлениях ветров имеются в региональных справочниках гидромет-
службы.
Температурный реоюим определяет состояние снежного и
ледяного покрова, условия работы машин и водителей. В районах, где
зимой устойчиво держатся отрицательные температуры, снег
обычно бывает сухим и сыпучим. Там, где температура воздуха зимой
часто колеблется, порой приближаясь или поднимаясь выше 0° С,
а затем снижается, достигая низких значений, снег постепенно
становится вязким, влажным, затем твердым смерзшимся и даже
обледенелым. Одновременно изменяются его физико-механические
свойства (плотность, твердость, сопротивление сдвигу и резанию),
что, в свою очередь, отражается на трудности разработки снежных
отложений снегоочистительными машинами.
Колебания температуры могут вызвать превращение снежных
отложений в фирновые и ледяные или привести к их таянию. От
температуры воздуха зависят, кроме того, состояние и толщина ле-
11
дяного покрова на переправах, а также ход наледных процессов
в районах с суровым климатом.
Температурный режим оказывает непосредственное влияние на
машины, используемые для зимнего содержания дорог, и на их
водителей. Низкие зимние температуры отрицательно влияют на
работу тормозной системы, снижают упругость резиновых частей,
ускоряют их износ, вызывают образование льда на ветровых
стеклах и видовых зеркалах и т. д. Работоспособность водителей
машин при низких температурах падает, организм постепенно
охлаждается даже при наличии теплой одежды, снижается выносливость
мышц, повышаются нервное напряжение и утомляемость.
От количества и интенсивности зимних осадков зависят
состояние дорог и условия работы рабочих и машин. Важно также знать
вид осадков, общую толщину слоя, накопившегося на дороге,
интенсивность накопления. Рыхлый слой снега, образующийся при
снегопадах, вызывает снижение скорости автомобилей, а ледяной
слой, возникающий на покрытиях при гололедице, снижает
коэффициент сцепления шин с дорогой и ухудшает безопасность
движения. При большой интенсивности выпадения осадков ухудшается
видимость (иногда до нескольких метров).
Высота снежного покрова влияет на снегозаносимость дорог.
Снежный покров, накопляясь на местности, по которой проложена
дорога, сглаживает неровности рельефа, создавая как бы новый
рельеф. При большой высоте снежного покрова поверхность
дорожного полотна, построенного без учета требования снегоборьбы,
может оказаться ниже прилегающей снежной поверхности. В
данном случае дорога как бы располагается в выемке из снега, что
служит причиной снежных заносов. Чтобы избежать этого,
принимаются меры, изложенные в главах 2 и 3.
Рельеф местности оказывает сильное и разнохарактерное
влияние на трудность зимнего содержания дорог. Возвышенности и
понижения рельефа воздействуют на обтекающий их снеговетровой
поток, вызывая местные изменения направления потока, повышая
или снижая его скорость. Над вершинами возвышенностей
скорости потока значительно выше, чем в понижениях рельефа.
Изменение скорости влияет на изменение насыщенности потока снегом.
С возвышенностей снег сдувается, а в пониженных местах
накапливается, в связи с чем распределение снежного покрова в горной
и холмистой местностях весьма неравномерно. В горах снежные
лавины совершенно меняют условия зимнего содержания дорог и
состав выполняемых работ. На равнинах снежный покров залегает
равномерно, но снег переносится на значительные расстояния, и
метели полностью реализуют свою транспортирующую способность.
Независимо от географического положения дорог высота над
уровнем моря существенно влияет на погодно-климатические
условия, в которых ведется зимнее содержание. Особенности плана
трассы, продольный и поперечный профили дорог в горных
условиях затрудняют снегоборьбу. Большое количество кривых с
малыми радиусами снижает производительность снегоочистительных
12
машин. На крутых поворотах Скорость снегоочистителей
снижается из-за увеличения сопротивление качению колес, движению
гусениц и рабочего органа, а также из-$я необходимости большой
точности управления машинами при ^раниченной видимости
дороги.
Продольный и поперечный профили дороги во многом
определяют условия работы и производительности снегоочистительных
машин. Сопротивление движению снегочисп^ельных машин на
подъеме прямо пропорционально величине продольного уклона.
При больших продольных уклонах работа машин сдвигающего
действия (плужных снегоочистителей) становится
малоэффективной, так как вследствие снижения скорости на крутых подъемах
уменьшается дальность отбрасывания снега и резко падает
производительность машин. На затяжных подъемах при уклонах 60—
70%о и более применение автомобильных плужных
снегоочистителей нецелесообразно.
Поперечники земляного полотна дорог зависят от рельефа
местности, особенно в горах. Выделяются три основных варианта про-
ложения трассы в горных районах: по дну долины или ущелья на
некотором расстоянии от подножия склона, по склону, по
водоразделу. Во всех этих вариантах свои особенности имеют и
поперечный профиль, и технология снегоочистки. В первом случае дорога
обычно идет по насыпи, причем условия снегоочистки сходны с
условиями в равнинной местности — снег можно сдвигать в обе
стороны от дороги и по мере его накопления образуются снежные
валы. На склонах дорога чаще всего проходит в
полувыемке-полунасыпи. Снег целесообразно сдвигать только в одну сторону к
обрывистому спуску. На водоразделах обычно с обеих сторон дороги
имеются крутые обрывы, в сторону которых и можно сбрасывать
снег.
В горах работа снегоочистительных машин затрудняется тем,
что вследствие меньшей плотности воздуха резко снижается
мощность двигателей из-за ухудшения наполнения цилиндров горючей
смесью. Работа водителей машин на горных дорогах осложняется
недостаточным содержанием кислорода в воздухе, что снижает
работоспособность и вызывает другие отрицательные последствия.
Растительность, как правило, является фактором,
уменьшающим трудность снегоборьбы. Деревья и кустарники тормозят
воздушный поток, гасят его скорость и препятствуют переносу снега.
В местности, покрытой сплошным массивом леса, переноса снега
вообще не происходит. Даже если местность покрыта отдельными
рощами и дубравами, перенос снега может быть интенсивным, но
не настолько, как на безлесной равнине. Мелкий кустарник
задерживает снег, пока не отработается, а затем перенос снега
происходит беспрепятственно.
Растительность препятствует не только переносу снега ветром,
но и сползанию его с крутых горных склонов под действием силы
тяжести. Поэтому облесение склонов является одним из способов
защиты дорог от лавин.
13
Помимо природно-климатических факторов, трудность зимнего
содержания зависит также и oj того, как построена и
эксплуатируется дорога. Например, в горных условиях на правильно
запроектированных участках дорога нередко бывает так хорошо защищена
от ветра прилегающими возвышенностями, что совсем не страдает
от заносов, а на неправильно запроектированных участках ветер
может выносить из ущелий на дорогу большие массы снега.
Неудачный выбор поперечного профиля также может привести к
тому, что на дороге будут постоянно образовываться снежные
заносы. Поэтому потребность в затратах труда, материальных ресурсах
и денежных средствах на зимнее содержание в период
эксплуатации дороги в значительной мерезависит от правильности решений^
принятых при ее проектировании. Организация и технология работ
по зимнему содержанию дорог должны быть глубоко
продуманными. Известны многочисленные случаи, когда неудачное
расположение щитов или снегозащитных насаждений, а также неправильные
способы снегоочистки способствовали образованию на хорошо
запроектированных дорогах снежных заносов.
3. Условия зимнего содержания дорог в разных районах
Роль каждого из факторов, определяющих трудность зимнего
содержания дорог, зависит от географических особенностей разных
районов СССР.
Продолжительность периода зимнего содержания дорог
изменяется на территории СССР следующим образом. Наименьшую
продолжительность этот период имеет в южных и юго-западных:
районах страны. На крайнем юге (в Туркмении и на
юго-восточном побережье Каспийского моря) снег не выпадает совсем или
удерживается 3—4 сут., а затем тает. По мере продвижения с юга
на север продолжительность зимнего периода быстро возрастает^
причем на востоке значительно больше, чем на западе. На
Крайнем Севере, в арктических районах СССР продолжительность
периода достигает 10—11 мес. Большое влияние на
продолжительность зимы оказывает также высота над уровнем моря. В
местности с горным рельефом она возрастает по мере подъема из долин
к высокогорным районам. Например, на территории Большого
Кавказа устойчивый снежный покров держится: в Сванетин 5 мес на
высоте 1000 м над уровнем моря и 9 мес на высоте 2800 м; в
бассейне р. Ингури — 4 мес на высоте 1000 м и 7 мес на высоте
2200 м. Выше границы вечных снегов продолжительность периода
составляет 12 мес. В западной части Большого Кавказа эта
граница проходит на высоте 2800—3400 м и, постепенно повышаясь по
направлению к востоку, достигает на Центральном Кавказе 3500—
4000 м. При этом устойчивое сохранение снежного покрова в
высокогорной местности зависит не только от высоты над уровнем
моря, но и от особенностей циркуляции атмосферы и связанного с
этим выпадения твердых осадков.
14
Высота снежного покрова ^ территории СССР неравномерна.
Она зависит от сочетания ряда факторов, главные из которых:
количество выпадающих зимой твердых осадков, продолжительность
зимы и плотность снега. Г. Д. Рихтером выделены на территории
СССР шесть зон с максимальными \реднедекадными высотами
снежного покрова от 10 до 70 см [21].
Наибольшей высоты снежный покров достигает: на западных
склонах Северного Урала и его западных предгорьях — до 120 см;
на западных склонах Средне-Сибирского нагорья — до 140 см; в
низовьях Амура, на Сахалине и Камчатке — до 200. см (СНиП
II-A.6-72).
Г. Д. Рихтер указывает также на необходимость выделения
горных районов, где высота снежного покрова зависит от
географического положения гор, высоты над уровнем моря, характера
склонов и вершин, экспозиции хребтов по отношению к ветрам и
других условий.
Метелевый и ветровой режимы в различных районах СССР, как
правило, связаны между собой: чем выше скорости ветров, тем
интенсивнее метели в данной местности. Поэтому в районах с
значительной интенсивностью метелевой деятельности и ветры имеют
^большую скорость. Однако для развития метели, помимо
соответствующей скорости ветра, необходимы наличие материала, которое
может участвовать в переносе, и открытая местность (см. гл. 2).
В связи с этим наиболее интенсивная метелевая деятельность
наблюдается в тундровых районах Заполярья, степных районах
европейской и азиатской части СССР, на побережьях северных и
восточных морей, граничащих с океанами, где ветры зимой
приносят большое количество снега. В таких районах объемы
снегопереноса достигают значительной величины. Самые большие объемы
снегопереноса, превышающие 1500 м3/м, наблюдаются на Таймыре
и побережье Карского моря, а затем в южной части Западной
Сибири и Казахстана (более 1000 м3/м). К районам с небольшими
объемами снегопереноса относятся Прибалтика, Белоруссия и
прилегающая к ней часть Украины, центральная часть Сибирского
плоскогорья, Забайкалье, низменная часть Приамурья и
Биробиджан.
На условия зимнего содержания дорог влияет и температурный
режим зимы. Для южных и юго-западных районов страны
характерен неустойчивый температурный режим с частым переходом
через 0°С, зимней скользкостью, изменением физико-механических
свойств снежных отложений, их обледенением. Для Сибири и
северных районов Дальнего Востока характерны устойчивые
отрицательные температуры, достигающие в Якутии и Магаданской обл.
очень низких значений, при которых осложняются условия труда
рабочих и эксплуатация машин.
Борьба с гололедицей в районах с неустойчивыми зимними
температурами требует нередко больше денежных средств, чем
борьба со снежными заносами. В районах с суровыми зимними
условиями обледенение дорог преимущественно проявляется в виде на-
15
ледей — мощных скоплений льда у искусственных сооружений и на
дорожном полотне.
Зависимость зимнего содержания дорог от
природно-климатических факторов побудила ряд специалистов и организаций
заняться разработкой районирования территории СССР по условиям
зимнего содержания. Цель такого районирования — обоснование
планирования денежных и материальных средств для зимнего
содержания, помощь проектным и эксплуатационным организациям в
разработке мер по уменьшению заносимости и защиты от снежных
заносов дорог, прокладываемых в различных районах страны и т. д.
Основные работы в этом направлении были выполнены Союздор-
нии, а также Усть-Каменогорским строительно-дорожным
институтом (УКСДИ).
В качестве основного признака районирования был принят
объем снега, приносимого к дорогам, так как он интегрально
учитывает влияние на условия снегоборьбы метелевого, ветрового и
температурного режимов зимы. Дополнительно учитывалось
влияние рельефа местности, растительности, количества снежных
осадков за зиму, высоты снежного покрова и некоторых других
факторов. В результате указанных работ территория СССР разбита на
следующие семь зон различной трудности снегоборьбы на
автомобильных дорогах 1.
1-я зона — районы периодической снегоборьбы: Молдавская
ССР; части территории РСФСР, УССР, Грузинской и
Азербайджанской ССР, расположенные в прибрежной полосе Черного и
Каспийского морей; Узбекская ССР (кроме перевальных участков
дорог, расположенных в горной местности); южные трети
территорий Мангышлакской и Чимкентской областей Казахстана.
Снегоборьба носит периодический характер. В течение
большинства зим снежный покров практически отсутствует. В
отдельные дни зимой наблюдается гололедица. Продолжительность
периода, в течение которого может выпадать снег, составляет от Ш
до 60 сут. Средняя температура воздуха в наиболее холодный
период колеблется от небольших плюсовых температур до —8° С.
Количество твердых осадков за зиму составляет 20—40 мм. В
обычные зимы выпадающий снег вскоре тает, зимнее содержание в этих
районах ограничивается борьбой с зимней скользкостью.
На некоторой части территории этих районов периодически
(через 5—6 лет) наблюдаются сильные верховые метели,
вызывающие снежные заносы. Продолжительность заносоопасных периодов-
не превышает нескольких суток. Максимальный объем снега,
приносимого к дорогам в обычные зимы, составляет 10—15 м3/м, а в
особо снежные — до 40—50 м3/м.
2-я зона — районы легкой снегоборьбы: Калининградская обл.,
южная часть Калмыцкой АССР, Краснодарский и Ставропольский
1 В приводимом варианте районирования учтены также рекомендации
А. А. Кунгурцева по районированию территории Казахстана по условиям
снегоборьбы [15].
16
края, Дагестанская, Кабардино-Балкарская, Чечено-Ингушская к
Северо-Осетинская АССР (кроме4^торных перевальных участков),
южные части Астраханской и Ростовской областей, Читинская и
Амурская области, юго-западная частьчХабаровского края,
юго-запад УССР, западные области БССР и Литовской ССР, Киргизская,
Таджикская, Грузинская, Армянская и - Азербайджанская ССР
(кроме горных перевальных участков и прибрежной полосы
Черного и Каспийского морей).
Продолжительность периода со снежным покровом составляет
40—100 сут. Количество твердых осадков зимой — от 45 до 115 мм.
Температура воздуха: средняя в наиболее холодный период от —2
до —20° С, а при кратковременных понижениях в отдельных
районах абсолютный минимум достигает — 36° С. Высота снежного
покрова (средняя из наибольших высот на зиму) равна 15—25 см.
Скорость ветра: наблюдаемая 1 раз в год —от 16 до 20 м/с, а 1 раз
в 10 лет — от 23 до 36 м/с. Объемы снега, приносимого к дорогам,
в большинстве случаев не превышают 25 м3/м и только в
отдельных случаях доходят до 40—50 м3/м. В обычные зимы приходится
удалять снежные отложения, имеющие небольшую толщину (10—
15 см).
Снежные заносы большой толщины образуются редко, на
участках небольшого протяжения и наблюдаются лишь в
наиболее снежные зимы.
3-я зона — районы со средней трудностью снегоборъбы:
Карельская АССР, Ленинградская, Псковская, Новгородская,
Костромская, Вологодская, Смоленская, Брянская, Калининская,
Ярославская, Владимирская, Московская, Ивановская, Кировская,
Пермская, Волгоградская, Томская, Свердловская, Иркутская,
Челябинская, Курганская области, Удмуртская АССР, Тюменская обл.
(кроме Ямало-Ненецкого автономного округа), северные части
Омской, Ростовской, Астраханской, Горьковской и Калужской
областей, северная часть Калмыцкой АССР, Хабаровский край
(кроме юго-западной части), Тувинская и Бурятская АССР, Якутская
АССР (кроме части за Полярным кругом), Приморский край и
Красноярский край (кроме его юго-западной части и Таймырского
автономного округа). К этой же зоне относятся: Эстонская и
Латвийская ССР, восточные области Литовской и Белорусской ССР,
Украинская ССР (кроме территории, отнесенной к 1-й и 2-й зонам),
лесистые районы Павлодарской, Семипалатинской и
Восточно-Казахстанской областей Казахстана.
Период с устойчивым снежным покровом длится от 100 до 180
дней. Средняя температура воздуха в наиболее холодный период —
от —9 дсХ —30° С при абсолютном минимуме от —32 до —53° С.
Количество твердых осадков зимой — от 50 до 200 мм. Средняя из
наибольших высот снежного покрова за зиму — от 23 до 70 см.
Максимальные скорости ветра, наблюдающиеся 1 раз в году,—
18—27 м/с, а 1 раз в 10 лет — 22—34 м/с. Объем снегоприноса, как
правило, не превышает 75 м3/м и лишь в отдельных пунктах
доходит до 100 м3/м и более. Снежные заносы образуются системати-
- '::i ,; ft' 17
• ."■■•■■ •.. ..•;.:•.-?|
чески, но обычно имеют небольшие толщину и протяженность.
Отложения большой толщины (бодее 1,0—1,5 м) наблюдаются редко.
В некоторых районах на дорогах образуются наледи.
4-я зона — районы трудной снегоборьбы: центральная часть
Архангельской обл., Новосибирская, Саратовская, Ульяновская,
Воронежская, Кемеровская, Тульская, Орловская, Курская,
Белгородская, Липецкая, Рязанская, Тамбовская, Пензенская области,
Мордовская, Татарская, Марийская, Чувашская и Башкирская АССР,
южные части Горьковской, Омской, Калужской и Мурманской
областей, юго-западная часть Красноярского края, Горно-Алтайская
автономная область, центральная часть Коми АССР,
юго-западная часть Магаданской обл., южная часть заполярной территории
Якутской АССР, основная часть территории Казахской ССР,
кроме областей, отнесенных к 1, 3, 5 и 6-й зонам.
Продолжительность периода с устойчивым снежным покровом
составляет от 100 до 180 сут. Температура воздуха: средняя в
наиболее холодный период от —16 до —34° С, а абсолютный минимум
ют —40 до —60° С. Количество твердых осадков за зиму — от 115
до 205 мм. Средняя из наибольших высот снежного покрова — от
30 до 74 см. Скорость ветров при метелях до 30—32 м/с. Зимой
наблюдаются интенсивные метели. Снежные заносы
систематически образуются на дорогах и часто имеют большую толщину и
плотность. Метели переносят большие количества снега. Объемы снега,
приносимого к дорогам, достигают 250, а в отдельных районах
400 м3/м. В ряде районов зоны приходится вести борьбу с
наледями.
5-я зона — районы очень трудной снегоборьбы: Куйбышевская
и Оренбургская области, Алтайский край (кроме Горно-Алтайской
автономной области), центральная часть Магаданской обл.,
северные районы Мурманской и Архангельской областей, северная часть
Коми АССР, Камчатская обл. (кроме Корякского автономного
округа и побережья Камчатского полуострова), центральная часть
заполярной территории Якутской АССР, южная часть
Ямало-Ненецкого автономного округа, часть северо-востока Актюб^нской
обл., Тургайская обл. (кроме районов, отнесенных к 6-й зоне),
южная часть Целиноградской обл., часть северо-запада
Карагандинской обл.
Продолжительность периода с устойчивым снежным покровом
от 140 до 205 сут. Средняя температура воздуха в наиболее
холодный период от —16 до —23° С при абсолютном минимуме от —34
до —50° С. Количество твердых осадков за зиму на основной части
зоны составляет от 75 до 150, а на Камчатке 450—680 мм. Средняя
из наибольших высот снежного покрова составляет от 28 до 116 см
при абсолютном максимуме на юго-восточном побережье
Камчатки 200 см. Скорость ветра средняя из наибольших возможных:
1 раз в году— 19—40 м/с, а 1 раз в 10 лет — 23—49 м/с. Ветры
переносят очень много снега, и объемы снегоприноса к дорогам
достигают 400—600 м3/м. Отложения от интенсивных снегопадов и
снежные заносы большой толщины систематически образуются на
18
участках большой протяженности В ряде районов зоны на дорогах
появляются наледи.
6-я зона— районы особенно трудной снегоборьбы: Корякский,
Ненецкий и Таймырский автономные округа, северная часть
Ямало-Ненецкого автономного округа, северная часть заполярной
территории Якутской АССР, побережье Чукотского автономного
округа в пределах Восточно-Сибирского, Чукотского4^ Берингова морей,,
часть районов Целиноградской, Тургайской и Карагандинской
областей, Сахалинская обл.
Продолжительность периода с устойчивым снежным покровом
составляет от 165 до 260 сут (в отдельных местах зоны до 300 сут
в году). Количество твердых осадков составляет 85—195 мм.
Средняя температура воздуха в наиболее холодный период — от —17
до —34° С при минимальных значениях от —47 до —55° С. Средняя
из наибольших значений высоты снежного покрова от 17 до 48 см.
Скорость ветра, возможная 1 раз в году, составляет 25—46 м/с, а
возможная 1 раз в 10 лет достигает 58 м/с. Число дней с метелями
доходит до 125—130 за зиму при продолжительности отдельных
метелей 10 сут и более. Снег обладает большой подвижностью и
метели переносят его в большом количестве, образуя мощные
снежные заносы на дорогах и в населенных пунктах. Объем снегопри-
носа 600—1000 м3/м, а в отдельных местах достигает 1200 м3/м и
более. В некоторых районах зоны приходится вести борьбу с
наледями.
7-я зона — горные районы (перевальные участки горных дорог).
Для таких участков характерна большая продолжительность
периода зимнего содержания дорог, большое количество осадков,
значительная толщина снежных отложений, особый характер ме-
телевых явлений, протекающих при ненасыщенном снеговетровом
потоке, и резкое повышение роли верховых метелей в образовании
снежных заносов. Специфической особенностью зоны является сход
лавин, образующих на дорогах мощные снежные завалы. В связи
с многообразием условий и изменчивостью микроклимата и
рельефа технология работ и применяемые средства зимнего содержания
дорог в горных районах зависят от местных условий.
С учетом данных районирования территории СССР по
трудности снегоборьбы рекомендован примерный комплекс
снегозащитных мероприятий и разработаны укрупненные нормативы
потребности в снегоочистительных машинах для различных зон, кроме
шестой и седьмой. Пользование указанными нормативами
допустимо лишь при укрупненном планировании, если требуется быстро
определить приближенную потребность в снегоочистительных
машинах для какого-либо региона.
Другой вариант районирования по условиям снегоборьбы
предложил А. А. Кунгурцев: территория СССР делится на 17
районов в зависимости от объемов снегоотложений со стороны
господствующих ветров при нормальном их направлении к оси
дороги с краткой характеристикой районов в отношении рельефа и
природных зон [16].
\Ь
Им же сделано районирование территории Казахской ССР по
условиям зимнего содержания дорог. Территория республики была
разделена на 16 районов, а внутри большинства районов — еще на
подрайоны. Главными показателями, положенными в основу
выделения, были: объемы снегопереноса; природные зоны; объемы сне-
гоотложений и число дней с оттепелями и зимними дождями.
Приведены данные о: примерной территории, входящей в районы и
подрайоны; максимальных и исключительных объемах снегоотложений
со стороны господствующих ветров при нормальном их
направлении к оси дороги; возможном числе дней с оттепелями и зимними
дождями; продолжительности периода с температурами ниже 0°С;
числе дней со снежным покровом; средней из наибольших
декадных высот снежного покрова за зиму; возможной
продолжительности метелей; температурах по изотерме января. Рекомендации по
способам защиты дорог от заносов и потребности в
снегоочистительных машинах для выделенных районов и подрайонов не
приводятся [20].
Районированием территории по условиям зимнего содержания
дорог начали заниматься и другие авторы. Опыт показал, что
решить этим путем намечаемые практические задачи можно лишь
приближенно. Приведенный в данной главе перечень факторов,
влияющих на состав работ, характер применяемых средств и
трудность зимнего содержания дорог, многочислен и разнообразен.
Даже на сравнительно небольшой территории, особенно в горных
районах, количественные значения этих факторов могут
существенно различаться. Например, объем снегоприноса сильно меняется
на протяжении одной и той же дороги. Это обстоятельство должно
быть обязательно учтено при детальном проектировании
снегозащиты.
Практическое значение районирования состоит главным
образом в том, что оно дает общее представление о различиях в
условиях зимнего содержания дорог в разных районах СССР. Что
касается проектирования мер и технических средств для зимнего
содержания той или иной конкретной дороги, то данные для такого
проектирования должны быть получены на месте путем изысканий
или взяты из справочников, содержащих более подробные
сведения. Методические основы таких решений излагаются в
дальнейших главах настоящей книги.
Глава 2
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПЕРЕНОСА И ОТЛОЖЕНИЯ СНЕГА
4. Основы теории метелей
Метель — чрезвычайно сложное природное явление. Ветровой
поток с включением снега ведет себя иначе, чем чистый ветер, так
как метелевые снежинки влияют на скорость и турбулентность
ветра. В метели участвуют как снег, отложенный на поверхности
земли, так и снег, зародившийся в облаках и еще не достигший
земли. Поведение и закономерности метелей существенно зависят
от рельефа (орографии) местности. Наконец, действие метелей
определяется скоростью ветра, массой поднятого ими снега и
характером движения метелевых снежинок. Поэтому виды метелей
классифицируют по нескольким признакам.
По генетическому признаку, т. е. по признаку происхождения
метелевых снежинок, различают:
верховую метель — снегопад при ветре до приземления
атмосферных снежинок (верховая метель в чистом виде, когда упавшие
снежинки остаются на месте, наблюдается, например, если снег
выпадает при ветре над кустарником и лесом);
низовую метель, т. е. перемещение ветром вдоль земной
поверхности только что упавших и ранее отложенных снежных частиц;
общую метель, т. е. сочетание верховой и низовой метелей.
По признаку рельефа подстилающей поверхности различают
метели на равнинной и слабопересеченной местности, горные метели.
По признаку силы ветра метели классифицируют так: слабые
метели при скоростях ветра Vф менее 10 м/с, измеренных на
обычной высоте (10—11 м) флюгера метеорологических станций;
обычные метели при v$ от 10 до 20 м/с; сильные метели при Уф от 20
до 30 м/с; очень сильные метели при v$ от 30 до 40 м/с;
сверхсильные метели при Vф свыше 40 м/с.
Метели двух последних категорий можно назвать
катастрофическими, так как они сопровождаются огромными заносами и
нередкими разрушениями строений.
По насыщенности снегом различают:
насыщенные метели, когда ветровой поток переносит
количество снега, соответствующее его максимальной транспортирующей
способности;
ненасыщенные метели, когда снега переносится меньше
насыщающего поток максимума.
21
Известны следующие способы
движения метелевых частиц:
падение атмосферных
снежинок при верховой метели;
скольжение и качение вдоль
поверхности снежного покрова
или земли;
прыжки или сальтация, когда
снежинки подскакивают почти
вертикально вверх, а затем
снижаются по отлогой кривой;
витание или диффузия, когда
снежинки, сорванные со
снежного покрова или измельченные при
снегопаде, взвешиваются ветром
и поднимаются высоко над
поверхностью земли.
На рис. 2 наглядно показаны
виды метелей, классифицируемые
по генетическому признаку, и соответствующие им способы
движения метелевых частиц. Участвующие в верховой метели
атмосферные снежинки А падают вниз со скоростью w и перемещаются
ветром горизонтально со скоростью и. Равнодействующая скорость
снежинки vc= V w2 + u2. Составляющая и отличается от скорости
ветра v. Толщина слоя верховой метели соответствует расстоянию
от земли до облаков 1—2 км. После падения на землю (сразу или
через некоторое время) снежинки А становятся уже частицами М
снежного покрова и участвуют в низовой метели.
Слой скольжения имеет толщину не более 1 мм. Самая
распространенная форма движения метелевых снежинок — сальтация,
слой которой достигает по высоте 100 см. Движение в виде взвеси,,
когда частицы витают, не падая на поверхность земли,
соответствует приземному слою воздуха, высота которого обычно не
превышает 10 м. Австралийские гляциологи полагают, что его высота
доходит до 300 м.
В общей метели могут проявляться все четыре формы
движения снежинок.
Снежная метель значительно сложнее песчаной бури.
Во-первых, может существовать только «низовая песчаная метель», так
как песок не зарождается в атмосфере. Во-вторых, доля взвеси в
песчаной буре намного выше. Очень мелкие песчаные частицы
(размером до 0,001 мм и менее) способны подниматься вверх на
высоту более 2—3 км, формируя «песчаные облака».
Низовая метель могла бы порождать такие же облака, если .бы
мелкие снежинки быстро не испарялись. Мелкая снежная взвесь
очень недолговечна.
Важнейшей характеристикой метелей является их
горизонтальный удельный твердый расход, равный массе снега, переносимой
за единицу времени через единицу площади вертикальной плоско-
Облака
, 7/7/?//7// '7//7//У//}/// //>/?
»М Поверхность сменного покрова.
Рис. 2. Виды метелей и способы
движения метелевых частиц
22
ли oyzy перпендикулярной к направлению ветра (рис. 3).
Применяемая размерность удельного твердого расхода метели qx г/м2 с.
При расчетах снегозаносимости дорог важнее всего знать
общий твердый расход метели, т. е. массу снега, переносимую за
1 с через 1 м фронта метели. Фронтом метели называется
воображаемая линия, проведенная на поверхности земли
перпендикулярно к направлению ветра. Общий твердый расход метели QH
определим интегрированием qx по высоте у до потолка метели Я, т. е.
до ее верхней границы, выше которой воздушный поток чист:
н
<Рн= $4xdy. (О
Удельный твердый расход верховой метели в горизонтальном
направлении х
Чх = У и, (2)
где y — массовая концентрация атмосферного снега в воздухе, г/м3;
и — горизонтальная составляющая скорости снежинок, м/с.
Концентрацию 7 атмосферных снежинок можно найти, зная
интенсивность снегопада Я*у и среднюю скорость осаждения
твердых частиц w. Интенсивность qy есть в сущности твердый расход
через горизонтальную поверхность zox (см. рис. 3):
qy^yw\ v=qy/w. (3)
При наисильнейших снегопадах qy = 3—4 г/м2-с. Скорость падения
атмосферных снежинок в среднем равна 0,25 м/с. Следовательно,
Ттах = 4/0,25 =16 г/м3, т. е. концентрация снежной массы в воздухе
весьма мала.
Если у и w существенно не изменяются, что характерно для
равнин, то прирост снежного покрова равномерен при верховой
метели и снегопаде без ветра, так как скорость осаждения
крупных снежинок w мало зависит от ветра.
В горах же верховая метель — главный решающий фактор,
регулирующий снегораспределение и образующий заносы на
дорогах. При неровной земной поверхности скорость приземного ветра
сильно изменяется, что влечет за собой изменение и, qx и qy.
Законы низовой метели сложнее. Снежные кристаллы,
упавшие на земную поверхность и ставшие частью снежного покрова,
начинают перемещаться ветром при вполне определенных его
скоростях.
На основании опытов в аэродинамических каналах и полевых
наблюдений установлено, что при рыхлом состоянии снежного
покрова снег начинает смещаться при скорости вет[/а 3—5 м/с, если
она измеряется на высоте 20—50 см. Если же сверху имеется смерз-
* Интенсивность снегопада qv часто выражают в миллиметрах воды в час,
1. е. в миллиметрах толщины водяной пленки, которая образовалась бы при тая-
лии снега.
23
Рис. 3. Схема распределения
удельного твердого расхода метели
шаяся корка, то массовый
перенос снега начинается лишь после
разрушения корки ударами
снежинок, сорванных и
перемещаемых ветром.
Формы и размеры частиц
низовой метели определяются
условиями разрушения снежного
покрова ветром, прыгающими, саль-
тирующими снежинками и
условиями переноса продуктов
разрушения вдоль земной поверхности.
В снеге, переносимом низовой
метелью, преобладают частицы
размером 0,2—0,3 мм. Формы частиц
преобладающих фракций проще,,
чем формы первоначальных
атмосферных снежинок.
Как бы ни было обширно снежное поле, у него есть границы —
лесные опушки, русла рек и оврагов, постройки, берега озер и
водохранилищ. Пусть метелевый ветер начинает свой бег от какой-то
наветренной границы покрытого снегом поля. Метель не может
сразу поднять все количество снега, которое она способна нести.
Нарастание масс переносимого метелью снега осуществляется
постепенно, по мере разрушения поверхности снежного покрова
прыгающими частицами.
Но одновременно под влиянием сильного ветра и ускоренного-
им метафорфизма снега поверхность снежного покрова твердеет,
цементируется. Взаимное влияние этих двух противоречивых
факторов (разрушение и твердение) очень усложняет процесс. В
конце концов на некотором расстоянии xv от наветренной границы
общий перенос снега достигает предельно возможного максимума.
Расстояние #р, называемое длиной разгона метели, в естественных
условиях иногда равно многим сотням метров.
В первом приближении можно рассматривать развитие метеле-
вого снегопереноса как лавинообразный процесс, при котором
каждая снижающаяся после прыжка частица выбивает п частиц. На
рис. 4 показан этот процесс для случая п = 2. Предполагается, чта
длина прыжка Ал: постоянна. После К прыжков вовлекается в
движение пк частиц. При таком лавинообразном процессе где-то
должен наступить предел с его затуханием, когда число вовлекаемых
в движение частиц с каждым прыжком будет уменьшаться до п=1*
Тогда движение окажется установившимся, так как:
/1=1; пК= 1* = 1.
Если n=const, Ax = const и движение началось с одной частицы»
то число вовлеченных в движение частиц на расстоянии х от
начала зоны разгона
m = п^х^х\ так как К = */А v.
24
Число
интервалов К
Число
вовлекаемых зерен
' 777
0
1
1
2
2
4
J
8
4.
16
Рис. 4. Схема лавинообразного развития метели
В конце зоны разгона: x = xv;
AT = /СР = лгр/А.*; т = тр =• nSxplLx)*
Возьмем отношение
(*— * )/Ах
u = m/mp = п р (4)
Опытное определение \х показывает, что в обычных условиях
/г<2, т. е. падающая частица выбивает при своем падении в
среднем менее двух частиц, продолжающих движение.
Для сильных метелей Дл;=10 м. При полевых опытах в
окрестностях Новосибирска определена длина разгона #р = 300 м. При
ti = 1,25 этому случаю отвечает кривая на рис. 5 с опытными
точками, обозначенными треугольниками. Скорость ветра Уф = 9,5 м/с
измерялась на высоте флюгера метеорологической станции. На
рис. 5 показаны кривые ^ == / (х/х9) для развития метелевого
переноса в аэродинамическом канале длиной 27 м и сечением 0,5х
4 0,6 м2. Предварительным рыхлением снега перед его продувкой
удавалось «уложить» зону разгона в пределы рабочей части кана-
|л, т. е. уменьшить xv в сравнении с полевым значением более чем
и 10 раз. Тем не менее п при скоростях ветра и0,2, измеренных на
шлсоте 0,2 м над снежным покровом и меньших 21 м/с, остается
приближенно равным 1,25. При скоростях 16—20 м/с опытные
точки весьма близки к теоретической кривой при этом значении п.
1<>лько при очень сильной метели, когда скорость ветра достигала
'.") м/с, опытные данные оказались в промежутке между кривыми
| in я=1,25 и /г=1,5.
25
w
0,8
0,6
^ 0Л
0,2
!и£Ц
о
•
о
1 ' &* 1
1 ,d >&>H> 1
▼
1ГА
i A
-<
1Г
~ /t
w
02
04
0,6
^ 0.5 х/лр
Таким образом, допущения
ft^const и A/~const
оправдываются как в лаборатории, так и б
полевой обстановке. Разгон
метели определяется прежде всего
разрушительной деятельностью
сальтации снежинок. Развитие
метелевого снегопереноса
происходит по закону показательной
функции. При больших полевых
зонах разгона прирост переноса
снега растет вначале медленно и
лишь в последней трети зоны
скачкообразно доходит до
максимума.
Но ветер и на первых двух
третях зоны дует в полную силу, поэтому здесь противопоказаны сне-
гоотложекия. Все, что способен сдвинуть ветер, будет им сметено»
Это обстоятельство имеет большое практическое значение.
Знание законов развития низовых метелей весьма необходимо
для горных районов, где метели редко достигают состояния
насыщенности, так как не хватает места для их разгона.
При ненасыщенной метели ак-
Рис. 5. Зона разгона метели в
аэродинамическом канале и в поле:
Х-канал, и0>2=16,2 м/с; О — канал,
t>02=20,7 м/с; ф —канал, 1>02=24,5 м/с;
^~ поле, аю=9,5 м/с
Уф,М/С
Рис. 6. Зависимость общего твердого
расхода метелей от скорости ветра
кумуляция твердой примеси
невозможна. Такое свойство
ненасыщенных двухфазных потоков
используют при проектировании
«незаносимых» инженерных
сооружений. Если направления
метелей устойчивые, следует
прокладывать трассу дороги в начале
зон разгона. При очистке
автомобильных дорог от снега
бульдозерами и плужными
снегоочистителями нередко создаются высокие
валы по обе стороны дороги.
Пространство между валами быстро
заносится снегом при
последующих метелях, и автомобили
объезжают занесенный участок с
подветренной стороны от дороги, так
как за валами образуется зона
разгона и поле очищается до
земли ветром, не насыщенным
снегом.
Зависимость общего твердого
Щг*м1& расхода QH низозых метелей от
скорости ветра, составленная па
данным многочисленных полевых
30 40
26
> лабораторных измерений (рис. 6), подтверждена и
теоретическими: изысканиями, охватившими, кроме метелей, такие явления, как
пылевые бури и движение речных наносов.
Даже при огромных значениях общего твердого расхода снего-
петрового потока (10 кг/м-с) низовая метель продолжает
оставаться поверхностным феноменом.
Максимальный общий твердый расход низовой метели при пол-
пом использовании транспортирующей способности ветра, т. е. при
насыщенной метели
QH = 0,34 (1>0,2- 3)з, (5)
где vQi2 — скорость ветра, измеренная на высоте 0,2 м над поверхностью снега.
В верхней части рис. 6 построена шкала для скоростей ветра
с>Ф, измеренных на высоте флюгера метеорологической станции
(10—12 м).
При обычном соотношении иф« 1,6и0,2 получим после
подстановки в формулу (5)
<?н = 0,08 (*ф-5)з. (6)
Кривая QH— граница максимумов общего снегопереноса
насыщенных низовых метелей. Заштрихованная область ниже
кривой — зона ненасыщенных метелей вплоть до отсутствия
снегопереноса, когда снежный покров сильно закреплен или вовсе
отсутствует. Выше кривой Qn простирается область общих метелей, когда
ветровой перенос снега состоит из поступательного движения
атмосферных снежинок верховой метели и движения поверхностных
частиц низовой метели. В этом случае общие твердые расходы
низовой Qu и верховой Qa метелей складываются. В обоих случаях
берутся горизонтальные составляющие расходов. В верхнем углу
рис. 6 построена кривая QH+Qa при скорости падения атмосферных
снежинок до = 0,25 м/с, интенсивности осадков 1 = Ъ мм воды/ч
только для слоя верховой метели высотой 100 м. Здесь наглядно
убеждаемся, какие громадные массы снега переносятся над земной
поверхностью во время общих метелей по сравнению с масштабами
низовых метелей.
Формулы (5) и (6) найдены теоретически, как для частного
случая общего твердого расхода любых взвесенесущих потоков,
определенного методами механики сплошных многокомпонентных
сред. Они справедливы для метелей любой силы — от слабых до
сверхсильных (см. рис. 6).
На обжитых территориях очень сильные и сверхсильные
метели редки и приравниваются к катастрофам. В ряде вновь
осваиваемых горных районах и в высоких широтах они частые явления.
В качестве примера можно привести сверхсильную метель,
случившуюся в феврале 1969 г. на Южном Сахалине при очень сильном
снегопаде интенсивностью от 5 до 11 мм воды/ч. Тогда два
тайфуна, мчавшиеся на север вдоль западного и восточного берегов
Японии, объединились в одну мощную воронку над Южным
Сахалином. Заносы в Южно-Сахалинске достигали вторых этажей зда-
27
(8)
iniii. Многим жильцам пришлось утром, когда ветер «стих» до
20 м/с, пробивать снежные тоннели, чтобы выйти на улицу. По
интенсивности образования сугробов ориентировочная величина QH
достигала 8000 г/м-с, и метель была, по-видимому, насыщенной.
Интенсивность осадков составляла <7У = 4 г/м2с.
Определим длину разгона хр для ровной и гладкой поверхностей
при совпадении снегопада и сильного ветра, сразу сметающего с
подстилающей поверхности попадающие на нее и не успевшие
закрепиться атмосферные снежинки. В этом случае
<?н = £р£и*р?у> (7)
где £р>1 —коэффициент, учитывающий разрушение поверхности снежного
покрова скачущими снежинками;
gH<l — коэффициент возгонки метелевого снега при его движении.
Из формулы (7) имеем
*р=<?н/6р5и?0-
При QH = 800 г/м-с, 4о = 4 г/м2-с и gp«£u«l получим *р = 2 км,
т. е. вполне реальную величину.
Когда транспортирующая способность метели полностью
исчерпывается, то на ровной местности метелевый поток
стабилизируется, но под его действием поверхность полевого снежного покрова
становится неровной, возникают различные формы рельефа,
похожие на формы поверхности песчаных пустынь и на донный рельеф
рек с размываемым дном.
Сходство не случайно, так как причина рельефообразования под
действием разных взвесенесущих потоков одна и та же.
На рис. 7 представлено изменение jQH вдоль аэродинамического
канала на протяжении 20 м. Предварительным рыхлением удалось
уменьшить длину разгона % до 6 м. На оставшейся длине канала
отчетливо видны периодические колебания общего твердого
расхода. J
Механизм волнообразных отложении снега даже на гладкой
подстилающей поверхности таков: в конце зоны разгона расход QB
становится по инерции больше QHmax и поток в точке А (см.
рис. 7) перенасыщается снегом. Излишек снега выпадает из пото-
' ка. Этот процесс завершается в точке В, так как тоже по инерции
расход оказывается меньше
грузоподъемности потока,
становящегося ненасыщенным,
всасывающим в себя недостающий груз.
В точках А' В' снова
перенасыщение сменяется недонасыщением и
т. д. Участки отложений снега
показаны утолщенными линиями.
Пульсации общего твердого
расхода и концентрации твердых
Рис. 7. Изменение общего твердого ей меТелевом потоке об-
расхода метели в аэродинамическом примесей в mcicjicuu^ uuiu
канале при QH maX=14,35 г/м-с наружены путем наблюдении с
28
помощью фотоэлементов. Частоты этих пульсаций различны. Чаще
тчто одновременно встречаются макропульсации концентрации
снега в потоке с частотами со 0,3—1—5 Гц при средней групповой
скорости движений снежинок 5 м/с. Длина волн возможных снего-
отложений /в=5/со=1—17 м, что совпадает с полевыми
наблюдениями.
Если крупномасштабные пульсации содержания твердых частиц
вызваны периодическими перенасыщениями и недонасыщениями
метелевого потока, то разнородность переносимого материала по
его крупности вызывает микромасштабные пульсации с частотами
50—100 Гц и более. Они могут быть причиной тонкой ряби,
образующейся при не очень больших скоростях ветра.
Когда снег в зоне разгона сдувается полностью, кривая АВА'В'
смещается по направлению потока (см. пунктирную линию на
рис. 7). Также расширяется наветренная зона сдувания в
естественных условиях, если нет снегопадов. Но убыль снега происходит
и по всему полю за счет метелевого испарения снега.
Метелевые снежинки испаряются весьма ускоренно по двум
причинам: во-первых, поверхность каждой частицы открыта со всех
сторон, тогда как снежинка, лежащая на поверхности снежного
покрова, способна испаряться только в одну сторону—вверх, и, во-
вторых, летящие снежинки перемещаются относительно воздушной
среды за счет пульсаций скоростей ветра и относительного
движения частиц в воздушном потоке.
Явление испарения снега во время метелей физически сходно
с ускорением растворения сахара в стакане чая при помешивании
его ложкой. В данном случае роль «ложки» играет метель.
Вследствие испарения снега метелевые частицы не могут
переноситься на произвольно большие расстояния. Существует
предельная дальность переноса снега Ьэ.
Определим приближенно испарение снега во время метели.
Если потери снежного покрова на испарение выражать в граммах
массы вещества, отнесенных к единице площади поверхности снежного
покрова и к единице времени, то за срок действия метели
/* = / + /м, (9)
где Is — полный съем пара;
/ — поверхностное испарение снежного покрова;
/м — испарение поднятых и отделенных друг от друга снежных частиц.
Для вычисления I и 1м воспользуемся основным уравнением
Максвелла для интенсивности i испарения тел любой формы:
i dC
/= — \ D dS, (10)
J dr
s
где D — коэффициент диффузии пара, м2/с;
С — массовая концентрация пара в воздушной среде, г/м3;
г — нормаль к окружающей испаряющееся тело эквипотенциальной поверх-
ности 5;
dS — вектор элементарной площадки.
29-
Для сферы радиусом г0
dC
г= —ЫгЮ--—, г >г0. (11)
dr х '
dr 4nD Л
или = — dC.
r2 i
Эквипотенциальными поверхностями называются поверхности
всех сфер радиусом г^г0, концентричных с испаряющимся шаром
радиусом г0.
При стационарном испарении диффузионный поток пара через
любую поверхность, концентричную со сферой радиусом г0, является
постоянным, т. е. i = const.
Допустим, что при r^r0 + b концентрация пара Св перестает
изменяться, а на поверхности испаряющегося шара (г=г0) С=С0.
Интегрируя уравнение (11) от г=го до r=r0-\-bf получим
с dr 4я£> ,„
Го
ИЛИ
/=4rtDr0(l+-y")(Co-CB).
(12)
Разность ДС=С0—Св называется дефицитом влажности
воздуха. Для малой сферы при Ь^>Го найдем
/ = 4я/)/-0АС. (13)
| Съем пара / с единицы площади испаряющейся поверхности
шара получим из формулы (12):
/ = //(4лг02) = D (l/r0 + \/b) АС. (14)
Для определения съема пара с плоской поверхности устремим г0
в выражении (14) к бесконечности:
/ = -^-дс. (15)
о
В исходном выражении (9) остается вычислить
/M=*W, (16)
где N — количество всех снежинок, поднятых метелью в воздух, приходящееся
на 1 м2 поверхности снежного покрова.
Величину i можно найти из формулы (13). Определим число N
из следующих соображений. Общий твердый расход метели
<?н = 0.34 (%2- 3)3 =/н£/ср, (17)
где fa — поднятая метелью масса снега, отнесенная к 1 м2 подстилающей
поверхности и названная нагрузкой метели;
£/ср — средняя групповая скорость всех метелевых снежинок по всему ме-
телевому слою, определяемая из эмпирического выражения
£Л:р-0,5(i/0,2-3); (18)
30
где fo,2 — скорость ветра, измеренная на высоте 0,2 м;
N = fjm, (19)
где т — масса одной снежинки, причем для сферической частицы:
4 з
(20)
где ут — плотность снежинки, г/м3.
Используя полученные результаты,
По опытным данным 6^0,05 м. Типичный средний размер мете-
левой частицы равен 0,2 мм (г0=10~4 м). Первый член суммы в
квадратных скобках правой части выражения (21) соответствует
испарению с поверхности снежного покрова, второй член —
испарению несомого ветром снега. Разделив второй член на первый,
определим отношение метелевого испарения к поверхностному. При
& = 0,05 м, 1>о,2 = 6 м/с, г0= Ю-4 м, Ym = 0,8. Ю6 г/м3
2М%2-3)2/(г2уш)=П2Д
Отсюда видно, что метелевое испарение намного существеннее
поверхностного. I
Если в достаточно длинной полосе движения метелевого
потока шириной 1 м потери снега за счет испарения равны количеству
сдуваемого снега QH в ее пределах, то
<?н = t**h> (22)
где L3 — предельная дальность снегопереноса /снегоперенос через наветренную
границу полосы полностью теряется на протяжении L3).
Определим время полного испарения сферической льдинки t.
Считая радиус частицы г переменным, из выражений (20) и (13)
имеем:
/ = dm/dt == — 4яг£>ДС;
Л= — dml(4nrDbC)= — ^ rdr;
0 о
Y С Yro
'--ШУаг = Шс- (23>
Го
где г0 — радиус льдинки в начальный момент £=0.
Следовательно, время полного испарения ледяной сферы
пропорционально квадрату ее радиуса. Частица радиусом 0,01 мм
исчезнет в 100 раз быстрее сферы радиусом 1 мм.
Вывод был предельно упрощен. Не учитывались неизбежное
охлаждение частицы за счет затрат тепла на ее испарение, сложная
форма снежинки, влияние ее движения относительно воздушной
31
Таблица 1
l\l'U!\C
капли, мм
0,001
0,003
0,01
0,1
Время ее полного
испарения, с
0,06
0,48
5,3
366
Во сколько раз медленнее испаряется данная капля
по сравнению с каплей радиусом 10~~3 , мм
Приближенная теория
1,0
9,0
100
10 000
.Опыт
1,0
9,6
106
7330
среды, условия радиационной теплопередачи и т. д. Но опыты
уверенно подтверждают даже столь упрощенные выводы. Облачные
жидкие капли, например, имеют почти сферическую форму.
Непосредственные измерения времени полного испарения облачных
капель при температуре воздуха 3°С и дефиците влажности воздуха,
равном 10% от предельного влагонасыщения, даны в табл. 1.
Теоретические и опытные данные для мелких сферических
частиц имеют хорошую сходимость. Маленькие капли исчезают почти
мгновенно.
Время испарения сферы по формуле 23 обратно
пропорционально дефициту влажности воздуха ДС=С0—Св. Величина С0 на
испаряющейся поверхности равна обычно максимальному влагосо-
держанию воздуха, зависящему от температуры. В табл. 2 даны
значения С0 и соответствующие им давления пара е0 над ледяной
поверхностью.
Таким образом, чем ниже температура воздуха, тем медленнее
испарение сфер при прочих равных условиях. Испарение снежинок
любой формы подчиняется тем же закономерностям с небольшими
количественными коррективами.
На рис. 8 изображены кривые уменьшения среднего размера
пяти снежинок в процессе их испарения при разных температурах,
увлажнениях воздуха и скоростях обтекающего частицы
воздушного потока. Теория и здесь подтверждается: чем меньше становится
снежинка, тем быстрее уменьшаются ее размеры. При этом
испарение происходит, минуя стадию превращения в жидкость. Испарение
Таблица 2
Температура,
°С
0
—5
—10
—15
—20
—25
Со. г/м»
4,85
3,54
2,15
1,39
0,88
0,55
е0, гПа
6,П
4,38
2,60
1,65
1,03
0,63
Температура,
°С
—30
—35
—40
—45
—50
—55
Со, г/м3
0,34
0,20
0,12
0,07
0,04
0,03
е0, гПа
0,38
0,22
0,13
0,07
0,04
0,03
32
требует значительных затрат
тепла — 1570 кДж на 1 кг массы
снега при температуре 0° С и
по 4,2 кДж/кг на каждый градус
ниже 0° С.
Используется теплосодержание
самих снежинок и воздушной
среды, так что происходит
охлаждение обеих фаз, если нет
одновременной кристаллизации,
сопровождающейся выделением тепла.
Время существования
свободно парящей снежинки составляет
десятки минут. Допустим, что
снежный облачный слой
находится на высоте 2 км. Средняя
скорость падения снежинок равна
1 м/с. Значит, от облака до земли
снежинка падает 2000 с или
33 мин. При низкой температуре
снег успевает упасть на землю и
образозать снежный покров. Но
может и не успеть. Тогда тучи
проходят без снегопадов.
В горах расстояние от облаков до земли резко уменьшается. Это
одна из главных причин того, что количество снега, выпадающего
в горных районах, значительно больше, чем на равнинах. Там и
сильнее верховые метели.
Подробнее основы теории метелей изложены в работах [6, 7],
а теории испарения снега — в работе [8].
5. Особенности горных метелей
Поскольку ва горах верховые метели играют решающую роль,
оценим их общий твердый расход по уравнению (2).
Определим массу атмосферного снега, переносимого вдоль зем«
ной поверхности, интегрируя qx от у=0 до у=Н9 где Я — общая
высота слоя атмосферы, занятого снегопадом. Получим общий
твердый расход верховой метели, аналогичный выражению (1):
н
Qa = f yudy.
6
Если концентрация снега в воздухе у примерно постоянна, то
Определение «Ср затруднено. Прямые измерения этой величины
отсутствуют. По-видимому, атмосферные снежинки немного
опережают воздушные струи, так как при своем падении переходят, как
0,5
0А
0,3
0,2
0,1
0 10 20 30 W 50
Время испарения, мин
Рис. 8. Зависимость испарения
отдельных снежных частиц
(уменьшения их среднего размера) от
времени:
/ — температура воздуха t= —13 ...
. . . —15° С, скорость ветра о=0 м/с,
относительная влажность воздуха №=0,85;
2 — t= —6 ... —7° С, t/=0 м/с, №=0,88;
3—*=—1,6°С, о=0 м/с; №=0,76; 4 —
*=—4° С, о=1,б-2,б м/с, №=0,76; 5 —
*== —4° С, о=1,С—2,6 м/с, №=0,70
т
1
1 !
i i
\Ц1з
!
\! *А-
\
а ,
V
2-1049
33
Рис. 9. Схема движения общей
метели при пересечении возвышенности
а—б—в—г—д
Граница зона! длияния гор Правило, В СЛОИ С постепенно
1 9 уменьшающимися скоростями
ветра.
Пусть у = 14 г/м3, иср = 50 м/с,
а высота Н должна
соответствовать размеру приземного слоя
атмосферы, где существенно
сказывается влияние гор. Примем # =
= 500 м. Тогда Qa= 14-50-500 =
= 350 000 г/м-с. Таков огромный
снегоперенос при верховой
метели, несмотря на малую
концентрацию снега в воздушной
среде.
На рис. 9 дана схема движения верховой метели при
пересечении ею возвышенности в горном районе. Скорость ветра vx
направлена слева направо. В наветренной зоне осаждения А вертикальная
составляющая vy скорости отклоняемого склоном ветрового потока
меньше скорости падения снежинок w. В зоне сноса Б шириной В
ветер препятствует падению снежных частиц и все они
перебрасываются через вершину. В точке Ь гребня ветровой поток срывается,
образуя обширную вихревую зону 3.
Граница зоны влияния гор на ветровой поток находится на
высоте Н от вершины Ь. Средняя в этом слое скорость ветра иср и
средняя скорость снежинок ucv при переходе в зону С уменьшаются.
Снег, сносимый с наветренной части В склона, осаждается на
подветренном склоне, причем ширина зоны осаждения Ь меньше В, так
как снежные частицы тормозятся в вихревой зоне 3.
Интенсивность приращения массы снежного покрова на
подветренном склоне
Яо
■(■♦•f>
-dQa/dv,
(24)
Ср»
Чу
где Qa = yaHtlt
Ya — концентрация снега в атмосфере.
Формулой (24) выражается требование сохранения массы снега.
В. С. Матвиенко в 1970 г. впервые удачно применил это
простое уравнение для решения считавшейся неразрешимой задачи
расчета накопления метелевого снега в огромных лавинных
воронках Хибинского нагорья [9].
Заносы, вызываемые верховыми метелями в горах, очень
велики, и борьба с ними затруднительна. Расчеты объемов снегоперено-
са, применяемые в равнинах, здесь непригодны, так как в степи и
на слабопересеченной местности при расчетах вполне обоснованно
учитывают только низовую метель. Здесь же вид метели другой и
зоны снегоотложений иные.
Практически важно определить приращение высоты снежного
покрова dh/dt на подветренном склоне, где снегоотложения
особенно велики.
Имеем
at
где ус — плотность снегоотложений.
Учитывая формулу (3),
Ya = qylw, (26)
где w — средняя скорость падения атмосферных снежинок.
Тогда с учетом общего твердого расхода низовой метели
<? = 0,08^ (t/ф-5)з,
где cp=f(#p) —коэффициент уменьшения расхода из-за ненасыщенности метеле-
вого потока.
Получим следующую общую расчетную формулу:
dh 1
dt
(27)
где 6 = иСр/уср;
vCp — средняя скорость ветра в слое ветрового потока.
Величина 0 в расчетах принимается близкой к единице. Между
величиной ф и скоростью ветра v$y измеренной по флюгеру,
имеется устойчивая связь. Для двух различных плато Хибинского
нагорья оказалось справедливым приближенное выражение
/ *>ф \-°>3
Для расчетов dh/dt совершенно необходимо знать ветровую
обстановку в горах, быстро изменяющуюся в сложном рельефе.
Показания горных метеостанций не дают о ней полного представления,
так как расположены они слишком редко.
Информацию о ветровом режиме в горном районе можно
получить несколькими методами: 1) измерением направлений и
скоростей ветра и интенсивности метелей за короткие промежутки
времени на временных пунктах наблюдения и установлением
коррелятивных связей между ветровым и метелевым режимами в этих
пунктах и в районе опорных метеостанций; 2) аэродинамическими
расчетами скоростей ветра; 3) путем использования микрорельефа
снежного покрова; 4) продуванием моделей горного рельефа в
аэродинамических трубах при сопоставлении результатов
моделирования и анемометрических съемок в натуре.
Первый метод преимущественно употребляется .в практике
изысканий, но возможное число пунктов наблюдений невелико, а их
увеличение сопряжено с большими трудностями. Теоретические
расчеты разработаны только для решения плоских задач с
простейшими комбинациями форм рельефа. Наиболее перспективно сочетание
первого, третьего и четвертого методов.
2*
35
Таблица 3
Скорость
ветра по
флюгеру, м/с
5-8
8-/2
10—16
10—16
12—16
12—20
14—24
16—28
Вид микрорельефа
Снежные пятна
Выравнивание
понижений
Полосы свежего снега
Мелкая рябь
Чешуйчатая рябь
Поля свежего снега
Антидюны
Уступы
Заструги в свежеотло-
женном снеге
Волны, гребни
Снежные валы
Размывы, карнизы на
снежном покрове,
покрытом коркой
Барханы и барханные
цепи
Обнажение
слоистости в твердом насте
Мегелевые явления
Снегопад
Верховая и слабая
метель
Слабая верховая
метель
| Поземка
Слабая верховая
метель, интенсивный
снегопад
Поземка, низовая
метель
\ Низовая метель
Интенсивная
низовая метель
Общая метель
г Интенсивная
низовая метель
)
Ненасыщенная
низовая метель
Дополнительные
замечания
Температура
0-j 5° С, влажный снег
На поверхности све-
женаметенных сугробов
В плоских понижениях
рельефа
. —
Образования
определяются особенностями
орографии
В. С. Матвиенко разработал шкалу соответствия различных
форм микрорельефа снежного покрова определенным скоростям
ветра и в течение нескольких зим применял ее вполне успешно в
условиях Хибинского нагорья для определения направления и силы
штормовых ветров на больших площадях. Направление ветров
определить по формам микрорельефа снежного покрова нетрудно.
Шкала В. С. Матвиенко представлена в табл. 3.
1 Исследуемая площадь разбивалась на квадраты со стороной
100 м, а в углах полученной сетки фиксировалось направление
ветра по формам снежного рельефа. Рельеф фотографировали
камерой, ориентированной по компасу. Так удалось, например,
определить поле штормовых ветров на плато Ловчорр Хибинского нагорья
36
и сравнить его в последующем с результатами продувания модели
плат) в аэродинамической трубе. Других средств получения такой
же детальной картины пока нет.
Методы определения зимнего метеорологического режима по
структуре и рельефу снежного покрова имеют большую
перспективу и важное практическое значение для любых геофизических
изысканий в слабо изученных горных местностях.
6. Снегозаносимость дорог
Под снегозаносимостью понимается подверженность дороги
образованию на ней снежных заносов. Снегозаносимость зависит от
типа поперечного профиля земляного полотна, направления метеле-
вых ветров, баланса приноса-выноса снега:
где Qi — принос снега к дороге с наветренного поля;
Q2 — вынос снега с дороги в подветренную сторону.
При одном и том же снегоприносе Qy заносимость насыпей,
выемок и нулевых мест существенно различна. Насыпь может
оказаться незаносимой при любом Q\ (Qi = Q2). Для нулевого места
может быть тоже Qi = Q2, но возможны отложения за счет
перемещения полевых форм снежного рельефа (сугробы, барханы,
заструги). Выемка же будет полностью занесена (Qi>Q2).
В литературе, к сожалению, встречаются неправильные понятия
снегозаносимости дорог, вносящие путаницу. Часто оценивают
заносимость дорог только величиной Qx или общим снегоприносом на
зиму Gu что неверно.
Рассмотрим снегозаносимость насыпи, зависящую от ее
аэродинамической обтекаемости. Чем сильнее тормозится ветер насыпью,
тем вероятнее снегоотложения. Надо выполнить два основных
требования к поперечнику насыпи:
он должен быть обтекаемым для ветра без образования
вихревых зон;
скорость ветра на всей проезжей части должна быть
достаточной для сдувания попадающего на нее снега.
| Эти требования предъявляются к поперечнику насыпи, к его
форме, а не к одной лишь высоте насыпи. В литературе иногда
даются формулы и нормы только для высоты незаносимой насыпи,
что неверно. Нельзя установить одну и ту же минимальную высоту
земляного полотна для всех категорий дорог, так как они имеют
разную ширину.
В СНиП П-Д.5-72 высота незаносимого земляного полотна
устанавливается для дорог различной ширины в зависимости от их
категории.
Обтекание ветром насыпи зависит от поперечного профиля
автомобильной дороги, включая земляное полотно и проезжую часть.
В СНиП П-Д.5-72 даны возвышения бровки насыпи над снежным
37
Таблица 4
Категория дороги
Ширина земляного
полотна поверху, м
Возвышение бровки над
снежным покровом по
СНиП П-Д.5-72 ДА, м
Возвышение оси дорожного
полотна над снежным;
покровом ДЛ , м
I
И,Ш
IV,V
>27
12—15
8—10
0,80
0,60
0,50
1,25
0,85
0,67
покровом ДА. Общая высота выступающего над снегом дорожного
полотна
АЛП = hn - hc = Ah + i0b0 + tn (b/2 - b0)y (28)
где hu — общая высота дорожного полотна;
hc — расчетная высота снежного покрова;
«о, *п — поперечные уклоны соответственно обочины и проезжей части;
Ь — ширина земляного полотна поверху;
Ь0 — ширина обочины.
В табл. 4 даны возвышения насыпи над снежным покровом А/г,
рекомендованные СНиПами. Они сопоставлены со значениями Д/*ш
определенными из формулы (28) по нормам СНиПов.
Очевидно, Ah=h—hc,
где h — высота бровки насуши.
Эти нормативы установлены на основании теоретических
исследований и многочисленных опытных наблюдений. В том, что снего-
заносимость насыпи действительно зависит от формы ее
поперечника, можно убедиться, рассмотрев самый простой случай
пересечения насыпи ветром под прямым углом на ровной гладкой
местности. Установим связь только между двумя факторами — скоростью
ветра и поперечным профилем автомобильной дороги.
Исследуем поле скоростей при обтекании поперечного профиля
дороги. Если ширина верхней площадки земляного полотна равна Ь,
высота оси дорожного полотна A/in, а откосы 1 :1,5, площадь
поперечника, считая его трапецеидальным, приближенно равна
МАИ+1,5(ДЛП)2=*(*(ДЛП)2,
где а :
ААЛ
+ 1,5.
В гидродинамике применяется функция тока г|э, с помощью
которой можно вычислить проекции скоростей потока в любой точке
поля:
и = dtydy; w = — dty/dx, (29)
после чего найти полную скорость потока
v = Уи2 + я/2.
(30)
Простейшая функция тока при обтекании пологого вала
высотой Н
38
*=Мн+с
14-С -|
(31)
где v0 — скорость набегающего потока вдали от вала;
С — показатель пологости вала;
х, у— координаты точек поля с центром системы координат в середине
подошвы вала.
При ty=Cv0 уравнение (31) становится уравнением контура
вала
х = HV(\ + С) (I + СИ/у) - (у/Н + С)2. (32)
Чем меньше С, тем круче вал. При С=0 он превращается в
круговой полуцилиндр с радиусом Я. Чем больше С, тем положе вал,
приближаясь к профилю насыпи.
Площадь вала можно определить интегрированием и приравнять
к площади поперечного профиля дороги той же высоты Я:
5 = « + ^/Я)Я2, (33)
где |-
Ь-
-заложение откосов;
- ширина насыпи по верху.
При g=l,5 получим следующую связь между показателем
пологости С и отношением в/Н:
С = 0,3(1 + Ь/Н).
Вычисление v по формулам (29), (30) и (31) дает:
V
С + 1
£_\2
i + c)>
(С + 1)
+ 4-
(С*£Г
и
+
(34)
(35)
Выражение (35) позволяет вычислить значения для всего поля
потока и сопоставить вычисления с опытными данными. Абсцисса х
входит в выражение (35) в квадрате, так что рассчитанное поле
скоростей оказывается
симметричным относительно
вертикальной оси вала, т. е. без подветрен
ных завихрений.
Из формул (34) и (35) следу
ет, что относительные скорости 1/о>
v -оГ
— обтекающего насыпь потока Й
Щ
зависят не от абсолютных
значений в и Я, а от их отношения з/Н.
Следовательно, нельзя судить о
снегозаносимости насыпей только
по их высоте.
Из рис. 10 видно, что
относительная симметрия изотах скоро-
Рис. 10. Линии равных
относительных скоростей (изотахи) при
обтекании насыпи ветром (модель 1 : 100):
а — высота 12 м; б—высота 3 м.
Откосы 1 : 1,5
39
стей ветра наблюдается лишь для низких насыпей. На высоких
насыпях (рис. 10, а) симметрия полностью нарушается и образуется
хорошо выраженная подветренная зона завихрений. При
сопоставлении вычислений с полевыми и лабораторными данными найдено
условие симметричного обтекания: С^2,0. Из формулы (34)
получаем в этом случае 6/Я^5,5.
Для рассматриваемого случая принимаем H=Ahn. Отсюда
можно найти верхний предел для превышений Ahn насыпей, считая с
дорожным полотном, над снежным покровом:
Ширина земляного полотна
поверху, м 27 15 13 10 8
(Aftn)max 5,0 2,7 2,2 1,8 1,5
В данном случае исходим из требования безвихревого
обтекания насыпи. В сильнозаносимых районах за насыпями,
выступающими над снежным покровом более чем на (A/zn)max, образуются
огромные снегоотложения, создающие опасность заноса дорожного
полотна даже при слабых ветрах противоположного направления.
Таяние больших масс снега, прилегающих вплотную к полотну,
отрицательно влияет на устойчивость откосов и тела насыпи,
угрожает разрушительными размывами.
По второму требованию (продуваемости) надо обеспечить сду-
ванне снега с полотна. Из уравнения (35) найдем скорость ветра на
вершине вала, приняв х=0, у=Н:
v 2 -ЬС
^=<7Тс' (36)
где £ — коэффициент формы, учитывающий отличие очертаний расчетного вала
от поперечника реальной насыпи (по многочисленным данным
анемометрических съемок в натуре £=0,90—0,95).
На рис. 11 представлены графически результаты вычислений
ААп, Ah и — при значениях £ = 0,92 и 1,0. Полагаем по-прежнему
щ
H=Ahn. Значения Ah получены вычитанием из Д/гп превышений
дорожного полотна над бровкой обочины. Теоретические
относительные скорости ветра сопоставлены с данными анемометрических
съемок. Наилучшее соответствие теории полевым данным получено
при £=0,92. Величины Ahn и Ah определены на рис. 11 для значений
b равных 8, 12 и 27 м.
При выборе минимального отношения р/иопшь гарантирующего
снос снега с дороги, необходимо руководствоваться каким-то
критерием.
Скорость ветра никогда не бывает постоянной, она пульсирует.
Интерес представляют низкочастотные пульсации скоростей ветра,
оказывающие наибольшее влияние на изменения снегопереноса.
Поэтому необходимо чтобы
(-) = '+(-) • <37'
\ Щ /mln \ Щ /inln
где 6v — среднеквадратичное отклонение от средней полевой скорости i>o.
40
*-/£&
1,5
V.
|э
i
|
|
од
10
15 20 b/Ahn1b/H
Рис. 11. Зависимость v/v0, АЛ, АЛП от 6/ДЛп, Ь/Н:
— А/г ; А/г; — £ = 1 (см. формулу (36);
-1=0,92; О—
полевые результаты
В табл. 5 приведены опытные величины — , полученные в по-
ле с помощью индукционных анемометров с частотой замеров 0,03—
0,06 Гц. Отсюда следует, что (^MOmm >1»Ю, так как необходимо
дать минимальную гарантию превышения средней полевой
скорости над полотнохМ, чтобы избежать снегоотложений при
низкочастотных пульсациях.
При б/(ДЛп)> 14 сдувание снега не обеспечивается с 10%-ной
гарантией надежности (см. рис. 11). Более низкие и широкие насыпи
отличаются лучшей обтекаемостью, и ветер, пересекая их,
незначительно увеличивает свою скорость в сравнении с полевой.
Нормы СНиП П-Д.5-72 в основном отвечают условию
гарантированного сдувания снега с дорожного полотна. При их дальнейшем
уточнении в соответствии с вышесказанным целесообразно
увеличить Д/imin для дорог I категории и ввести ограничение Дйщах из
условия безвихревого обтекания насыпи ветровым потоком.
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Высота
замера
скоростей
ветра, м
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
1,00
1,0
1,0
1,0
Экспозиция
5 мин
5 мин
5 мин
5 мин
5 мин
17 мин 12 с
7 мин
5 мин 35 с
11 мин 44 с
Число
замеров
10
16
14
14
14
27
25
24
27
v0i м/с
3,0
4,0
4,4
4,8
4,9
6,8
8,6
9,6
j Ю,9
Т
а бли ц а 5
Среднее квадратичное
отклонение
S v, м/с j
0,39
0,61
0,51
0,50
0,61
1,01
1,52
1,52
1,27
bv
0,13
0,15
0,11
0,Ю
0,12
1 0,15
i 0,17
1 0,16
0,11
41
Таблица б
Номера членов ряда
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
т=0,3
0,7
1,7
2,7
3,7
4,7
5,7
6,7
7,7
8,7
9,7
Максимальная за
зиму толщина
снежного покрова, Mi
0,56
0,52
0,41
0,40
0,38
0,33
0,32
0,30
0,24
0,21
т — 0,3
/-;Г7^100%
6,7
16,3
25,9
35,6
45,2
54,8
64,5
74,0
83,5
93,2
Ниже даны рекомендуемые превышения бровки земляного
полотна над снежным покровом A/i для снегонезаносимых насыпей,
отвечающих двум основным требованиям, сформулированным
выше:
Категория дороги I
Значения Ah, м:
из условия безвихревого
обтекания ЛЛщах, не выше ... 5
из условия сдувания снега с
полотна A/imin, не ниже ... 1,2
II и III IV и V
2—3 1,5—2
0,6-0,7 0,4—0,5
Расчетная толщина hc снежного покрова в формуле (28)
определяется по данным годовых максимумов толщин снежного
покрова, получаемых с метеостанций не менее чем за 10 лет. Эти
значения сводят в таблицу в порядке их убывания (табл. 6).
Для каждого значения hc подсчитывается вероятность
превышения этой величины по формуле Н. Н. Чегодаева
т — о,б ,ЛЛ
уде т — порядковый номер данной толщины снежного покрова (номер члена
ряда);
п — общее число зим.
На рис. 12 построена кривая интегральной повторяемости высот
снежного покрова. Построение клетчатки вероятностей требует
пояснения, так как часто она строится неправильно. Интегральная
зсрнвая распределения годовых максимумов hc аппроксимируется
с помощью функции Фишера-Типетта:
S-^e^W (38)
вде р — вероятность превышения величины hc\
Нф — некоторая линейная величина;
| — показатель степени.
42
ФуНКЦИЯ НОрМ а ЛЬНОГО распре- Значения Ь0 могут быть превышены 1раз 6:
деления Гаусса есть частный слу- ™20 ю 5лет
чай формулы (38). Произведем
двойное логарифмирование
формулы (38):
1п(1—/?) = -(/гс//гф)е;
In [ — hi (1 — р)] = £ (|П hc — In Лф).
(39)
Если р соответствует
распределению Фишера-Типпетта, то при
построении функции (38) в
системе координат, где Ас
откладывается по логарифмической шкале,
а (1—р) — по билогарифмиче-
ской шкале, получится прямая
линия или близкая к прямой, что и
видно на рис. 12. Если расчетное
значение р = 5%, то Ас^0,58 м.
Снегоснос с дорожного полотна зависит от гладкости покрытия,
его шероховатости. Перенос снега — поверхностное явление.
Подъемная сила метели пропорциональна квадрату производной dv/dz,
взятой вблизи подстилающей поверхности, где v — скорость потока,
z — высота над поверхностью. Если г->0, то
dvT/dz > dvm/dz,
0,5
0>
0,3
ол
0.1
^L о
5 10 20 40 60 70 80 90 35 р,%
Рис. 12. Кривая интегральной
повторяемости высот снежного покрова
где vVy vm — скорости соответственно над гладкой
ми (рис. 13).
и шероховатой поверхностя-
Разделительные полосы с бордюрами, засевом трав и посадкой
кустарников резко увеличивают шероховатость дорожного полотна
и способствуют его сильной снегозаносимости.
При переходе от шероховатой поверхности снежного покрова к
земляного полотна к гладкому дорожному покрытию профиль,
показанный на рис. 13 справа, формируется и стабилизируется не
сразу. Для этого требуется участок разгона, равный обычно 10—15 м,
так что на проезжей части дорог низких категорий гладкий профиль
не успевает сформироваться
полностью при поперечных ветрах.
Если ветер дует под углом к оси
полотна, то, несмотря на
уменьшенное значение v/v0i снег
хорошо сдувается с дороги за счет ее
меньшей шероховатости и
стабилизации «гладкого» профиля
скорости ветра. На равнинах Омской
обл. автомобильные дороги не
заносятся снегом при косых и п 10 __ .
продольных ветрах даже при Рниасд ^о^Г^ТгТ^оГТб)
£ш^эи,1 м. поверхностями
43
I l;i сшччп л носимость автомобильных дорог влияют рельеф мест-
ikmiii, окрестная растительность и строения. Надо иметь в виду, что
пег препятствия высотой h, расположенные в наветренной стороне
на расстоянии менее 15/г от дороги, неизбежно будут укладывать
шлейф снегоотложений на проезжей части. Популярное
выращивание декоративных лесонасаждений аллейного типа в
непосредственной близости от дороги — подлинный бич в зимнее время. На
ряде дорог Новосибирской и Омской областей аллеи выращены на
расстоянии 11 —18 м от дорожного полотна, что соответствует двум-
трем высотам деревьев, при этом на полотно откладывается самая
мощная часть подветренного вала.
Наветренные лесонасаждения и лесные опушки — границы, от
которых начинаются зоны разгона метелей. Если метели одного
направления явно преобладают, то существует вполне благориятная
зона трассирования автомобильных дорог с гарантированной снего-
заносимостью. Эта зона ограничена следующими расстояниями от
преград высотой Я:
2
/inin = 15Я; /max = -г- *Р; (40)
где хр — длина зоны разгона метелей.
Очень сложны условия снегозаносимости пересечений
автомобильных дорог между собой и с железными дорогами в одном и
разных уровнях.
Для пересечений автомобильных дорог в одном уровне А. П.
Васильев предложил формулу превышения бровки земляного полотна
над снежным покровом
Ah =2 л' + ЛАн» (41)
где A/iH — норматив СНиПов;
2/it — высоты снежных валов, образованных при очистке обеих дорог с
учетом перекрытия убираемых снегоотложений.
Здесь не учтена аэродинамика обтекания пересечений ветром.
Она сильно отличается от рассмотренного выше простейшего
случая.
В. К. Некрасов рекомендует следующую формулу для районов
с небольшим снегоприносом (до 150—200 м3 снега на 1 м
дороги) [19]:
Ah = М/40у + hMC9 (42)
где by — ширина полосы за пределами земляного полотна, куда сдвигается или
сбрасывается снег при его уборке;
hue — толщина слоя дорожной одежды, которая не должна быть засыпана
снегом.
Для районов с сильными заносами В. К. Некрасов от
рекомендаций воздержался, хотя при экстремально сильных метелях
единственное средство снегозащиты — незаносимые насыпи. Формула
(42) учитывает только условия снегоуборки, и, по-видимому, в
левой части должна иметь не ДА, а ДЛП.
44
Неправильная уборка снега действительно может сделать
заносимой любую дорогу. При хорошо выраженном направлении
господствующих метелевых ветров надо убирать снег только в одну
подветренную сторону и как можно дальше. Вряд ли целесообразно
(за исключением сложных пересечений) дополнительно поднимать
земляное полотно в расчете на неправильную снегоуборку.
Проблема снегонезаносимых выемок значительно сложнее.
В. Н. Ляховский выполнил большую работу по изучению снегозано-
симости железных и автомобильных дорог Норильского
металлургического комбината. Он произвел анкетный опрос специалистов
производственников, отвечающих за снегоборьбу в суровых
условиях сильнейших арктических метелей. Все они дружно
свидетельствовали, что без дополнительных средств снегозащиты заносятся
снегом решительно все выемки — глубокие, мелкие и раскрытые.
Полная количественная теория обтекания выемок еще не
создана. Но интересна одна особенность этого обтекания. Если
воздушный поток движется вдоль какой-то подстилающей поверхности, то
его касательное напряжение трения по этой поверхности
* = С/рс£/2, (43)
где С/ — безразмерный коэффициент сопротивления;
р — плотность воздуха, кг/м3;
Vh —скорость потока, измеренная на высоте /г.
Пусть Cf — коэффициент сопротивления движению потока вдоль
некоторой шероховатой поверхности с размером выступов
шероховатости б, С/ — коэффициент сопротивления при трении воздуха о
воздух, когда воздушная струя срывается с наветренной бровки
выемки. Тогда можно доказать, что
Cf ^ 5 h_
Cf /я 5
При гладком снежном покрове 6=0,001 м. Если Л=0,2 м, то
С//С/= 15, т. е. трение воздуха о воздух значительно больше трения
воздуха о снег. Если это так, то выемка становится своеобразным
препятствием для ветра. Следует ожидать снижение скорости
ветра перед наветренной бровкой выемки с неизбежными при этом
отложениями снега. Этот факт трудно себе представить, но
эксперимент полностью подтверждает его.
{ На рис. 14 дана схема обтекания выемок разных конфигураций.
Для раскрытых, неглубоких й глубоких выемок повторяется одна и
та же ситуация: перед наветренной бровкой скорость ветра
снижается на 6—15% против полевой.
Выемка глубиной 6 м почти полностью охвачена зоной
завихрений (рис. 14, в). Только на верхней трети подветренного откоса
формируется зона снеговыдувания, а за подветренной бровкой
скорости ветра могут даже превышать полевую.
В выемке глубиной 2 м с теми же полуторными откосами
завихрения расчленяются на две зоны, приуроченные к кюветам. И, на-
45
■^з
конец, в выемке с уположенными
откосами до крутизны 1:6с
плавными очертаниями переломов
наблюдается относительная
симметрия обтекания ветром. Малая
зона завихрений обнаруживается
только над наветренным кюветом.
Следовательно, безвихревое
обтекание выемок возможно только
для раскрытых .выемок с
крутизной откоса менее 1 : 6, что
соответствует углу 9°27/44//.
Турбулентная струя, стекающая с
некоторого порога, распространяется
вниз под углом, примерно равным
10°. Таким образом, откос
выемки необходимо сделать
соответствующим углу растекания
турбулентной струи. При крутизне
откосов 1:6, 1 : 10 это условие
полностью удовлетворяется. Но даже
при безвихревом обтекании
выемки будут заноситься снегом, хотя
и в меньшей степени.
Раньше высказывалось много суждений о незаносимости
глубоких выемок. Считалось даже, что в силу каких-то таинственных
законов метелевый снег может перескакивать через глубокую
выемку. Но чудес не бывает, и опыт опроверг это мнение. Тогда возникла
другая точка зрения: глубокие выемки имеют резерв снегозаноси-
мости за счет того, что снег долго может
аккумулироваться на наветренном откосе, прежде чем вал дойдет до дорожного
полотна.
Но чрезмерное накопление снега на поперечном профиле
дороги неизбежно ухудшает устойчивость земляного полотна при
весеннем снеготаянии.
А. А. Комаров выполнил опытную проверку разделки выемок
под насыпь. На рис. 15 изображен профиль земляного полотна на
Рнс. 14. Линии равных
относительных скоростей ветра (изотахи) при
обтекании или моделей выемок в
масштабе 1 :50:
а — глубина 2 м, пологие закругленные
откосы крутизной 1:6; б — глубина 2 м,
откосы 1:1,5; в — глубина 6 м, откосы
1 : 1,5
Направление преимущественных метеледых бетрод
frrrrrrm im))H>> ;^>>^^-г<^:—т<^уг
217Т7ТП71 ?-1 2J2J2]z[? ЩТ\гТГ[Ц2 \zJTTTlYYi | г \ г'ГТЩ!
g Q СЗ О СЭ U Q й CJ й ^ ;о О О СЭ <Э О О СЗ С5 4 \i СГ) (^ Cl U
Расстояние 2
Отметки \
земли ■
<*•* го го го" го го" го* го" <>:f <К
см to -з- <h^ -d- <i- CY^ сэ го "S
to" i^f ^ VrtT '■о*4 '-о* icT <K r^-T tYV
Отметки
снежного
покрова
Сз n <o iv5 см м eg csjcsj^j-co^
Co* lo* <h* <*■* 4-" <h <h" -*•* <* <T -3-"
C5 Q Q U
. - . - eg r*5 <f. <h ^, ^
<J-* <t-* tn* lo Itf *о" ^" «Л*
CiCjOfONcrjCa^OQC)
<}- ro CO N CM l- M t^ ОЭ u Ci
h* <t-~ to 'лГ to" ^* 'о <£>' id'
Рис. 15. Разделка выемки под насыпь
46
опытном участке. С назетренной
стороны мелкой выемки глубиной
0,6 м был устроен резерв
шириной 18—20 и глубиной до 1,5 м.
К концу сильнометелевой зимы
резервы были занесены,
приобрели удобообтекаемую форму, а
дорожное полотно шириной 12 м
оказалось чистым от снега [14].
Создание таких резервов
требует дополнительных земляных
работ при выемках глубиной 1 м
до 30 000 м3 на 1 км, но зато
обеспечивается снегонезаносимость.
Ветровой поток, стекающий с бровки выемки, можно
схематически представить в виде турбулентной струи неограниченной
толщины, стекающей с порога высотой Ап (рис. 16). Дифференциальное
уравнение плоской турбулентной струи }
о
Рис. 16. Схема турбулентной струи,
стекающей с порога высотой hu
Су*
дх
■■2сак-
vy2
(45)
где v — модуль скорости потока;
а — коэффициент турбулентности,
равный в естественных условиях 0,06.
Пусть в начальном сечении струи при х=0 скорость потока
постоянна по всей его высоте и равна v0. Тогда получим следующее
общее решение уравнения (45):
+ оо
~ \2ах )
2/2 =
dt\.
2а У л J х
— оо
Для условий задачи интегрирование дает
*/2:
^[l-y(erf
2ах
4-erf
К — У
2ах
)]■
(46)
(47)
где
р
erf р = ,-- I е~"аЯ da интеграл ошибок Гаусса, или функция
о
Крампа, отличающаяся следующими свойствами: при (3 = 0 erf Р = 0; при р^
>3 erf р->1.
Определим теперь величину С/. Напряжение трения струи о
воздух в углублении определим по формуле Ньютона
dv
И = {А-
ду '
где \х — динамический коэффициент вязкости.
В потоке с развитой турбулентностью
(jl = 2a2?xv,
где х — абсцисса, отсчитываемая от порога;
р — плотность потока.
(48)
(49)
47
Сопоставляя формулы (48) и (49), найдем
dv*
и = аЦх —— . ЯН))
Дифференцируя выражение (47), получим при л; = 0, y = hn (край
порога)
■-тт—• (51)
Обращаясь к выражению (43), видим, что
С,--^. (52)
При а=0,06 С/=0,034, что на порядок больше коэффициента
сопротивления при трении воздуха о снег.
Оценим условия безвихревого обтекания выемки. На рис. 16
нанесена граница распространения струи Г — Г, ниже которой
располагается вихревая зона. Определим угол <х наклона границы Г — Г.
Будем считать, что на этой границе скорость ветра равна нулю.
Из формулы (47) видно, что это условие выполнится, если каждое
из слагаемых в круглых скобках равно 1. Пусть наименьшее из
слагаемых равно единице с точностью до 1%. По таблицам функции
Крампа erf 1,83=0,9903. Тогда имеем (hn—у)/2ах=1,83, или
#+3,66 ах—йп=0.
При а=0,66 tg<x=0,22, т. е. получим предельно малую крутизну
откоса при безвихревом обтекании, равную 1:4,55. Необходимо
принимать 1 :5 и 1:6. Если принять крутизну откоса равной 1: 10 и по-
ложе, то распространение струи вниз будет стеснено откосом. В этом
случае
К — у
2ах
= 0,8; tg<z= 1,6а; v/v0 = l/ 1 — — I erf (—- — 0,8 j + erf 0,8
При x=\0h -и a = 0,06 а/у0 = 0,5 без учета стеснения струи, которое
увеличивает это отношение. Если на пути потока, попавшего в столь
уположенную выемку, окажется профиль дорожного полотна,
поднятый над ее дном, то отношение vfv0 может приблизиться к
единице. Размещение такой выемки в зоне разгона полностью
обеспечивает ее продувание.
Приведенные выше приближенные теоретические оценки
параметров поперечного профиля выемки с безвихревым обтеканием
очень хорошо подтверждаются практикой снегоборьбы на наиболее
снегозаносимых дорогах.
На некоторых дорогах применяют раскрытие выемок даже
глубиной до 5 м с заложением откосов от 1 :6 до 1 : 10. Земля, занятая
откосами, используется колхозами для сельскохозяйственных
насаждений, причем пологость откосов удобна для работы сельскохо-
48
зяйственных машин. Для условий Норильска эффективны
заложения откосов до 1 : 12.
Сложность и разнообразие факторов снегозаносимости дорог
исключает шаблон в подходе к их реконструкции. В сильнометеле-
вых районах предпочтительно индивидуальное проектирование
поперечных профилей дорожного полотна с безвихревым обтеканием,
безаккумуляционным снегопереносом и с учетом всех местных
особенностей. Во многих случаях без средств снегозащиты обойтись не
удается.
7. Объем снегопереноса и его определение
Чем больше снега подносится к дороге метелями, тем сложнее
его задержать перед дорогой. Предназначенные для удержания
снега снегозащитные устройства при недостаточной их снегосборнои
способности могут пропускать снег к дороге. Необходимо пояснить
понятия снегосборнои способности снегозащит и расчетного объема
снегопереноса.
Снегосборнои способностью снегозащитных преград G
называется объемное количество снега, которое они могут собрать при
заданном минимальном проносе, безопасном для условий
снегозащиты (о проносе снега см. п. 8).
Расчетным объемом снегопереноса Wn называется общий объем
снега, подносимый к дороге метелями с каждой из ее сторон за
сильнометелевую зиму с определенной вероятностью превышения.
Очевидно
G = <|MFn, (53)
где о|? —допустимый коэффициент задержания, фтг^Ь
Судя по определению, расчетная снегосборная способность
вычисляется только для преград,
удерживающих снег перед
дорогой и называемых снегоудержива-
ющими устройствами.
Снегозащитные устройства могут быть
двоякого рода: снегоудерживаю-
щими и снеговыдувающими, т. е.
способствующими перебросу ме-
телезого снега через дорожное
полотно. Определение возможных
объемов снегопереноса теряет
смысл в случае применения снего-
выдувающих устройств или снего-
заносимых поперечников
земляного полотна, когда через дорогу
беспрепятственно переносится
весь метелевый снег (см. п. 1.8).
Из выражения (53) следует,
что при расчетном снегопереносе
Парк
Рис. 17. Снегосборные бассейны
S и S'
49
Wu некоторое минимально допустимое количество метелевого снега,
равное (1—г|)со)^п, может быть пропущено преградами,
задерживающими снег перед дорогой. В идеальном случае г|)©=1, но тогда
снегозащита может оказаться излишне дорогой с чрезмерным
запасом снегосборной способности в те зимы, когда снегоперенос
меньше В7„.
Снежное поле, ограниченное с одной стороны дорогой, а с
другой— какими-либо препятствиями, мешающими переносу снега,
называется снегосборным бассейном. К автомобильной дороге
примыкают обычно два снегосборных бассейна — слева и справа по
направлению дороги (рис. 17). Обозначим площади этих бассейнов
ShS'.
Пусть слева метель подходит к дороге под углом <х. От
наветренной границы бассейна до дороги метель пробегает путь L и
приносит к дороге удельное количество снега шв, отнесенное к единице
площади бассейна S.
Нормальная составляющая снегоприноса
wn — wa sin а. (54)
Общий твердый расход метели
Q = wBL sin а. (55)
Также определяется Q' для бассейна S':
<?'— w^'sina. (56)
Полагаем, что снег не переносится низовыми метелями через
дорогу в обоих направлениях.
Удельный баланс снега, отнесенный к единице площади
бассейна S, за промежуток времени At найдем из выражения
Wo = Wa — WT — wB — тиг — wh2, (57)
где w0 — остаток снега в бассейне;
ша — атмосферные осадки;
wT — потери снега на таяние;
wB — вынос к дороге;
шИ1 — потеря снега на испарение при ветрах, дующих в сторону дороги;
0Уи2 — то же, при ветрах противоположного направления.
В равнинах: ^а = «& wT ^ w'T.
Расчетный объем снегопереноса
М N
^л = 2 S ^B/£/sinaKA/, (58)
где M и N— соответственно число градаций переносов Wm=wBi^i
и число перемен направления метелевого ветра за зиму.
. В расчет не принимаются ветры при положительной
температуре, когда низовой метели нет, ветры при Vф меньше 8 м/с и ветры,
составляющие с осью дороги угол а<30°. Используя выражение
(55), формулу (58) можно представить так:
М N
^п = 2 2 Q/sinaKA*. (59)
50
Величина Qi в формуле (59) вычисляется двумя методами:
методом расходов и методом балансов. В первом случае используется
формула (6) общего твердого расхода.
Метод расходов впервые разработан Д. М. Мельником и
используется в течение многих лет в СССР и за рубежом. Для вычисления
Qi Д. М. Мельник предложил формулу [18]:
QM =0,0129i>! г/(см.мин)= 0,0215v| гДм-с). (60)
Для скоростей иф<14 м/с она дает преувеличенные значения
общего расхода снега, а при 0ф>14 м/с — преуменьшенные, причем
в обоих случаях отклонения могут быть весьма значительными. Они
особенно велики при Рф>20—25 м/с. Формула (6) ближе отвечает
физическим особенностям явления, так как при v$^5 м/с низовая
метель не наблюдается. На рис. 18 построена зависимость
отношения Q/Qm от скоростей v$ и v0)2 с нанесением опытных точек,
полученных при полевых и лабораторных метелемерных измерениях.
Подставив выражение (6) в формулу (59), приведем ее,
разделив на плотность снега ус, к размерности м3 снега/м «ч и получим
N М
2 9-104 ^г^ %"ч
W" = -^7, У) \>ф/-5)з81пакДЛ (61)
Yc ^sss Jkszm
Данные по ветровому режиму берут на ближайшей метеостанции
за последние 10 лет, а значения Wn определяют по формуле (61)
за каждый год. Далее из значений Wn составляют статистический
ряд и находят расчетную величину Wn с заданной вероятностью
превышения так же, как в п. 6
определялась расчетная толщина
снежного покрова.
Отсчеты по флюгеру и
высотным анеморумбометрам на
метеорологических станциях делают
6—8 раз в сутки с интервалами
3—4 ч. Предполагается, что
каждый отсчет примерно равен
средней скорости ветра в течение
интервала At
Пусть дорога ориентирована в
направлении ЗСЗ-ВЮВ, а
требуется найти расчетные объемы сне-
гопереноса с левого снегосборно-
го бассейна. Пример расчета
приведен в табл. 7.
Пользуясь данными табл. 7,
определяем искомую величину
Wm нормальную к оси дороги
(табл. 8):
№„=0,7+1038,1+31,5 + 40,4 +
+ 29,5=1140,2 м3/м.
U0i2,M/C
Рис. 18. Отношение значений Q,
определенных по формуле (6), к
значениям QM, подсчитанным по формуле
Д. М. Мельника, в зависимости от
Щ и 0О,2 (Ф=1):
X — точки определения Q в
аэродинамическом канале; О — полевые метелемер-
ные данные
51
Таблица 7
Скорость
ветра v.,
м/с
6-8
8—10
10-12
12—14
14-16
16-18
18—20
20—22
22—24
24—26
26—28
28—30
30—32
32—34
Сул
( Ф ]ср
8
64
216
512
1000
1728
2 744
4 096
5 832
8 000
10 648
13 824
17576
21952
шы
Направление ветра, румбы
СЭС
6
48
20
1280
1 328J
с
6
48
12
20 736
72
1 265 472
12
263,424
1549 680
свс
84
672
18
3 888
12
6144
12
12 000
12
20 736
43440
ев
24
192
6
1296
6
3 072 .«
12
20 736
6
34 992
j 60 288
вев
30
240
12
12 000 j
6
10368
6
34 992
57600
52
Таблица 8
Расчешые данные
Угол ак
sin ак
Составляющие
Wn, м3/м
Направление вегра, румбы
сзс
45°
0,707
0,7
с
67°30
0,924
1038,1
свс
90°
1,000
31,5
ев
67°30
0,924
40,4
вев
45°
0,707
29,5
Откладывая по румбам в определенном масштабе значения
(Vib i—5)3, можно построить розу метелей, по которой наглядно
видны направления преимущественного снегопереноса. В данном
случае для левого бассейна эта роза будет состоять из одного луча для
румба С. Северная метель явно преобладает. Так выполняются
расчеты Wu для каждой зимы.
Расчеты по методу балансов требуют знания всех местных
условий и характеристик бассейнов S и S' .В случае явно выраженного
одного господствующего направления метелей расчет упрощается.
Если в формуле (58)
ж
sin ак = sin а = const и LL— L — const, то Wn = L sin а T] wB[M. (62)
Из уравнения (57)
где g-
(63)
•коэффициент сдувания твердых осадков в бассейне, характеризующий
ту их часть, которая подносится метелью к дороге.
5 = 1 _ (Wr + w0 + Wj/e);wa. (64)
В лесостепных и тундровых зонах, по данным многих авторов,
?=0,5.
Полный вынос снега к дороге
Q = LwB = £Lwa — wH\L, (65)
где оои1 L=I6L.
Интенсивность испарения снега во время метели определяется
по формуле (21).
Из формулы (22)
JS = Q/L3. (66)
где L0 — предельная дальность снегопереноса.
После подстановок в уравнение (65) найдем:
<? = ■
1
1
L + U
При L -+ оо Q ~ £waL3.
(67)
(68)
53
Полагая g=const, получим из уравнения (62)
6 sin а
^п- /1 1 \ Wa' (69)
где Wa — полное количество твердых осадков за зиму.
Предельную дальность определим с помощью уточненной
формулы (21) с учетом потерь тепла на испарение и отличия реальных
форм метелевых снежинок от сфер. Вычисления дали следующую
зависимость LQ от v$ при дефиците влажности воздуха Де = 0,1 гПа:
иф, м/с 7 9 11 13 15 20 25 30 35 50
U, км 0,7 1,4 2,0 2,7 3,3 4,7 5,6 6,4 7,1 8,7
Эти значения Ьэ могут использоваться при грубо приближенных
расчетах. Для приведенного выше примера УфРасч=32 м/с, т. е.
L9 = 6,7 км. Общее число твердых осадков за данную зиму
составило 134 мм воды, £=0,5.
Размер LQ очень велик, так что
0,5.0,924-134.6,7
Wn = - —— — ^ 1037 мз/м.
8. Принципы действия снегозащит различных типов
Средства, защищающие дорогу от снежных заносов, могут быть
задерживающими снег непосредственно перед дорогой и снеговы-
дувающими.
Из средств, задерживающих снег перед дорогой, широко
известны переносные щиты, заборы, снегозащитные лесные полосы.
Задержание снега в поле ликвидирует метель в самом ее зародыше и
осуществляется разнообразными методами (снежные траншеи,
полосное прикатывание снежного покрова, полезащитные лесные
полосы и т. д.).
Перенос снега через дорогу происходит с помощью специальных
снеговыдувающих устройств. Снегозадерживающие и снеговыдува-
ющие средства работают только при метелевых ветрах, они
неспособны защитить дорогу от снегопадов.
Действие снегозащитных и снеговыдувающих средств
определяется их аэродинамическими свойствами. Сопротивление,
оказываемое ими ветру, зависит от удельной кинетической энергии ветра
? = pt>2/2, (70)
где р — плотность воздуха, равная 1,25—1,40 кг/м3.
Общее давление ветра F на преграду и подъемная сила: i
F = CHSq; (71)
FK = CKSq, (72)
где Сн, Ск — безразмерные коэффициенты сопротивления;
«S — общая площадь проекции контура преграды (считая с просветами)
на вертикальную плоскость, перпендикулярную к направлению ветра.
54
Если площадь просветов составляет Sp, то просветностью
преграды называется отношение
P = SV/S.
(73)
Оно зависит от направления ветра и достигает максимума при
а = я/2 (см. рис. 17), если преграда плоская и стенки просветов
нормальны к плоскости преграды. Коэффициенты Сн и Ск существенно
зависят от формы преграды и от ее просветности Р.
По формуле А. А. Богородецкого
Сн-2(1 + 0,48Р)(1-/>),
по опытам Л. Прандтля
Ск == 0,5СН.
(74)
(75)
Кроме просветности, применяется еще понятие проницаемости.
Под проницаемостью преграды К понимают минимальную
относительную скорость ветра в подветренной зоне преграды. Если полевая
скорость ветра равна и, а минимальная приземная его скорость за
преградой — vMi то
K = vu/v>0:
(76)
Направление ветра
J—I—i—r*-Y—?—i 1—т—I—I—i 1—I
-4 -3 -Z -1 0 1 2 3 U 5 6 7 в x///j
6) __ _/,05-
Если ветровой поток, прошедший через просветы преграды,
неспособен пробить образующуюся
за ней вихревую область, то К^О
и проницаемость отсутствует.
Проницаемости нет у сплошных
преград без просветов.
Вихревые зоны за
непроницаемыми преградами плохо влияют
на режим снегоотложений.
Обратные течения сгоняют снег к
преграде, которая быстро сама
заносится снегом с образованием
пологого вала, не препятствующего
переносу большой части метеле-
вого снега на дорогу. Поэтому
оптимальные конструкции
снегозащитных устройств" должны быть
проницаемыми с безвихревым
обтеканием.
На рис. 19 изображены изота-
хи относительных скоростей ветра
за щитами и заборами с
различной просветностью. Полевые ско- Рис. 19. Изотахи относительных
скорости вдали от преград принима- ростей ветра за заборами с разной
ются на всех высотах равными просветностью (Р):
еДИНИЦе. а ~* £=0 (сплошной забор); б — Р=0,3;
в ■-» ,р=о,5
I ' I fi Г I—I—I—I—I—I—I—I—I—I
■3-2-1 0 1 2 3 Ь 5 6 7 8 9 10 Х/Н,
-4- -3 -2-1 0 1
9 10 Х/1
55
0,2 0,3
Лросветность
За сплошной преградой (р = 0)*
формируется мощная вихревая?
зона, высота которой почти в 1,5
раза выше самой преграды. Эта
зона препятствует ветровому
потоку. Причина ее появления т#
же, что и при обтекании
выемок, — трение воздуха о воздух
на нижней границе струи,
срывающейся с верхней грани преграды
(рис. 19, а). Влияние забора
распространяется высоко вверх, так
что в силу закономерностей
верховых метелей атмосферные
снежинки откладываются
неравномерно и ближе к забору. Поэтому
сплошная преграда особенно
быстро засыпается снегом при
объединенном действии низовых и
Рис. 20. Основные характеристики
снегоотложений у преград с разной верховых метелей.
просветностью (данные Г. В. Бя-^ Вихревая зона за забором с
лобжеского) „Р = 0,3 (рис. 19, б) ниже и
растянутее, по тоже непроницаема, и
недостатки, присущие сплошной преграде, сохраняются и здесь,
хотя в меньшей степени.
При просветности 0,4—0,5 проницаемость /С>0, вихревая зона
ликвидирована (рис. 19, в). Лишь отдельные завихрения
размещаются непосредственно у самой подстилающей поверхности. При
Р>0,5...0,6 ослабление ветра невелико, формируется пологий
растянутый вал и снегосборность преграды падает.
Основные характеристики снегоотложений у преград с разной
просветностью даны на рис. 20. Относительная снегосборность
Q/Q0,4 (^ — объем отложений при Р>0,42; Q0,4 — то же при Р =
= 0,4) уменьшается при Р>0,55 с отдалением подветренного вала
от преграды (см. кривую /с/#з, где /с — расстояние от преграды до
центра тяжести подветренного вала, Н3— Ёысота забора).
Отношение объемов подветренного и наветренного валов £2пД2н растет при
Р>0,4 в начале зимы (Йп/Йп)п и особенно быстро — в конце зимы
(йп/Он)к.
Отношение 9 = #/#3 (где Н — высота подветренного вала)
больше единицы с максимумом 0=1,3 при Р = 0,55, когда забор
свободен от снега, не засыпан им — кривая (Н/Н3)с. Если забор
занесен — кривая (Я/Я3)з, то 9-^1. Общая длина подветренной зоны
снижения скоростей ветра не превышает 13—14 высот забора.
Аэродинамические характеристики инженерных снегозащитных
средств и снегозащитных лесных полос различаются не очень
существенно. Снегоотложения в плотных лесных полосах
сосредоточиваются внутри их или поблизости. Эти полосы «работают на
себя». Высокие валы, оседая весной, ломают ветви и целые деревья.
56
Это явление называют снеголомом. Наилучшими снегозащитными
свойствами отличаются проницаемые лесные полосы. В сочетании
с полезащитным лесоразведением они представляют собой
наиболее радикальное средство борьбы с заносами. Размер зоны
ослабления ветра за лесными полосами равен 14—15 высотам основных
пород, отсчитываемым от последнего подветренного ряда данных
пород. Шлейф подветренных снегоотложений размещается в
пределах этой зоны.
Отсюда вытекают следующие практические выводы:
оптимальные снегозадерживающие устройства должны быть
проницаемыми без завихренных зон с просветностью Р=0,4...0,5.
Этот вывод подтверждается многолетней практикой применения
снегозащитных щитов и заборов на железных и автомобильных
дорогах в СССР и за рубежом;
расстояние от снегозащитных преград до ограждаемой дороги
не должно быть меньше 15 Н3, иначе шлейфы отложений окажутся
на дорожном полотне;
придорожное озеленение надо устраивать так, чтобы_£яды
деревьев располаг^шсь^е^^ взрослом состоянии^
Рассмотрим вопрос о снегозадерживающей способности
снегозащитных устройств с учетом проноса снега. Назовем
коэффициентом снегозадержания величину
\ = G?Gn, (77)
где G — объем вала в момент времени t, отсчитываемый от начала
образования вала;
Ga — поднос снега со стороны поля за время t, м3/м.
Полная снегосборность снегозащиты (м3/м)
G=*H\ (78)
где к — безразмерный коэффициент;
Я — высота вала.
С другой стороны, Я=0Я3,
где 0 — коэффициент (см. рис. 20) ;•
#з — высота преграды.
Отсюда
Лз«-£-]/Ж. (79)
Коэффициент % характеризует плавность очертания вала. В п. 6
рассматривалось теоретическое обтекание плавного вала и было
.найдено условие его безвихревого обтекания С^ 1,5, что
соответствует значению и=4, когда проноса нет. При х^4 возникают
вихревые обратные течения и проноса снега по валу не может быть
(4>и=1).
Зная предельно допустимый пронос (1—фсо) и расчетный объем
снегопереноса Gn, можно из формулы (79) определить
необходимую высоту забора Я3.
57
Таблица 9
2>4л.
,Ф'
м/с
7
9
И
13
Значения ф0) при
коэффициентах X
4
1,0
1,0
1,0
1,0
6
0,94
0,91
0,90
0,88
8
0,85
0,77
0,74
0,71
10
0,77
0,65
0,60
0,56
^ф»
М/С
15
20
>25
Значения фш при
коэффициентах х
4
1,0
1,0
1,0
6
0,87
0,86
0,85
8
0,68
0,66
0,64
10
0,53
0,50
0,47
Для вычисления я|)<о надо найти полный поднос снега за
образования вала /. Из^выражения (77)
dGn = dG/^.
Следовательно, Gn = I
dG
4 ел
время
(80)
(81)
Это выражение может быть раскрыто, если известна структура
функции грсо. Очевидно,
(*>min — Он)3
1
(^0 — ^н)3
(82)
где ymin — минимальная скорость потока на контуре вала;
ун — скорость начала снегопереноса;
v0 — полевая скорость ветра.
Приняв в уравнении (31) \\)=Cv0> найдем из выражений (29) и
(30) относительную скорость потока по контуру вала:
С2
+
4^/2
(83)
(У + С)2 1 + С
Дифференцируя формулу (83) и приравняв результат нулю,
найдем ординату у точки профиля вала, в которой скорость v
минимальна. Вычисления дают зависимость t|)<o от коэффициента и и
скорости Уф (табл. 9).
Пример. Пусть преобладают метели со скоростями ветра до 30 м/с и более.
Расчетный объем снегопереноса 900 м3/м. Решено установить один
железобетонный забор с просветностью Я = 0,5. По рис. 20 0=1,28. Найдем высоту
забора Яз при условии, что к дороге будет принесено не более 10% полевого снега,
т. е. -ф =0,9. Примем по табл. 9 (по интерполяции)
■•-'SS--»-
Окончательно имеем
"8-1,28 J/ 5,
900_
зз:
10 м.
Изложенный метод приближенной оценки проноса рассчитан на
максимально возможное насыщение метелевого потока снегом, т. е.
на наиболее неблагоприятные условия работы снегозащитных
преград. Для многорядной защиты, составленной из нескольких рядов
58
Рис. 21. Изотахи относительных скоростей ветра за снегопередвигающими
устройствами разных конструкций:
а — вертикальная панель, поднятая на высоту Н/3; б — ветронаправляющая панель
двойного действия (М. Г. Потапова)
щитов и заборов, междурядные расстояния должны быть не менее
20 #з, считая 14 Я3 на подветренную зону предыдущего ряда и 6#3
на наветренную зону последующего ряда. Величина проноса для
многорядных защит при и=9 ничтожна. Для всей системы
£ = Сп = 9(2л-- i)//2, (84)
где п — число рядов.
В предыдущем примере число рядов заборов высотой 4 м при
<3П=900 м3/м
50 1
Перейдем к рассмотрению снеговыдувающих устройств. Они
должны обеспечивать надежное сдувание снега со всего полотна
автомобильной дороги. Чаще всего их устраивают в виде
вертикальной или наклонной панели, поднятой над поверхностью земли на
высоту, равную, как правило, половине высоты самой панели.
Панель устанавливают в непосредственной близости от полотна.
Принцип действия такого снеговыдувающего устройства
показан на рис. 21. Панель пропускает в нижний просвет струю,
достигающую относительной скорости 1,4 v0. Подветренная область
надежного выметания не превышает (2...2,5)#3. Наветренная зона
уменьшенных скоростей ветра подступает к самому забору, где
образуется крутой наветренный вал со сравнительно узкой щелью
59
между валом и панелью. Нижняя струя неспособна пробить
получающуюся за забором приземную вихревую зону. Сразу же за
короткой зоной выметания начинаются интенсивные снегоотложения
с максимальной высотой вала на расстоянии (4...5)#3. Шлейф
тянется до (14...15)#3.
Выгоднее сделать панель с просветностью до Р=0,3 (в самой
панели), т. е. с меньшей затратой материалов и с увеличением сне-
говыдувающей зоны до 2,8 Я3.
Суть работы снеговыдувающих устройств до последнего
времени не была ясна для ряда специалистов. Создавались самые
фантастические и дорогие проекты типа системы «Аист», трехплоскост-
ных и козырьковых панелей и, наконец, панелей двойного действия
на подъездных дорогах Норильского металлургического комбината,,
где накоплен огромный положительный опыт применения
снеговыдувающих устройств в сложнейших условиях Крайнего Севера.
В сравнении с простой панелью на рис. 21, а упомянутые проекты
не имеют никаких преимуществ, а в ряде случаев и хуже. На рис.
21, б нанесены изотахи относительных скоростей ветра для панели
двойного действия М. Г. Потапова. По замыслу конструктора (см.
схему панели в правом верхнем углу чертежа), набегающий поток
должен с особой силой устремиться в верхнюю щель айв
нижнюю |3. Нижняя щель должна была выметать дорожное полотно, а
верхняя перебрасывать все остальное через полотно дугой по
воздуху. На самом деле нижняя струя оказывается слабой и
недостаточной для выдувания снега, а относительная скорость потока в
середине верхней щели не более 1,04 v0. Панель двойного действия
работает как сплошной забор; картина обтекания очень сходна с
рис. 19, а.
Практические выводы:
1) снеговыдувающие панели должны устанавливаться у полевого
края обочины дороги перпендикулярно к отчетливо выраженному
преимущественному направлению господствующих сильнейших
зимних ветров. Если равновероятны сильные метели противоположного
направления, то неизбежны сильные заносы дороги;
2) высота нижнего просвета должна быть не более 7г высоты
панели или 7з Я3;
3) просветность самой панели можно рекомендовать равной 0,3;
4) в подветренной зоне снеговыдувающих устройств на
расстояниях от них (2,5... 14) #3 не должны находиться служебные здания
или другие объекты, так как они будут сильно заноситься снегом;
5) высота самого забора зависит от ширины земляного полотна
и определяется неравенством
Я3>£/2,5. (85)
Минимальные значения Я3 для дорог разных категорий:
Категории дорог I II III п III, IVn IV V
#3min, м 11 6 5—7 5 4 3
Высота нижнего
просвета, м 4 2 2—2,5 2 1,5 I
60
6) обычные щиты и заборы следует устраивать с нижним
поддувом, т. е. со сплошным или сильно разреженным просветом
высотой
Н = ЬВШ]7, (86)
где &выд- ширина зоны, выдуваемой под преградой.
Практически достаточна зона выдувания, не превышающая Я3.
Для разных высот Я3 имеем следующие значения fa:
#з, м 2 3 4 5 б
Аз, м 0,3 0,4 0,6 0,7 0,9
Глава 3
СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ДОРОГ ОТ СНЕЖНЫХ ЗАНОСОВ
И ОЧИСТКИ ИХ ОТ СНЕГА
9. Способы защиты дорог от заносов
Все снегозащитные средства делят на две группы:
снегозащитные устройства и снегозащитные насаждения.
В свою очередь, снегозащитные устройства делят на два вида
(в зависимости от принципа их действия): снегозадерживающие
устройства; устройства снеговыдувающего или снегопередувающего
действия.
Пока не предложены конструкции насаждений, способствующие
передуванию снега через дорогу (кроме аллейных посадок
Панфилова). Поэтому к насаждениям применимы объединяющий тер-*
мин — снегозащитные и уточняющий — снегозадерживающие.
Заносимые участки автомобильных дорог можно защитить от
снежных заносов тремя путями: задержать переносимый метелью
снег на подступах к дороге и вызвать образование снежных
отложений на безопасном для дороги расстоянии; увеличить скорость
снеговетрового потока, когда он проходит над дорогой и этим
предотвратить образование снежных отложений на дорожном
полотне; полностью укрыть дорогу от снега с помощью специальных
сооружений. Практическое использование на автомобильных
дорогах в достаточных масштабах пока получили только первые два
способа защиты от снежных заносов. Третий способ по технико-
экономическим причинам распространения не получил, хотя
отдельные попытки строительства небольших галерей для защиты дорог
от снежных заносов были осуществлены на практике.
Наибольшее применение в СССР нашел способ защиты дорог
от заносов путем снегозадержания с помощью искусственных уст*
ройств или насаждений.
10. Снегозадерживающие устройства
К снегозадерживающим устройствам относят: снегозадержива-г
тощие заборы, снегозащитные устройства из снега (снежные тран-<
шеи, стенки и валы), снегозащитные устройства из местных
материалов (каменные стены, хворостяные изгороди и т. д.).
62
^ 3
1 /
/\
2 J/
/
ио
80
120 160 200 240
Объем собираемого снега, м3/м
280
Переносные щиты применяли в нашей стране для защиты дорог
от снежных заносов еще в дореволюционный период. Широкое
применение переносные щиты получили на автомобильных дорогах
СССР в 30-е годы. По данным П. С. Гринкевича и В. П.
Калмыкова, благодаря применению переносных щитов на Амуро-Якутской
магистрали в период с 1929 по 1933 г. удалось почти вдвое снизить
расходы на ее зимнее содержание. В середине 50-х годов
переносные щиты составляли около 70%
протяжения всех снегозащитных
линий на автомобильных дорогах
СССР. В настоящее время
удельная доля щитов в общем
протяжении снегозащитных линий
существенно снизилась в основном
ввиду необходимости применения
ручного труда при их установке и
перестановке, а также вследствие
широкого внедрения
снегозащитных насаждений, являющихся
более эффективным видом защиты.
Первоначально
применявшиеся на автомобильных дорогах
переносные щиты имели
конструкцию с равномерно
распределенным заполнением из вертикально
расположенных планок и
размеры 2X2 или 2X1,5 м с
одинаковой для тех и других просветно-
стью 42—43%. Крайние планки
щитов были немного сдвинуты
вниз, благодаря чему при их
установке между землей и низом
решетки щита создавался просвет
8—10 см. Такие щиты быстро
отрабатывались, и если работы по
перестановке запаздывали, то они
могли быть полностью занесены
снегом.
В СССР и за границей были
фоведены исследования с целью
выявления наиболее эффективных
конструкций щитов и способов
Размещения щитовых линий.
Исследования показали, что
конструкция щитов в очень большой
степени влияет на характер их
работы по снегозадержанию. Для
обеспечения наибольшей
эффективности . щиты должны отвечать
Рис. 22. Зависимость числа
перестановок щитов с равномерно
распределенным заполнением от объема сне-
гоприноса:
/ — щиты высотой 1, 5 м; 2 — щиты высо-
Рис. 23. Профили снежных
отложений у моделей переносных щитов
а)
Рис
ний
ем заполнения:
24. Профили снежных отложе-
у щитов с разным расположени-
■с решеткой, разреженной внизу щита;
■ с решеткой, сгущенной внизу щита
63
следующим требованиям: иметь максимальную
снегозадерживающую способность; в наименьшей степени заноситься
(зарабатываться) снегом — обеспечивать возможно большую
продолжительность работы между перестановками: иметь возможно меньшую
стоимость; не вызывать большого расхода материалов; обладать
достаточной прочностью. Выполнение этих требований достигается
при правильном назначении следующих конструктивных
параметров: высоты щита; общей просветности (отношения суммарной
площади просветов к общей площади внешнего контура щита);
коэффициента распределения просветности (отношения просветности
нижней части щита к просветности верхней части); сечения
элементов.
От высоты щитов зависит их работоспособность. Чем выше щит,
тем большее количество снега он может задержать без
перестановки. На рис. 22 показан график зависимости числа перестановок
щитов от объема задержанного ими снега. График составлен для
щитов с равномерно расположенным вертикальным заполнением.
Такие щиты собирают в среднем за каждую перестановку от 32 до
40 м3/м снега при 1,5-метровой высоте и от 43 до 50 м3/м при
2-метровой высоте. Работоспособность щита зависит не только от
высоты щита, но и от его просветности и распределения заполнения
по высоте.
На рис. 23 показаны профили снежных отложений у моделей
решетчатых щитов, имеющих разную общую просветность. У
сплошного щита (профиль а) отложения имеют небольшой объем и
расположены близко к щитовой линии. По мере дальнейшей работы
углубление, в котором стоит щит (так называемый «щитовой
карман»), начинает быстро заполняться снегом и щитовая линия а
итоге оказывается полностью занесенной. У решетчатых щитов по
мере увеличения просветности решетки (профили б, в, г и д)
снежные отложения становятся ниже, вытягиваются в длину и
отодвигаются от щитовой линии. При этом постепенно уменьшаются
отложения с наветренной стороны и возрастают подветренные
отложения. Общий объем отложений, собираемых щитами, с
увеличением просветности сначала растет, достигает максимума при про-*
светности 0,50—0,52, а затем начинает уменьшаться. Занос щитовой
линии снегом происходит у щитов с редкой решеткой медленнее,
чем у щитов с густой решеткой.
Наиболее медленно заносятся снегом щиты с неравномерно
распределенным заполнением, если решетка сгущена в верхней части
и разрежена в нижней. На рис. 24 показаны профили снежных от^
ложений у щитов с разреженной решеткой в нижней части
(профиль а) и со сгущенной решеткой в нижней части (профиль 6),v
В то время, как у первых совсем нет отложений непосредственно
у щитовой линии, у вторых накопился слой снега толщиной 30 см.^
Благодаря такому ходу отработки щиты с решеткой, разреженной',
в нижней части, приходится переставлять значительно реже, чем
щиты с решеткой, сгущенной внизу, или с равномерно
распределенным заполнением.
<64
На основе проведенных исследований Союздорнии и Транспорт-
но-энергетическим институтом Сибирского отделения АН СССР
рекомендованы четыре типа щитов (рис. 25):
тип I — щит высотой 2 м, имеющий общую просветность 50%,
просветность нижней половины 60%, а верхней 40%;
тип // — щит высотой 1,5 м, имеющий общую просветность 50%,
просветность нижней половины 60% и верхней 40%;
тип III— щит высотой 2 м с общей просветностью 60%, просвет-
ностью нижней части 70% и верхней 50%;
тип IV — щит высотой 1,5 м с общей просветностью 60%,
просветностью нижней части 70% и верхней 50%.
Щиты типа / применяют в районах с объемом снегопереноса
более 100 м3/м и при скоростях ветра более 20 м/с, щиты типа II —
в районах с объемом снегопереноса менее 100 м3/м и при скоростях
ветра более 20 м/с, типа*5 III — с объемом снегопереноса более
100 м3/с в районах со скоростями ветра менее 20 м/с, типа IV —
*«*
№
TunI
90 49
/П
I1XN N 11'
11 ЧК II 1
П ПТП
2550
I II Ml \\Z%/\\ II,
I 1ЧЧ^Л I м м.
п гпп п
k\ 11 11 (11 ~лу^
2250
^ Ч ML УУ \\ "
.49 т 363
ТипШ
5090 513 '
TanN
~5Ш 90 513
t-I
^
""Ч
^^
Рис. 25. Применяемые типы щитов с разреженной решеткой в нижней части
3—1049
65
с объемом снегопереноса менее 100 м3/м в районах со скоростью
ветра менее 20 м/с.
Для обеспечения надлежащей прочности щитов с разреженной
нижней частью их вертикальные планки, которые несут основную
нагрузку от ветра в процессе работы щита, делают толщиной
16 мм. Остальные планки (диагонали и горизонтали) имеют
толщину 12—13 мм.
Применение щитов с разреженной частью вместо
применявшихся ранее щитов с равномерно распределенным вертикальным
заполнением (старые стандартные щиты) позволило существенно
уменьшить затраты труда на перестановки. На рис. 26 показаны
профили снежных отложений за один и тот же период у щитов
обеих конструкций, установленных на одном участке дороги.
Стандартные щиты были переставлены 3 раза, тогда как щиты с
разреженной нижней частью вообще не потребовалось переставлять.
Согласно данным наблюдений ТЭИ СО АН СССР, щиты с
разреженной нижней частью в отдельных случаях собирали без
перестановки до 140 м3 снега на каждый метр щитовой линии. Помимо
экономии трудовых затрат, щиты с разреженной нижней частью
требуют меньшего количества материалов. В зависимости от типа щита
(из числа показанных на рис. 25) экономия щитопланки по
сравнению со стандартными щитами составляет 5—20%.
С целью экономии ценных сортов пиломатериалов для
изготовления щитов в основном используют горбыли и другие отходы
лесопильных предприятий. За границей наряду с деревянными
снегозащитными устройствами в последние годы все шире начинают
применять ограждения из синтетических материалов. Английская
фирма изготавливает путем штампования полиэтиленовую сетку
Regidex. Сетка свертывается в рулоны и имеет небольшую массу.
Материал не страдает от воздействия дождя и снега, а также не
поддается гниению. При установке снегозащитных линий сетку
подвешивают к металлическим, пластиковым или деревянным стойкам.
Помимо полиэтиленовых сеток, в качестве заполнения для
снегозащитных ограждений иногда используют также кокосовую
ткань, алюминиевые и пластмассовые рейки, оцинкованные или
покрытые пластиком проволочные сетки. В Финляндии используют
полосы шириной 25—30 см из специальной бумаги, неразмокающей
и хорошо сопротивляющейся ветровому давлению, которые
навешивают на стойки снегозащитных ограждений в два-три ряда с
просветами между ними.
Рис. 26. Профили снежных отложений у щитов:
а — с разреженной нижней частью; б — с равномерно распределенным заполнением
66
Эффективность действия снегозащитных ограждений зависит
не только от их конструкции, но и от способов установки и
перестановки.
Переносные щиты устанавливают к кольям и привязывают к
ним шпагатом или мягкой проволокой. Колья должны иметь
диаметр 6—8 см и длину, превышающую на 1 м высоту щита. При
установке колья забивают в предварительно просверленные
отверстия на глубину 0,5 м. Сверление отверстий и забивку кольев
выполняют с помощью машин, прицепляемых к трактору, или с
помощью бура и копра легкого типа, монтируемых на тракторе. При
отсутствии машин отверстия сверлят ручным буром или
пробивают ломом, а колья забивают ручной бабой.
На каменистом или скальном грунте ввиду невозможности
забить колья, щиты ставят в «козлы» (с наклоном друг к другу),
прочно связывая верхние концы. В такой установке щиты стоят
неустойчиво и могут быть повалены ветром, поэтому, как только у
щитов накопятся снежные отложения толщиной 25—30 см, их
ставят вертикально, обваливают низ снегом и притрамбовывают его.
Наиболее эффективно задерживают снег щиты, установленные
сплошной линией. При недостатке щитов, а также в районах с
неинтенсивными метелями можно вместо сплошных линий ставить
щитовые линии с разрывами шириной в один щит через каждые
три-четыре щита. Наблюдения показали, что пронос снега при
метелях через щитовую линию с разрывами на 40—50% больше, чем
через сплошную линию щитов. Поэтому применение щитовых линий
с разрывами следует допускать лишь на средне- и слабозаносимых
участках дорог при небольшой интенсивности движения.
Применяемые в СССР щиты жесткой конструкции по мере их
отработки обычно переставляют на вершину образующегося около
них снежного вала. Чем выше стоит щит, тем большее количество
снега может он собрать. Поэтому способ перестановки на снежный
вал весьма эффективен для повышения снегосборной способности
щитов (одним и тем же щитом можно собрать в течение зимы до
нескольких сотен кубометров снега). Однако этот способ
трудоемок, поскольку до сих пор перестановка производится вручную,
Для того чтобы их переставить своевременно (при запоздании с
перестановкой щиты могут быть полностью занесены снегом и их
трудно откопать), приходится вести постоянное наблюдение за
щитовой линией. Перестановка должна быть сделана тогда, когда
пронос снега через щитовую линию еще мал и «щитовой карман»
не начал интенсивно заполняться, что происходит, если вал достиг-
пет высоты щита (у щитов с равномерно распределенным
заполнением) или станет выше щита на 10—15% (у щитов с
разреженной нижней частью). Чтобы щиты к моменту перестановки еще
сохранили резерв работоспособности, рекомендуется производить
перестановку, когда высота вала составит от 2/3 до 3/4 высоты щита
(меньший предел — для районов с интенсивными метелями).
Другим признаком необходимости перестановки служит толщина слоя
снега непосредственно у щитовой линии. При косых направлениях
3*
67
ветра «щитовой карман» может заполняться и при небольшой
высоте вала, и чтобы не допустить излишней затраты труда на
откалывание, щиты переставляют, когда толщина слоя снега у щитовой
линии достигнет 50 см.
Вместо первой перестановки щиты можно просто поднимать по
кольям и привязывать к ним, если колья имеют достаточную
высоту.
Перестановку щитов нельзя делать при сильном ветре. В
районах с интенсивными и продолжительными метелями иногда не
бывает возможности своевременно переставить щиты. В результате они
полностью отрабатываются и перестают защищать дорогу. В таких
районах щиты ставят в два, три и более рядов. Эффективность
работы многорядной щитовой линии зависит от правильного
назначения расстояния между рядами. В пространстве между рядами,
представляющем собой как бы снегосборный ящик, снег
откладывается в пределах зон затишья, создаваемых наветренным и
подветренными щитовыми рядами. Длина этих зон зависит от просветности
щитовых линий каждого ряда. При малом расстоянии между
рядами зоны затишья накладываются одна на другую и снегосборный
ящик полностью заполняется, но объем задерживаемого снега
невелик. По мере увеличения расстояния между рядами зоны затишья
раздвигаются и начинают самостоятельно задерживать снег.
Оптимальное расстояние Lon между рядами равно сумме длин зон
затишья наветренного 1\ и подветренного h рядов. Например, при
просветности щитов Р = 0,5 длина зон затишья составляет 1\~ЬНпъ
/2~15#щ, а Ьоп=20Нщ (где Нщ — высота щита). Дальнейшее
увеличение расстояния между рядами нецелесообразно, так как
каждый ряд начинает работать самостоятельно, и хотя снегозащитные
линии занимают большую площадь земли, объем задерживаемого
снега не увеличивается. Объем снега, задерживаемого
многорядной защитой, составляет:
^мз = КР {п -1) Нщг + К3Н2Щ, (87)
где /Ср—коэффициент заполнения снегом пространства между рядами;
п — число рядов;
Нщ — высота щитовых линий, м;
Z — расстояние между рядами, м;
/С» — коэффициент снегонакопления у наружных рядов многорядной защиты,
в среднем Кз—9.
Многорядные линии следует формировать из щитов разной
просветности. Ближайшие к дороге должны состоять из щитов с
меньшей просветностью (тип /), а ближайшие к полю — из щитов с
более редкой решеткой (тип ///).
Важным является назначение расстояний защитных линий от
дороги (как одиночных, так и многорядных). При близком
расстоянии от дороги зона затишья позади щитовой линии может
достигнуть дорожного полотна и шлейф снежных отложений создает
угрозу выхода на дорогу. При слишком сильном удалении от дороги
снег сдувается к ней с полосы между дорогой и щитовой линией.
Назначать расстояние от дороги следует с учетом ожидаемого числа
68
перестановок щита, так как при перестановках щитовая линия
обычно постепенно приближается к дороге. Поскольку число
перестановок зависит от объема снегоприноса, то и расстояние
установки от дороги одиночных щитовых линий назначают с учетом
снегоприноса. Рекомендуются следующие расстояния (для щитов
высотой 2 м):
не ближе 30 м при объеме снегоприноса до 25 м3/м;
не ближе 40 м при объеме снегоприноса до 50 м3/м;
не ближе 50 м при объеме снегоприноса до 75 м3/м;
не ближе 60 м при объеме снегоприноса более 75 м3/м.
Максимальное удаление одиночных щитовых линий от дороги
не должно превышать 100 м. Ближайший к дороге ряд
многорядных щитовых линий не должен быть ближе 15—20 высот щита.
Эффективность работы щитов зависит и от того, как
установлена линия. Искривление щитовой линии уменьшает ее рабочую
длину и ускоряет отработку щитов. Поэтому она должна быть прямой,
без зигзагов и изломов. С этой целью щитовую линию следует
провешивать. Всегда нужно ставить щиты по верху возвышений
(бугров, валов) и избегать понижений, так как щиты, стоящие на
возвышении, будут работать дольше, а в понижении быстро
отработаются. Установка щитов на местности, покрытой высокой сорной
растительностью или крупными камнями, ухудшает их работу.
Щитовые линии обычно располагают параллельно дороге, но
при косых ветрах (дующих под острыми углами к дороге)
рекомендуется ставить через 60 м перпендикулярно к основной щитовой
линии короткие звенья щитов с таким расчетом, чтобы концы их
подходили к дороге не ближе, чем на 10—15 м. При постоянстве
зимних ветров, устойчиво дующих под острым углом к дороге,
можно ограничиться установкой звеньев щитов, расположенных
косо по отношению к дороге, но перпендикулярно к направлению
метелевых ветров (рис. 27), так, чтобы ближайший к дороге край
звена щитов находился на расстоянии не ближе 15 м от бровки
земляного полотна.
Места перехода из выемки в насыпь ограждают (рис. 28).
Концы щитовых линий снабжают разветвленными отводами под углами
135° (в сторону дороги) и 170° (от дороги к основной щитовой
линии). Между отводом и Основной линией делают разрыв 4 м.
Надежным средством защиты дорог от снежных заносов
являются высокие снегозадерживающие заборы — устройства
капитального типа с большой затратой материалов и высокой стоимостью.
Рис. 27. Косые звенья щитов Рис. 28. Ограждение мест перехода
из выемки в насыпь
69
Их следует применять в тех случаях, когда защита дороги более
простыми и дешевыми снегозащитными устройствами неоправдана.
Постройку заборов обосновывают экономическим расчетом и
производят по специальным проектам.
Применению заборов снегозадерживающего действия
способствуют следующие условия: сравнительно большой объем снегопере-
ыоса, при котором требуется большое число перестановок щитов в
течение зимы; возможность размещения на полосе, прилегающей к
дороге, устройств, не убираемых в летний период (в основном это
возможно, когда прилегающая к дороге местность не занята
сельскохозяйственными угодьями); недостаток рабочих, из-за чего
невозможно эффективно использовать устройства переносного типа;
пересеченный рельеф местности, если он затрудняет многорядную
установку щитов.
Предельное количество снега, которое может задержать забор,
зависит от его высоты Я3
Я3 = 0,34/1^ 4-Яп, (88)
где WcR — объем снегоприноса, м3/м;
Яп — средняя многолетняя наибольшая высота снежного покрова в данной
местности, м.
Заборы выше 5 м по технико-экономическим соображениям
делать не рекомендуется. Если по расчету требуется большая
высота, то устраивают два, три и более рядов заборов.
Общая снегосборная способность заборов, поставленных в
несколько рядов, определяется по формуле (87) с заменой НЩ = Н3.
Коэффициент /СР, характеризующий заполнение снегом
пространства между смежными рядами заборов, зависит от расстояния
между рядами Z. По сравнению с щитовыми рядами расчетное
значение Z для дорогостоящих высоких заборов целесообразно
увеличивать до 30 #з при расчетном значении /Ср= (0,6-^0,8). Расчетный
коэффициент снегонакопления у наружных рядов заборов Кз = 8
(по опытным данным).
Снегозадерживающие заборы устраивают двухпанельными
(рис. 29, а, б) с просветиостью 50%, имеющими обрешетку с
разрывом между панелями, и однопанельными (рис. 29, в) с
просветиостью решетки до 70%. Однопанельные заборы в основном
применяют для вторых и третьих рядов многорядных линий заборов,
двухпанельные — при устройстве заборов в один ряд или в
ближайшем к дороге ряду многорядных линий заборов.
Заборы строят из дерева или делают сборными из
железобетона. Заполнение деревянных заборов рекомендуется делать
вертикальным. Опыт применения горизонтального заполнения оказался
отрицательным, так как в период весеннего таяния при оседании
снежных валов расположенные горизонтально доски, работающие
на изгиб, отрываются или ломаются. Доски вертикального
заполнения, работающие на растяжение, хорошо сопротивляются
воздействию оседающего снега. Железобетонные заборы можно делать с
горизонтальным заполнением, так как железобетон хорошо сопро-
70
1011
325
ЧР
'У/ШШ$г//ш/лш/лщу^//^
л*~
~ТУ
325
?Ь % <$Ь
V/Ш/Л
Рис. 29. Снегозадерживающие заборы:
а — двухпанельный высотой 4 м; б — двухпанельный высотой 5 м; в — однопанельный
высотой 5 м
тивляется изгибу. При сборке железобетонных заборов элементы
горизонтального заполнения закладывают в пазы стоек.
Не следует устанавливать заборы на участках со слабыми или
заболоченными грунтами. Если необходимость в этом все же
возникла, то при разработке проекта забора нужно уделить особое
внимание обеспечению его устойчивости против ветрового давления
[см. формулы (71) и (72)].
Для обеспечения эффективной работы заборов по
снегозадержанию их следует располагать по возможности перпендикулярно к
направлению господствующих метелевых ветров. Если снеговетро-
вой поток подходит к забору под острым углом (особенно, если
угол подхода меньше 30°), снежные отложения образуются в
непосредственной близости к забору, его начинает заносить снегом
и снегозадерживающая способность резко снижается. При
перпендикулярном направлении ветра отложения отодвигаются от забора.
В зависимости от направления господствующих метелевых
ветров и рельефа местности принимают следующие расстояния
установки заборов от дороги (выраженные в высотах заборов): 15—20
высот, если местность горизонтальна или имеет подъем от забора
к дороге; 20—25 высот, если местность спускается от забора к
дороге (в обоих случаях меньшее расстояние дано для ветров,
подходящих к забору под острым углом, а большее — для ветров, угол
подхода которых близок к прямому).
Наименьшее допустимое расстояние между забором и дорогой —
15 высот забора — определяется протяженностью зоны его
эффективного действия на ветровой поток, направленный нормально к
забору.
Если по каким-либо причинам забор нельзя удалить от дороги
на нужное расстояние, то допускается сокращение расстояния до
10 высот при условии уменьшения просветности его решетки до
значения Р = 0,3 и установки дополнительной линии переносных
щитов со стороны поля.
Усиление заборов дополнительными линиями переносных щитов
вообще может применяться во всех случаях, когда в этом
возникает необходимость, особенно в многоснежные и метелевые зимы.
Применяют два способа установки щитов: на гребень снежного вала,
собранного забором, с последующей перестановкой в сторону
дороги по мере роста вала; в поле с наветренной стороны на
расстоянии 120 м от забора с последующей перестановкой в его сторону.
Если вал, собираемый щитами, начинает достигать забора, то щиты
снова относят в поле. Расстояние между рядами многорядных
заборов следует делать равным 30 высотам.
Наряду с защитными устройствами из дерева, железобетона и
синтетических материалов применяют различные виды защит из
снега (снежные траншеи, валы, стенки и т. п.). Идея
использования снежного покрова для изготовления снегозащитных устройств
весьма заманчива, так как позволяет пользоваться бесплатным
материалом, имеющимся в неограниченном количестве на месте,
где нужно размещать снегозащитные линии. Однако защиты из
72
снега имеют не только преимущества, но и крупный недостаток —
они неустойчивы против температурных воздействий и влияния
ветра.
Первоначально защиты из снега устраивали вручную в виде
невысоких валов, в которые втыкали лапник (хвойные ветки), или в
виде решетчатых стенок, выкладываемых из брусков, вырезанных
из снежного покрова. Эти защитные устройства задерживали мало
снега, опрокидывались или раздувались сильными ветрами, а при
оттепелях оседали и таяли. В настоящее время защиты из снега
устраивают механизированным путем.
При правильном устройстве и эксплуатации защиты из снега —
сравнительно эффективное средство для предотвращения снежных
заносов. Однако снегозадерживающая способность у них ниже, чем
у щитов и заборов. Поэтому их не следует применять как
самостоятельное средство защиты на сильнозаносимых участках дорог.
На таких участках защиты из снега применяют как
вспомогательное средство для усиления основных защитных линий.
Наиболее широко применяются снежные траншеи. Такие
траншеи прокладывают в снежном покрове проходами двухотвальиых
тракторных снегоочистителей или бульдозеров, которые раздвигают
в обе стороны снег, создавая снежный «ящик» (траншею),
ограниченный по краям валами сдвинутого снега. Метелевый
поток, пересекая траншею, снижает скорость и откладывает в
траншею снег.
В начале, когда траншея еще пуста, снег задерживается в ней
интенсивно. Например, по данным метелемерных измерений,
проведенных К. Г. Каменской, траншеи сразу после нарезки
задерживали почти весь снег. По мере заполнения траншеи
снегозадерживающая способность ее падает и значительное количество снега
начинает проноситься через траншею. По данным
экспериментальных работ Союздорнии, проведенных под руководством Г. И. Матя-
кина, траншеи работают эффективно до тех пор, пока не будут
занесены до половины своей глубины. Вследствие этого средний
коэффициент снегозадержания траншеи Ф* = 0^. Снегосборная способ*
ность траншеи (объем снега, который может задержать 1 м
траншеи) при глубине 1,5 м и ширине, создаваемой за один проход
двухотвального тракторного снегоочистителя, по тем же данным
составляет 12 м3/м.
Д. М. Мельник на основе графической схемы заноса одной
траншеи рекомендует следующую формулу ее сиегосборной
способности:
Wr = \0hl + 2Bhn, (90)
где /in — толщина снежного покрова, м;
В — ширина траншеи понизу, м.
При этом предполагается, что траншея занесена снегом
полностью и отложения у валов с наружной стороны также имеют
предельные очертания. На самом деле траншея эффективно
защищает дорогу лишь при заносе на половину глубины и, следователь-
73
но, к формуле Д. М. Мельника нужно применять понижающий
коэффициент (ориентировочно 0,5).
Одиночная траншея не может надежно защитить дорогу от
снежных заносов, поэтому снегозащитные траншеи прокладывают
в несколько рядов параллельно дороге. К. Г. Каменская [17]
предложила определять снегосборную способность каждой траншеи по
формуле
W'T = 0,5 (ВцЬп&ТУВ^Гп), (91)
где ВСр — средняя ширина траншеи с отвалом;
LT — расстояние между осями траншей.
Оптимальное расстояние, которое следует назначать между
осями соседних траншей, составляет 10—15 м. Ближайшая к
дороге траншея должна быть расположена от нее на расстоянии не
ближе 30 и не дальше 100 м.
При £Ср = 4 м, /гп=1 м, LT=15 м получим из формулы (91)
WV=17 м3/м. Поэтому для задержания, например, 100 м3 снега на
1 м траншеи надо нарезать шесть траншей.
Когда траншеи заполняются снегом, их возобновляют,
прочищая проходами машин по старому следу. При этом высота валов по
краям возрастает, а глубина траншей увеличивается, что
положительно отражается на снегозадерживающей способности. При
повторных прочистках толщина и плотность снега в траншеях могут
возрасти настолько, что дальнейшее их возобновление становится
невозможным. В этом случае на расстояниях 12—15 м от старых
траншей прокладывают новые.
На основе имеющегося опыта количество работоспособных
траншей, которое необходимо одновременно иметь для надежной
защиты дороги, назначается в зависимости от объема снегоприно-
са: до 100 м3/м — не менее трех, при 200 м3/м — не менее четырех;
более 200 м3/м — не менее пяти траншей.
В начале зимы при небольшой толщине снежного покрова
(меньше 0,3 м) траншеи получаются неглубокими и имеют малую
снегосборность. В этих условиях целесообразнее устраивать
снежные валы, для чего снег не раздвигается к краям обрабатываемой
полосы (как это делают при устройстве траншей), а собирается со
всей полосы к ее середине. Эта работа выполняется различными
снегособирателями (риджерами).
В табл. 10 приведена сводная характеристика
снегозадерживающих устройств с указанием целесообразных условий применения.
11. Заборы снегопередувающего действия
Особую группу снегозащитных устройств составляют заборы
снегопередувающего действия, основанное на увеличении скорости
снеговетрового потока в момент его прохождения над дорогой, что
предотвращает образование на ней снежных отложений.
74
Таблица 10
Тип
снегозадерживающего устройства
Условия применения
Преимущества и недостатки
Снежные траншеи
Снежные валы
Переносные щиты
Снегозадерживающие заборы
Каменные стены
Ограждения из
местных материалов
(изгороди и щиты из
хвороста, тростника
и других
материалов)
Кроме сильнозаносимых
участков, в случаях, когда
снежный покров и рельеф
местности позволяют
произвести прокладку траншей
Взамен траншей при
малой толщине снежного
покрова (до 0,3 м)
На сильнозаносимых
участках, а также везде, где
рельеф местности не
позволяет произвести
прокладку снежных траншей
Для защиты
сильнозаносимых участков и на
участках, где нельзя проложить
траншеи, в районах с
особенно интенсивными
метелями, затрудняющими
своевременную перестановку
щитов
В горных условиях при
достаточном количестве
камня и дефиците
лесоматериалов
При отсутствии
средств защиты
других
Работы по прокладке и
эксплуатации траншей и
валов полностью
механизированы. Не нужны материалы.
Стоимость ниже, чем у щи:
тов и заборов. Пронос
снега на дорогу при метелях
значительно больше, чем у
щитов и заборов
Маневренное средство
снегозадержания, которое
можно применить в
разных условиях. Требуются
ручная работа при
изготовлении и эксплуатации
Дорогое средство
снегозащиты, требующее
значительного количества
материалов и отвода земли для
размещения заборов.
После постройки работа по их
эксплуатации сводится к
минимуму. Обеспечивают
надежную защиту дороги
Требуется ручной труд
при постройке. Объем
работы значителен. Долговечны.
Работа по эксплуатации
минимальная
Недолговечны. Срок
службы один-два сезона
Примечание. Ввиду ограниченного применения каменных стен и ограждений из
местных материалов подробное описание их не приведено.
Заборы снегопёредувающего действия рекомендуется применять
при одновременном соблюдении следующих условий: когда
господствующие ветры направлены под углом от 50 до 90° к оси дороги;
при сухом и легкоподвижном снеге; при объеме снегопереноса
более 300—350 м3/м.
Наибольший эффект дает применение заборов
снегопёредувающего действия в открытой, безлесной местности. Однако имеется
положительный опыт их применения и при наличии отдельных
зданий, возвышений на прилегающей к дороге местности, т. е. в
стесненных условиях.
75
Защищать заборами снегопередувающего устройства можно
выемки глубиной до 5 м, низкие насыпи и пулевые участки. Для
защиты полув'ыемок-полунасыпей на косогорах заборы
снегопередувающего действия следует применять при условии, если уклон
косогора не превышает 45°.
К основным параметрам заборов снегопередувающего действия,
влияющим на их аэродинамические характеристики, относятся:
общая высота забора #, высота продуваемого проема h и ветро-
направляющей панели hu угол наклона панели к горизонту аг.
Количественные значения основных параметров заборов
снегопередувающего действия следующие: высоту Н назначают от 5 до 8 м
в зависимости от требуемой ширины зоны выдувания (указанные
значения Н обеспечивают зону выдувания шириной от 6 до 10 м);
/7 —должна составлять 40% от Н, a h{— 60% Н\ aY— принимают
равным 90°. Однако применяют заборы снегопередувающего
действия и с наклонной панелью.
Не рекомендуется делать заборы снегопередувающего действия
выше 8 м. Для большей эффективности работы заборов
снегопередувающего действия их необходимо располагать по обочине дорог
на расстоянии 0,8—1 м от кромки проезжей части.
Заборы снегопередувающего действия можно строить из дерева
или делать сборными из железобетона.
В «Технических правилах ремонта и содержания
автомобильных дорог» (ВСН 24-75) рекомендуются три типа деревянных
заборов снегопередувающего действия с параметрами, указанными
в табл. 11.
Оригинальная конструкция сборного забора
снегопередувающего действия из керамзитобетона рекомендована В. А. Лихановым.
Основной его особенностью является возможность изменения
высоты продуваемого проема в процессе эксплуатации. Забор имеет
общую высоту 6 м при высоте вертикальной ветроиаправляющей
панели 4 м и высоте продуваемого проема 2 м. В необходимых
случаях высоту проема можно менять, снимая или устанавливая
дополнительные блоки панели. Между блоками панели имеются
зазоры шириной 5 см, что придает ей просветность Р = 0,07.
Анемометрические измерения показали, что скорость ветра в
зоне выдувания, создаваемой забором, превышает полевую на 30—
50%. Ширина зоны выдувания 12 м. Стоимость забора из
керамзита б л и д а ! 1
Тип
забора
I
Л
III
Общая
высота, м
5,0
6,5
8,0
Высота
ветроиаправляющей
панели, м
3,0
4,0
5,0
Высота
продуваемого
проема, м
2,0
2,5
3,0
i
У гол"'на к лона
панели
к горизонту
90°
90°
90°
Ширина зоны
выдувания, м
До б
От 6 до 8
От 8 до 10
та
тобетона почти в 1,4 раза ниже стоимости деревянных снегопере-
дувающих заборов.
Заборы снегопередувающего действия хорошо работают при
устойчивом направлении метелевых ветров. Если направления
ветров неустойчивы, иногда возможно забивание снегом
продуваемого проема (при ветрах, направленных под острым углом к забору).
Чтобы избежать этого, рекомендуется устанавливать с
наветренной стороны на расстоянии 60—100 м от забора линии переносных
щитов, которые перехватывают, переносимый снег при косых
направлениях ветров.
За работой заборов снегопередувающего действия следует вести
регулярное наблюдение. Если образующийся с наветренной
стороны снежный вал начнет закрывать продуваемый проем,
излишний снег необходимо срезать и отбросить за пределы дороги.
12. Снегозащитные насаждения
Наиболее эффективным и надежным средством защиты дорог
от снежных заносов являются снегозащитные насаждения. Они
имеют значительно больший срок службы, чем переносные щиты и
деревянные заборы. При соответствующей конструкции они
задерживают весь снег, приносимый метелями, а стоимость их,
отнесенная к одному году службы, меньше, чем у снегозадерживающих
устройств.
Воронежским лесотехническим институтом выполнена работа по
оценке экономической эффективности снегозащитных насаждений
вдоль автомобильных дорог. Согласно подсчетам каждый гектар
снегозащитных насаждений позволяет сократить расходы на
зимнее содержание дорог на 187 руб., а транспортные расходы на
216 руб. в год.
Кроме того, насаждения способствуют повышению урожайности
сельскохозяйственных культур на прилегающих землях, улучшают
сохранность земляного полотна, дают возможность заготавливать
некоторое количество деловой древесины.
Суммарный экономический эффект составляет 485 руб. в год на
1 га насаждений.
В итоге на каждый рубль, затраченный на создание
придорожных насаждений, государство получает 13 руб. дохода.
Кроме выполнения функций снегозащиты, выращивание
придорожных лесных полос и особенно их сочетание с пылезащитным
лесоразведением является неоценимым природоохранным
средством.
Придорожное лесоразведение решает одновременно несколько
задач: снегозащиту, ветрозащиту, оздоровление и улучшение
ландшафта, уменьшение уровня шума, поглощение загрязнителей
атмосферы, возобновление потерь кислорода, предохранение земляного
полотна и придорожных земельных участков от последствий
водной эрозии и ветровой дефляции.
77
Даже сравнительно узкая шестирядная лесная полоса снижает
уровень дорожного шума на 8—9 дБ с уменьшением звукового
давления в 2—3 раза, задерживает свыше 50—60% взвешенной
пыли и до 60% сернистого газа. Хвойные деревья усваивают
углерод из таких отходов автомобилей, как углекислый газ С02 и
ядовитый угарный газ СО, выделяя чистый кислород. Лесонасаждения
смягчают температурные колебания и коренным образом
улучшают микроклимат в любое время года.
Насаждения для защиты автомобильных дорог от снежных
заносов создают в виде живых изгородей или лесных полос. Живая
изгородь — это густая посадка, формируемая из деревьев или
кустарников одной и той же породы. Она им<еет небольшое число
рядов, чаще всего один-два. Лесная полоса это — посадка, состоящая
из нескольких рядов деревьев и кустарниковой опушки; общее
число рядов в лесных полосах, применяемых на автомобильных
дорогах, составляет от 4 до 10.
Конструкции снегозащитных насаждений вдоль автомобильных
дорог созданы в результате больших исследований, проведенных
Союздорыии, его Казахским филиалом, Гипродорнии, Белдорнии
и другими научно-исследовательскими организациями.
Придорожные насаждения, созданные до проведения этих исследований,
обладали рядом существенных недостатков. Имея от 6 до 12 рядов,
они были расположены на малом расстоянии от дороги, а
образовавшийся за ними при метелях снежный вал был значительно
длиннее этого расстояния, в результате чего снег при метелях выходил
на дорогу и образовывал заносы.
Исследования, проведенные Союздорнии и Гипродорнии с целью
установления наиболее эффективных конструкций снегозащитных
насаждений вдоль автомобильных дорог, включали продувки
моделей насаждений в аэродинамических трубах, наблюдения за
работой моделей насаждений и существующих посадок в условиях
естественных метелей, создание на опытных участках насаждений
новых конструкций и изучение их работы по снегозадержанию.
При проводимых работах изучалось влияние следующих
параметров: высоты насаждений; их густоты (плотности), которую
варьировали, изменяя породы деревьев и расстояния между ними в ряду;
числа рядов деревьев и кустарников в снегозадерживающей полосе
или в кулисе; расстояния между рядами (ширины междурядий);
расстояния между кулисами (ширины разрывов); числа кулис в
полосе; распределения густоты (плотности) насаждений по
вертикали. В результате этих работ и с учетом исследований,
проводившихся в этот же период Транспортно-энергетическим институтом
Сибирского отделения АН СССР, были разработаны новые
конструкции снегозащитных насаждений, которые применяются в
настоящее время на автомобильных дорогах. Главное их отличие от
конструкций, применявшихся ранее, заключается в значительном
увеличении расстояния насаждений от дороги и применении узких
лесных полос оптимальной ширины. При этом землю отводят
только для размещения самих полос» чем достигается наименьшее
7S
изъятие земли из
сельскохозяйственного пользования. Расстояние
и число рядов в полосе назначают
в зависимости от объема снего-
приноса [4].
Схемы снегозащитных
насаждений, рекомендованные Союз-
дорнии и Гипродорнии для
применяя на автомобильных дорогах,
показаны на рис. 30. При объеме
снегоприноса до 25 м3/м
применяется двухрядная посадка в виде
живой изгороди. При больших
объемах снегоприноса применяют
лесные полосы со следующим
числом рядов: при снегоприносе до
50 м3/м — четырехрядные; до
75 — пятирядные; до 100 м3/м —
шестирядные; до 125 м3/м — се-
мирядные; до 150 м3/м — восьми-
рядные; до 200 м3/м — девятиряд-
ные. В каждой лесной полосе
первый ряд со стороны поля
создается из низких кустарников, второй
ряд — из высоких кустарников,
остальные ряды — из древесных
пород. Такие насаждения
надежно защищают дороги от снежных
заносов и требуют меньше
посадочного материала и трудовых
затрат, чем снегозащитные
полосы, применявшиеся ранее.
Для региональных условий были предложены другие схемы
насаждений. В Белоруссии наиболее распространенным видом
снегозащитных насаждений являются еловые изгороди. Их создают по
схемам, предложенным Белдорнии. В зависимости от объема
снегоприноса создают одно- и двухкулисную изгороди с различными
расстояниями от дороги и между кулисами. Для создания
снегозащитных насаждений на бедных песчаных и заболоченных
дерново-подзолистых почвах применяют иву. Так же как и еловые,
ивовые изгороди создают одно- и двухкулисными с разными
расстояниями от дороги и между кулисами в зависимости от объема
снегоприноса.
В Казахстане, где объемы снегоприноса очень велики,
Казахским филиалом Союздорнии рекомендованы для защиты дорог от
снежных заносов двойные (при объеме снегоприноса до 350 м3/м)
и тройные полосы (при объеме снегоприноса более 350 м3/м). На
рис. 31 показаны схемы насаждений с разными расстояниями меж-
Рис. 30. Схемы снегозащитных
насаждений, разработанные
Союздорнии:
а— №<25 м8/м; б — №<50 м3/м; в —
№<75 м3/м; г — №<100 м3/м; д~ W*c
<125 м3/м; е — W<\50 м3/м; ж — W<
<200 м3/м
79
Г бо \zi\ 60 ш \ so \zi i 60 \zi\ во \m
f-«e *4—-—y^ *-\ f-*e— [-*:- -s»-j W *H t"* -:ssT r*
Рис. 31. Схемы снегозащитных насаждений для условий Казахстана:
а — при объеме снегоприноса до 350 м3/м; б — при объеме снегоприноса более 350 м3/м
ду полосами и расстояниями от дороги в зависимости от объема
снегоприноса.
В Армении разработаны конструкции снегозащитных древесно-
кустарниковых насаждений для горных дорог. Предложены схемы
насаждений для четырех природных зон: каменистой полынной
полупустыни, горно-степной, луго-степной, горно-луговой. Для
первых двух зон предложены однополосные насаждения с пятью и
шестью рядами в полосе.
Подбор древесных и кустарниковых пород для
снегозадерживающих насаждений производят с учетом лесорастительных
условий, а также биологических, хозяйственных, специфических и
снегозадерживающих свойств деревьев и кустарников. Для подбора
пород можно пользоваться табл. 12.
Помимо создания новых эффективно работающих насаждений
перед дорожно-эксплуатационной службой стоит задача
повышения эффективности действия старых насаждений, которые
недостаточно хорошо защищают дорогу или даже способствуют
образованию на ней снежных заносов. К их числу чаще всего относятся
насаждения, созданные по неправильным старым схемам или
потерявшие работоспособность вследствие недостаточного ухода.^
Неудовлетворительная работа существующих насаждений
вызывается следующими основными причинами: недостаточной
снегозадерживающей способностью, вследствие чего часть снега
переносится через насаждения и образует снежные заносы на дороге;
недостаточной снегосборностью, что не позволяет задержать весь
снег, приносимый к дороге в течение зимы (снегосборность меньше
объема снегоприноса); расположение от дороги на расстоянии
меньшем, чем длина подветренного снежного-шлейфа, в результате
чего шлейф выходит на проезжую часть дороги, образуя снежные
заносы. В связи с этим для повышения эффективности работы
существующих насаждений увеличивают густоту (плотность) дре-
весно-кустарниковых насаждений путем рубок ухода,
увеличивают число рядов в снегозащитных полосах путем посадки деревьев
и кустарников с полевой стороны полосы; закладывают
дополнительные лесные полосы с полевой стороны от существующей по-
лосы. После пооведения этих мер работоспособность существую*
щих насаждений, как правило, полностью восстанавливается и они
надежно защищают дорогу.
Рубки ухода (этому вопросу было уделено большое внимание
в работах Гипродорнии) являются наиболее эффективной мерой,
с помощью которой поддерживаются или усиливаются
снегозадерживающие свойства придорожных насаждений и их биологическая
\1
80
устойчивость. Выполняются следующие виды рубок: текущего
ухода; конструктивные; восстановительные; специального
назначения; декоративные. Производство работ заключается в
периодическом удалении (спиливании или срубании топором) стволов
деревьев кустарников с целью последующего порослевого
возобновления или расчистки насаждений от сухостойных, пораженных бо-
Порода
Низкие
кустарники
Смородина
черная
Смородина
красная
Смородина
золотистая
Вишня степная
Шиповник
Спирея
средняя
Спирея рябино-
листная
Дерен
сибирский
Дерен красный
Жимолость
татарская
Высокие
кустарники
Можжевельник
обыкновенный
Можжевельник
виргинский
Алыча
> Акадия желтая
Ива пурпурная!
Ирга
Вишня
обыкновенная
Вишня магалеб-
ская
Лох узколистый 1
Облепиха
Сирень
Скумпия
Гордовина
1
Зоны 1
3
X
о
<и
ч
4-
4-
+
—
14-
4-
4-
4-
—
+
4-
—
4-!
-И
+ 1
—
*-!
4-1
4-
—
е
8
о
о _
о 2
о Я
ч я
4-
4-
4-
+
4-
4-
4-
4-
—
4-
4-
—
4-
4-
4-
+ i
—
4-
4- 1
+ !
—
+ 1
а
х
с
в»
Н
О
4-
4-
4-
4-
4-
4-
4-
—
4-
4-
—
+
4-
4-
4-
-f !
4-
4-
4-
4-
4-
5 й)
5 в
р о»
>»н
t> о |
—
—
4-
ч-
4-
4-
4-
■—
4-
4-
—
4-
4-
4-
4-
—
4-
4-
4-
—
4-
е а 1
>»s
чЗ
о Н
в о |
—
—
—
—~
—
—
■"
—
4-
—
—
4-
1
—
—
4-
—
—
Порода
Клен татарский
Тамарикс
Лещина
Низкокронные
деревья
Абрикос
Берест
Вяз
обыкновенный
Груша
Ильм (е)
Клен ясенели-
стный
Клен полевой
Рябина
Шелковица
белая (е)
Яблоня
Калина
Высококронные
деревья
Ель
обыкновенная
| Сосна обыкно-
iвенная
Береза
бородавчатая
Тополь
канадский
Тополь
бальзамический
Тополь белый
Ива белая
| Дуб черешча-
тый(е)
Вяз
мелколистный
Та
блица
12
Зоны
3
X
° 1
<L> 1
ч 1
4-
—
4-
—*
4-
—
4-
4-
—
4-
4-
4-
4-
4-
4-
4-
__
4-
4-
в
8
о
о 2 1
Ч X
+
—
4-
! 4-
4-
4-
4-
4-
4-
—
4-
4-
4-
4-
+ %
-Ь
4-
'
-Ь
4-
Я
X
в
<У 1
ь> 1
о 1
4-
—
—
4-
4-
4-
4-
;4-
.4-
-ь
4-
4-
4-
—
4-
4-
4-
4-
4-
4-
4-
4-
2 й> 1
S G
И е> I
>»н 1
и о 1
4-
4-
—
1 +
4-
| 4-
4-
4-
4-
4-
+
4-
.. ,
4-
—
4-
4-
4-
4-
4-
4-
§S
В О
4-
—
i 4-
—
—
—
—
—
.
—
4-
4-
4-
4-
+
частиПГСГР 'I"Лм» V3^!^M (е) обозначены породы, пригодные только для Европейской
части СССР, знаками ± зоны возможного применения пород.
81
лезнями, пострадавших от снеголома деревьев и кустарников,
мешающих росту основных пород.
Рубки текущего ухода делятся на:
прочистки, заключающиеся в удалении деревьев и кустарников,
мешающих нормальному росту посадок. Работа выполняется путем
спиливания (или срубания) нежелательной растительности у
поверхности почвы с уборкой хвороста и порубочных остатков.
Рекомендуется производить прочистки в летний период;
рубки омоложения кустарников с целью их порослевого
возобновления. Работа состоит в периодическом удалении надземной
части кустарников с оставлением невысоких пеньков: не более 5 см
при срубании топором и срезке ручными пилами и 10 см, если
удаление выполняется машинами;
рубки освобождения ценных пород, применяющиеся в случаях,
если их угнетают соседние деревья или кустарники. При таких
рубках угнетающие породы спиливают или срубают «на пень» или
«на штамб». Рубки «на пень» выполняются таким образом, чтобы
высота оставляемых пней не превышала 10 см. При рубках «на
штамб» спиливают стволы удаляемых деревьев, оставляя высокие
пни (штамбы), возвышающиеся над поверхностью земли на 1,3—
1,5 м. Рубки освобождения следует проводить, когда деревья
достигнут возраста 10—20 лет, в котором признаки угнетения ценных
пород явственно заметны;
санитарные рубки, которые выполняются на протяжении всего
срока существования насаждений с целью их оздоровления. При
санитарных рубках из насаждений удаляют деревья сухостойные,
поврежденные в результате снеголома, ветровала, гололеда,
деятельности вредителей, грибковых заболеваний. Остатки после
рубки необходимо выносить из полосы и сжигать.
Конструктивные рубки имеют своей задачей формирование
плотной конструкции насаждений и постоянное поддержание их в
этом состоянии. Необходимость в таких рубках возникает, если
лесные полосы, расположенные сравнительно далеко от дороги,
имеют ажурную конструкцию.
Насаждения такой конструкции образуют растянутый снежный
вал, который покрывает все расстояние до дороги и выходит на
дорожное полотно.
Конструктивные рубки выполняются «на штамб» или «на пень»
(последний прием применяется в сравнительно молодых лесных
полосах). После проведения конструктивных рубок деревья,
подвергавшиеся срезанию, формируют новую густую крону из
порослевых побегов, благодаря чему работа лесной полосы по
снегозадержанию улучшается, а образующийся снежный вал укорачивается
и перестает угрожать дороге.
Рубки специального назначения выполняют тогда, когда на
территории, занятой придорожными насаждениями, имеются
различные сооружения (линии связи или электропередач).
Действующие правила требуют, чтобы расстояние от ветвей деревьев до
линий связи и электропередач составляло не менее:
82
для линий связи в городах—1,25 м, в пригородах —2 м, на
остальной части трассы — 2,5 м;
для линий электропередач при напряжении до 20 кВ — 3 м, до
ПОкВ —4 м, до 220 кВ — 5 м.
Чтобы обеспечить такие расстояния, производят специальные
рубки, с помощью которых понижают высоту насаждений и
ограничивают их рост в дальнейшем. Рубки выполняются «на штамб» или
«на пень» с последующим формированием необходимой кроны
после образования поросли.
Декоративные рубки проводят в декоративных насаждениях для
улучшения их биологических свойств и эстетических качеств, а
также в снегозащитных насаждениях, утративших по тем или иным
причинам свое снегозащитное значение. При декоративных рубках
формируют красивые ландшафтные группы, а также выделяют
отдельные ценные в декоративном отношении деревья и кустарники.
С этой целью вырубаются «на пень» все лишние деревья и
кустарники, чтобы придать оставшейся растительности необходимый
декоративный вид.
Восстановительные рубки выполняют с целью исправления
состарившихся или поврежденных придорожных насаждений,
сформированных из лиственных пород (кроме березы). Работа
выполняется путем рубки «на пень», причем уже в течение 1—2 лет
происходит интенсивное восстановление насаждений за счет поросли,
образующейся на пнях и корнях срубленных деревьев и
кустарников.
При рубке ухода необходимо использовать бензомоторные пилы,
сучкорезы, ручные электромеханические кусторезы, различные
кусторезы с дисковыми пилами на колесных тракторах и т. д.
13. Комплексная снегозащита
Комплексная снегозащита или комплексное снегозадержание —
система мероприятий, при которой осуществляются во
взаимоувязке работы по защите дорог от снежных заносов и работы по
задержанию снега на полях в целях повышения урожайности
сельскохозяйственных культур. Основная задача комплексной снегозащиты—
задержать снег там, где он полезен народному хозяйству, и
предотвратить накопление его там, где он приносит вред. Дорожные и
сельскохозяйственные организации выполняют большие объемы
работ по снегозадержанию, но они ведут их разобщенно и не
получают большого эффекта.
Впервые идея комплексного снегозадержания была высказана
в конце прошлого века А. С. Чернявским, который предлагал
уменьшать принос снега к дорогам путем задержания его в
соседних с дорогой полях. В 50-е годы по инициативе Г. Д. Рихтера этот
вопрос был поднят вновь и ряд исследователей (Г. И. Матякин,
А. А. Кунгурцев, Д. М. Мельник, А. К. Дюнин, Г. В. Бялобжеский,
А. А. Комаров и др.) внесли свои предложения но его решению.
Наиболее детально разработаны предложения Г. И. Матякина, под
.83
руководством которого в 1964—1965 гг. (Союздорнии) были
проведены исследования по комплексной снегозащите с равномерным
задержанием снега на придорожных полях. В итоге рекомендованы
мероприятия по комплексной снегозащите: придорожное
траншейное снегозадержание, осуществляемое дорожными организациями;
комплексное снегопахание на придорожных полях, выполняемое
совместно дорожными и сельскохозяйственными организациями;
комплексное снегопахание на придорожных полях в сочетании с
созданием полезащитных и придорожных лесных полос
(придорожные лесные полосы создаются дорожными организациями); узкие
снегозадерживающие лесные полосы с широкими интервалами
между полосами и дорогой (создаются дорожными
организациями); садовые придорожные насаждения (создаются совхозами и
колхозами); государственные защитные лесные полосы вдоль
автомобильных дорог (создаются лесхозами).
В результате всех этих мероприятий должна быть создана
комплексная система снегорегулирования, включающая: лесные полосы
разной конструкции и разного назначения; придорожные сады;
различные снегозадержизающие препятствия (траншеи, валики) из
снега. В предложениях Г. И. Матякина даны подробные
технические указания по осуществлению всех перечисленных мероприятий.
А. А. Кунгурцев предложил такой состав мероприятий по
комплексной снегозащите: создание живых изгородей, расположенных
на расстоянии 15—25 м друг от друга; сплошные посевы
высокостебельных растений (подсолнечника, кукурузы, горчицы, сорго,
суданки), а также посевы тех же растений кулисами; уплотнение
снежного покрова на полях в сочетании с невысокими сне&ными
валами, выполненными комбинированными снарядами,
представляющими собой многополозные сани с обычным угольником;
пропашка снежного покрова на полях с образованием снежных валов.
У дорог должны устраиваться дополнительные живые изгороди.
По предложению Г. В. Бялобжеского и В. Д. Пряхина,
комплексная снегозащита должна осуществляться путем создания на
придорожных полях системы узких продуваемых кулис шириной
10—15 см с межполосными разрывами шириной 175 см и
дополнительной закладкой вдоль дорог плодово-ягодных садов.
Комплексная снегозащита пока не прошла детальной
практической проверки. Широко осуществляются лишь отдельные
мероприятия, входящие в состав комплекса (придорожное траншейное
снегозадержание, полевое снегопахание, закладка лесных полос).
Эти мероприятия по-прежнему выполняются дорожными и
сельскохозяйственными организациями без увязки между собой, что
задерживает реализацию имеющихся предложений.
14. Очистка дорог от снега
Нельзя поддерживать автомобильную дорогу в бесснежном
состоянии с помошыо только одних снегозащитных средств. Как
бы тщательно ни была ограждена дорога снегозащитой, снег попа-
84
длсг на нее при снегопадах, верховых и общих метелях, а также
при сходе лавин. Поэтому одним из важнейших видов работ по
зимнему содержанию дорог является очистка их от снега.
Очистка от снега должна обеспечивать такое состояние дороги,
при котором в максимально возможной степени удовлетворяются
требования непрерывного, удобного и безопасного движения
автомобилей с расчетной скоростью, а также снижается до минимума
объем снежных отложений на проезжей части и обочинах.
Основные задачи, которые ставят при снегоочистке, зависят от
характера снежных отложений, условий, в которых они
образуются, и затруднений, создаваемых для движения на дороге. Если
метель или снегопад имеют малую интенсивность, то обычно
ставится задача вообще не допускать накопления снежных отложений,
обеспечивая безотлагательное удаление попадающего на дорогу
снега. При интенсивном приносе снега избежать накопления
отложений не удается и проезд по дороге ухудшается. В этом случае
ставится задача не только восстановить первоначальные условия
проезда, но и сделать это быстро, чтобы предотвратить
возникновение на дороге уплотненного слоя снега, образующегося под
колесами проезжающих автомобилей. При значительной интенсивности
метелей, когда образуются снежные заносы, имеющие большую
толщину и плотность, или при образовании снежных завалов после
схода лавин движение по дороге полностью прерывается и
первоочередной задачей является восстановление проезда.
Для решения перечисленных задач выполняют следующие
виды снегоочистительных работ: патрульная очистка; удаление валов;
расчистка снегопадных отложений и снежных заносов небольшой
толщины; расчистка снежных заносов значительной толщины;
расчистка лавинных завалов. Для каждого вида работ применяют
соответствующие типы машин и разрабатывают целесообразную
технологию.
Патрульной очисткой называют систематические проезды
(патрулирование) машин по обслулсиваемому участку в течение всего
времени, пока продолжаются метель или снегопад. При
систематических проездах снегоочистительных машин через короткие
промежутки времени снег не успевает накопиться на дорожном полотне
и дорога постоянно поддерживается в ровном и обтекаемом
состоянии. В зависимости от скорости накопления снега на дорожном
полотне и ширины проезжей части можно так рассчитать
количество снегоочистительных машин (см. гл. 8), что образующиеся
снежные отложения будут удалены в самом начале их формирования.
Это даст возмолшость не только обеспечить хороший проезд, но и
свести к минимуму объем снегоочистительных работ.
Чрезвычайно большое значение имеет своевременность
снегоочистки. Иногда из соображений более полной загрузки
снегоочистительных машин откладывают начало патрульной очистки до тех
пор, пока на дороге не накопится некоторое количество снега.
Такое решение приводит к отрицательным результатам. Попадающий
на дорогу снег прикатывается колесами автомобилей, а к образую-
85
щимся небольшим колеям приметается снег, переносимый метелью,
что приводит к быстрому образованию снежных заносов. Поэтому
к патрульной очистке нужно приступать сразу, как только
начинается метель или снегопад.
Очистку следует вести на возможно большей скорости, что
способствует увеличению дальности отбрасывания снега. Учитывая
это, для патрульной очистки используют плужные автомобильные
снегоочистители, так как другие машины (например, автогрейдеры)
не могут развивать необходимую скорость, а стоимость их работы
высока. При небольшой толщине снежного слоя автомобильные
снегоочистители не сдвигают, а отбрасывают снег, распределяя его
на полосе, имеющей ширину 4—5 м.
Опыты показали, что для удаления снега без образования
валов необходимо вести очистку со скоростью не менее 30—35 км/ч.
Зависимость дальности отбрасывания снега от скорости очистки,
плужным автомобильным снегоочистителем приведена ниже:
Скорость снегоочистителя, км/ч 30 35 40 45 50 60
Наибольшая дальность
отбрасывания, м 6,7 9,2 10,2 12,1 12,8 17,0
Расстояние до центра тяжести
отброшенной снежной массы,
м 5,1 7,1 8,6 10,1 10,9 14,1
Скорость снегоочистителя зависит от толщины удаляемого слоя
снега. Например, при испытаниях автомобильного плужного
снегоочистителя Д-666 наблюдалась следующая зависимость скорости
от толщины удаляемого слоя:
Толщина снега, м 0,1 0,2 0,3
Рабочая скорость, к/ч 50 40 35
Работа на высокой скорости позволяет не только избегать
образования валов, но и значительно повысить производительность
снегоочистительных машин, что дает возможность уменьшить
численность машинного парка. В зависимости от метелевых условии
и ширины дорожного полотна можно применять различные схемы
очистки как одиночными машинами, так и отрядом
снегоочистителей. Применение одиночных машин допустимо в случаях, когда
интенсивность метелей и снегопадов невелика (если толщина
снега, накопляющегося на покрытии за 1 ч не превышает 3—5 см).
При интенсивных метелях и снегопадах, а также на дорогах с
интенсивным движением, где опоздание с уборкой может привести к
закатыванию снега, работу следует вести отрядом
снегоочистителей.
Преимущество работы отрядом заключается в том, что снег
сразу удаляется за пределы дорожного полотна, благодаря чему
устраняются препятствия для снеговетрового потока и дорога
хорошо продувается ветром. Креме того, водители снегоочистителей
всегда могут в случае необходимости оказать друг другу помощь.
Схемы снегоочистки (рис. 32) выбирают исходя из соображений
минимума перемещений снега и с учетом направления ветра при
36
Рис. 32. Схемы снегоочистки
метелях. При работе отрядом одноотвальных снегоочистителей
наиболее часто перемещают снег от оси дороги к обочинам (рис.
32, а). Ближнюю к обочине машину снабжают боковым крылом,
что увеличивает дальность отбрасывания снега и позволяет
разравнивать небольшие валы, если они образуются у края полосы
расчистки. В местности с интенсивными метелями, где на дорогах
регулярно образуются снежные косы и переметы, в состав отряда
вводят двухотвальный плужный снегоочиститель, который идет по
оси дороги (рис. 32, б). Двухотвальный снегоочиститель пробивает
встречающиеся на пути отряда косы и переметы, а идущие за ним
одноотвальные снегоочистители сдвигают снег к обочинам,
расчищая дорогу на полную ширину. Однако при последующем
перемещении снега (при уширении полосы расчистки) двухотвальный
снегоочиститель может работать только половиной отвала, т. е.
загружается лишь наполовину, и имеет меньшую производительность,
чем одноотвальные снегоочистители. В районах, где снежные
отложения имеют малую толщину, применение двухотвальных
снегоочистителей менее эффективно, чем одноотвальных.
При большой ширине земляного полотна (например, на дорогах
с разделительной полосой) приходится делать много перевалок
снега, чтобы сдвинуть весь к обочинам. Для таких дорог
характерно интенсивное движение и сдвигаемый снег может быть закатан
колесами автомобилей. Чтобы избежать этого очистку ведут по
схеме с разным направлением перемещения (рис. 32, в), при
которой часть снегоочистителей сдвигает снег в направлении оси, а
часть — в направлении обочин. Число перевалок снега при работе
по такой схеме уменьшается, но на оси дороги собирается снежный
вал, который необходимо немедленно удалять роторным
снегоочистителем во избежание образования заносов.
При сильном боковом ветре нельзя перемещать снег
навстречу ветру из-за обратного сдувания его на дорогу. Поэтому очистку
87
ведут так, чтобы направление перемещения снега совпадало с
направлением ветра (рис. 32, г). Очистку целесообразнее всего вести
снегоочистителями с поворотными отвалом или двухотвальными
плужными снегоочистителями. Снегоочиститель с поворотным
отвалом, сделав проход в одном направлении, меняет положение отвала
на обратное и, возвращаясь, отбрасывает снег по ветру. Двухот-
вальный снегоочиститель работает той стороной плуга, при которой
направление перемещения совпадает с направлением ветра.
Применение одноотвальных снегоочистителей с неповоротными
отвалами в этих случаях нежелательно, так как возникает необходимость
в холостых обратных проездах, когда направление перемещения
снега отвалом не совпадает с направлением ветра.
Удаление снежных валов. При рациональной организации
патрульной очистки можно в большинстве случаев избежать
образования снежных валов. При повышенной интенсивности накопления
снега на дорожном полотне или вследствие недостатков в
организации снегоочистительных работ валы все же образуются. Обычно
их удаляют роторными снегоочистителями или валоразбрасывате-
лями с выносным рабочим органом. Снежные валы часто бывают
расположены над кюветом или очень близко к нему, так как
полосу расчистки всегда стремятся сделать как можно шире. Роторные
снегоочистители на гусеничном ходу и валоразбрасыватели с
выносным рабочим органом могут удалять снежные валы
самостоятельно при любом их расположении. Роторные снегоочистители на
колесном ходу не могут самостоятельно удалять валы,
расположенные над кюветом или в непосредственной близости к нему,
из-за опасения съезда в кювет. В этом случае вал сначала
сдвигают автогрейдером на проезжую часть, а затем роторный
снегоочиститель удаляет его, отбрасывая снег в сторону.
Расчистка снежных заносов. Снежные заносы образуются в
результате отложения на дороге снега, приносимого метелью.
Причинами образования заносов могут быть: отсутствие снегозащиты
у заносимых участков дорог; оставление снежных валов после
очистки проезжей части; микронеровности на поверхности дороги,
к которым приметается снег, приносимый метелью, и т. д. Снег
отлагается в виде кос, переметов или сплошного снежного слоя,
имеющего большую толщину и протяженность. Для снежных
заносов характерны быстрый рост вследствие непрерывного приноса
снега метелью. Иногда полностью заносятся выемки, имеющие
глубину в несколько метров. Образующиеся отложения имеют
большую прочность и плотность, которые продолжают быстро нарастать.
Для расчистки снежных заносов применяют весь комплекс
снегоочистительных машин. В начальной стадий образования
снежных заносов, когда толщина отложений бывает небольшой (0,2—
0,3 м), их расчищают плужными автомобильными
снегоочистителями. Однако, поскольку приходится делать несколько перевалок
снега, толщина удаляемого слоя быстро увеличивается, а скорость
плужных снегоочистителей замедляется и у обочин образуются
снежные валы. Если расчистку ведут во время метели, то образо-
88
иаиие валов сразу же вызывает новое накопление снега на только
что расчищенном участке. Поэтому плужные снегоочистители
должны работать в комплексе с роторным снегоочистителем, который
используется на удалении валов.
Оставлять дорогу нерасчищенной во время метели
нежелательно, так как это может вызвать перерыв движения. Однако
возможность расчистки дороги во время метели зависит от ряда причин:
интенсивности переноса снега, которая иногда бывает столь
велика, что полностью отсутствует видимость; количества
снегоочистителей; состава снегоочистительного парка. Если видимость
позволяет выполнять работы, а снегоочистителей, имеющихся в данном
хозяйстве, достаточно для быстрого удаления снега с дороги,
расчищать его во время метели нужно обязательно. Очень важно в
составе машин, используемых при расчистке, иметь достаточное
число роторных снегоочистителей для удаления валов, образуемых
плужными машинами. Соотношение между роторными и плужными
снегоочистителями в зависимости от интенсивности метелей
должно быть в пределах от 2 : 10 до 4 : 10.
Если машин мало или нет машин отбрасывающего типа, чтобы
своевременно удалять валы и срезать отвесные стенки,
образующиеся при снегоочистке, то работа во время метели может
привести к отрицательному результату, к резкому усилению
снегонакопления и ускорению образования снежных заносов. В таких
условиях снегоочистку при метели производить нельзя.
Если толщина снежных отложений велика, для расчистки
применяют тяжелые снегоочистительные машины: автогрейдеры, двух-
отвальные плужные снегоочистители на гусеничных или колесных
тракторах, роторные снегоочистители, бульдозеры. Первый проход
при расчистке снежных отложений, имеющих толщину до 1 м,
иелесообразно делать двухотвальным плужным тракторным
снегоочистителем. Имея ширину захвата 3,5 м (без крыльев) такой
снегоочиститель за один проход восстанавливает однопутный проезд
по дороге. При возвращении и втором проходе, работая одной
сторон отвала, он уширяет полосу расчистки, делая проезд
двухполосным. Наибольший эффект дает использование двухотвального
плужного снегоочистителя на колесном тракторе К-701, у которого
рабочая и транспортная скорости выше, чем у двухотвального
плужного снегоочистителя на гусеничном тракторе Т-130. Однако
последний имеет и преимущество, так как может работать с
боковыми крыльями, увеличивая ширину расчистки и- придавая пологие
откосы валам, образующимся после прохода снегоочистителя.
Образование высоких валов весьма существенный недостаток
при работе плужных тракторных снегоочистителей, потому что
такие валы способствуют быстрому возникновению мощных снежных
заносов. Целесообразно расчищать снежные заносы двухотваль-
ными тракторными снегоочистителями в сочетании с роторными.
В этом случае роторный снегоочиститель идет вслед за
двухотвальным тракторным снегоочистителем, уширяя полосу расчистки и
одновременно удаляя создаваемый им вал.
89
Эффективность автогрейдеров при самостоятельной расчистке
снежных заносов невелика. При первом проходе автогрейдер
может на небольшой скорости прочистить занесенный участок, если
толщина слоя снега не превышает 0,5—0,6 м. При последующих
проходах уширяют полосу расчистки, сдвигая снег ближе к
обочинам. При большей толщине снежных отложений уширять полосу
расчистки удается не более чем на 2—3 м, причем образуются
снежные валы. Поэтому автогрейдеры следует применять в
комплексе с роторными снегоочистителями. Автогрейдер сдвигает снег
к полосе, с которой ее удаляет роторный снегоочиститель.
Предварительное сдвигание снега позволяет разрыхлить его, облегчить
разработку снежных заносов и полнее загрузить роторный
снегоочиститель.
Весьма полезен автогрейдер для удаления с покрытий
уплотненного снега, который может образовываться на дорогах с большой
интенсивностью движения при не обеспеченной немедленной
очистке. На отвалы автогрейдеров устанавливают зубчатые ножи.
Автогрейдер движется со скоростью 5—7 км/ч, нож поставлен под углом
резания 35—40°; угол захвата меняется от 20 до 65°
пропорционально толщине слоя и плотности снега. Остающиеся на покрытии
небольшие снежные гребешки удаляют автогрейдером с обычным
ножом.
В последние годы для предотвращения уплотнения снега во
время снегопадов применяют хлористые соли с небольшой нормой
россыпи — 20—30 г на 1 м2 покрытия при толщине снежного слоя
до 30—40 мм. Это позволяет сохранить выпадающий снег в
рыхлом, неукатываемом колесами проходящих автомобилей состоянии.
По окончании снегопадов рыхлый снег убирается без затруднений.
При толщине снежных отложений более 1 м их расчищают
бульдозерами и роторными снегоочистителями, используя
бульдозеры с неповоротным и поворотным отвалами. Бульдозеры с
неповоротным отвалом могут
сдвигать снег только в направлении
своего движения. Они делают
проходы, отодвигая снег под
острым углом к оси дороги
поочередно то в одну, то в другую сторону
(рис. 33). После каждого
прохода бульдозер холостым ходом
отступает назад на необходимое
расстояние. Затраты времени на
холостые проходы и развороты
сильно снижают
производительность машины, а отодвинутый
снег образует высокие валы,
создающие опасность заносов на
дороге, поэтому приходится ото-
Рис. 33. Расчистка дороги бульдозе- Двигать валы на расстояние 15—
рами с неповоротным отвалом 20 м ОТ дороги.
90
Универсальные бульдозеры с
поворотным отвалом работают
производительнее. Поставив
отвал под углом к направлению
движения, они
последовательными проходами вдоль занесенного
участка постепенно смещают снег
в нужную сторону. Однако и в
этом случае образуются высокие
валы.
Если снегоочистка выполня-
ся одними бульдозерами, то по
окончании работы полоса
расчистки имеет неопрятный ВИД и про- рис 34. Расчистка снежных заносов
дуваемость дорожного полотна на пеРевальных участках
резко ухудшается. Поэтому
наиболее целесообразна работа бульдозеров в комплексе с роторным
снегоочистителем, когда бульдозеры смещают снег только в
пределах дорожного полотна, а роторный снегоочиститель удаляет
образующийся вал. Бульдозеры помогают роторному снегоочистителю,
когда он не может выполнить какую-либо работу самостоятельно,
например шнеко-роторные снегоочистители не могут разрабатывать
снег, обладающий большой плотностью и прочностью. При
совместной работе бульдозеры отделяют снег от массива, разрыхляют его
и сдвигают к роторному снегоочистителю, который легко удаляет
разрыхленный снег.
Если толщина снежных отложений превышает 2 м, то роторные
снегоочистители на колесном ходу не могут их самостоятельно
разрабатывать. В этом случае бульдозеры, двигаясь короткими
проходами с разным загружением отвала в зависимости от плотности
снегоотложений, подают снег к роторному снегоочистителю,
отбрасывающему снег с дороги.
Расчистку снежных отложений любой толщины при любой
прочности и плотности снега можно производить снегоочистителями на
гусеничном ходу с фрезерно-роторным рабочим органом. Они ведут
послойную расчистку занесенного участка с такой
последовательностью проходов, чтобы дать сначала однопутный проезд с
разъездами через 200—300 м, а затем уширить траншею для двухполосного
движения, расчистить дорогу на всю ширину дорожного полотна.
Если при больших заносах прокладка даже однопутной траншеи
может занять много времени (например, при полностью
занесенной выемке), то сначала делают объезд, а затем приступают к
расчистке дороги.
Очищать дорогу снегоочистителем на гусеничном ходу не
следует вплотную до самого покрытия во избежание повреждения его
гусеницами. Требуется оставлять предохранительный слой
толщиной около 10 см, который позже убирают автогрейдерами.
В тех местах, где заносы были вызваны повреждением
снегозащиты, или опозданием с ее перестановкой, необходимо перед нача-
91
лом снегоочистки восстановить снегозащитные линии или
переставить снегозащитные устройства.
Снегоочистка дорог в горных районах имеет свои особенности.
Здесь приходится расчищать: снегопадные отложения, имеющие
большую толщину (иногда более 1 м); мощные снежные заносы до
4—5 м и более; плотные снежные завалы после схода лавин
высотой до 25—30 м с включением каменных обломков. Трасса горных
дорог изобилует кривыми малого радиуса, подъемами и спусками
с большими продольными уклонами. Поперечный профиль во
многих местах позволяет удалять снег лишь в одну сторону, так как с
другой стороны дорога примыкает к крутому скальному откосу.
Участки горных дорог, проходящие вдоль крутых обрывистых
склонов, часто ограждаются парапетами со стороны обрыва. При
расчистке таких участков машинами сдвигающего типа удается
сбрасывать под откос только снег, лежащий выше парапета.
Особенности горных дорог существенно влияют на технологию
снегоочистки, на выбор машин и организацию их работы.
В долинах, где дороги имеют небольшие продольные уклоны и
малое количество кривых, можно вести очистку со сравнительно
высокой скоростью. Здесь применимы те же типы машин и такие
же схемы очистки, какие применяются на дорогах, проходящих в
равнинной местности.
На перевальных участках, которые наряду с крутыми
затяжными уклонами изобилуют кривыми малого радиуса, вести
снегоочистку с большой скоростью нельзя, но зато поперечный профиль
дороги позволяет, как правило, сбрасывать снег под откос. Здесь
малоэффективны плужные автомобильные снегоочистители и
расчистка снежных заносов в основном ведется автогрейдерами,
бульдозерами и роторными снегоочистителями. Там, где можно
сбрасывать снег под откос, целесообразно применять универсальные
бульдозеры, которые проходами вдоль занесенного участка
сдвигают снег в поперечном направлении от верхового / к низовому 2
откосу и сбрасывают за пределы дороги (рис. 34). На участках с
парапетами слой снега, расположенный ниже их, удаляют роторным
снегоочистителем.
Завалы, вызванные лавинами, лучше расчищать фрезерно-ро-
торными снегоочистителями на гусеничном ходу. Схемы расчистки
завалов в продольном направлении показаны на рис. 35. При
большой протяженности завала снегоочиститель работает, двигаясь
вдоль него, «по обертывающей», снимая слой такой толщины, какую
Рис. 35. Схема движения снегоочистителя:
а — при расчистке завалов большой протяженности; б—при разработке завалов длиной
до 50 м
92
позволяет взять рабочий орган. Дойдя до конца завала, машина
разворачивается и ведет разработку в обратном направлении (рис.
35, а). При длине завала до 50 м развороты необязательны.
Снегоочиститель разрабатывает завал наклонными слоями (рис. 35, б).
В месте выхода наклонной плоскости на поверхность завала
снегоочиститель останавливается, задним ходом спускается вниз, снова
заглубляет рабочий орган и опять движется вверх, снимая
наклонный слой. Преимущество первой схемы — отсутствие холостых
проходов, преимущество второй — отсутствие разворотов.
Если роторных снегоочистителей на гусеничном ходу нет, то
завалы расчищают совместно бульдозерами и роторными
снегоочистителями на колесном ходу. Сначала бульдозеры расталкивают
снег с оси дороги в стороны. Затем продольными проходами они
подают снег к роторным снегоочистителям, которые отбрасывают
его в сторону. Постепенно снегоочистительные машины пробивают
в завале траншею для проезда автомобилей. Для повышения
производительности машин очень плотный, слежавшийся или
обледенелый снег в завалах разрыхляют при помощи взрывов.
На горных дорогах приходится также производить очистку
снега в галереях. Снег попадает туда при метелях или падении лавин
через проемы с внешней стороны и с торцов через входы. Сначала
снег обваловывают автогрейдером, а затем выбрасывают через
проемы роторным снегоочистителем. Иногда с внешней стороны
галереи накапливаются снежные отложения, уменьшающие
площадь проемов, что затрудняет выброс. Эти отложения надо
своевременно удалять. Занесенные торцовые участки галерей
расчищают роторными снегоочистителями и бульдозерами. Бульдозеры
выталкивают снег из галереи, а роторные снегоочистители
выбрасывают его под откос.
Глава 4
БОРЬБА С ЗИМНЕЙ СКОЛЬЗКОСТЬЮ
15. Виды зимней скользкости
Все отложения снега и льда, периодически появляющиеся на
покрытии и значительно увеличивающие его скользкость, по
физическому состоянию можно подразделить на следующие четыре
вида: стекловидный лед; зернистый лед; твердый снег, рыхлый снег.
Эти физически разнородные отложения отличаются между собой
достаточно четко как по внешним признакам, так и по
физико-механическим свойствам.
Стекловидный лед относится к наиболее опасному виду.
Коэффициент сцепления шин автомобиля со стекловидным льдом равен
0,08—0,15. При образовании на дорожном покрытии этого вида
отложений автомобильная дорога приобретает аварийное
состояние и временно становится почти непригодной для эксплуатации.
Отложения стекловидного льда образуются единовременно на
участках дорог большой протяженности и могут сохраняться
длительное время, пока не произойдет их разрушение за счет
испарения или таяния. Этот вид отложений представляет собой
стекловидную с гладкой поверхностью прозрачную корку льда плотностью
0,7—0,9 г/см3 и толщиной до 3 мм. Стекловидный лед образуется в
случае: выпадения дождя или мороси при отрицательных
температурах; замерзания жидких атмосферных осадков на еще не
успевшем прогреться дорожном покрытии во время быстро наступившей
оттепели; замерзания талой или дождевой воды при похолодании.
Зернистый лед — наиболее редкий вид отложений. Он имеет
зернистое строение, шероховатую поверхность и включения
воздушных пузырьков. Цвет отложений матово-белый, толщина
неравномерная и может достигать в районах с интенсивными туманами
10 мм и более. Плотность 0,5—0,7 г/см3. Образуется зернистый лед
в основном при плотном тумане с ветром, когда температура
воздуха колеблется около 0°С.
Твердый снег (снежно-ледяной накат)—самый
распространенный вид отложений на проезжей части дорог. Коэффициент
сцепления колеса автомобиля с накатом составляет 0,2—0,25. Толщина
снежно-ледяного иаката колеблется в широких пределах. При
интенсивном движении транспортных средств плотность снежных
отложений быстро нарастает и достигает 0,3—0,6 г/см3.
94
Уплотнение свежевыпавшего снега и образование слоя наката
происходит в результате многократного приложения уплотняющих
нагрузок колес автомобилей и расплавления части снега вследствие
трения при торможении с последующим его замерзанием.
Наиболее интенсивен процесс уплотнения при наличии тонких слоев
влажного снега, когда температура выше— 10° С.
Рыхлый снег представляет собой снежный слой, образующийся
во время слабых и умеренных снегопадов в безветренную погоду и
равномерно отлагающийся на дорожном покрытии. Плотность его
от 0,06 до 0,20 г/см3. Снег может быть сухим, влажным и мокрым.
С увеличением влажности его плотность растет, Водоудерживаю-
щая способность рыхлого снега достигает 35—55%. При
содержании влаги более 20% снег не поддается уплотнению под действием
на него нагрузок, сохраняясь в виде мокрой кашицевидной массы.
Если влажность снега меньше, то при высокой плотности движения
автомобилей на дороге неизбежно образуется накат.
Распространение скользкости на дорогах СССР
характеризуется значительной неравномерностью, обусловленной разнообразием
погодно-климатических условий.
Продолжительность периода, в течение которого возможно
появление скользкости, зависит от географического расположения
территории и от высоты местности над уровнем моря.
На европейской территории СССР зимняя скользкость на
дорогах наблюдается в горах Кольского полуострова и северного Урала
в начале октября, в то время как в южной части Украины и на
побережье Черного и Азовского морей лишь в конце декабря.
Продолжительность периода возможного обледенения дорог в
северных районах европейской территории Советского Союза достигает
6—7, а в южных — около 3 мес. В Прибалтийских республиках и
в Белоруссии период с твердыми и смешанными осадками равен
3—4 мес и примерно на месяц короче, чем в центральных областях.
В Западной Сибири образование зимней скользкости возможно в
течение 6 мес (со второй половины октября по апрель), а на
территории Восточной Сибири до 7 мес. На Дальнем Востоке
продолжительность этого периода составляет около 6 мес (с конца
октября по апрель) и только на побережье сокращается на 1—1,5 мес.
Погодно-климатические условия и обусловливаемый ими режим
обледенения автомобильных дорог зависят от характера
атмосферной циркуляции. При западном и юго-западном типах циркуляции
поступление теплых и влажных воздушных масс на большей части
европейской территории страны (ETC) и Западной Сибири
сопровождается обильным выпадением осадков и увеличением случаев
образования различных видов зимней скользкости на дорогах.
Перенос воздушных масс в меридиональном направлении с севера
на юг приводит к установлению холодного и малоснежного периода
часто с ясной погодой. При меридиональной циркуляции атмосферы
вероятность образования зимней скользкости уменьшается.
Восточная циркуляция воздушных масс приводит к понижению
температуры, уменьшению количества осадков в восточной части ETC и
95
увеличению количества осадков в ее западных и юго-западных
районах.
Наибольшее число снегопадов отмечается в первые месяцы
зимы, и поэтому работы по ликвидации скользкости в этот период
почти повсеместно являются наиболее напряженными.
Преобладающее распространение имеют виды скользкости,
образующиеся при снегопадах. На большей части ETC
среднесуточный слой осадков (в пересчете на воду) в зимние месяцы
составляет не более 1 мм. В пределах Западной и Восточной Сибири, а
также в равнинной части Средней Азии среднесуточное количество
атмосферных осадков равно менее 0,5 мм. Особенно мал" суточный
слой осадков (менее 0,2 мм) в южном Забайкалье и Хабаровском
крае.
В центральных областях ETC обледенение дорог за счет
образования тонких корок стекловидного льда составляет 5—8% от
количества случаев образования всех видов скользкости за зиму.
По мере увеличения числа дней с дождями с севера на юг и
особенно южнее 47° северной широты, где зимой жидкие осадки
преобладают, вероятность появления на дорогах стекловидного льда
возрастает. В 90—95% случаев тонкие (до 3 мм) корки
стекловидного льда образуются на дорожных покрытиях при температуре
воздуха выше —6° С.
Наиболее опасна зимняя скользкость в горах, на крутых
подъемах и спусках, где она нередко бывает причиной серьезных аварий.
16. Химический способ
Химический способ предусматривает использование в качестве
противогололедного материала химические вещества, обладающие
способностью плавить лед в значительном количестве при широком
диапазоне отрицательных температур.
По физико-химическим свойствам и технико-экономическим
показателям наиболее пригодными для борьбы с зимней
скользкостью являются соли хлористого натрия, кальция и магния,
относящиеся к классу хлоридов. Эти соли используются в твердом и
жидком виде. По составу они могут быть однородными или
смешанными в различных пропорциях. На территории СССР
противогололедные хлориды имеют широкое распространение, их
природные и промышленные ресурсы весьма велики, они являются
относительно дешевым и доступным материалом.
Известен способ устройства дорожных покрытий из
асфальтобетона, в состав которого входит 5—6% зернистого продукта,
содержащего преимущественно хлористый кальций. Зерна этого
продукта покрыты защитной пленкой. При интенсивном движении
транспортных средств происходит постепенный износ покрытия и
одновременно с этим на его поверхности появляются новые
порции противогололедного вещества. Оказавшись на поверхности,
96
продукт растворяется, и тем самым уменьшается вероятность
образования корки льда или наката.
Практический интерес представляют прочные микропленки,
создаваемые на покрытии для уменьшения силы сцепления льда с
поверхностью покрытия. Это достигается путем поверхностной
обработки или объемного введения кремнийорганических веществ,
обладающих гидрофобными свойствами. К кремнийорганическим
гидрофобизаторам, используемым в строительстве, относятся: ал-
килхлорсиланы, алкилсиликонаты натрия и полиалкилгидросило-
ксановые жидкости.
Для применения в дорожном строительстве гидрофобные
вещества пока не синтезированы, а выпускаемые промышленностью не
отвечают тем жестким требованиям, которым они должны отвечать
как материал для борьбы с обледенением дорог. Стоимость
применения гидрофобных веществ пока слишком высока, в связи с чем
в Советском Союзе и во многих зарубежных странах
общепризнанным является химический способ, основанный на применении
хлористых солей. Известны следующие химические вещества,
которые используются и могут быть использованы на дорогах нашей
страны.
Хлористый натрий NaCl, или поваренная соль. Встречается в
природе в виде каменной (минерал галит) и самосадочной соли
соляных озер.
На солепредприятиях в качестве готовой продукции выпускают
пищевую, техническую и кормовую соль. Пищевая соль содержит
от 97 до 99,7% NaCl, техническая и кормовая не менее 93%.
Соль силъвинитовых отвалов. Она является отходом
производства калийных удобрений из минерала сильвинита, состоящего из
хлористого калия, каменной соли и ряда примесей.
В процессе переработки из сильвинитовой руды выделяют
хлористый калий на удобрение, а хлористый натрий в огромных
количествах идет в отвалы, которые по составу и структуре вполне
пригодны для борьбы с зимней скользкостью. Например, в составе
технической соли в отвалах Верхнекамского калийного месторождения
содержится 90—95% хлористого натрия. Зерна этой соли в
рассыпчатом состоянии размером более 5 мм составляют-в среднем 10%,
от 5 до 1 мм около 60% и менее 1 мм — 30%.
Хлористый кальций СаС12. В Советском Союзе он
изготавливается с содержанием основного вещества в пределах 67—95%, а в
жидком виде с содержанием хлорида кальция 32—38%.
Смесь хлористого натрия и хлористого кальция. Это
эффективный противогололедный материал, взаимодействующий со льдом
при низких температурах, так как добавка СаСЬ к хлористому
натрию снижает точку замерзания раствора смеси. Эта смесь не
слеживается при хранении. Для ослабления слеживаемости
рекомендуется приготавливать смеси в следующих пропорциях: 92:8
при использовании 90%-ного СаСЬ или 88:12 при 67%-ном СаСЬ.
Хлористый кальций фосфатированный (ХКФ). Это продукт, в
который введена добавка ингибитора (фосфата), резко снижающе-
4—1049
97
и) корро тонное действие хлористого кальция на металлы.
Ингибитор вводится в заводских условиях в количестве 4—6 % от массы
хлористого кальция.
, Реагент НКМ представляет собой соединение нитрита
кальция с мочевиной. Он выпускается промышленностью в
гранулированном виде. НКМ быстро взаимодействует со льдом, обладает
хорошей плавящей способностью и не вызывает коррозию металла.
Этот продукт используется на аэродромах для обработки взлетно-
посадочных полос. На автомобильных дорогах НКМ пока не
применяется из-за высокой стоимости и ограниченных ресурсов.
Технический хлористый магний MgCl2-6H20 (бишофит). В
Советском Союзе изготавливается путем упаривания рапы залива
Кара-Богаз-Гол. Он представляет собой чешуированный продукт,
содержащий 47% хлористого магния и 53% кристаллизационной
воды.
Для борьбы с зимней скользкостью могут широко
использоваться жидкие хлориды в виде рассолов. В Советском Союзе
высококонцентрированные рассолы распространены на обширной
территории и их ресурсы неограничены. Месторождения рассолов
зачастую имеются в районах с густой сетью автомобильных дорог.
По сравнению с кристаллическими веществами рассолы
технологичнее. В них легко можно вводить различные добавки с целью
расширения температурного диапазона применения рассола или
для подавления его коррозионной активности.
По источникам получения все рассолы можно подразделить на
четыре вида: природные подземные; искусственные подземные;
рассолы соляных озер; промышленные отходы.
Природные рассолы образуются путем естественного
выщелачивания растворимых солей из горных пород. В Советском Союзе
они распространены на обширной территории к западу от Урала,
в бассейнах рек Волги, Камы, Северной Двины, на Украине, в
Средней Азии, в Восточной Сибири и в других районах.
Содержание солей в природных рассолах увеличивается с
глубиной до 200—300 г/л и более.
Природные рассолы многокомпонентны. Они содержат в своем
составе до 60 различных элементов. Преобладающими элементами
являются ионы хлора, натрия, кальция, магния. По химическому
составу природные рассолы относятся чаще к хлористонатриевым
или хлористокальциевонатриевым.
Искусственные рассолы образуются путем растворения подзем-
ных залежей каменной соли пресной водой, нагнетаемой по
специальным скважинам в соляной пласт. Искусственные рассолы, как
правило, однокомпонентны.
Концентрация хлористонатриевой соли достигает обычно
состояния насыщения.
Озерные рассолы размещаются на поверхности земли в
приморских и континентальных бессточных котловинах. По количеству
соляных озер и растворенных в них солей СССР занимает первое
место в мире. Соляные озера распространены от низовья Дуная до
98
верховья Оби, на обширной территории степной, полупустынной и
пустынной природных зон.
Солевой состав озерных рассолов разнообразен. В приморских
озерах преимущественно содержатся соли хлористого натрия и
хлористого магния, а также сернокислый магний и сернокислый
натрий. В рассолах континентальных озер содержатся: хлористый
натрий, хлористый кальций, хлористый магний, гипс и другие
вещества. Преобладающей солью в приморских и континентальных
озерах часто является хлористый натрий, содержание которого
достигает 80% от массы всех солей.
Концентрация озерного рассола подвержена существенным
колебаниям по сезонам года. К концу лета она увеличивается и
нередко достигает 200—300 г/л и более.
Промышленные отходы рассола образуются на многих
предприятиях различных отраслей промышленности. Много рассола
идет в отход на химических заводах, производящих йод, бром, хлор,
соду и другие продукты. Значительные ресурсы
высококонцентрированных рассолов в виде отходов производства имеются на
нефтепромыслах. Промышленные отходы жидких хлоридов весьма
разнообразны как по составу, так и по содержанию растворенных
в них солей.
В СССР жидкие противогололедные материалы пока еще
используются в ограниченном количестве. Однако их широкое
использование — задача весьма актуальная, особенно при наличии
местных ресурсов.
В тех районах, где местные источники'получения рассолов
отсутствуют, но имеются месторождения подземных рассолов,
дорожным организациям целесообразно наладить их дрбычу, особенно
при густой сети автомобильных дорог.
Бурение и оборудование рассольных скважин обходится
довольно дорого, но опыт их эксплуатации на рассолопромыслах
показывает, что они окупаются за 1—2 года. Продолжительность работы
скважины достигает 40—60 лет. Обслуживает скважину один
человек. В течение года одна скважина дает от 50 до 350 тыс. м3
рассола. Даже при минимальном дебите скважина может
компенсировать потребность в 10—15 тыс. т привозной соли и обеспечить в
течение сезона зимнее содержание дорог протяженностью 500—
700 км.
Противогололедные хлориды обладают энергией, способной
расплавить определенное количество льда. По количеству
расплавляемого льда различие между хлоридами невелико.
Эффективность взаимодействия хлоридов со льдом существенно
зависит от температуры. С ее понижением количество льда,
которое способен расплавить хлорид, быстро убывает, особенно в
интервале температур от 0 до —10° С. Так, если при температуре
—2° С 1 кг хлористого натрия плавит 30 кг льда, то при —10° С
это же количество хлорида может расплавить только 6 кг льда, а
при —15° С — 4,5 кг. На рис. 36 показано количество льда,
расплавляемое 1 кг льда при разных температурах.
4*
99
JO г
20
^ с
S^/0
2^
1 *'
i
ч-х'
4\>« . .
-5 -Ю -15
Температура, °c
-20
Рис. 36. Зависимость количества
расплавляемого льда хлоридами от
температуры:
/ - MgCI2; 2 — СаСЬ; 3 — NaCl
Рис. 37. Кривые замерзания раство- 0 w 20 30 W
ров Концентрация соли,%
Каждый вид хлорида взаимодействует со льдом в определенном
температурном диапазоне. Хлористый натрий плавит лед при
температурах до —21,2, хлористый магний до —33,6 и хлористый
кальций до —49,8° С. Эти предельные температуры соответствуют
насыщенным растворам, которые при указанных предельных
значениях температур полностью замерзают и образуют твердую смесь
из льда и соли. У разбавленных растворов температура замерзания
зависит от концентрации раствора. Закономерность изменения
температуры замерзания от концентрации раствора показана на
рис. 37. С увеличением массы льда при понижении температуры
объем растворителя в растворе убывает, а концентрация раствора
увеличивается с соответствующим понижением температуры
замерзания растворителя. Физико-химические свойства вещества,
температура, при которой оно применяется, и объем снежно-ледяных
отложений, подлежащих расплавлению, являются главными
критериями для определения норм распределения противогололедных
химических материалов. В «Технических правилах ремонта и
содержания автомобильных дорог» (ВСН 24-75) приняты нормы
распределения твердых хлоридов, указанные в табл. 13.
Нормы распределения жидких хлоридов приведены в табл. 14.
Они дифференцированы в зависимости от концентрации солей,
содержащихся в рассоле. Эти нормы рассчитаны для применения
при борьбе с накатом, а также с целью предупреждения его
образования, когда розлив производится при снегопаде или вскоре
после его окончания в свежевыпавший снег. При распределении
жидких хлоридов по нормам, указанным в табл. 14, снег
приобретает 20%-ную влажность и при таком состоянии свежевыпавший
снег не прикатывается колесами автомобилей, а уже образовавший-
100
Таблица 13
Химические вещества
Хлористый
натрий в виде
поваренной соли
Хлористый
натрий в виде соли
сильвинитовых
отвалов
Хлористый
кальций чешуирован-
ный
Хлористый
кальций фосфатиро-
ванный
Смесь
хлористого натрия и
хлористого кальция
Предельные значения
температуры, до
которых наиболее
эффективно применение
материалов, °С
—15
—10
—35
—35
—20
Лед 1 Уплотненный снег
Рыхлый снег
Предельные нормы распределения химических
веществ при толщине снежно-ледяного слоя
1 мм, г/м2, и температуре, СС
1
20
25
30
35
25
о
7
40
50
60
65
50
1Л
70
80
90
75
о
1
100
100
I
15
20
25
30
20
о
7
30
40
40
50
40
1Л
50
60
70
60
о
1
<У
я
X
80
90
1
10
15
20
20
15
о
1
20
25
30
35
25
7
30
40
45
40
с-*
1
0)
щ
я
X
,-J-e
50
60
ся накат размягчается и легко убирается с дороги
снегоочистительными машинами. Для природных рассолов, неоднородных по
химическому составу, нормы расхода принимаются по преобладающей
соли в растворе.
Норма распределения хлоридов определяется с учетом
фактического количества отложений на дорожном покрытии. Для
определения количества снежно-ледяных отложений необходимо знать
их толщину и плотность. У свежевыпавшего снега плотность равна
0,05—0,1, слегка прикатанного — 0,2—0,3, уплотненная корка
наката имеет плотность 0,3—0,4, старый накат — 0,4—0,6,
стекловидный лед— 0,7—0,9 г/см3.
Практическое значение имеют продолжительность периода
взаимодействия системы лед — хлорид и интенсивность плавления
льда во времени при разных температурах (табл. 15). При равных
условиях наиболее длительное время плавления льда бывает при
отрицательных температурах, близких к 0° С. С понижением
температуры продолжительность плавления льда убывает. Наиболее
интенсивно лед плавится в течение первого часа. Чем ниже
температура, тем интенсивнее плавление льда.
Противогололедные хлориды не оказывают какого-либо
заметного воздействия на асфальтобетонные покрытия и резину. Их
существенный недостаток — агрессивное действие на металлические
части транспортных средств. Иногда они вызывают шелушение це-
ментобетонных покрытий.
101
Таблица 14
Состав жидких хлоридов
Хлористонатриевый
Хлористокальциевый
Хлористомагниевый
Концентрация,
%
25
15
35
25
15
35
25
15
Норма распределения жидких
хлоридов на 1 мм осадков (в
пересчете на воду), л/м2, при
температуре, °С
-4
0,04
0,08
0,03
0,05
0,09
0,03
0,04
0,07
-8
0,08
0,14
0,05
0,08
0,15
0,04
0,06
0,12
-12
0,11
0,07
0,11
0,05
0,08
0,14
По степени коррозионного воздействия на сталь хлористый
натрий и хлористый кальций мало отличаются друг от друга, а у
Хлористого магния коррозионная активность выражена слабее, чем у
других видов хлоридов. Максимальную агрессивность растворы
хлоридов имеют при 4—5% -ной концентрации. С повышением
концентрации коррозионная активность убывает. Помимо
физико-химических особенностей хлоридов, на скорость и характер коррозии
оказывают влияние многие другие факторы: условия эксплуатации
и хранения транспортных средств, характер их антикоррозионной
защиты, внешние условия и пр.
Для ослабления коррозионного воздействия на металлические
части автомобилей в хлориды необходимо заблаговременно вводить
ингибиторы, способные существенно ослабить коррозию стали.
В качестве таких добавок рекомендуются: однозамещенный фосфат
натрия NaH2P04-2H20, двузамещенный фосфат натрия Na2HP04X
Х12Н20, простой суперфосфат Са(Н2Р04)2 и двойной суперфосфат
Са(Н2Р04)2 + Р20б. Эти вещества широко используют в сельском
хозяйстве в качестве фосфатных удобрений.
Таблица 15
Температура,
•с
—2
—5
—10
—15
Количество расплавляемого льда хлоридами (% от общего количест-
0,5
ва, которое могут расплавить хлориды) за время, ч
1
2
4
Хлористый натрий
20
35
40
50
27
55
60
75
37
82
85
100
50
100
100
0,5
1
2
4
Хлористый кальций
32
66
80
100
36
76
100
44
90
52
100
102
В твердый хлористый натрий добавляются однозамещенный
фосфат натрия и двойной суперфосфат, в количестве 3%, а двуза-
мещенный фосфат натрия и простой суперфосфат — 5—7% от
массы соли. В рассолы хло.ристо-натриевого состава вводится 0,5—
1% однозамещенного или 2—3% двузамещенного фосфата натрия.
Для рассолов хлористо-кальциевого и хлористо-магниевого
составов'в качестве ингибитора используется простой и двойной
суперфосфат в количестве соответственно 2 и 3% от массы соли,
растворенной в рассоле.
Одно- и двузамещенный фосфаты натрия легко растворяются в
хлористо-натриевом рассоле, а простой и двойной суперфосфат
предварительно растворяют в теплой воде и лишь после этого
вводят в рассол.
Ингибированные хлориды не только ослабляют коррозию
металла. Благодаря содержанию в них фосфатов, являющихся
удобрением, они существенно смягчают отрицательное влияние
хлоридов на растительность.
Для устранения шелушения поверхности цементобетонных
покрытий, проявляющегося иногда на вновь построенных дорогах в
результате совместного действия мороза и растворов хлористых
солей, в бетонную смесь при ее приготовлении должны вводиться
воздухововлекающие добавки, которые создают огромное число
мелких замкнутых пор, способных увеличивать стойкость бетона
против агрессии противогололедных солей и мороза. В качестве
добавок применяются хорошо зарекомендовавшие себя в
строительстве абиетиновая смола (абиетат натрия) и мылонафт.
Считается, что оптимальное содержание воздуха в бетоне при введении
в него 0,01—0,02% (от массы цемента) абиетиновой смолы должно
быть не менее 4%, а при использовании в качестве добавки 0,05—
0,08% мылонафта стойкость бетона от шелушения существенно
увеличивается при содержании воздуха не менее 3% от объема.
Применение для борьбы с зимней скользкостью хлоридов на
дорогах с цементобетонным покрытием без воздухововлекающих
добавок допускается по истечении 3 лет после строительства и спустя
1,5 года при условии наличия в бетоне воздухововлекающих
добавок.
Отрицательное влияние хлоридов на природную среду
(растительность, воду, почву) наиболее заметно, когда их складывают
в штабеля непосредственно на землю, оставляя незащищенными от
воздействия атмосферных осадков.
Поэтому при строительстве солехранилищ надо предусматривать
меры, исключающие опасность загрязнения грунтовых, речных,
озерных вод и почвы.
Характер воздействия хлоридов на компоненты природной
среды в полосе влияния дороги зависит от многих факторов,
связанных, например, как с физико-химическими свойствами
самих веществ, так и с разнообразием особенностей компонентов
среды.
103
Кальций, магний, калий повышают плодородие почвы, так как
они являются необходимым питательным веществом для растений.
Их влияние на воду, почву, растительность даже в повышенных
концентрациях не так вредна, как действие недопустимо большой
концентрации ионов натрия. С точки зрения воздействия на
природную среду к наиболее приемлемым противогололедным
веществам следует отнести природные (подземные и озерные) рассолы.
Наряду с хлористым натрием они зачастую содержат в большом
количестве соли кальция, калия, магния и многие микроэлементы,
которые при слабой концентрации оказывают полезное влияние на
развитие и урожайность сельскохозяйственных культур.
При взаимодействии хлоридов со снежно-ледяными
отложениями образуются разбавленные растворы. Химические элементы,
содержащиеся в этих растворах в ионном состоянии, в течение
зимнего периода могут накапливаться в зоне придорожной полосы, но
весной они вымываются обильными талыми и дождевыми водами
и лишь частично аккумулируются в почвенных горизонтах. Как
показывают исследования, при соблюдении установленных норм
распределения хлоридов и технологии работ засоление почв вдоль
автомобильных дорог выше допустимых пределов не отмечается К
Эффективность химического способа борьбы с зимней
скользкостью существенно зависит от технологии работ. Хороший эффект
дает профилактическое применение химических веществ. Часто
зимняя скользкость образуется вследствие уплотнения снега под
действием колес движущихся автомобилей. Для предотвращения
уплотнения снега необходимо приступать к распределению твердых
или жидких химических веществ вскоре после начала снегопада
непосредственно в свежевыпавший снег, пока он еще не успел
уплотниться. Введенные в свежевыпавший снег реагенты
предотвращают уплотнение и прикатывание снега. При контактировании
снега с хлоридами под действием колес автомобилей происходит
перемешивание снежной массы и кристаллы снега обволакиваются
незамерзающим раствором. Такой снег сохраняется на дорожном
покрытии в разрыхленном состоянии. Поэтому использование
хлоридов при уборке свежевыпавшего снега фактически является
профилактической мерой борьбы со скользкостью.
Высококачественная снегоочистка достигается при соблюдении соответствующей
технологии работ. Технологические этапы этих работ следующие:
выдержка, обработка свежевыпавшего снега хлоридами, плавление,
сгребание и сметание снега.
Выдержка предусматривает необходимость создания в начале
снегопада снежного слоя, в котором хлориды должны закрепиться
и взаимодействовать со снегом. Продолжительность выдержки, т. е.
периода времени от начала снегопада до момента распределения
1 Этот оптимизм недостаточно обоснован. Нужна широкая серия
исследований, особенно в условиях Северо-Востока, Крайнего Севера, высокогорных
районов, где воздействие на природу может быть особенно сильным. (Примеч. тит.
редактора.)
104
противогололедных материалов, зависит от интенсивности
снегопада. Установлено, что продолжительность этого этапа чаще всего
составляет от 15 до 45 мин. На третьем этапе происходит частичное
плавление снега от действия хлоридов и приобретение им таких
физико-химических свойств, при которых предотвращается
образование наката. Хлориды и снег взаимодействуют более эффективно,
когда они перемешиваются колесами движущихся автомобилей.
Если после уборки обработанного хлоридами свежевыпавшего
снега снегопад продолжается, то указанный порядок работ
повторяется до прекращения снегопада.
Во время интенсивного и длительного снегопада, а также когда
скорость ветра превышает 6—8 м/с, на дорожном полотне быстро
формируется толстый слой снега, образуются снежные заносы.
В этих случаях осуществляется механическая снегоочистка без
предварительной обработки дороги хлоридами.
На проезжей части дороги часто сохраняется различной
толщины слой уплотненного наката. Технология удаления этих отложений
складывается из следующих операций: распределение хлоридов по
поверхности наката; плавление и одновременное разрушение
структуры снежно-ледяных отложений колесами движущихся
автомобилей; уборка разрыхленной и влажной массы снега с помощью
снегоочистителей, оборудованных плужком и щеткой.
Технология борьбы со снежно-ледяным накатом
предусматривает не полное расплавление отложений, а лишь ослабление в них
межкристаллических связей до приобретения снегом разрыхленного
состояния, при котором становится возможной механическая
очистка покрытия.
При образовании на дороге тонкой стекловидной корки льда
химические вещества применяются с целью расплавления всей
массы льда. В связи с тонкостью корки (1—3 мм) достаточно
выполнить только одну операцию — распределить хлориды по
поверхности обледенелого покрытия. Наилучший эффект при борьбе с этим
видом скользкости достигается в том случае, когда применяется
мелкозернистая или чешуированная соль.
17. Фрикционный способ
Для повышения коэффициента сцепления колес автомобиля со
скользкой поверхностью дороги на ней рассыпают песок, высевки
каменных материалов или шлак. Лучшими свойствами обладают
песок или высевки с размером зерен 2—3 мм (но не более 8 мм).
Чем крупнее зерна, тем больше расход материала, так как при
разбросе крупнозернистых фракций ухудшается сцепление колеса
с дорогой. Крупные частицы при механическом распределении
могут нанести повреждения автомобилям.
Эффективность применения фрикционных материалов
снижается, если, например, в них содержатся глинистые или илистые
примеси, загрязняющие дорогу и повышающие ее скользкость.
105
Фрикционный способ борьбы с
зимней скользкостью имеет ряд
существенных недостатков:
требуется большое количество
пескоразбрасывателей; необходимо
производить большие объемы
работ по заготовке и распределению
материалов, так как нормы их
россыпи велики (200—400 г/м2.)
Кроме того, при интенсивном
движении автомобилей с большой
скоростью фрикционные
материалы быстро смещаются с проезжей
части дороги к обочине.
Например, по исследованиям Союздор-
нии уже через 15—20 мин после
россыпи сухого песка на
обледенелое покрытие коэффициент
сцепления колеса со скользкой
дорогой становится таким же,
каким он был до обработки дороги
песком. Коэффициент сцепления
повышается весьма незначительно
даже и в том случае, когда
посыпка фрикционных материалрв
производится по норме 1100 г/м2 (рис.
38, кривая 3).
Эффективность борьбы с зимней скользкостью
рассматриваемым способом несколько повышается при введении в
фрикционный материал хлоридов в твердом или жидком виде. Добавка
хлоридов производится заблаговременно в количестве 8—10% от
массы песка.
Песчаносолевая смесь, получаемая путем тщательного
перемешивания соли с песком, обладает способностью сохраняться в
зимнее время в рыхлом несмерзшемся состоянии, что облегчает
загрузку пескоразбрасывателей и позволяет достичь равномерной
плотности посыпки. Главное же преимущество добавки соли в песок
заключается в том, что она при взаимодействии со
снежно-ледяными образованиями расплавляет их. Но при несоблюдении
технических требований, предъявляемых к распределению песчаносоле-
вой смеси, на поверхности запущенного толстого слоя уплотненного
снега образуются ямы, бугры, колеи и прочие неровности. Условия
эксплуатации дороги становятся хуже, чем после обработки
дороги только песком без добавки соли.
Фрикционные материалы без добавок хлоридов могут
периодически применяться в основном на дорогах с низшими переходными
типами покрытий, на которых по каким-либо причинам в течение
зимы предусматривается возможность сохранения плотного слоя
снега.
0,8
0,6
Й Ofi
0 20 49 60
Скорость, им 1ч
Рис. 38. Зависимость коэффициента
сцепления от разных состояний
покрытия:
/ — обледенелое покрытие, не
обработанное противогололедными материалами;
2 — обледенелое покрытие, обработанное
фрикционным материалом по норме
100 г/м2; 3 — обледенелое покрытие,
обработанное фрикционным материалом по
норме 1100 г/м2; 4 —мокрое покрытие
^ k
J
■" 'J,
z
1
106
18. Тепловой способ
Борьба с зимней скользкостью тепловым способом
осуществляется с помощью стационарных систем и устройств,
обеспечивающих обогрев покрытия, а также самоходными тепловыми
машинами, принцип действия которых основан на использовании
горячих выхлопных газов газотурбинных двигателей. Надежную
защиту дорог от обледенения обеспечивают стационарные системы
и устройства, автоматически включающиеся в период
снегонакопления или льдообразования. Конструкции нагревательных
систем и устройств подразделяются на два типа: с глубинным и
поверхностным обогревом.
Глубинный обогрев покрытий производится при помощи
теплофикационной системы трубопроводов или
электронагревательных тепловых линий. Нагревательные элементы (системы труб,
нагревательные провода, сетки, кабели) достаточно густо
укладываются на небольшой глубине (30—50 мм) от поверхности
покрытия. Покрытие быстро нагревается, что вызывает плавление
снега по мере его выпадения и предотвращает возможность
образования гололеда.
В качестве теплоносителя, подогревающего покрытие,
применяются: горячая вода, нагретый воздух, различные жидкости с
низкой температурой замерзания и электроэнергия. В систему
обогрева дорожного покрытия горячая вода и подогретый воздух
поступают от теплоцентрали. Возможности подключения системы
обогрева к централизованному теплоснабжению или
использования горячей воды промышленных установок крайне редки.
При устройстве в дорожном покрытии сети трубопроводов
усложняется технология строительства дорог и увеличиваются
материальные затраты на их эксплуатацию. При использовании
в качестве теплоносителя горячей воды или пара возможна
коррозия металлических труб и их разрыв при замерзании воды и
неизбежно образование конденсата. Поэтому системы обогрева с
использованием горячей воды или нагретого воздуха не находят
широкого распространения. Они используются ограниченно в
основном в городских условиях и, в частности, для обогрева
ступеней подземных переходов.
В качестве теплоносителей целесообразно использовать
жидкости с низкой температурой замерзания, например растворы
этиленгликоля и минерального масла. Температура замерзания
этиленгликоля зависит от его содержания в воде, в связи с чем,
регулируя это содержание, можно обеспечить бесперебойную
работу системы практически при любых температурных режимах.
В настоящее время наибольшее распространение приобретают
системы обогрева покрытий электрическим током. Эти системы
имеют много разновидностей, отличающихся друг от друга как по
свойствам и конструкциям нагревательных элементов, так и по
напряжению подводимого тока. При использовании более
высокого напряжения (220—380 В) нагревателями являются
различит
ные кабели, а при потреблении тока напряжением 10—45 В
нагревателями служат стальные сетки и арматура.
С целью отказа от потребления электроэнергии в часы пик
разработана система аккумулированного электрообогрева дороги.
Такая система предусматривает накопление тепла в дорожном
покрытии в ночное время в количестве, достаточном на некоторый
период дневного времени.-
Электрообогрев — самый дорогой способ борьбы с зимней
скользкостью. Если годовые эксплуатационные расходы на
электрообогрев единицы площади и покрытия принять за 100%, то
расходы на обогрев системой трубопроводов при сжигании газа
составят 52%, при сжигании жидкого топлива 28%, а при
химическом способе борьбы с зимней скользкостью лишь 1,5%.
Поверхностный обогрев осуществляют стационарные установки
с инфракрасными газовыми или электрическими излучателями в
виде рефлекторов, устанавливаемых на высоте 4—5 м над
обогреваемой поверхностью. Они крепятся на специальных мачтах и
размещаются друг от друга на расстоянии, обеспечивающим нужную
плотность теплового потока в пределах проезжей части дороги.
При поверхностном обогреве не нарушаются прочностные
показатели дорожного покрытия, как это бывает при глубинном
обогреве. Существенный недостаток — большие потери тепловой
энергии. При ветреной погоде поверхности покрытия достигает лишь
10% излучаемой энергии.
Для борьбы со снежно-ледяными образованиями тепловым
способом в СССР и за рубежом разработано много типов самоходных
тепловых машин, представляющих собой установленные на
различные шасси авиационные газотурбинные двигатели,
отработавшие свой технический ресурс на самолетах. Под влиянием
теплового воздействия струи выхлопных газов происходит плавление
льда и испарение образовавшейся талой воды. Давлением струи
газов часть нерастаявшего льда и талой воды отбрасывается за
пределы обрабатываемой площади.
Тепловые газоструйные машины применяются на аэродромах.
Испытания их на автомобильных дорогах показали следующие
недостатки: низкая производительность (8—10 тыс. м2/ч); при
работе тепловых машин нарушается ритм движения транспортного
потока; возможны повреждения покрытия за счет выгорания
органического вяжущего; появляется опасность повреждения
придорожных сооружений отбрасываемыми струей кусками льда и
плотного снега. Тепловые газоструйные машины на автомобильных
дорогах пока распространения не получили.
19. Распределительные машины
Машины, предназначенные для распределения
противогололедных материалов, по своей конструкции подразделяются на
прицепные, подвесные и самоходные. В Советском Союзе применяются
108
в основном самоходные распределительные машины, монтируемые
на шасси автомобилей различных марок. Кроме того, для этих
целей пригодны и могут успешно применяться
сельскохозяйственные прицепные машины, предназначенные для россыпи на полях
минеральных удобрений.
Комбинированная дорожная машина КДМ-130 предназначается
для работ по содержанию дорог в зимнее и летнее время. Зимой
машина используется как снегоочиститель и распределитель
противогололедных материалов в виде хлоридов и песчаносолевой
смеси. Летом она служит для мытья дорожных покрытий и
поливки придорожных насаждений.
Базовой машиной распределителя является автомобиль
ЗИЛ-130. Для зимних работ на машине монтируются
металлический кузов с транспортером на днище и разбрасывающим диском
сзади кузова, а также плуг и щетка для снегоочистки. Летом
оборудование, предназначенное для зимних работ, демонтируется
и вместо него устанавливается цистерна с насосом и
трубопроводами.
Техническая характеристика зимнего варианта машины
КДМ-130
Объем кузова, м3 3,25
Грузоподъемность, т 4,0
Ширина посыпки, м 6,5—8,5
Плотность распределения материалов, г/м2 25—400
Рабочая скорость, км/ч до 30
Масса навесного оборудования, кг 2205
Общая масса машины, кг 5900
Габариты, мм:
длина 8360
ширина 3060
высота 2520
Универсальный разбрасыватель КО-104 монтируется на шасси
грузового автомобиля ГАЗ-53А и предназначается для
распределения фрикционных материалов и химических веществ в заданных
нормах. Навесное снегоочистительное оборудование (плуг,
щетка) позволяет вести работы по снегоочистке. В летний период
снегоочистительное и распределяющее оборудование снимается и
машина используется для перевозки различных грузов.
Техническая характеристика универсального разбрасывателя
КО-104
Объем кузова, м3 2,2
Грузоподъемность, т 3,5
Ширина посыпки, м до 8
Плотность посыпки, г/м2 20—400
Рабочая скорость, км/ч до 20
Масса разбрасывающего оборудования, кг 960
Масса снегоочистительного оборудования, кг 870
Масса порожней машины без оборудования, кг 4350
Габариты, мм:
длина 7750
ширина 3060
высота 2520
109
Комбинированная дорожная машина ЭД-403 предназначена
для ухода за автомобильными дорогами с твердым покрытием в
зимнее йремя. Она служит для патрульной снегоочистки и
распределения по проезжей части твердых противогололедных
материалов. Машина ЭД-403 может работать в следующих режимах:
снегоочистка, сметание, снегоочистка и сметание, распределение
противогололедных материалов.
После окончания зимнего сезона машину переоборудуют и
летом используют для поливки. В качестве базы для дорожной
комбинированной машины ЭД-403 используется шасси автомобиля
ЗИЛ-133.
Техническая характеристика машины ЭД-403
Объем кузова, м3 3,6
Ширина обрабатываемой полосы, м, при:
распределении твердых противогололедных
материалов ,10
подметании 2,3
снегоочистке 2,5
Плотность посыпки, г/м2 25—500
Транспортная скорость, км/ч до 60
Рабочая скорость, км/ч 40
Полная масса машины, кг 15 175
Габариты, мм:
длина 11 020
ширина - 2 790
высота 2 825
Универсальный прицепной разбрасыватель КО-705 УР
предназначен для посыпки в зимнее время песком или хлоридами
проезжей части улиц и дорог. Оборудование разбрасывателя
смонтировано на одноосном прицепе, который работает в сцепе с
трактором Т-40 АП.
Материал из кузова с наклонными стенками подается к
разбрасывающему диску с помощью цепного тягового транспортера
со скребками, имеющего гидравлический привод, а привод
разбрасывающего диска — механический. Регулировка плотности
посыпки осуществляется за счет скорости движения цепи
транспортера и установки в разном положении шиберной заслонки,
имеющейся на выгрузочном окне бункера.
Техническая характеристика прицепного разбрасывателя
КО-705 УР
Объем бункера, м3 2
Ширина обрабатываемой полосы, м 7
Рабочая скорость, км/ч 0,6—9,7
Транспортная скорость, км/ч до 27
Плотность посыпки, г/м2:
песчаносолевой смесью 160—400
хлоридами 20—270
Производительность при посыпке-хлоридами, м2/ч .... 28000
Габариты, мм:
длина 8100
ширина 2 200
высота 2 280
масса, кг 5 150
ПО
Для распределения химических веществ при борьбе с зимней
скользкостью дорожно-эксплуатационные организации могут
успешно использовать сельскохозяйственные машины КСА-3,
РУМ-3, 1-РМГ-4, предназначенные для разбрасывания на полях
минеральных удобрений.
Эти разбрасыватели имеют хорошие технико-эксплуатационные
показатели и обеспечивают необходимые ширину и плотность
посыпки.
Разбрасыватель удобрений КСА-3 (рис. 39) монтируется на
шасси авхомобиля-самосвала ЗИЛ-ММЗ-555. Его рабочее
оборудование состоит из металлического кузова, пруткового
транспортера, разбрасывающего диска и механизма привода рабочих
органов. Для привода разбрасывающего диска на машине установлен
гидромотор, который питается от гидросистемы опрокидывающего
устройства автомобиля-самосвала. Транспортер приводится в
действие от левого ведущего колеса автомобиля с помощью ролика,
прижимаемого к автомобильному колесу гидроцилиндром.
Разбрасыватель КСА-3 обеспечивает равномерное распределение сыпучих
удобрений и хлоридов в количестве от 10 да 600 г/м2 на полосе
шириной от 5 до 10 м.
Рабочая скорость движения самоходного разбрасывателя
составляет 30 км/ч.
Разбрасыватель минеральных удобрений РУМ-3 (рис. 40)
предназначен для поверхностного внесения минеральных удобрений и
извести, но наряду с прямым назначением может использоваться
для распределения хлоридов. Машина РУМ-3 работает в сцепе с
тракторами «Беларусь» всех модификаций, оборудованными
гидрокрюками.
Основные узлы разбрасывателя: шасси, кузов, транспортер,
разбрасывающее устройство, дозирующее устройство,
ветрозащитное устройство, цилиндрический редуктор.
Грузоподъемность машины 3 т, вместимость кузова 2,6 м3,
транспортная скорость с грузом 15 км/ч, рабочая скорость 8—
10 км/ч. При скорости движения агрегата 8—10 км/ч норму
россыпи хлоридов можно регулировать от 10 до 600 г/м2. Ширина
полосы россыпи от 8 до 12 м.
Рис. 39. Автомобильный разбрасы- Рис. 40. Разбрасыватель минераль-
ватель удобрений КСА-3 ных удобрений РУМ-3
111
Рис. 41. Разбрасыватель минеральных удобрений 1-РМГ-4
Разбрасыватель 1-РМГ-4 (рис. 41) применяется для
поверхностного внесения всех видов минеральных удобрений и извести»
для посыпки дорог хлоридами.
Агрегат /-РМГ-4 представляет собой одноосный прицеп,
работающий в сцепе с тракторами, оборудованными гидрофицирован-
ными прицепными крюками и приводами тормозов прицепа.
Разбрасыватель имеет прутковый транспортер и центробежное
разбрасывающее устройство с двумя дисками. Прутковый
транспортер приводится в действие от ходового колеса, а разбрасывающие
диски — от гидросистемы трактора через гидромотор.
Грузоподъемность разбрасывателя равна 4 т, ширина
распределения от 6 до 14 м, рабочая скорость 10 км/ч, плотность
посыпки меняется от 10 до 600 г/м2.
Пескоразбрасыватель ПР-130 предназначен для распределения
фрикционных материалов, смешанных или не смешанных с
хлоридами, а также для очистки свежевыпавшего снега. Пескораз-
брасывающие устройства монтируются на шасси грузового
автомобиля ЗИЛ-130. Рабочее оборудование состоит из бункера с
наклонными стенками, питающего лотка с подвижным элементом
вибратора эксцентрикового типа, механизма привода рабочиж
органов, одноотвального плуга и цилиндрической щетки.
Техническая характеристика пескоразбрасывателя ПР-130
Объем кузова, м3 2,7
Грузоподъемность, кг 4300
Ширина посыпки, м до 7
Плотность посыпки, г/м2 160—300
Рабочая скорость, км/ч до 18
Масса порожней машины, кг 5850
Габариты, мм:
длина 8450
ширина 3060
высота 2310
Производительность, тыс. м2/ч 16
112
Пескоразбрасыватель ПР-53 (рис. 42) предназначен для
обработки обледенелых покрытий фрикционными материалами. На
шасси автомобиля ГАЗ-53А смонтировано специальное
оборудование машины: кузов для песка, скребковый конвейер,
разбрасывающий диск и механизм привода конвейера и диска. На машине
имеется одноотвальный плуг и щетка.
На летний период оборудование, предназначенное для зимнего
содержания дорог, демонтируется и машина после установки
гидроцилиндра подъема кузова используется как
автомобиль-самосвал.
Грузоподъемность машины 4,5 т, вместимость кузова 2,2 м3,
ширина посыпки песком 7 м, плотность посыпки 200—350 г/м2^
рабочая скорость до 16 км/ч, производительность 14 тыс. м2/ч.
Распределители жидких противогололедных материалов в
СССР пока не выпускаются. Для розлива жидких хлоридов можно
использовать поливо-моечные машины или цистерны,
установленные в кузове автомобиля. Для этих целей собственными силами
изготавливается распределительное устройство, представляющее
собой заглушённую с двух концов металлическую трубу с
отверстиями, устанавливаемую сзади машины. Распределительная труба
соединяется гибким шлангом с емкостью. Ее длина соответствует
ширине машины.
Розлив жидких хлоридов производится через съемные
форсунки, ввинчиваемые в отверстия трубы через 150 мм. Для
обеспечения розлива с разным расходом форсунки изготавливаются с
внутренним диаметром 5 и 8 мм.
Зарубежные распределители по своей конструкции весьма
разнообразны. Помимо самоходных, широкое применение находят
разбрасыватели в виде съемного агрегата, устанавливаемого на
шасси или в кузове автомобиля. Кроме того, применяются
разбрасыватели в виде одноосного полуприцепа к грузовому
автомобилю.
Рис. 42. Пескоразбрасыватель ПР-53
113
Разбрасыватели фирмы «Аткинсонс» (Англия) выпускаются различных
типоразмеров с объемом бункера от 1,54 до 5,4 м3. Сменное разбрасывающее
оборудование с приводом от отдельного двигателя устанавливается на платформе
автомобиля,* а у некоторых моделей на раму шасси. Монтаж и демонтаж
оборудования производится в течение 1 ч. По выбору заказчика разбрасыватель
комплектуется бензиновым или дизельным двигателем, оснащенным
электростартером. Пуск и контроль за работой производится из кабины автомобиля.
Привод рабочих органов гидравлический. Противогололедный материал
подается к разбрасывающему диску ленточным конвейером. Скорость конвейера
регулируется в зависимости от скорости движения машины. Плотность посыпки во
время движения автомобиля без вмешательства оператора поддерживается
постоянной. Ширина посыпки от 1,5 до 9,1 м. Регулировка ширины посыпки
осуществляется за счет измерения скорости вращения разбрасывающего диска.
Скорость вращения регулируется специальным прибором. Распределение
материала на дороге может быть симметричным и асимметричным.
Навесной распределитель фирмы «Шмидт» (ФРГ) представляет собой
компактный агрегат, который легко и быстро монтируется и демонтируется на
шасси автомобиля с помощью выносных домкратов. Конструкция состоит из
сборных элементов, что облегчает обслуживание и ремонт оборудования. Все
металлические части имеют антикоррозионную защиту. Многие элементы
изготовлены из нержавеющей стали или оцинкованы. Плотность посыпки и ширина
полосы распределения материала регулируются с пульта управления,
размещенного в кабине автомобиля. Измерение плотности и ширины распределения
производится гидравлическим регулятором, от настройки ' которого зависит частота
вращения шнеков в бункере и разбрасывающего диска. За счет изменения места
подачи материала на диск материал может разбрасываться посередине, слева
и справа от машины.
В зависимости от назначения разбрасыватель изготавливается с бункером
различной вместимости.
Техническая характеристика разбрасывателя
Объем бункера, м8 , . ъ 0,8; 1,0; 1,7; 2,8; 3,5
Регулируемая ширина распределения
материала, м от 2 до 6
Плотность посыпки хлоридов, г/м2 10; 20; 40
Разбрасыватель «Саблофрансе» фирмы «Лебон» (Франция) применяется
для распределения фрикционных материалов и хлоридов. Он монтируется на
шасси грузового автомобиля средней грузоподъемности. Разбрасыватель имеет
дистанционную систему управления, установленную в кабине водителя и
оснащен установкой для дробления слежавшегося материала. Бункер изготовлен из
пластмассы. Подача материала к разбрасывающему устройству производится
с помощью резиновой транспортерной ленты. Транспортер работает и от
индивидуального двигателя.
Регулировка подачи материала осуществляется путем изменения скорости
движения транспортера и с помощью изменения положения шиберной заслонки,
расположенной на задней стенке бункера.
Конструктивное решение разбрасывающего устройства основано на
ротационном принципе действия. Привод устройства — гидравлический.
Основные технические показатели распределителя: объем бункера 4,5 м8,
плотность разбрасывания от 10 до 40 г/м2, ширина разбрасывания от 2 до 10 м.
Универсальный разбрасыватель VSV611 (ЧССР) монтируется на шасси
автомобиля Шкода МТр25. Этот универсальный разбрасыватель в ЧССР
является наиболее распространенным. Он состоит из дозатора, разбрасывающего
устройства и металлического бункера в форме трапеции. Внутри бункера
имеются два шнековых транспортера, которые работают от индивидуального двига*
теля через коробку скоростей и распределительную коробку. Шнеки
обеспечивают подачу материала на два разбрасывающих устройства, имеющих
электрический привод. Один из разбрасывателей установлен за задней осью, а другой —
за передней. .
114
Последним пользуются в особо трудных случаях, чтобы обеспечить
распределение материала перед задними колесами автомобиля.
Кроме распределения противогололедных материалов, машина производит
снегоочистку с помощью плуга, навешиваемого спереди автомобиля. В летний»
период машина используется для ямочного ремонта дорожных покрытий.
Техническая характеристика машины
Объем бункера, м3 6
Регулируемая ширина равномерного разбрасывания
материала, м • 3—9
Плотность разбрасывания хлоридов со ступенчатым
регулированием, г/м2 5—50
Плотность разбрасывания фрикционных материалов,
г/м2 50—450
Рабочая скорость машины, км/ч 5—40
Глава 5
ЗАЩИТА ОТ ЛАВИН НА ГОРНЫХ ДОРОГАХ
20. Процесс лавинообразования и классификация лавин
Лавины — наиболее типичное и массовое явление в тех горных
районах, где в достаточном количестве выпадает снег. В горах
ежегодно сходят десятки тысяч лавин.
Лавины — сложное и чрезвычайно опасное природное явление.
В СССР и за рубежом интенсивно ведется их изучение, имеется
большой опыт защиты от лавин. Главная заслуга в создании
отечественной школы исследователей лавин принадлежит проф.
Г. К. Тушинскому, автору первой в мире монографии по теории
и практике борьбы с лавинами [23] и первого в СССР руководства
по защите автомобильных дорог от лавин [24].
Лавиной называется снежный обвал — быстрый сход с горного
склона снежного покрова, утратившего связь с подстилающей
поверхностью. Низвергающиеся снежные массы увлекают с собой
также талую воду, грунт, склоновую растительность, но в лавине
всегда преобладает снег.
В зависимости от агрегатного состояния снега различают
сухие и мокрые лавины. Характер или морфология склонов
определяет кинематику лавин. На плоских склонах лавина проявляет
себя в виде осовов. Вдоль логообразных понижений лавина —
сосредоточенный поток. Крутые обрывы она преодолевает прыжками.
Водораздельные части склонов безопасны в лавинном
отношении.
Велика ударная сила лавин. Их скорость достигает 50—
100 м/с. Объемы вовлекаемого, в лавину снега варьируют от сотен
до миллионов кубических метров, причем сход всего лишь 100—
200 м3 снега может легко сбросить с дороги тяжелые автомобили.
Высота снежных конусов в зоне остановки лавины достигает 5—
20 м, их плотность 0,6 т/м3 и более, что затрудняет расчистку
дорог. В конусах могут оказаться камни, стволы деревьев и т. д.
Падение снежных масс нередко сопровождается воздушной
волной, способной разрушить сооружения, расположенные вдали
от зон движения и остановки самой лавины. Различают два типа
лавин в зависимости от признаков их возможного
прогнозирования: прямого и замедленного действия.
Лавины прямого действия. Основные факторы прямой
лавинной опасности: угол склона с горизонтом а, высота снежного по-
116
крова на склоне Н, характер поверхности склона и выступы
шероховатости б, интенсивность и общая продолжительность
снегопадов <7у, направление и сила ветров i/a, метелевыи нанос снега на
склон Qx, дожди при оттепелях, сейсмические толчки (рис. 43).
Лавиноопасны склоны, наклоненные к горизонту под углом 25—
55°. Снег на них удерживается силами сцепления, величина
которых зависит от гладкости подстилающих поверхностей. Неровная
поверхность, курумы, густой лес на склонах препятствуют
удержанию снега. Например, стебли высокой густой травы и ветви гибких
кустарников под действием снежной нагрузки расстилаются вниз по
склону, облегчая скольжение снега.
Свежий снег, выпавший на гладкую, затвердевшую
поверхность старого снега, может легко с нее соскользнуть. Чем больше
высота снежного покрова на склоне, тем вероятнее лавина.
Критическая высота снежного покрова зависит от наклона и характера
подстилающей поверхности. Как правило, минимум этой высоты
25—30 см.
Быстрый прирост снежного покрова не оставляет времени для
его упрочнения и развития связей с подстилающей поверхностью.
При интенсивности снегопада более 2 см снега в час и при его
длительности 10 ч и более лавинная опасность очень велика.
При понижении температуры и сильных холодных ветрах со
скоростью свыше 10—15 м/с ускоряются процессы
неблагоприятных физических изменений в снеге. В верхних слоях резко
изменяются температура и влажность, что ускоряет миграцию
водяных паров снизу вверх. Нижние слои разрыхляются, а верхние
уплотняются за счет кристаллизации охлажденных паров.
Наконец нижние слои не выдерживают тяжести вышележащих
плотных «снежных досок».
Во время метелей склон отягощается дополнительным грузом
метелевого снега. За гребнями растут карнизы, консоли которых
достигают в длину до 7 м и более.
Их обрушение вызывает почти
неизбежную лавину.
Метель — один из наиболее
грозных признаков' лавинной
опасности. Сходы снежных масс
происходят через несколько
часов после сильной метели и даже
во время ее.
При оттепелях и весной снег
на склонах становится
крупнозернистым, влагопроницаемым,
рыхлым.
Характерная особенность такого
снега — однородная температура,
близкая к нулю. Жидкие осадки,
просочившись вниз, образуют Рис 43 факторы прямой лавинной
.на контакте снега и грунта опасности
Сейсмика.
117
пленки с очень малым сцеплением, так что лавина возможна во
время дождя.
В районах с повышенной сейсмичностью подземные толчки
могут вызывать лавины даже с относительно пологих склонов
(менее 20—25°).
Лавины замедленного действия. Эти лавины кажутся ничем не
связанными с внешней погодной обстановкой и происходят
внезапно. Их прогноз сложен. В результате упомянутых выше
длительных физических процессов внутри снега образуется так
называемый глубинный иней, легко обнаруживаемый на стенке шурфа
по характерной гроздьевидной форме слоев весьма крупных
кристаллов. В таких слоях под нагрузкой полностью разрушаются
связи между кристаллами и они превращаются в своеобразные
подшипники для лавины. Шурфы в снегу следует копать только на
водораздельных участках склона или под защитой лавиноустойчи-
вых преград.
Мокрые лавины, как правило, замедленного действия. Сход
влажного снега происходит обычно весной при достижении
снежным покровом определенной критической влажности, когда
отношение массы содержащейся в снеге талой воды к общей массе
влажного снега превышает 0,10—0,15.
Влажность снега определяется способом центрифугирования,
основанном на том, что при быстром вращении снежного
образца, погруженного в нейтральную жидкость, кристаллы льда
отделяются от более плотной воды. Применяется также
калориметрический метод, основанный на измерении количества тепла,
затрачиваемого на плавление влажного снега.
21. Оценка лавинной опасности при строительстве
и эксплуатации автомобильных дорог
Грамотная инженерная оценка лавинной опасности в процессе
специальных летних и зимних изысканий должна всегда
предшествовать выбору средств защиты от лавин и их размещению на
дороге. Лавины могут долго не сходить в зоне проектируемой или
уже построенной дороги, но это не означает отсутствие лавинной
опасности. Например, у подножия громадных кресловин или каров
(циркообразных форм рельефа) обманчивое спокойствие может
через несколько лет завершиться разрушительным сбросом
гигантской лавины объемом в миллионы кубических метров.
Неоценимое подспорье для инженера — подробная
топографическая карта горных склонов в районе дорожной трассы. Очень
полезны и наглядны аэроснимки. Если нет ни того, ни другого,
необходимо выполнить самостоятельно летом и в конце зимы
фототеодолитные съемки опасных склонов, дополненные
панорамными фотографиями фотокамерой с широкоугольным объективом.
На картах и снимках можно оконтурить лавиносборы, лавинные
лотки, осовные гряды и ямы выбивания. С помощью карт в гори-
118
зонталях вычерчивают продольные профили схода лавин по
склонам, определяют их важнейшие геометрические и морфологические
характеристики, т. е. морфологические признаки лавинной
опасности. На одном дорожном участке может встретиться большое
разнообразие местных особенностей, так что к каждому лавинному
очагу нужен строго индивидуальный подход.
По Г. Д. Рихтеру, лавиносбор — поверхность склона, на которой
происходит накопление снежных масс перед сходом лавин. По
Г. К. Тушинскому, лавинным лотком называется корытообразный
и крутостенный врез на склоне, вдоль которого устремляется из
лавиносбора снег. Поперечники лотков меньше ширины лавино-
сборов. Лотки, как правило, лишены растительности, так как
лавины сдирают почвенный плодородный слой вплоть до скалы.
Лавинные конусы образуются на выходе из лотков в месте
остановки лавин. Вначале они состоят из смеси снега, грунта и
остатков растительности. При таянии снежной части конуса
остается бугор из несортированного обломочного материала, резко
отличающийся от селевых конусов крайне непрочной упаковкой
обломков, медленно оседающих в процессе снеготаяния. Бугор
постепенно растет за счет каждой последующей лавины и называется
остаточным лавинным конусом. Это — вернейший признак
лавинной опасности.
Лавиноопасные склоны не всегда состоят из
последовательности лавиносбор — лоток — конус. С плоских склонов снег сходит
к их подножию в виде осова без каких-либо фиксированных
лотков. Вместо конуса выноса образуется осовная гряда,
прислоненная к подножию склона и состоящая после стаивания снега, как
и конус, из обломочного материала, грунта и растительных
остатков. Отсутствие врезов на склоне и хорошо выраженного
лавинного конуса вовсе не свидетельствует о лавинной безопасности
склона.
Часто лавины сходят непосредственно из лотковых врезов,
образованных водной эрозией склона. Поэтому они называются
эрозионными врезами. Выше их нет лавиносборных обширных
участков, и снег смещается только по врезам. Такие лавины невелики
по объему, но сходят много раз за зиму, образуя к весне
внушительные конусы, создающие обманчивое впечатление неправомерно
больших лавин. Объем конуса в данном случае отражает
деятельность не одной, а многих зимних лавин.
Лоток иногда завершается внизу крутым, обрывистым
участком, который лавина, набравшая большую скорость, минует
прыжком. Г. JK- Тушинский назвал такие лавины прыгающими.
После удара прыгающей лавины у подножия склона нередко
образуются ямы выбивания, впервые отмеченные геологом В. И. Сер-
бенко как формы рельефа, характерные для лавиноопасных
участков. Они могут быть также следствием лавин, сходящих без
прыжка с очень крутых до самого низа склонов. Особенность ям
выбивания состоит в том, что они пологи со стороны склона
я завершаются в сторону долины крутым валом из выбитого
119
грунта. Часто ямы выбивания заполняются талой, дождевой ю
родниковой водой.
Знание геоморфологических признаков лавинной опасности
помогает инженеру правильно наметить средства защиты от
лавин. Нецелесообразно, например, строить дорогую галерею против
осовов, места сходов которых имеют большую протяженность.
С другой стороны, экономически невыгодно закрепление снега
застройкой огромных лавиносборов с узкими лавинными лотками,
которые лучше перекрыть сравнительно короткими галереями.
Кроме геоморфологических признаков, важно изучить на месте
геоботанические признаки лавинной опасности, хорошо
выраженные в начале лета. Наименее устойчивы против ударов лавин и
гибнут в первую очередь хвойные породы. В лавиносборах
хвойные деревья отсутствуют всегда, но могут остаться кустарники»
угнетенная береза, бук, рябина, трава. Лавиноопасные участки
резко отличаются яркой зеленью в сравнении с темными пятнами
хвойных пород на водоразделах.
Таяние мощных лавинных конусов запаздывает до начала лета*
У подножия склонов происходит своеобразное «возвращение
весны»: распускаются листья, вырастает свежая трава, наблюдается
буйное цветение, хотя по соседству все уже давно отцвело. Бывают
случаи, когда проектировщики, прельщенные такой красотой,
выбирают лавинные конусы в качестве строительных площадок. Так,
например, был сооружен печально известный санаторий
«Сахалин» на лавинном конусе склона горы Джамбул вблизи Южно-
Сахалинска. На лавинозащиту санатория были израсходованы
суммы, сравнимые с его общей строительной стоимостью.
Для оценки лавинной опасности нужны также материалы
близлежащих метеостанций и специальных снеголавинных станций,
организуемых в особо лавиноопасных горных районах. Дорожники
совместно с метеорологами могут составить карты лавинной
опасности и паспорта лавинных очагов, являющиеся необходимыми
документами при назначении профилактических и капитальных
противолавинных мероприятий. Среднеазиатским региональным
гидрометерологическим институтом, являющимся головным па
проблемам лавин в СССР, составлено «Руководство по снегола-
винным работам», в котором подробно описан порядок изучения
и паспортизации лавиноопасных участков. Паспорт лавинного
очага состоит из: 1) описания очага (ориентация и крутизна склона,,
характеристика его поверхности, продольные и поперечные
профили, план и т. д.); 2) сведений о снежном покрове и
метеоусловиях (общая высота снега в зоне отрыва, плотность снега,
образовавшего лавину, вид, количество, интенсивность,
продолжительность выпадения осадков перед сходом лавины, средняя,
максимальная и минимальная температуры воздуха на гребне лавино-
сбора и в долине в день схода лавин, скорость ветра,
интенсивность метелевого переноса, облачность, радиация) для каждого
случая схода лавины; 3) описания каждой наблюдаемой лавины
(абсолютная высота места отрыва, характер отрыва, размер отор-
120
вавшегося пласта, тип лавины, дальность выброса); 4) описания
лавинных отложений (абсолютная высота нижней точки
отложений, их характер, длина, ширина, мощность, дальность выброса,
план лавинного конуса или гряд, общий объем снега, вынесенного
лавиной); 5) дополнительных сведений о каждой лавине (ущерб,
причиненный лавиной, следы действия воздушной волны и т. д.).
Следует особо тщательно соблюдать правила техники
безопасности при всех работах в лавиноопасных зонах в период
возможного схода лавин. Категорически воспрещается подниматься на
склоны, где имеются признаки лавинной опасности, выходить на
снежные карнизы, передвигаться по горам в одиночку или в
условиях плохой видимости, создавать скопления людей и
транспортных средств на лавиноопасных участках дороги, работать в
опасных местах без соответствующего совместного разрешения про-
тиволавинных служб, станций и дорожной администрации.
22. Устойчивость снега на склоне
При назначении способов защиты дорог от лавин надо прежде
всего на основе имеющейся информации определить условия начала
смещения снега по склону и динамику дальнейшего движения
лавины.
Главная причина, вызывающая сход лавины,— действие силы
земного тяготения, преодолевающей силы сопротивления
смещению снега по горному склону вниз. На рис. 44 изображена схема
снежного покрова высотой Н и плотностью рс, расположенного
на склоне под углом а к горизонту. Система координат выбрана
так, что ее начало находится на склоне, ось абсцисс / идет вдоль
склона, а ось ординат п — по нормали к склону. Рассмотрим
равновесие элемента пласта 1, 2, 3, 4 длиной М между сечениями i и
г+ 1.
Рис. 44. Схема к расчету устойчиво- . Рис. 45. Зависимость вероятности Р
сти снега на горном склоне схода лавин различных объемов Q
от площади лавиносборов:
1—2 га; 2—12 га; 3 — 20 га; 4 — 43 га
121
Вышележащий слой снега в сечении i оказывает на элемент
давление Л. В сечении i + 1 элемент передает давление Рад на
нижележащий слой. На поверхности грунта или слежавшегося
снежного слоя, вдоль которого смещается элемент, возникает
касательное напряжение то, мешающее его смещению. Средняя
скорость смещения элемента равна v.
Применим второй закон Ньютона
dv — -
m — =f-rt (92)
где т — масса;
t-~ время;
__£— главный вектор внешних сил;
г — главный вектор сил сопротивления.
Получим для данного случая
dv
А/Я рс — = Д///рс£ sin а + (Я/ — Pi+i) И — т>0Д/. (93)
Введем обозначения:
г. г. dP АР
1 l+l9 dl LI '
*o = KmT,
где Km — масштабный коэффициент, необходимый для перехода от
сопротивления т, измеренного в шурфах с малыми снежными образцами, к
сопротивлению то на больших площадях склона /Ст<1.
Если поверхность склона неровная, то для лавин, сходящих по
грунту, сопротивление т сильно увеличивается. Но после
выравнивания неровностей снегом лавины могут сходить по снежному
насту с малыми значениями т.
Из уравнения (93) непосредственно получаем коэффициент
устойчивости
К = - —л : . (94)
H[^+**{ir+gs'ma)}
Условие устойчивости пласта: К> 1. Если К< 1, возникает
опасность схода лавины, так как равновесие нарушается и
медленное вначале сползание снега скачкообразно переходит в
качественно иную форму движения в виде стремительной лавины.
Устойчивость пласта увеличивается при dP/dl < 0, т. е. при его
растяжении. Этим объясняется то, что отрыв лавины происходит
не у самого гребня склона, а ниже его на 30—50 м. Верхняя,
растянутая часть пласта остается на месте. Не сходят лавины и
по водоразделам логов, где снежный покров растягивается
боковыми сползаниями в зоны тальвегов.
Торможение пласта (dv/dti<0) также способствует увеличению
его устойчивости.
122
Как видно из выражения (94), устойчивость снега на склоне
зависит от многих, часто трудно определимых факторов. Сложная
задача прогноза схода лавин должна решаться особо в каждом
отдельном регионе. Было много попыток найти какой-то единый
универсальный критерий устойчивости снега на склоне, но они
успеха не имели.
В гидрометеорологических институтах и на снеголавинных
станциях СССР разрабатываются методы прогнозирования
лавины, отражающие местные особенности.
В одном и том же регионе могут сходить лавины разных типов,
прогноз которых различен. Например, в Хибинах возможны
лавины восьми типов.
Весьма поучителен опыт изучения лавин в Хибинах и в горах
Средней Азии. В. Н. Аккуратовым для условий Хибинского
нагорья получена зависимость вероятности Р падения лавин от их
объемов Q и площади лавинных очагов (рис. 45) [1]. Из графика
следует, что вероятность схода лавин существенно зависит от
размеров лавиносборов и мощности снежного покрова, накопленного
в них. '
Наиболее вероятны лавины объемом 300 м3, сходящие с
небольших логов площадью 2 га, и лавины объемом свыше 104 м3 при
площади лавиносборов более 40 га.
М. П. Щербаков для условий Тянь-Шаня получил интересную
опытную связь между временем t (в часах) от начала снегопада
до момента схода лавин и интенсивностью снегопада б (см/ч) [26]:
нижний предел
^min = (4,7~0,45)/(5-0,05);
верхний предел
/тах=(15-55)/(е-0,22);
Интервал A^ = /max—£min соответствует области повышенной
лавинной опасности. Почти такая же связь ранее была получена
В. Н. Аккуратовым для лавин метелевого происхождения, когда
накопление снега происходит за счет метелевых наносов.
Наиболее труден прогноз мокрых лавин. В. Н. Аккуратов
считает, что верхний предел температур воздуха, характерных для
схода сухих лавин, равен —2° С. При более высоких температурах
вероятнее сход мокрых лавин.
23. Расчет движения и удара лавины
Снег низвергается с горного склона в виде лавины при К< 1.
Общая масса движущейся снеговоздушной смеси называется
лавинным телом.
Лавинозащитные сооружения рассчитываются на сопротивление
удару лавинного тела.
123
Давление, возникающее при ударе лавины о преграду,
рассчитывалось до сих пор в СССР по формуле Г. Г. Саатчана:
/ = ^Pc^2sin2a, (95)
где Лл — коэффициент, принимаемый равным 0,6—1,0;
рс — плотность лавинного тела, кг/м3;
v — скорость движения лавины перед ударом, м/с;
а — угол встречи лавины с преградой.
Лавинное тело считается жидким. При встрече с преградой
вектор скорости v (рис. 46) может быть разложен на
составляющую t^cosa, параллельную стенке преграды, и на нормальную к
ней составляющую csina. Составляющая acosa будет относиться
к части лавинного тела, обтекающей преграду.
Давление jF принимается пропорциональным кинетической
энергии pc^2sin2a/2 с введением динамического коэффициента 1,2—2ДХ
До последнего времени было очень мало непосредственных
измерений удара лавин. Только сейчас накоплен необходимый
опыт, достаточный для обобщений.
Опытные данные получены тремя различными способами:
1) измерением ударных воздействий снежных комьев
размером 0,4—0,6 м, сбрасываемых с высоты 4—12 м на жесткие плиты
с механическими и пьезоэлектрическими датчиками давлений;
2) измерением ударов естественных лавин по вертикальным
плитам специальных установок, построенных на Кавказе, в
Хибинах, на Южном Сахалине, в Кузнецком Алатау, Горном Алтае,
Швейцарии, Австрии;
3) измерением ударов о препятствия больших снежных блоков
в специальных лотках, моделирующих движение лавин. Такие
лотки созданы на Кавказе (г. Чегет), Южном Сахалине, в
Японии (Хоккайдо), Швейцарии. Самое крупное в мире лавиноудар-
ное устройство было построено на одном из опаснейших логов
Хибинского нагорья в 1967 г. по проекту сотрудника Проблемной
лаборатории селей и лавин МГУ А. Ф. Липатова. Устройства
имело ширину 2,7 м и выступало над поверхностью склона на 9 м.
Ударные датчики состояли каждый из двух стальных дисков
диаметром 30 см. Наружный диск имел три конуса из закаленной
стали. По диаметру отпечатков после ударного вдавливания
конусов, скрепленных с внутренним диском, определялось
максимальное ударное давление.
За 12 истекших лет на установку налетали десятки мощных
лавин с максимальными ударными давлениями до 1070 кПа
(110т/м2).
Впервые получено
распределение ударных давлений по
высоте (рис. 47). Главная «ударная
сила» сухих лавин сосредоточена
в нижнем двухметровом слое.
Максимальный удар получается
Рис. 46. Схема, поясняющая расчет на высоте 1,3 м. Ниже и выше
удара лавины по Г. Г. Саатчану этой высоты ударные давлений
124
?, м
8
6
2
0,2 0,4 0,6 10,8 Р/Ртк
Рис. 47. Распределение ударного
давления, отнесенного к Ртах, на
высоте ^1,3м
резко уменьшаются. Открывается,
таким образом возможность
пропуска лавин под мостами,
переброшенными через транзитный
лог.
Швейцарский лавинный лоток
построен в 1961 г. по проекту
профессора Бруно Зальма рядом с
Институтом снега и лавин на
вершине склона горы Вайсфлуйох.
Лоток длиной 20 и шириной 2,5 м
установлен на металлической
ферме, которая может опускаться
и подниматься на домкратах с
изменением угла наклона лотка
от 35 до 50°. Скорости снежных
блоков перед ударом доводились
до 10—13 м/с, тогда как реальные
лавины движутся со скоростями
20—50 м/с и более.
Наиболее близким к натурным условиям является лоток,
сооруженный на Южном Сахалине в 1968 г. по проекту д-ра техн.
наук Э. П. Исаенко. Протяженность зоны скольжения около
100 м. Сечение 2X2 м2.
Днище и стенки лотка покрыты полиэтиленовой пленкой, резко
снижающей сопротивление движению снежных блоков, мчащихся
со скоростью до 35 м/с [11].
В. И. Ядрошников обобщил все известные и опубликованные
данные опытных определений ударов снежных агрегатов по
стенкам, расположенным перпендикулярно к направлению их
движения (27]. Использованы были решительно все эксперименты,
начиная от падения мелких снежных комьев размером 0,14 м до
ударов искусственных и природных лавин с размерами ударяющих
масс до 15 м и более. Найдено, что' все опытные данные
подчинены единым связям между критериями Эйлера и Фруда:
= vt/gVS; (g6>
= Р/Р*/2, (97)
v — скорость лавины, м/с;
g — ускорение силы тяжести, м/с2;
S — площадь продольного сечения ударяющей снежной массы, м2;
Р — нормальное ударное давление, Па;
р — плотность лавинного снега, кг/м3.
На рис. 48 изображена опытная зависимость критерия Ей от
Fr. По оси абсцисс отложены значения V ?г> а по оси ординат
значения Ей. Кривые 3 и 4 относятся к случаю вертикального-
падения снежных комьев, кривые 1 и 2 получены для
соскальзывания снега по искусственному лотку или по горному
склону.
12S
Fr
Ей ■
где
%4
]
!
▲
a\ol°
А Х|
^ос£^а
л-5
А- 7
о-5
^^^^Н" ^пп "1
5 //7 у^
критерия £и
Прослеживается гиперболичен
екая связь между Ей и YFr:
F = K*?cgy2Sl/4v. (98)
Найденная закономерность
свидетельствует, что ударное
давление лавины F пропорционально
первой степени ее скорости, а не
ее квадрату, как это следует из
формулы Г. Г. Саатчана (95).
Впервые почти линейная связь
между ударом снежных масс и их
предударной скоростью была
экспериментально установлена в
1957 г. японским гляциологом
И. Фурукава:
F = U,4?°c,675v0>9. (99)
(100)
где х,л—коэффициент, имеющий размерность скорости и изменяющийся от 15
до 25 в зависимости от размеров снежных масс, участвующих в
ударном воздействии на преграду.
Определить расчетные лавинные нагрузки нельзя, не зная
скорости движения лавины v. Она нужна также для оценки
дальности выброса лавины 1тах. На рис. 49- показан план типичного
лавинного лога с контурами зон действия трех лавин /, II, III.
Контур лавины / заштрихован. Лавина // сошла выше, но
остановилась раньше лавины /. Самой крупной была лавина ///. Дальность
ее выброса оказалась максимальной. Дальностью выброса лавины
называется измеренное по горизонтали расстояние от зоны ее
отрыва до границы распространения конуса выноса.
Остроумный способ приближенного определения v и /тах
предложил С. М. Козик [13]. На рис. 50 изображен продольный разрез
лавиноопасного склона О—S. Начало координат О расположено
в зоне отрыва с горизонтальной осью абсцисс х и вертикальной
у. Если движение лавины зависит только от положения точки М
на линии склона S, то
Рис. 48. Зависимость
от числа Fr:
1 — размер ударяющей снежной массы
6—15 м; 2 — то же, 1—1,5 м; 3 —то же,
0,6 м; 4 — то же, 0,14—0,34 м; 5 — опыты
Б. Н. Ржевского; 6 — опыты И. Е. Шуро-
вой и , Ю. Я. Якимова; 7 — опыты
А. Ф. Липатова и В. И. Салицкой; S —
опыты НИИЖТа
По В. И. Ядрошникову,
dv dv
dt dS
dS dv
dt ==zV dS
(v)
dS
где v — скорость движения лавины.
Из рис. 50 видно, что:
dy dx
sin а =
dS
cos а,
dS
(101)
(102)
126
Рис. 50. Схема движения лавины по
С. М. Козику
ГоЪш
30
ZU
10
7
6
и
k
3
2
1
— 25°
№*
\
Л
I
\
\
\
\
\\
I \
I
TT7W
!
\\
! !
'Г' '"
°V
35°
у
J
\k0°
\
\
\
\
1
12
\ ' 1
! , 1. -_
_i
/JD 1
i \
1 \ !
! \ !
Л ■ ;
i \ 1
l ■!_ J
Й
РИС. 49. ДаЛЬНОСТЬ ВЫбрОСа /max
типичной лавины
0,3 0,4 0,5
Рис. 51. Зависимость tg0 от F06
М (^пт
Примем для движения лавины уравнение, аналогичное
выражению (93), используя соотношения (101) и (102), найдем
} ^^ш, (103)
d
(f)
dgy
Л~)
dS dS dS dS
где рл — плотность лавинного тела.
Интегрируя уравнение (103) по S, получим для любой точки М
( v2 р \
Последнее уравнение называется в гидравлике интегралом
Бернулли и наглядно выражается графически (см. рис. 50).
Ордината любой точки М' профиля склона О — S в системе
координат хоу делится прямой, проведенной из начала коорди-
127
нат О под углом 9 к оси х, на две части. Длина верхней части
равна xtgQy а длина нижней части исходя из уравнения (104)
равна vi/2-\-hw. В точке М" нижний отрезок превращается в
нуль, а следовательно, v = V—2hw. Но сумма всех сопротивлений
положительная. Поэтому лавина остановится раньше точки М".
Обычно абсциссу точки М" считают максимальной дальностью
выброса лавины /Шах, учитывая растекание конуса выноса.
Способ С. М. Козика широко используется в практике
приближенных снеголавинных расчетов в плохо изученной горной
местности. Важно уметь определить величину (tg 9)mm по
ландшафтным признакам.
Если обнаружение следов максимальных выбросов
затруднительно, целесообразно использовать обобщающие данные
В. П. Благовещенского. Он изучил 700 лавинных очагов Хибин и
Западного Кавказа, определив (tg 9)mm по надежно видимым на
местности границам максимального выброса лавин. Важнейшими
параметрами оказались площадь очага F0q и средний угол а ла-
виносбора.
На рис. 51 показана графически зависимость (tg9)min=/(^o6, а).
Эти связи весьма тесны даже при таких резко отличающихся
горных зон, как Хибины и Кавказ.
На рис. 51 видно, что в случае сухих лавин значение (^g"0)mm
даже для громадных лавиносборов площадью до 40 га не
становится меньше 0,3. В. Н. Аккуратов, побывав на Шпицбергене,
установил, что там для большинства лавинных очагов (tg 9)mm =
= 0,4. График, построенный по данным В. П. Благовещенского,
можно, по-видимому, в первом приближении принять для
примерной оценки максимального дальнодействия лавин и в других
горных районах.
24. Защита от снежных лавин
Практикой строительства и эксплуатации дорог в горных
районах выработано множество средств борьбы с лавинной
опасностью. Прежде всего применяют профилактические мероприятия,
организуемые дорожными службами, строителями или
специальными снеголавинными службами, станциями, пунктами. Они
наблюдают за метеорологическими элементами и состоянием
снежного покрова на опасных горных склонах, определяют периоды
лавинной опасности и разрабатывают меры предосторожности при
выполнении неотложных работ в лавиноопасный период. Эти
службы отвечают также за разработку методов прогноза
лавинной опасности с учетом местных условий и особенностей, за
проведение всех профилактических работ, а также за планирование
и постройку инженерных противолавинных сооружений. Расходы
на организацию и содержание снеголавинных служб себя
оправдывают многократно.
128
К профилактическим противолавйнным мероприятиям
относится устройство противолавипиой сигнализации. Простейший ее
вид — проволока, протянутая поперек лавинного лога. При
разрыве проволоки лавиной включается аварийное реле и на
специальных дорожных знаках загорается красный сигнал опасности.
Разрабатываются средства электромагнитной и
акустической сигнализации, основанные на свойстве деформирующегося
снега излучать электромагнитные и ультразвуковые колебания.
Часто применяется искусственное обрушение снега со склона с
помощью взрывчатых веществ и артобстрела. Это — наиболее
популярное профилактическое средство.
Практикой установлено, что наилучший эффект дают
160-миллиметровые минометы при установке взрывателей мин на
осколочное действие. Обстрел склонов производится
высококвалифицированными специалистами, ответственными за безопасность и
высокую точность стрельбы.
Обстрелу подвергаются верхние участки склона с укладкой
мин сверху вниз в шахматном порядке с расходом 0,3—3 мины на
1 га снежного поля. Обстрел полезен, как установлено В. Н. Ак-
куратовым, и в случае, если снег не обрушился, так как
нарушение однородности снежного покрова минами устраняет
лавинную опасность на несколько дней и даже недель. Но далеко не
все относятся одобрительно к системе регулярных и частых
бомбардировок горных склонов. Так, при обстреле одного склона
может нарушиться устойчивость снега па соседних, даже более
пологих склонах.
Классический пример тяжелых последствий таких сотрясений — катастрофа
в Валь-да-Баркли в Швейцарии 20 января 1951 г., когда со склона 20°
обрушилась лавина на поселок Цуоц впервые с момента его основания в 1598 г.
Причина — артиллерийский обстрел противоположных склонов.
Наиболее надежное средство защиты от лавин — противола-
винные инженерные сооружения, которые делятся на три
категории: лавинопредупреждающие, лавинозащитные и комплексные [10].
Назначение лавинопредупреждающих сооружений — не
допустить схода снежной лавины с горного склона, прилегающего к
защищаемому объекту. При устройстве лавииозащитных
сооружений сход лавин допускается, но объект должен быть надежно
защищен от них. Комплексные противолавиыные сооружения
представляют собой комбинации лавинопредупреждающих и
лавииозащитных устройств.
Выбор категорий противолавинных сооружений весьма
существенно зависит от местных условий и должен в каждом
отдельном случае обосновываться технико-экономическими расчетами.
Например, чем больше спегосборная площадь склона, тем, как
правило, дороже обходится его сплошная застройка и,
следовательно, тем выгоднее лавинозащитные сооружения.
Лавинопредупреждающие сооружения. Эти сооружения
различаются по оказываемому ими действию на снежный покров,
образующийся на лавиноопасном горном склоне. Если в формировании
5—1049
129
Рис. 52. Дюзы на гребне лавиноопасного склона (фото А. Б. Васильева)
снежного покрова велика роль метелей, то на водоразделах
лавиноопасных склонов, на прилегающих к их вершинам плато и
противоположных наветренных склонах устраиваются преграды
(как правило, многорядные) типа высоких снегозащитных
заборов. Они преграждают доступ метелевого снега на опасный склон
и уменьшают его принос. С той же целью можно применять
террасирование, земляные дамбы, искусственное облесение.
Эффектны снеговыдувающие
панели (дюзы), устраиваемые в самой
верхней части лавиноопасного склона
и предотвращающие образование
опасных снежных карнизов,
нависающих над склоном. До последнего
времени применялись дюзы с сильно
наклоненными к горизонту панелями.
В настоящее время доказана
достаточная эффективность более экономичных
дюз с почти вертикальными панелями.
Общая высота дюз не может быть
менее 5—6 м, высота нижнего проема 2—
2,5 м. Панели применяют сплошные и
с просветностью 0,2—0,3.
Проницаемые панели легче и дешевле, а
работоспособность их такая же, как и у
сплошных.
На рис. 52 изображены дюзы с
крутыми панелями, установленные на
гребне лавиноопасного лога на Южном
Рис. 53. Австрийский кольк
тафель:
1 — металлические пластинки; 2
металлические трубы
130
Рис. 54. Кольктафелн на Южном
Сахалине (фото Л. Б. Васильева)
Сахалине. Гребень полностью
очищен от снега, а рядом на
незащищенной части гребня видны
остатки карнизов. Снимок сделан
в начале весны. На этом склоне
дюзы полностью прекратили сход
лавин.
В силыюметелевых районах
на лавиноопасных склонах
применяются системы одиночных
деревянных или металлических
щитов, приподнятых на стойке над
поверхностью снежного покрова.
В радиусе двух-трех их высот
около них под действием ветра
образуются чаши выдувания и
валы. В соответствии с этой
дальностью действия определяется
частота их расстановки на склоне.
В результате поверхность снежного покрова становится крайне
неровной и формирование гладкой поверхности скольжения
затрудняется. Эффект аналогичен «пригвождению» снега взрывами мин
и снарядов.
Впервые такие щиты успешно начали применяться в
Австрийских Альпах и получили там название кольктафелсй. На рис. 53
изображена конструкция объемного австрийского кольктафеля,
образующего около себя воронки выдувания при любых
направлениях ветров. Если зимние метелевые ветры имеют одно
господствующее направление, устраиваются плоские кольктафели
(рис. 54). Впервые в СССР они применены на Южном Сахалине,
где лавинная опасность связана прежде всего с сильными
метелями. Применение кольктафелей в безветренных районах
бессмысленно.
На сравнительно пологих склонах (до 25—30°) применяются
средства, резко увеличивающие их шероховатость и,
следовательно, способствующие большему сцеплению снежного покрова
с подстилающей поверхностью (частое террасирование, устройство
набросок из крупных камней и т. д.).
В качестве средств, предотвращающих опасные подвижки
снежного пласта вниз по склону, применяются системы глубоких
террас, земляных дамб, заборов с жестким или гибким
заполнением. Наиболее универсальны заборы, так как на склонах свыше
30° устройство террас и дамб малоэффективно и неэкономично.
Тип заборов и расстояния между ними определяют исходя из
расчетного давления сползающего снежного пласта.
Застройка склона обязательно выполняется только сверху
вниз, иначе незавершенная по тем или иным причинам застройка
может оказаться полностью разрушенной лавинами в ближайшую
зиму. Наибольшее внимание следует уделить прочности и надеж-
5*
131
поста укрепления в грунте опорной части заборов. Если грунт
склона ненадежен (осыпи, оползни), заборы могут подвешиваться
на тросах, заанкеренных на вершине склона.
При любой противолавинной застройке склонов и их
подножий необходимо предусматривать надежный и рассредоточенный
сток воды при таянии снега и отвод талых вод от защищенных
объектов. Совершенно недопустимо на горных склонах
образование бессточных водоемов за преградами.
Для заполнения заборов используют деревянные и
железобетонные доски, рельсовые рубки, гибкие ленты и сетки из
антикоррозионного металла.
Перспективны противолавинные металлические сетки. Гибкое
заполнение выдерживает большие динамические давления
сползающего снежного пласта. Успешно применяются легкие
крупноячеистые сетки (до 10 X Ю см2). Такие сетки легко доставляются
рулонами па самые крутые лавиноопасные склоны и монтируются
па месте с минимальными затратами труда. Впервые в СССР они
начали применяться В. К. Лохиным в Кузнецком Алатау. На
первый взгляд мощные снежные пласты должны неизбежно смять
и порвать эти хрупкие сооружения. Но сама их податливость —
падежная гарантия устойчивости. Снег, наползающий на сетку,
медленно ее прогибает и даже частью выпячивается через ячейки,
но отстает от нижележащего пласта. Образуется траншея с
глубокими кавернами. Холодный воздух промораживает траншею до
основания, и снег, остановленный сеткой, сам превращается в
барьер, препятствующий сползанию вышележащих слоев.
Лавинопредупреждающие сооружения лучше всего отвечают
требованиям охраны окружающей природной среды. С
природоохранных позиций всегда выигрывают варианты сохранения
почвы, снега и растительности. Предпочтительнее застройка опасных
склонов с последующим их облесением по сравнению со
строительством галерей и дамб, не препятствующих сходу лавин, даже
при экономической выгодности последних. В настоящее время
разрабатываются методы экономического сравнения вариантов
проектирования и переустройства автомобильных дорог с учетом
требований охраны природы.
Под защитой заборов можно осуществлять искусственное
облесение склона. Лесоразведение па лавиноопасных склонах —
наиболее перспективное и совершенное противолавиниое средство.
Оно с большим успехом внедряется в Швейцарских Альпах.
Как выяснилось, невысокие земляные валы и дамбы,
сооружаемые вместо заборов,— плохая защита посадок. Снежные
пласты легко переползают через дамбы и губят посадки.
Под защитой заборов при сохранившемся почвенном слое
возможно самозарастапие склонов местной древесной
растительностью.
Сохранение древесной растительности на горных склонах от
вырубок и пожогов предупреждает появление лавинных очагов
там, где их не было.
132
В сентябре 1978 г. в Давосе состоялся первый международный семинар на
тему «Лавины и горный лес», где изучалось существующее положение с охраной
лесов и лесоразведением на горных склонах. Опыты в Швейцарии, Австрии и
Японии показали, что без 10-летнего внимательного ухода посадки,
предоставленные сами себе, могут погибнуть из-за изреживания и повреждений валами
снега, нанесенного метелями.
Особое внимание надо уделять крайним боковым и верхним
но склону рядам посадок, подвергающимся опасности поломок от
снежных сугробов. Одна из главных задач дорожных лесоводов —
разработка основ горного лавинозащитного лесоразведения.
Лавинозащитные сооружения. К числу основных лавинозащит-
иых сооружений относятся лавинорезы, тормозящие стенки и
клинья, задерживающие и направляющие стенки и дамбы,
эстакады, навесы, лавиноспуски, галереи. В случаях особо сильной
лавинной опасности нередко оказываются выгодными вынос
застроек и относ существующих транспортных коммуникаций за
пределы зоны действия лавины.
Лавинорезы защищают от прямого удара лавины наиболее
ответственные участки дорог, искусственные сооружения,
служебные-и жилые здания. Лавинорез —большой клин, сооружаемый
непосредственно перед защищаемым объектом и рассекающий
лавину на две части, отбрасываемые от него в обе стороны. На
рис. 55 изображен мощный
лавинорез, защищающий главный кор- | - '^:~::
пус санатория «Сахалин» (см. | I Ж
п. 21). Направляющие
устройства располагаются дальше от
объекта и отбрасывают лавинный
снег на большое расстояние.
Недостаток сооружений такого
типа — локальность их действия.
Далеко не всегда путь схода
лавины строго определен.
Часто применяют
задерживающие стенки и дамбы,
устраиваемые в промежуточной части и
в конце транзитной зоны
лавиноопасного склона. Эти преграды
рассчитывают на прямой удар
лавин и на их полную остановку. Их
располагают в тех частях
подножия склона, где кинетическая
энергия лавины угасает
настолько, что ее недостает для прыжка
через преграду. Слой лавины
имеет мощность не менее 3—5 м, так
что дамбы такой же высоты не
препятствуют ее движению. При Рис. 55. Лавшюрез (фото П. Г.
склонах длиной свыше 300—600 М Шибко)
Ш§Р>^*, ,..,-.,,„ V,,, ;,
133
высота задерживающих стенок и дамб назначается не менее 8—
12 м. За такими преградами собирается огромное количество снега.
Отвод талых вод должен быть гарантирован.
Надежность лавинозащитных земляных дамб,
воспринимающих удары лавин, в настоящее время подвергаются сомнению.
Опыт производственного объединения «Апатит» доказывает, что даже очень
высокие дамбы не везде себя оправдывают. У подножия склона горы
Апатитовая в 1971 г. была насыпана лавинозащитная дамба высотой 25 м. За первые
четыре года дамба задержала 14 лавин. Но 15 апреля 1975 г. после минометного
обстрела лавина объемом до 40 тыс. м3 перемахнула через дамбу, создав
разрушительную воздушную волну. Перебросу способствовали отложения
предыдущих лавин перед дамбой, фактически уменьшившие ее высоту вдвое.
Тормозящие стенки и клинья, умеряющие кинетическую
энергию лавины, полностью не оправдали себя. В Швейцарии давно
отказались от каменных клиньев, так как они не сдерживали
проносящиеся мимо них лавины. С этой же целью па
железнодорожной линии Междуреченск — Абакан склоны покрывали
системой тычковых железобетонных надолб. Лавины сходили сквозь
надолбы беспрепятственно.
Самые надежные (и самые дорогие) лавинозащитные
сооружения — эстакады, лавинопуски и галереи, строящиеся по
индивидуальным проектам со строгим учетом всех местных особенностей.
Основное назначение этих капитальных сооружений — пропуск
лавины под объектом или над ним. Их рассчитывают на
динамическое воздействие транзитного лавинного потока.
Опоры линий электропередач и связи защищают клиньями
высотой 3—5 м. Этот установленный практикой размер хорошо
согласуется с результатами измерений лавинного ударного
давления по высоте. Плотность верха лавинного потока мала, и он
свободно проходит через тонкие элементы опор.
Комплексные противолавинные сооружения. Иногда застройка
верхней части больших склонов сочетается с задерживающими
стенками у их подножия. В этом случае возможна экономия па
высоте стенок, так как зона отрыва лавины будет ниже и ее удар-
пая сила меньше.
Нередко лавинозащитные сооружения устраивают как
дополнительные гаранты даже при сплошной и вполне надежной
застройке склонов.
Сочетание частичной застройки склона, начиная сверху, с
галереей приводит к удешевлению и ускорению строительства
галереи. Но застройка при этом должна продолжаться из года в
год вплоть до покрытия ею всего склона с параллельным
облесением.
При выборе комплекса противолавиниых сооружений огромное
значение имеет морфология склона. Если, например, в
промежуточных частях склона имеются пологие порогообразные участки,
доступные для машин, то на этих порогах вполне целесообразно
сооружение земляных дамб, дополняющих застройку склона.
134
Глава 6
БОРЬБА С НАЛЕДЯМИ
25. Виды наледей и особенности их развития
Наледи могут быть природные, т. е. возникать естественным
путем, и искусственные, вызванные инженерной и хозяйственной
деятельностью человека 1.
Дорожников интересуют, в основном, притрассовые наледи,
развивающиеся в полосе отвода дороги. Среди них различают
речные наледи, возникающие на участках перехода через водотоки
г, долинах и логах, и косогорные, возникающие на склонах, чаще
всего при подрезке их выемкой или полувыемкой.
Существуют две основные формы наледи — натечная в виде
бугристого ледяного тела, массива, поля и наледный бугор.
Натечная наледь формируется из замерзающей
(переохлажденной) воды, насыщенной кристаллами внутриводного льда
(иногда и снега) и текущей по твердой поверхности — скале, ледяному
покрову водотока, вечномерзлому слою грунта.
Сформировавшаяся натечная наледь — слоистый (послойно намерзший) лед,
имеющий неровную бугристую поверхность.
Наледный бугор как в начальной, так и в конечной стадии
формирования имеет вид выпуклой неровности на льду, которая
постепенно превращается в ледяную оболочку, нарастающую по
толщине, а также по высоте до 4—5 м и более.
Общий случай развития наледи характерен появлением
вначале наледного бугра, который, достигнув определенной высоты,
трескается (иногда со взрывом), вытекающая из бугра вода
растекается по замерзшей подстилающей поверхности и
превращается в бугристый лед — натечную наледь. Часто из отверстия,
пробитого в оболочке бугра, вода фонтанирует на высоту
нескольких сантиметров или метров, однако напор быстро
снижается и в результате мощность (высота) натечной наледи
никогда не достигает мощности наледного бугра. Попытка построе-
1 Наледями следует называть продукты послойного намораживания воды
любого происхождения, при этом неважно, где происходит аккумуляция льда —
в толще земной коры, на поверхности горных пород, рек, озер. Важно, чтобы
замораживаемый слой ограничивался двумя сферами холода: мерзлым грунтом
или льдом с одной стороны и воздухом с отрицательной температурой— с
другой.
135
пия феноменологической теории роста иаледиого бугра описана в
трудах II Международной конференции по мерзлотоведению [25].
Встречаются наледные бугры, в которых обнаруживают линзы
льда, реже газовые включения и вакуум.
Причиной возникновения наледи является гашение
кинетической энергии потока при низких температурах под влиянием
гидравлических местных сопротивлений — основных факторов паледе-
образования.
Наледеобразующими факторами могут быть природные, а
также искусственные препятствия, оказывающие тормозящее или
блокирующее воздействие на поток замерзающей воды: каменистые
перекаты; закупорка шугой живого сечения водотока; мелкие
островки или валуны, разбивающие русло водотока на систему
узких проток с малыми глубинами; места слияния водотоков;
выходы в русло источников подземных вод; мерзлотные пробки и
перехваты, обусловленные повышенными теплопотерями,
вносимыми в русло выступающими из воды камнями; каменная отмостка;
лотки водопропускной трубы; нарушения строительными работами
естественных, исторически сложившихся путей стока надмерзлот-
иых вод (верховодки) и т. п.1.
Притрассовые наледи, вызванные строительством дороги,
имеют преимущественно поверхностное или смешанное питание.
Источниками поступления воды служат жидкие осадки, особенно
выпавшие в предморозный период, сток из верховых болот
(марей), вода от таяния вечномерзлых грунтов (верховодка),
снеговые воды (при чередовании зимой оттепелей и морозов), иногда
промышленные и сельскохозяйственные сбросы воды.
Среди притрассовых наледей природного типа могут оказаться
наледи, связанные с выходами подземных вод небольшого дебита.
Большие наледи с мощными выходами глубинных, напорных вод
в большинстве случаев обходят при изысканиях трассы.
Характеристики различных видов притрассовых наледей даны
в табл. 16.
26. Районы распространения притрассовых наледей
Наледи возникают в тех районах, где русловые потоки, во-
первых, обладают достаточным запасом кинетической энергии,
во-вторых, встречают различные препятствия — гидравлические
местные сопротивления, вызывающие гашение значительной части
кинетической энергии потока с перемещением массы воды вверх,
т. е. с преодолением силы тяжести. Наибольшим запасом
кинетической энергии обладают водотоки горного и полугорного типов,
в руслах которых встречается наибольшее количество различных
гидравлических местных сопротивлений. Такие водотоки имеют,
1 Один из факторов наледеобразования в условиях вечной мерзлоты —
прорывы на поверхность грунтовых вод, находящихся под давлением.
136
Таблица 16
Признак наледи
I. По условиям
возникновения
II. По форме
развития
III. По
максимальной мощности
IV. По условиям
рельефа
V. По условиям
залегания питающих
вод
VI. В зависимости
от направления стока
VII. В зависимости
от
продолжительности развития
VIII. По степени
влияния на проезд
транспортных
средств
Группа наледи
Природные
Строительные
Натечные
Наледные бугры
Малые
Средние
Большие *
Лотовые
Косогорные
Поверхностные
Подземные
Смешанные
Русловые
Бортовые
Постоянные
Кратковременные
Эпизодические
Затрудняющие
проезд и сток
Основные особенности наледи
Возникают естественным
путем. В полосу отвода дороги
попадают при невыгодности
вариантов их обхода
Возникают ъ результате
строительства дороги
В виде тонкого слоя
замерзающей воды (текущей по
замерзшему руслу, пойме,
склону), постепенно
превращающегося в массив неровного,
бугристого льда
В виде ледяных бугров (в
русле водотока) или ледяных
бугров, покрытых слоем
грунта (на пойме, склоне)
При максимальной толщине
натечной наледи или высоте
наледного бугра до 1 м
То же, от 1 до 4 м
» 4 м и более
В логах и долинах
На косогорных
(междуречных) участках дорог
Формируются из русловых
вод постоянных и временных
водотоков, снеговых вод и вод
производственных сбросов
Из вод ключей, родников (на
склонах, поймах) или подрус-
ловых потоков (в руслах рек
и ручьев)
Из поверхностных и
подземных, в том числе грунтовых
вод (верховодок)
Развиваются по падению
лога, долины в русловом или
подрусловом потоке
Развиваются поперек лога,
долины, в бортовых потоках
верховодки, идущих вдоль
полосы отвода по водоупору
или кювету, а также в
естественных притоках
Действуют ежегодно в
течение всей зимы
Действуют ежегодно часть
зимы
Действуют не каждую зиму
Выходят на проезжую часть
дороги и заполняют отверстие
мостов и водопропускных труб
6—1049
137
Продолж. табл. 15
Признак наледи
IX. По степени
влияния на
сооружения
Группа наледи
Не затрудняющие
проезд и сток
Влияющие на
сооружения
Не влияющие на
сооружения
Основные особенности наледи
Не выходят на проезжую
часть дороги и не заполняют
полностью отверстия мостов и
труб
Вызывают в форме бугров
деформации фундаментов
мостов, линейных зданий
Не вызывают деформаций
фундаментов инженерных
сооружений
♦Гигантские наледи — тарыны, вызванные глубинными потоками подземных вод,
обычно обходят при изысканиях. Они очень редко попадают в полосу отвода дороги и в
данной классификации не учитываются. *
Примечание. Притрассовые наледи обычно формируются в потоках воды,
имеющих температуру — 0,2—0,3° С. Потоки термальных вод, очень редко участвующие в при-
трассовом наледеобразовании, в классификации не учитываются.
как правило, мелкое раскидистое песчаное или каменистое русло
и принимают многочисленные поверхностные и подземные
боковые источники, питаемые верховодкой или глубинными водами,
которые обычно встречаются на участках с тектоническими
разломами земной коры.
К типичным наледным районам поэтому отнесены все места
проявления новейшей тектоники при наличии сурового климата,
вечной мерзлоты, горного рельефа и при преимущественном
распространении изверженных пород. За вычетом отдельных степных
районов, сюда относятся почти вся Восточная Сибирь, Дальний
Восток, а также северный и средний Урал.
Безналедными являются районы, в которых кинетическая
энергия водотоков мала: равнины с медленно текущими реками,
с озерами, бессточными западинами, обширными заболоченными
пространствами и т. п. В подобных условиях даже при обилии
воды и при самом суровом климате наледи формироваться не
могут. Мороз здесь лишь увеличивает толщину ледяного покрова
водотоков и глубину сезонного промерзания водонасыщенных
грунтов.
Сопоставляя типичный наледный район, например Южное
Приморье, с малоналедным Лено-Вилюйским, легко убедиться в
том, что нельзя связывать наледеобразование только со
среднегодовой отрицательной температурой (или суровым климатом), не
учитывая энергетическую сторону процесса. В Южном Приморье
при среднегодовой температуре воздуха +4° С наледи
значительно распространены ввиду густой речной сети небольших
горных рек.
138
В Лено-Вилюйском же районе при среднегодовой температуре
—7,7° С и наличии сплошной вечной мерзлоты наледи
большого распространения не имеют главным образом вследствие
энергетической ослабленности водотоков. Например, скорость
течения малых водотоков в теплый период года чаще всего не
превышает 0,3 м/с, а к началу зимы многие ручьи и небольшие реки
представляют собой обособленные водоемы с застойной водой,
разделенные наносами илистого песка и ила.
Связанные с наледями транспортные затруднения наиболее
значительны на дорогах, построенных в типичных наледных
районах Сибири, особенно в первые годы их эксплуатации. При
недостаточной высоте пойменных насыпей натечная речная наледь
может выйти на проезжую часть автомобильной дороги и вызвать
этим затруднения для проезда транспортных средств. Подобные
же затруднения создает косогорная наледь, появляющаяся в
местах, где запроектирована полунасыпь-полувыемка.
Наледь в форме бугра, образовавшегося в непосредственной
близости от земляного полотна, входного отверстия моста или
трубы, может вызвать деформации этих сооружений. В период
весеннего оттаивания стесненные наледями отверстия
водопропускных сооружений приходится освобождать сразу на всей
дороге или на большом ее протяжении, для чего требуется рабочая
сила в таком количестве, в каком ее на дороге обычно не
оказывается. Поэтому в некоторые годы, отличающиеся быстрым
снеготаянием и ранним выпадением жидких осадков (при дружной
весне), работы по удалению накопившихся за зиму наледей носят
авральный характер с привлечением подрывников и т. д.
Произвести такие работы заблаговременно (еще в морозный период)
не всегда удается, потому что нарастание мощности наледей не
прекращается до самого начала снеготаяния, и освобожденные
зимой от льда отверстия водопропускных сооружений снова
заполняются льдом. Возникает опасность размыва насыпей и
повреждения водопропускных сооружений потоками воды и
ледоходом, особенно при низких и средних насыпях.
При большой высоте насыпи, когда наледь не переливается
через нее, возможны длительные подпоры воды, которые могут
вызвать просачивание воды в земляное полотно, его разжижение
и сплывы.
Затруднения, создаваемые наледями, выходящими на
проезжую часть дороги, хорошо известны водителям грузовых
автомобилей, работающим в слабо обжитых районах Восточной
Сибири. Въехав на бугристый (с застывшей наледью) участок
дороги, автомобиль начинает буксовать. Оставить машину водитель
не может, так как она может вмерзнуть в застывающую наледь.
Применение цепей и подкладок под колеса помогает далеко не
всегда и не везде.
Если наледь выходит на проезжую часть на уклоне, может быть
авария.
6*
139
27. Средства борьбы
Разнообразные противоналедные устройства и мероприятия,,
применяемые на автомобильных дорогах в период их
эксплуатации, делятся на три основные группы, обеспечивающие: свободный
пропуск образующейся наледи в низовую сторону полосы отвода;
ограждение сооружения от образующейся наледи; предотвращение
образования наледи в полосе отвода.
Все современные противоналедные устройства и мероприятия
предусматривают возможность максимальной механизации
производственных процессов. Противоналедное средство выбирается в
каждом отдельном случае на основе данных о режиме наледи и
применительно к природным и инженерным условиям
строительства участка дороги.
Предпочтение отдается средствам, не требующим больших
затрат электрической энергии, топлива и ежегодного
эксплуатационного ухода и ремонта. Во всех случаях выбор противоналедного
средства должен быть обоснован технико-экономическими
расчетами.
Свободный пропуск наледи применим главным образом при
проектировании мостовых переходов на участках русла с
природной наледью. Если водоток с постоянно действующей природной
наледью был перекрыт мостом с увеличенным пролетом, равным
ширине наледи, и отметкой низа пролетного строения моста на
0,5 м выше максимальной отметки наледи, то эксплуатационники,
как правило, освобождаются от каких-либо противоналедных
работ на этом переходе.
В условиях эксплуатации дороги способ может быть
рекомендован лишь в виде исключения, поскольку связан с дорогостоящим
переустройством мостовых переходов.
По данным Гипродорнии стоимость, трудоемкость и затраты
материалов на мосты, запроектированные из условий свободного
пропуска наледей, в 2—3,5 раза выше по сравнению с
показателями тех же мостов, запроектированных на пропуск паводковых
вод. Наиболее целесообразны в этих условиях свайно-эстакадные
мосты с пролетами 12—15 м.
В качестве ограждающих противоналедных устройств на
автомобильных дорогах чаще всего применяют: грунтовые и снежные
мерзлотные пояса, грунтовые и снежные валы, деревянные заборы,
охлаждающие установки и каменные отмостки.
Для того чтобы ограждающие устройства работали
безотказно, их надо строить исходя из полного удержания наледи перед
сооружением. Потоки воды, создающие наледь на склонах, имеют
почти всегда меньший расход, чем русловые. Поэтому
ограждающие противоналедные устройства более целесообразны на косогор-
ных, междуречных участках дороги, а не в долинах и логах.
Мерзлотные пояса представляют собой канаву или очищенную от
снега полосу земли, расположенную выше по течению или выше
по склону от места образования наледи. Удаляя растительность
140
и мох в пределах мерзлотного пояса и поддерживая его чистым
от снега в течение первой половины зимы, можно добиться того,
чтобы в результате глубокого сезонного промерзания грунта
образовалась перемычка, препятствующая движению потока воды,,
просачивающегося через грунт. В результате этого вода
изливается на поверхность, формируя наледь выше по склону или выше
по течению от мерзлотного пояса. При применении данного
способа для борьбы с речными наледями поперек русла водотока
устраивают мерзлотный пояс путем периодической разработки
поперечной прорези во льду. Это способствует нарастанию
ледяного покрова снизу и его смыканию с дном водотока. Образуется
наледь, искусственно вызванная на безопасном расстоянии от
моста или водопропускной трубы. Мерзлотные пояса для борьбы с
речными наледями используют редко. Река имеет обычно большие
расходы воды, поэтому вызвать искусственно наледь за счет пере-
мерзания всего речного потока затруднительно. Кроме того, трудно
создать надежный барьер из мерзлого грунта, если это связано са
смыканием слоя сезонного промерзания грунта с вечной
мерзлотой, так как верхняя граница вечной мерзлоты обычно залегает
значительно ниже дна реки.
Мерзлотный пояс на склоне обычно устраивают нормально к
направлению фильтрационного потока. Сезонное промерзание
грунта ниже пояса, которое смыкается с водоупором или
приближается к нему, вызывает формирование наледи с верховой
стороны от пояса. Пояс должен быть достаточно длинным для
исключения возможности его обхода наледью. Его устраивают обычна
глубиной 0,6—0,9 м и шириной 3—4,5 м. Вынутый из выемки грунт
располагают в виде низкого вала с низовой стороны пояса.
Очертание мерзлотного пояса в плане зависит от топографии
местности: часто пояс слегка выгнут вниз по склону или выполняется
в виде двух прямых участков, которые пересекаются под тупым
углом от 160 до 170° с верховой стороны пояса. В отдельных
случаях применяют несколько поясов, параллельных друг другу. На
крутых склонах расстояние между поясами меньше, чем на
пологих.
Постоянные мерзлотные пояса требуют тщательного надзора
и ухода, иначе вечная мерзлота под ними может летом
деградировать из-за отсутствия растительности и мха. Через несколько
лет может произойти настолько сильное понижение верхней
границы мерзлоты вследствие последовательного прогрева грунта,
что глубина сезонного промерзания грунта зимой окажется
недостаточной, чтобы достигнуть этой границы. Поэтому мерзлотный
пояс не сможет остановить движение грунтового потока. Наледь
будет образовываться не в пределах пояса, а на защищаемом
объекте. Необходимо покрывать поверхность пояса весной каким-
либо теплоизолирующим материалом и удалять его осенью перед
началом зимних холодов. Пояс поддерживают чистым от снега в
течение всей первой половины зимы, чтобы способствовать
быстрому и глубокому сезонному промерзанию грунта.
.141
Снежные мерзлотные пояса сооружаются значительно быстрее
и дешевле, чем грунтовые. Вместо разработки канавы в грунте
для устройства сезонного мерзлотного пояса необходима только
очистка снега с полосы земли в желаемом месте и поддержание
ее чистой от снега в течение первой половины зимы. Очищаемый
снег складывают на низовой стороне пояса, образуя снежную
гряду. Снежный мерзлотный пояс можно перемещать вверх или
вниз по склону в последующие зимы. К его недостаткам относится
более медленное сезонное промерзание грунта ниже пояса по
сравнению с постоянным поясом вследствие теплоизолирующего
влияния сохраняющейся растительности. Поэтому для
образования мерзлотной перемычки и остановки движения потока
фильтрационных вод требуется большее время. Ранней зимой вблизи
защищаемой площади может наблюдаться некоторая наледная
активность.
Хотя мерзлотные пояса являются надежным мероприятием,
повышенные требования к эксплуатации затрудняют их широкое
применение. Очистке от снега мерзлотных поясов часто уделяют
мало внимания. Во многих случаях мерзлотные пояса
располагают в местах, где рельеф местности осложняет уборку снега с
помощью погрузчиков и бульдозеров.
В последние годы мерзлотные пояса применяют в основном
как временное мероприятие по борьбе с наледями или же как
мероприятие, применение которого целесообразно только в
районах, где отсутствует вечная мерзлота.
Другим устройством для защиты сооружений от наледей
(главным образом земляного полотна) являются земляные валы в
сочетании с водонепроницаемыми барьерами, препятствующими
движению грунтовых вод. Они располагаются на большом
расстоянии от защищаемого объекта. Действие их подобно
мерзлотным поясам, т. е. они задерживают движение фильтрационного
потока через грунт и стимулируют формирование наледи вдали от
объекта. Водонепроницаемые барьеры заглубляются в грунт до
местного водоупора и заставляют фильтрующую грунтовую воду
подниматься к дневной поверхности, где она замерзает и образует
наледь.
Земляной вал или насыпь располагают вдоль
водонепроницаемого барьера. Он ограничивает распространение наледи.
Необходимо подчеркнуть, что в южных зонах вечной мерзлоты,
где она является высокотемпературной, вал может вызвать
оттаивание мерзлоты, что приведет к его осадке. В районах
низкотемпературной вечной мерзлоты этой опасности нет.
Одним из способов создания водонепроницаемого барьера
является разработка траншеи (нбрмально к направлению
фильтрационного потока), прорезающей водоносные поверхностные слои
грунтов вниз до водоупора. Траншея засыпается уплотненным
водонепроницаемым материалом, например глиной. По оси
заполненной траншеи на всей ее длине забивается шунтовый ряд, KOj-
торый доводится до водоупора. Высота обнаженной части свай
142
изменяется в зависимости от ожидаемой глубины наледи, которая
должна быть задержана. Обычно эту высоту принимают в
пределах 1,2—1,8 м. Затем производят отсыпку земляного вала вдоль
обеих сторон шпунтового ряда. При обычной ширине поверху от
0,9 до 1,2 м размеры насыпи определяются высотой
водонепроницаемого барьера и углом естественного откоса материала насыпи.
В районах вечной мерзлоты земляной вал может в последующем
вызвать подъем верхней границы вечной мерзлоты
непосредственно под собой, что скрепляет основание шпунтового ряда и
вызывает запруживание фильтрационного потока в грунте.
Если вал может быть выполнен из водонепроницаемого
материала, то шпунтовая стенка не нужна.
В США этот способ усовершенствован путем использования
металлических решеток, расположенных внутри деревянных рам.
Решетки изготовляют из стальных стержней в виде квадратной
сетки. Рекомендуется принимать размеры сетки от 20 до 81 см2.
Решетки обеспечивают сброс накопившейся воды при
положительных температурах. Вода, замерзая на металлической решетке,
уменьшает размер отверстий. Когда отверстия решетки полностью
заполнятся льдом, создается ледяная стенка, задерживающая
наледь.
Весной радиация солнца и талый сток способствуют
быстрому оттаиванию льда на решетке, поэтому она снова
обеспечивает пропуск воды.
Периодически решетку снимают для предотвращения
накопления перед ней крупных наносов. Основным преимуществом
металлических решеток является возможность их быстрой установки и
уборки.
Эффективным ограждающим устройством на косогорных на-
ледных участках дорог являются замораживающие установки
системы С. И. Гапеева в виде изогнутых труб диаметром 6—8 см,
заполненных керосином и заглушённых стальными пробками.
Устройство основано на способности керосина циркулировать по
трубе за счет увеличения его плотности при охлаждении.
Трубы устанавливают на склоне вертикально в скважины,
пробуренные поперек фильтрационного (грунтового) потока на
расстоянии 1,5—2 м одна от другой. Преимущество
замораживающих установок в том, что они почти не требуют надзора и
ремонта.
С наибольшим эффектом их можно применять на склонах,
сложенных кварцевыми породами (гранитами, песчаниками,
песками), на контакте с которыми происходит ускоренная
кристаллизация потока воды.
Недостатком замораживающих установок, как и всех других
ограждающих устройств, является накопление льда перед
дорожным земляным полотном, что может отрицательно повлиять
на его устойчивость в период весеннего оттаивания.
143
28. Безналедный пропуск водотока
через водопропускное сооружение
Если наледь в зоне водопропускного сооружения природного
происхождения и не вызвана выходом подземных вод, то основное
внимание надо уделить регулированию водного потока:
ликвидировать имеющиеся в русле каменистые перекаты, мелкие островки,
петли, крутые повороты; перегородить грунтовыми перемычками
староречья; убрать большие валуны, старые сваи; сузить русло
на участках, где оно слишком широкое, и расширить в местах,
где оно слишком узкое. Преследуется цель улучшить
гидравлические показатели руслового потока и сбросить возможно большее
количество воды в низовую сторону полосы отвода до наступления
сильных морозов.
Работа выполняется гусеничным трактором со специальным
навесным оборудованием для разработки водоносного грунта.
В качестве выравнивающего устройства применяется узкий отвал,
шириной не более 1,5 м, который навешивают на раму трактора.
Лучше всего для этого использовать корчеватели, применяемые
в лесной промышленности. При широко расставленных зубьях
на раме корчевателя следует закрепить болтами стальной
перфорированный лист толщиной 20 мм, изогнутый в соответствии с
изгибом зубьев. Полученный отвал захватывает гальку, но
пропускает воду, что позволяет машине легко маневрировать в русле
водотока. Глубина русла при механизированном выравнивании
может быть доведена до 0,7—0,8 м.
Работы по выравниванию русла выполняют в конце теплого
периода на длине около 1 км вверх по водотоку и 0,3—0,4 км в
низовую сторону. Отдельные крупные валуны удаляют взрывами.
Ширина русла не должна превышать 2,5 м.
В дорожной практике для выравнивания' русла горных
водотоков применяется корчеватель-собиратель типа Д-210В, который
монтируется на тракторе Т-100. Вал отбора мощности трактора
используется для привода в действие лебедки системы канатного
управления. Во время работы корчеватель-собиратель и трактор
представляют собой единый агрегат, состоящий из отвала с зубья^-
ми, рамы, передней стойки с блоками, толкателя, подвижной
обоймы, заднего направляющего блока с защитной трубой,
приводной однобарабанной лебедки Д-269. Отвал поднимается с
помощью лебедки и каната, а опускается под действием собственной
массы.
Опыт показал целесообразность производства работ по
выравниванию русла одновременно двумя снарядами, из которых один
производит рыхление наносов (без накладного листа на зубьях
отвала) и уборку крупных камней, а другой, идущий за ним вслед,
сдвигает грунт в стороны в виде валов.
Выравнивание русла природного водотока —мера временная.
Через 3—4 года работу приходится повторять, поскольку в русле
после весеннего паводка могут снова появиться каменистые пере-
144
каты, вызывающие наледи. Если ширина водотока менее 0,3 м и
более 5—6 м, выравнивать русло нецелесообразно.
Не рекомендуется производить подобные противоналедные
работы при наледях, вызванных строительством дороги. Причиной
их могут быть тормозящие действия боковых потоков воды со
склона или тепловые потери на лотке водопропускной
железобетонной трубы и на каменной отмостке моста.
Предотвратить появление на переходе русловых наледей,,
вызванных тормозящим воздействием поверхностного бокового
потока, можно путем перепуска последнего через дополнительное
водопропускное сооружение, устроенное на склоне. Можно также
уменьшить угол взаимодействия потоков до 30—35°, отодвигая
место впадения бокового потока в русле от насыпи подхода, что
еозможно при относительно плоском дне лога. При плавном
соединении потоков тормозящий эффект может быть значительно
ослаблен, что приведет к уменьшению или даже исчезновению
наледи.
Эффективным техническим средством, обеспечивающим безна-
ледный пропуск водотока, может являться фильтрующая насыпь
на водотоках, в логах, или фильтрующая прорезь на косогорных
участках дороги. Являясь своеобразным изолирующим экраном*
снижающим глубину сезонного промерзания грунта, такое
сооружение часто оказывается надежнее водопропускных труб,
поскольку поровое пространство внутри каменной кладки не заполняется
льдом. Если фильтрующую насыпь сделать с бермой, которая
выступает из насыпи в верховую сторону примерно на 1 м, вода,,
притекающая к насыпи, будет замерзать вблизи бермы, поскольку
она охлаждается больше, чем кладка фильтрующей насыпи,
защищенная верхней частью земляного полотна.
Таяние льда в теле бермы при весеннем оттаивании тоже
происходит быстрее, чем внутри водопропускной трубы. Поэтому
протекание воды через полосу отвода может при этом
возобновиться раньше. Фильтрующие насыпи могут безотказно работать
не только на временных, но и на постоянных водотоках при их
расходах, не превышающих 10 м3/с
Наиболее надежными в работе оказываются фильтрующие
насыпи, сложенные из постелистого камня известковых пород
(плитняка), уложенного рядами в виде сот. Ровный и неоднородный по
размеру камень, особенно гранитных пород, не желателен.
Размер камней должен быть 25—50 см в поперечнике. Однородность
кладки — необходимое условие надежной работы таких
сооружений.
На косогорных участках при засорении бермы листьями,
ветками или наносами ее можно перебрать. Во избежание засорения
бермы перед фильтрующей насыпью может быть выложена
каменная стенка или устроен плетневый экран.
Для увеличения водопропускной способности фильтрующей
насыпи целесообразно комбинировать ее с водопропускной трубой
диаметром не менее 1 м, при этом нижнюю часть кладки на высоту
145
1—1,2 м возводят из камня, уложенного на лежневку из бревен
или на тюфяк из мха толщиной 35—40 см в плотном теле. Выше
укладывают звенья труб и обсыпают их камнем, постепенно
уменьшая крупность камней по принципу обратного фильтра. Каменную
кладку перед отсыпкой грунта покрывают сверху синтетическим
нетканым материалом.
Имеет значение ориентация фильтрующей насыпи по
отношению к странам света и господствующим ветрам: если входная
часть насыпи обращена к югу, то лучи весеннего солнца будут
нагревать ее, препятствуя сильному обмерзанию камней. Лучше,
когда насыпь ориентирована вдоль господствующих на переходе
ветров.
Недостатком фильтрующих насыпей является невозможность
полностью механизировать работу по возведению каменной
кладки.
Фильтрующие насыпи нельзя применять на участках залегания
на небольшой глубине мощных слоев подземного льда во
избежание опасности образования термокарстовых западин и озер при
осадках грунта под влиянием отепляющего действия фильтрующей
насыпи.
Небольшие водотоки на косогорах, в том числе возникшие
при подрезке насыпью водоносных слоев, целесообразно сразу
пропустить в низовую сторону через фильтрующую прорезь,
представляющую собой водопропускное сооружение, аналогичное
фильтрующей насыпи и устраиваемое в основании земляного
полотна. Лучше применять фильтрующие прорези на участках
дороги с низкой насыпью, чем гарантируется устранение опасности
накапливания льда в кладке при весеннем протаизании земляного
полотна. В этих случаях кладка фильтрующей прорези может
быть устроена из камня любого минералогического состава.
Водотоки, пропускаемые в фильтрующих прорезях, должны
иметь уклон не менее 5%о.
На косогорных участках дороги эффективным
профилактическим противоналедным средством является осушение склона с
помощью сети поверхностного или подземного дренажа в виде узких,
шириной не более 0,5 м, канав, дно и стенки которых изолированы
от мерзлых слоев тюфяками из мха толщиной 35—40 см в плотном
теле.
Система поверхностного дренажа имеет ограниченную
дренирующую способность и часто осложняется процессами замерзания.
Поэтому она работает менее удовлетворительно, чем система
подземного дренажа. Подземные дрены могут успешно применяться
в районах глубокого сезонного промерзания грунтов. В районах
вечной мерзлоты их использование затруднено.
Подземный дренаж может быть рекомендован, как правило,
в местах, где вечная мерзлота деградирует и известно, что
ежегодно между поверхностью вечной мерзлоты и уровнем,
соответствующим максимальной глубине сезонного промерзания,
обязательно формируется талик.
146
Подземные дрены могут эффективно снизить уровень
грунтовых вод до уровня ниже глубины сезонного промерзания, что
позволяет уменьшить запасы воды, которые идут на
формирование наледей. Подземные дренажные системы устраивают из
гончарных или асбестоцементных перфорированных труб, уложенных
в водопроницаемой засыпке. В отдельных случаях дорожники
используют дренажные канавы, заполненные щебнем.
29. Зарубежный опыт
При борьбе с наледями на автомобильных дорогах за рубежом
сравнительно недавно стали применять электроподогрев
водопропускных труб. Первая попытка его использования была
предпринята на Аляске в 1969 г. Цель способа — не предотвратить
образование наледи, а создать и поддержать талую зону в ней, чтобы
свести к минимуму рост наледи и обеспечить пропуск талого стока
весной. В качестве нагревательного элемента обычно используют
кабель с защитной оболочкой из меди или нержавеющей стали и
изоляцией из неорганических материалов. Обычно кабель
располагают внутри водопропускной трубы, а в некоторых случаях —
по водотоку выше по течению от трубы. Кабель устанавливают
осенью и убирают весной. В последних проектах предусматривают
установку внутри водопропускной трубы постоянного кабеля,
помещаемого в стальную трубу небольшого диаметра, которая
заглубляется намного ниже дна водотока.
Наледи дают возможность расти беспрепятственно, пока
водопропускная труба не заполнится льдом. После этого включают
нагревательный кабель и снабжают его электроэнергией до весны.
Максимально потребляемая мощность нагревательного кабеля при
напряжениях общего пользования составляет от 130 до 164 Вт/м.
К концу зимы образуется галерея шириной 0,6—0,9 м и высотой
1,2—1,5 м.
Условием использования йагревательиых кабелей является
возможность получения свободной электрической энергии. На
Аляске рассматривали вариант установки небольших
электростанций, расположенных вблизи участков интенсивного наледеобразо-
вания, где промышленная электроэнергия отсутствует.
Для тех же целей часто используется пар, который
генерируется в паровых котлах, установленных на тракторах, и
подается через шланги, соединенные с переносными паровыми
наконечниками или временно присоединяемые к постоянной сети
нагревающих труб внутри отверстия водопропускного сооружения.
Нагревающие трубы прикрепляют к скобам или к подвескам на
своде водопропускной трубы или на балках моста. В большинстве
случаев используют трубы диаметром 12—25 мм. Нагревающая
труба заканчивается вертикальным стояком на каждом конце
водопропускного сооружения, который поднят на достаточную
высоту. Нагревающую трубу заполняют этилен^лирольевым ра-
142
створом. Когда трубу не используют, вертикальный сток
закрывают крышкой.
Операция по подаче пара связана с присоединением парового
шланга к одному стояку и шланга для отработанного
конденсата — к другому. Антифриз собирается для повторного
использования. Обычно достаточно от 30 мин до 1 ч для образования в
наледи кольцевого пространства диаметром 10 см вокруг
нагревающей трубы исходя из стандартной мощности малых паровых
котельных установок на гусеничном ходу. Оттаявшее отверстие
такого размера обычно оказывается достаточным для создания и
поддержания течения воды через водопропускную трубу весной.
Оттаивание паром производят периодически в течение всей
зимы. Особенно важно оттаивание в конце зимы для подготовки
сооружений к пропуску талого весеннего стока.
В случае крайней необходимости за рубежом и в СССР
применяются скалывание и механическая уборка наледей. Для этих
целей часто используют бульдозеры, рыхлители и льдоскалываю-
щие машины. Этот способ связан со значительными затратами
времени.
В заключение следует подчеркнуть, что прежде чем выбрать
какой-либо способ или устройство для борьбы с наледями,
необходимо установить основной фактор, вызывающий притрассовую
наледь. Особенно это относится к наледным переходам через
водотоки. Например, если наледь вызвана строительством самой
дороги, т. е. до постройки дороги ее не было, то выравнивать
русло водотока бесполезно. Если наледь природная, но
проектировщики не предусмотрели на переходе никаких капитальных про-
тивоналедных устройств, надо установить, не вызвана ли она
подземными источниками, поскольку и в таком случае выравнивание
русла пользы не принесет. Наледь, вызванную этими источниками,
ликвидировать тем сложнее, чем больше ее мощность.
При изысканиях и проектировании дороги мощные наледи
такого типа обходят или в случае необходимости перекрывают
мостами с увеличенными отверстиями. Если же это не сделано,
то эксплуатационникам остается лишь исправить просчет
проектировщиков и реконструировать переход, в частности поднять
отметку насыпи подходов и увеличить отверстие моста.
Глава 7
АВТОЗИМНИКИ И ЛЕДЯНЫЕ ПЕРЕПРАВЫ
30. Виды автозимников
Автомобильные дороги зимнего действия, или автозимники,
в настоящее время занимают значительное место в общем объеме
перевозок. Этому виду дорог в последнее время придается важное
значение. Разработаны нормативные документы по
проектированию, строительству и содержанию временных автомобильных
дорог, совершенствуется техника для прокладки автозимников по
целинному снегу и наращивания ледяного покрова К
Сезонные автомобильные дороги необходимо строить в случае
экономической нецелесообразности строительства дорог
круглогодичного действия при незначительных объемах перевозок в
данном районе. По сезонным автомобильным дорогам перевозятся
свыше 60% годового объема заготавливаемой древесины в районах
Сибири и Дальнего Востока.
К зимним автомобильным дорогам относятся сезонные дороги
с полотном и дорожной одеждой из снега, льда, мерзлого грунта
с грунтовым и ледяным основанием.
По продолжительности эксплуатации автозимники
подразделяются на регулярные, возобновляемые каждую зиму в течение
ряда лет по одной и той же трассе, и временные, используемые
в течение одного-двух зимних сезонов, а также разового
пользования, служащие для разового пропуска колонн автомобилей.
По расположению на местности автозимники бывают
сухопутные и ледовые, прокладываемые по льду рек, озер или морей.
По продолжительности использования времени года
автозимники могут быть чисто зимнего действия и продленного срока
действия, когда ими обеспечивается проезд в течение зимнего
и части летнего периодов года.
В зависимости от размеров расчетной годовой
грузонапряженности или расчетной интенсивности движения автозимники
делятся на две категории. К I категории относятся автозимники с
грузонапряженностью свыше 50 тыс. т нетто в год, обеспеченной
1 Изучению особенностей сооружения автозимников в СССР посвящены
обстоятельные работы Р. А. Амброса, Д. А. Вулиса, М. И. Кишинского, Н. Ф. Сав-
ко и др. Значительный опыт сооружения автозимников накоплен в Скандинавии,
Канаде и на Аляске [12, 22],
149
на 3—5 лет, или с расчетной интенсивностью движения,
приведенной к автомобилю грузоподъемностью 5 т, свыше 150 авт./сут.
Автозимники с перспективной грузонапряженностью не более
50 тыс. т нетто в год или с расчетной интенсивностью движения
до 150 авт./сут относятся ко II категории.
В подавляющем большинстве автозимники строятся с
использованием уплотненного снега в качестве дорожно-строительного
материала.
31. Особенности снегоуплотнения
Снежный покров — сложная и изменчивая система, состоящая
из твердой, жидкой, газообразной фаз воды и ряда примесей.
Процесс уплотнения естественного снежного покрова
протекает медленно. Его можно ускорить путем искусственного
перемешивания снега. Нередко прибегают к введению в снег
дополнительного количества жидкой фазы. Перемешивание снега
существенно облегчает его дальнейшее искусственное уплотнение для
получения покрытий из снега, выдерживающих современные
большегрузные автопоезда.
Искусственное перемешивание снега способствует его
уплотнению за счет сближения кристаллов, разрушения связей между
ними, смешивания крупных и мелких кристаллов с образованием
более компактной по структурному составу смеси, частицы
которой плотнее упакованы. При этом выравнивается температура
снежной массы, холодные кристаллы контактируются с более
теплыми, что ускоряет процессы межфазовых переходов (таяние^
испарение, кристаллизация).
Процессы, происходящие в снеге в период его искусственного
уплотнения статическими и динамическими нагрузками,
отличаются следующими особенностями. Под действием внешней
нагрузки снег одновременно уплотняется и расслабляется.
Приложение нагрузки вызывает деформацию снега, увеличивающую
количество контактов между кристаллами. Однако любая деформация
нарушает и разрушает структурные связи, определяющие
прочность и твердость снега. Преобладание того или иного процесса
зависит от физических свойств данного снега, величины и
скорости действия нагрузки.
Исследованиями установлено, что процесс деформации снега
при его уплотнении разделяется на три стадии: пластическую
усадку и две стадии разрушения. Деформация во всех стадиях
зависит от скорости нагружения и величины давления. Границы
стадий деформации не являются постоянными, а изменяются в-
зависимости от структуры, температуры и первоначальной
плотности снега.
Пластическая усадка характеризуется 'уменьшением
нагружаемого слоя за счет уплотнения его без заметных процессов
разрушения. Чем больше начальная пористость снега и меньше силы
150
3.6
31
2.8
24
2.0
16
12
ол
,
5\/
7
- V /
/4У/-
/x /у
/yyi л
i /
//
/7
/ /
< / I
'3 21
А
А\
100
200
300 ус,кгфъ
Рис. 56. Зависимость предела
прочности снега о* от его плотности y
сцепления, тем интенсивнее
протекает пластическая деформация. $т'10
При дальнейшем увеличении
нагрузки происходит уменьшение
пористости и соответственно
уменьшается интенсивность
уплотнения, наступает период
разрушающих деформаций. Каждой
доле приращения нагрузки
соответствует вполне определенная
величина относительной
деформации, зависящая от начальной
плотности и температуры снега.
Исследования по изучению
вдавливания штампов в снег с
учетом скоростей нагружения
показали, что максимальное
давление на штамп не должно
превосходить предела прочности
уплотняемого материала, иначе
материал выдавливается из-под штампа.
На рис. 56 приведены
зависимости предела прочности снега а
от его плотности ус, построенные
по данным Н. Ф. Савко и
В. Г. Гмошинского {5]. Исследования выполнены в широком
диапазоне температур снега от -5 до -20° С при различных его струк-
7Е^"Р-аКТерН/ТИКаХ- В,чопытах использовался свежевыпавший
5,м"^ среднезернистый (кривая
2), крупнозернистый фирновый (кривые 3, 4У 5), Из рис 56 следу-
^Ч1°пС^ВеЛИЧеНИеМ плотности снега возрастает и предел прочно-
дует наз^ГHL°' ЧТ° ДЛЯ обР*ботки б™ее плотного снег'а
следует назначать более высокие нагрузки. Мелкозернистый
снег при плотностях 100—250 кг/м* имеет предел прочности
непревышающий 20 кПа, а для фирнового этот предел np^S
Поэтому для обработки более плотного снега следует
назначать режимы обработки с более высокими давлениями но не
превышающими предела прочности обрабатываемого снега Р
П00 C9^Z?J? п°казали> что снег незначительной плотности
iiliZ п° ' ] И б°Лее высокой (300-400 кг/мЗ) можно
уплотнять с одинаковыми давлениями на штамп, но следует изменять
скорости уплотнения: более плотный снег уплотнять на
повышенных скоростях, а рыхлый — на пониженных.
Существенного эффекта можно достичь при уплотнении снега
^Й^И0ННЫМИ Уплотнител™и. На степень уплотнения большое
влияние оказывают размеры частиц, составляющих снег, и силы
сцепления между ними. При интенсивном виброуплотнении
частицы снежного покрова взаимно смещаются и под влиянием силы
151
тяжести и давления виброплиты стремятся перемещаться вниз.
При этом происходит интенсивное выделение воздуха.
Исследованиями установлено, что при минимально возможном
давлении 20 кПа можно достичь необходимой плотности снега для
эксплуатации большегрузных автомобилей при частоте вибрации
50 Гц и вращающем моменте 0,2—1,0 Н-м. Продолжительность
вибрирования составляла около 2 с.
Эти параметры были заложены в технические требования на
виброуплотнители снега.
Плотность характеризует снежное покрытие однозначно; кроме
компактной укладки зерен снега, сближения и контактирования,
необходимо еще образовать надежную связь между ними,
обеспечить достаточную сопротивляемость воздействию подвижных
нагрузок автотранспортных средств.
Для этой цели нужны связующая среда и отрицательная
температура.
В снежном покрове естественной структуры под действием
температурного градиента образуется определенное количество
цементирующей среды. Однако ее не всегда достаточно. Для
районов с частыми и продолжительными оттепелями снежноуплотнен-
ное покрытие без искусственного образования дополнительного
количества водных пленок получается недостаточно устойчивым.
А если целостность снежного покрова была нарушена, то
естественные процессы образования связующей среды прерваны, и
трудно создать надежное дорожное покрытие без искусственного
введения водных пленок.
Как показали опыты, для образования прочного снежного
монолита, способного устойчиво работать при продолжительных
оттепелях, необходимо обрабатываемую массу снега довести до общей
влажности не менее 10%. Замеры показывают, что естественная
возгонка и искусственное перемешивание обеспечивают
образование в снежном покрове в среднем 5% влаги от общей массы
обрабатываемого снега. Разность должна восполняться
искусственным путем — поливкой обрабатываемой массы снега или же
подогревом ее.
В последние годы все более широкое распространение
получает тепловой способ повышения влажности снежной массы. В
тепловую камеру с отработавшими газами от сжигания дизельного
топлива, имеющими температуру 400—600° С, подается
измельченная масса снега. Последняя во взвешенном состоянии омывается
потоком газов и оседает вниз.
В тепловой камере мелкие частицы снега плавятся полностью,
а более крупные — частично. Влажность регулируется временем
нагревания частиц.
Для получения снежно-ледяного монолита плотностью 700—
750 кг/м3 необходимо затратить тепловой энергии 120—170 кДж
на 1 м3 покрытия в зависимости от физико-механических свойств
снега. Покрытие получается толщиной 0,25—0,3 м, оно устойчиво
к оттепелям и нагрузкам от автопоездов.
152
32. Расчет прочности ледяного и снежного покрытия
Конструкцию автозимника выбирают с учетом местных
природных условий и требований к прочности и устойчивости покрытия
и безопасности движения при максимальной механизации работ с
использованием местных строительных материалов. Автозимник
должен выдерживать расчетные нагрузки, обеспечивать
необходимую пропускную способность всех видов транспортных средств,
легко восстанавливаться после разрушений.
Однородное по структуре и равнопрочное по плотности
покрытие получают при сооружении его из естественного снега путем
перемешивания и последующего уплотнения различными
способами.
Многообразие возможных конструкций покрытий по различной
прочности слоев и подстилающему основанию обусловливает
индивидуальный подход к методу расчета их прочности.
Рассмотрим порядок расчета снежно-ледяных покрытий на
сжимаемом основании. Его несущая способность лимитируется
условиями разрушения снежно-ледяного покрытия.
Напряжение в основании не должно превосходить предела
прочности снега при сжатии, т. е.
«<о//С0, <105>
где о — предел прочности при сжатии, кПа;
Ко— коэффициент однородности, принимаемый равным 1,25—1,5.
Сжимающее напряжение в основании от нагрузки,
передаваемой через колесо,
РКк
1+2
/ h'n
\ D
(106)
где Р — давление колеса, кПа;
/Сд — коэффициент динамичности, принимаемый равным 1,25;
hf — толщина покрытия, м;
2,5
n = V —*'
(107)
Ей Е0 — модули деформации покрытия и основания, МПа;
D — диаметр круга, равновеликого по площади отпечатку колеса;
°-v
■*£-: (108)
Рк — нагрузка на колесо, кН;
^ш—давление в шинах, кПа.
Предел прочности снега при сжатии принимают по табл. 17,
а модуль деформации — по табл. 18.
Расчет ведут в следующей последовательности. Задаются
плотностью снега в основании у0 и покрытии у и По данным
ближайших метеорологических постов определяют среднемесячную тем-
153
Таблица 17
Структура снега
Мелкозернистый связный
Крупнозернистый несвязный
Мелкозернистый несвязный
«
л
Й
Он
S
Г-1 О
—1
—5
—10
-*20
0
—5
—10
—15
— 1
-5
—10
—15
Предел прочности снега при сжатии,
кг/м3
360
0,2
0,8
1,5
1,9
—
—
—
—
0,2
0,3
0,5
0,8
380
0,6
1,4
2,2
2,/
—
—
0,2
—
0,3
0,5
0,8
1,3
400
1,2
2,1
3,0
3,7
—
0,2
0,3
0,4
0,5
0,9
1,4
2,0
420
1,8
2,8
3,9
4,7
0,1
0,2
0,4
0,6
1,0
1,4
2,1
3,1
440
2,5
3,7
4,9
5,7
0,2
0,3
0,5
0,8
1,5
2,1
3,0
4,7
460
3,3
4,5
6,0
7,0
0,3
0,4
0,6
1,2
2,2
2,9
4,5
6,6
—2
кПа«10 , при плотности,
480
4,1
5,5
7,2
8,6
0,4
0,5
1,0
1,9
3,2
4,2
8,0
—
500
5,0
6,5
8,4
—
0,5
1,0
1,7
3,0
4,7
6,1
—
520
5,8
7,7
—
—
0,8
1,6
2,8
5,0
5,2
—
—.
—
540
6,7
9,2
—
—
1,3
2,6
4,5
8,0
—
—
—
—
пературу воздуха в период строительства покрытия tc. Расчетная
температура снега в покрытии t = 0,8 tc. Температура снега в
основании определяется в зависимости от вида несжимаемого
основания: мерзлые грунты to = 0,5 tc; однолетний лед припоя и
озер to = 0,3 tc; паковые льды t0 = 0,4 tG. Параметры расчетного
автомобиля принимаются по табл. 19.
По модулям деформации, подобранным в соответствии с
плотностью и температурой снега в основании и покрытии, вычисляют
п по формуле (107). Затем задаются толщиной покрытия W и
определяют сжимающее напряжение в основании о. По табл. 17
сопоставляют напряжение с пределом прочности. Проверяют
условие (105).
Если это условие не удовлетворяется, задаются новым
значением h! и делают повторный расчет. При расчете многослойных по-
Таблица 18
Плотность
снега, кг/м3
450
500
600
700
850
Модуль деформации снега, МПа, при
_5
87,3
185,5
360,0
624,0
1176,0
-10
120,0
218,2
430,0
675,0
1250,0
-15
130,9
240,0
470,0
720,0
1320,0
температуре воздуха, °С
-20
144,0
264,0
500,0
765,0
1368,0
-25
152,7
285,0
530,0
792,0
1416,0
Примечание. Данные получены при испытаниях образцов из мелкозернистого
снега в холодильной камере при ступенчато возрастающей нагрузке на штамп с
возможностью бокового расширения.
154
Таблица \9-
Марка автомобиля
ГАЗ-52
ГАЗ-53А
ГАЗ-53Б
Урал-377
Урал-43202
ЗИЛ-130
ЗИЛ-131
ЗИЛ-555
КамАЗ-5320
КамАЗ-53212
КамАЗ-5510
МАЗ-500 А
МАЗ-503
МАЗ-509А
КрАЗ-255Л
КрАЗ-256
КрАЗ-257
КрАЗ-260Л
БелАЗ-540
Полная
масса
груженого
автомобиля, кг
5 300
7 050
7 400
15 000
13 845
10 500
10 185
9 3D0
15 305
18425
14 770
14 225
13 975
14 450
20 390
23 400
23400
22 000
48 000
Расчетная
1 нагрузка
на ось,
кН
39
56
56
55X2
54X2
69
35X2
66
54X2
70X2
54X2
100
94
95
598X2
90X2
93X2
77X2
324
Ширина
автомобиля, м
1,96
2,28
2,28
2,50
2,50
2,50
2,50
2,43
2,50
2,50
2,50
2,65
2,10
2,60
3,00
2,64
2,65
2,72
3,48
База
автомобиля,
м
6,20
6,38
6,38
3,52
3,52
6,68
3,35
5,48
3,85
4,39
3,50
3,95
5,97
3,95
5,3
8,10
9,96 |
4,60
7,18
Давление
на одежду,
кПа-Ю2
4,0
4,3
4,3
3,9
3,6
5,0
3,3
5,3
4,3
4,3
4,3
5,5
5,5
5,0
4,0 j
'5,5
5,5
4,2
5,0
Расчетный-'
диаметр
следа, м
0,25
0,29
0,29
0,30
0,30
0,30
0,25
0,28
0,33
0,30
0,30
0,34
0,33
0,33
0,34
0,46
0,33
0,34
0,64
крытий из снежных насыпей вначале определяют требуемую
прочность (модуль деформации) одежды
Ятр = М^/«пр). (109>
где k3 — коэффициент запаса, учитывающий возможность работы одежды в
упруго-пластической стадии, который принимается равным единице при
расчете одежды автозимников с интенсивностью движения свыше
500 авт./сут, от 100 до 500 авт./сут — 0,60—0,65, менее 100 авт./сут —
0,45—0,50;
Р — давление на одежду от колеса расчетного автомобиля, кПа;
8Пр — предельная относительная осадка, равная 0,007—0,008 при устойчивых
отрицательных температурах.
Задаются плотностью верхнего слоя и определяют температуру
воздуха tB наиболее теплого месяца зимнего периода по данным
ближайших постов метеослужбы. Температуру приземного слоя
снега определяют по рекомендациям расчета покрытий на
сжимаемом основании, а промежуточных слоев — по формуле
t = tBe~1>2h, (110)
где t — температура слоя покрытия на глубине h от поверхности;
е — основание натурального логарифма.
Модули деформации промежуточных слоев определяются из
предположения непрерывного убывания их величины с глубиной по
экспоненциальному закону:
z
EZ/EH=(EB/EH)~H, (III)
где z — расстояние от верхнего слоя до расчетного промежуточного, м;
155
Модуль деформации верхнего
слоя Ев определяется по табл. 18.
Плотности верхнего слоя
рекомендуются не менее 700 кг/м3 для
автозимников I категории и
650 кг/м3 для II категории.
Модуль деформации нижнего
слоя Еи определяется исходя из
коэффициентов приведения
р = £в/£1Р.
С помощью номограммы (рис.
57) находится отношение между
модулями деформации верхнего
и нижнего слоев.
Расчет многослойной
дорожной одежды из снега и порядок
его реализации подробно
изложены в «Инструкции по
проектированию, строительству и
содержанию зимних автомобильных
дорог» (bLH 137-77). Утим документом надо руководствоваться
и при расчете несущей способности ледяного покрова на
переправах и ледовых автозимниках, а также автозимниках на болотах и
марях. Расчет переправ для длительного использования следует
вести на самые худшие условия эксплуатации. Там, где строят
переправу для разового пропуска машин, можно пользоваться
конкретными температурными и нагрузочными режимами,
рекомендуемыми ВСН 137-77.
Ниже приведены рекомендуемые минимальные толщины льда
в зависимости от массы машины для переправ с
продолжительным и интенсивным движением:
Масса машины, т 5 10 15 20 25 30 35 40
Минимальная
толщина льда, м . 0,35 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 0,90 1,0
Эти данные относятся к пресному льду без трещин и с
однородной слоистой структурой. Для других структур льда
необходимо пользоваться поправочными коэффициентами снижения
нагрузки.
33. Технология строительства автозимников
Автозимники строят в два этапа. Летом подготавливают
земляное полотно и материалы для устройства переходов через реки,
ручьи, сильно заболоченные участки местности, возводят
искусственные сооружения, строят здания, ведут подготовку для
снегозадержания и т. д. Зимой возводят снежные насыпи и устраивают
' &IH 1,6 1,2 0,8 0,4- о
Рис. 57. Номограмма для
определения отношения модулей деформации
верхнего и нижнего слоев
156
Таблица 20
Характеристика торфа
Очень плотный, слабоувлажненный
Плотный, среднеувлажненный
Рыхлый, увлажненный
Очень рыхлые, сильноувлажненные
?i сапропель
Жидкий торф и сапропель
торф
Влажность по
отношению к массе
сухого торфа, %
200—400
400—600
воо—1000
1000—1500
Более 1500
Допускаемое
давление,
кПа
62
42
33
15
7
снежные или снежно-ледяные покрытия. В зимний период также
выполняют основные работы по строительству ледовых
автозимников по льду рек, озер и морей.
Подготовка трассы и земляные работы на сухопутных
автозимниках не отличаются по технологии и последовательности
работ от строительства автомобильных дорог постоянного
действия.
С наступлением первых заморозков приступают к
интенсивной проминке земляного основания и выстилке кустарником или
мелколесьем труднопроходимых заболоченных участков трассы.
Убирают выпадающий снег для ускорения промерзания оснований,
особенно заболоченных.
Проминкой прорывается верхняя корка болот, разрушается
мохорастительный покров, вода выжимается на поверхность. На
проминке используют гусеничные машины с низким давлением
на грунт типа ГАЗ-47, АТЛ, ГТТ или Т-100 (Т-130) и с
уширенными гусеницами. Снег расчищают бульдозерами на тракторах
также с уширенными гусеницами. Давление названных машин на
грунт находится в пределах 15—40 кПа.
Транспортные средства для проминки назначаются в
зависимости от степени заболоченности участков трассы. В табл. 20
приведены данные по ориентировочной несущей способности
торфяников в зависимости от их влажности.
Возводить насыпи из снега сложнее, чем из грунта. Снег
нарушенной структуры имеет большую текучесть, и поэтому за один
прием образовать насыпь значительных размеров затруднительно.
Целесообразно снег перемещать в насыпь бульдозерами
поперечными проходами, а при наличии универсальных отвалов или
автогрейдеров можно и продольными. Уплотнять снег необходимо
слоями толщиной 0,15—0,20 м и предпочтительнее прицепными
катками на пневматических шинах. Можно вести уплотнение
гладилками, пригруженными трейлерами и др. Давление уплотняющих
средств регулируется в зависимости от предела прочности рыхлого
снега, определяемого по рис. 56.
Такие автозимники отличаются большой трудоемкостью их
сооружения. Устраиваются они на отдельных сильнозаносимых
участках местности, где объемы снегопереноса превышают
157
200 м3/м, а также при пересечении оврагов и на участках с
резким переломом продольного профиля.
Уплотнению естественного снега должно предшествовать
перемешивание. Наиболее эффективны пустотелые ребристые
металлические катки, навешиваемые спереди трактора взамен
бульдозерного отвала.
Под влиянием собственной массы и сил инерции ребро
погружается в нижние слои крупнозернистого снега, заполняется им в
при движении трактора поднимается в верхние слои. Там снег
откладывается, смешиваясь с более мелким. Так создается
компактная смесь по структуре, выравненная по температуре и
влажности. Машина с перемешивающими орудиями должна двигаться
со скоростью 6—8 км/ч и выполнять два прохода по одному следу.
Бороны и культиваторы необходимо пропускать 4—5 раз по одному
следу.
Не допускаются значительные перерывы между
перемешиванием и уплотнением снега. Чем ниже температура наружного
воздуха, тем меньше должны быть эти перерывы. При температуре
воздуха —15...—20° С они не должны превышать 20—25 мин, иначе
смесь смерзается и твердеет и, следовательно, ухудшаются
условия уплотнения.
При перемешивании снега ребристыми катками
осуществляется его предварительное уплотнение. Средняя плотность снежного
покрова повышается на 50—60% и на столько же уменьшается
его толщина после двух проходов ребристого катка со скоростью
6—8 км/ч.
Прицепными пневмокатками, гладилками, пригруженными
трейлерами можно достичь плотности покрытия 500—550 кг/м3
за два-три прохода по одному следу при толщине слоя 0,20 м.
Проходы катков повторяют с перерывами в 2—4 ч.
Для районов с устойчивыми отрицательными температурами
при послойном наращивании снежного полотна в течение зимы
плотности слоев должны быть не менее 600 кг/м3 для
регулярных автозимников I категории и не менее 550 кг/м3 для
автозимников II категории.
В районах с частыми оттепелями показатели плотности
повышаются до 700 кг/м3.
Для образования снежных покрытий с высокой степенью
уплотнения прибегают к поливке уплотняемого снега водой.
Поливку ведут равномерно по всей ширине полотна из расчета 2—
4 л на 1 м2 покрытия. На поливке используют промышленные
вакуумполивщики типа ЛД-21А или Т-108. Для районов Крайнего
Севера предпочтительнее рекомендовать вакуумполивщик ЛД-21А,
так как стенки цистерны этой машины утеплены и имеются
устройства для подогрева воды внутри и при сливе из цистерны
отработавшими газами базового автомобиля. Это предотвращает
образование льда на стенках цистерны и в сливном отверстии
даже при температуре воздуха —40° С.
158
Техническая характеристика вакуумполивщика ЛД-21А
Базовая машина (марка)
Вместимость цистерны, м3
Время набора воды при высоте всасывания
5—6 м, мин
Время розлива, мин
Ширина поливаемой полосы, м
Управление набором и сливом
Масса снаряженного полуприцепа с
пневмоприводом, кг
Габариты, м:
длина
ширина
высота
Производительность в смену при подвозке
воды на расстояние 5—6 км, м3/см . . .
КамАЗ-5320
12
10—12
3
5—5,5
дистанционное
4200
10,000
2,800
3,700
140—160
Уплотнение более толстых слоев снега целесообразно
производить вибрационными плитами со статическим давлением в
пределах 20—30 кПа. С помощью вибрационных плит, работающих
на оптимальных параметрах, получают равномерную плотность
покрытия по всей толщине при уплотнении перемешанных слоев
снега толщиной 0,50—0,6 м. В производственных условиях при
обработке естественного снега толщиной 0,8—1,0 м его
перемешиванием ребристым катком и уплотнением виброплитой получаются
плотности покрытия 600—650 кг/м3 в верхних слоях и 500—
550 кг/м3 в нижних при общей толщине покрытия 0,3—0,4 м.
Для обработки сухого снега нарушенной структуры с более
высокой первоначальной плотностью можно рекомендовать сне-
гоуплотняющую термовибрационную машину СТМ-2 конструкции
ВНИИСтройдормаша (рис. 58). Принцип работы машины СТМ-2
заключается в следующем. Полунавесная машина буксируется
тягачом 1 по снегу, толщина которого ограничивается
проходимостью тягача. Спереди полуприцепа установлена зубовая фреза
3. Величина заглубления ее регулируется с помощью
гидроцилиндров 2 и регулируется машинистом из кабины. Фреза
измельчает снег, а затем мелкие частицы взвешиваются в тепловой
камере. Там при температуре отработавших газов от сжигания
дизельного топлива 400—800° С частицы снега плавятся. Время
пребывания частиц в тепловой камере и температура отработавших
газов регулируются. Увлажненный снег уплотняется виброплитой
Рис. 58. Снегоуплотняющая термовибрационная машина СТМ-2
159
4, смонтированной в машине за тепловой камерой. При обработке
снежного покрова толщиной 0,7 м и средней плотностью около
300 кг/м3 получается покрытие толщиной 0,25—0,30 м, плотностью
верхнего (ОД м) слоя 720 и нижнего 600—650 кг/м3. Расход
дизельного топлива при этом составляет около 150 л на 1 км
покрытия шириной 2,8 м.
Техническая характеристика снегоуплотняющей
термовибрационной машины СТМ-2:
Тип машины полуприцепная
Ширина обрабатываемой полосы, м . . . . 2,8
Рабочая скорость, км/ч 1,5
Мощность привода агрегатов, кВт .... 132
Тип фрезы зубовая
Количество зубьев, шт 140
Диаметр по концам зубьев, м 0,8
Частота вращения, об/мин 400
Угол резания, град 30
Привод фрезы механический
Тепловое оборудование две камеры ВК-1
Вид топлива ДА
Теплопроизводительность камер, кДж/ч . 6,0-104
Статическое давление виброплиты, кПа . 20
Частота колебаний, Гц 35
Возмущающая сила, Н 1400—1800
Привод виброплиты гидравлический
Масса (конструктивная) машины, кг ... . 9500
Габариты, м 8,5X3,25X3,3
Разновидностью автозимников являются ледяные переправы,
пересекающие ручьи, реки и озера. Строительство ледяных переправ
также осуществляется в зимний и летний периоды. В летний
период ведут земляные работы на съездах и выездах на берега рек,
озер и морей, заготавливают материалы для усиления ледяного
покрова и изготовления дорожных знаков.
Зимой после прочного ледостава ведут расчистку льда от снега
и торосов, промеряют толщину льда, усиливают слабый ледяной
покров и устанавливают дорожные и оградительные знаки.
Снег расчищают легкими снегоочистителями на ширину 12—
15 м, а при усилении переправы — на 20 м со строгим соблюдением
правил техники безопасности. Толщину льда замеряют в лунках,
прорубаемых по оси трассы через каждые 20—25 м.
Усиление ледяной переправы ведут намораживанием слоев
льда или укладкой колейного настила. Для намораживания слоев
льда по кромкам очищенной полосы делают валики из снега или
древесины высотой 0,2—0,3 м и заливают водой из помп слоями
0,02 м. По мере замерзания воды слои повторяют. Иногда в
намораживаемые слои укладывают битый лед или прутья деревьев.
Для переправы выбирают участки с невысокими пологими
берегами и скоростью течения воды до 1 м/с. При скорости течения
более 1 м/с должны быть устроены настилы, накаты и др.
В местах расположения переправ на 100 м в обе стороны от оси
трассы должны отсутствовать полыньи, нагромождения торосов,
160
площадка для заготовки льда, выходы грунтовых вод, места сброса
теплых вод.
На ледяных переправах организуют, как правило, однопутное
движение. Для встречного потока транспорта устраивают другую
ледяную переправу на расстоянии не менее 150 м. Наименьшее
расстояние между движущимися одиночными автомобилями и
тракторами массой до 15 т должно быть не менее 50 м, а при массе
автопоездов и гусеничных машин более 15 т — не менее 100 м. Скорость
движения по переправам не должна превышать 15 км/ч. Стоянки на
переправе не допускаются.
Для защиты поверхности льда от износа и устранения
буксования транспортных средств на переправе сохраняют снежный
покров до 0,03 м при плотном и до 0,05 м при рыхлом снеге.
Расстояние от оси трассы до границы ледяного покрова с
необходимой для переправы толщиной должно составлять не менее 30
толщин нормального льда.
При содержании переправ устраняют неровности — скалывают
горбы и заделывают выбоины и колеи, убирают лишний снег,
систематически посыпают песком съезды, ведут наблюдения за состоя-'
нием льда. Трещины шириной до 0,05 м, не раскрытые на всю
толщину, забивают снегом и заливают водой. При образовании
сквозных трещин более 0,1 м движение через переправу прекращается.
Особое внимание обращают на состояние льда в период оттепелей
и весной.
Выбор типа автозимника обычно осуществляется на стадии
проектирования по технико-экономическим показателям сравниваемых
вариантов, и предпочтение отдается наиболее эффективному. В
качестве критерия сравнимости обычно используют только
приведенные затраты на капитальное строительство 1 км автозимника. Такой
подход не позволяет полно оценить преимущества того или другого
типа автозимника.
При сравнении вариантов автозимников необходимо учитывать
также себестоимость перевозок и другие эксплуатационные
показатели, т. е. определять полные приведенные затраты.
Глава 8
ОРГАНИЗАЦИЯ ЗИМНЕГО СОДЕРЖАНИЯ ДОРОГ
34. Базы и технические средства
Работы по защите дорог от снежных заносов, снегоочистке,
борьбе с наледями и защите от лавин не требуют устройства каких-
либо специальных баз для приготовления или переработки
материалов. Пиломатериалы для изготовления переносных щитов и
постройки снегозащитных заборов поступают в готовом виде или
изготовляются на лесопильных установках, обслуживающих разные
нужды дорожных хозяйств. Детали сборных железобетонных
снегозащитных заборов готовят на тех же базах ЖБК, где производится
изготовление конструкций для железобетонных мостов. Для
хранения и неотложного ремонта снегоочистительных машин
используются те же гаражи и механические мастерские, что и для остального
парка машин, имеющихся в дорожных организациях. Лишь для
борьбы с зимней скользкостью, особенно со времени перехода на
химический способ, необходимо устройство специализированных баз
для хранения, переработки и погрузки противогололедных матери-
алов.
Применяемые при этом способе соли интенсивно поглощают
влагу, при увлажнении начинают растворяться, а при последующем
изменении температуры и влажности слеживаются. Поэтому одна
из важнейших требований к хранению твердых противогололедных
солей —защита от увлажнения. Если химические реагенты
применяются в жидком виде, то необходимы цистерны и резервуары для
жидкостей и трубопроводы и насосы для их перекачивания.
Возникает ряд новых технологических операций, связанных с
приготовлением различных смесей, обогащением рассолов или введением
ингибиторов.
В зависимости от применяемых противогололедных материалов
можно устраивать базы: для химических реагентов; для
фрикционных материалов; комбинированные. Объем хранения материалов на
базах зависит в основном ог климатических условий и значения
обслуживаемых дорог. Рекомендуется рассчитывать базы
химических противогололедных реагентов на следующие объемы хранения:
на 700 т для дорог I—III категорий в сильногололедных районах
(до 100 посыпок за сезон); на 500 т — для дорог I—III категорий
в среднегололедных районах (до 50 посыпок за сезон) и для дорог
162
IV и V категорий 1 в сильногололедных районах; на 350 т для дорог
IV и V категорий в среднегололедных районах. Базы химических
реагентов размещают у источников их получения
(железнодорожных станций, пристаней, скважин для добычи рассолов) или
непосредственно у дорог на целесообразных расстояниях между ними.
Рекомендуется назначать расстояния между базами: для дорог I
категории 20 км; для остальных дорог в зависимости от их
значения 40—50 км.
Базы фрикционных материалов размещают у карьеров или
непосредственно у дорог (на указанных выше расстояниях). Объем
хранения на придорожных базах в сильногололедных районах до
2000 м3, в среднегололедных районах до 1000 м3 фрикционных
материалов.
По техническому уровню сооружений, организации хранения,
транспортных и погрузочных операций базы могут быть
капитальными высокомеханизированными или упрощенного типа с
передвижными средствами механизации. Помимо баз, можно устраивать у
дорог погрузочные установки или небольшие склады, снабжаемые
материалами с основных баз.
Во всех случаях, когда это возможно, погрузочные операции
стремятся выполнять с использованием силы тяжести. Например,
если позволяет рельеф местности, то склады материалов
располагают на естественных откосах (рис. 59). Можно использовать
косогоры, срезая на склоне уступы, на верхней полке которых
располагается склад противогололедного материала, а по нижней полке про-
1 Имеются в виду дороги IV и V категорий с усовершенствованными
покрытиями.
Рис. 59. Склад противогололедного Рис. 60. База на косогоре:
материала на откосе
/ — бункер выдачи; 2 — подпорная стенка;
3 — песчано-соляная смесь; 4 — соляная
смесь; 5 — помещение учетчика
163
Рис. 61. Склад в теле старой насыпи:
1 — гравийное покрытие; 2 — лесчано-соляная смесь; 3 — загрузочные люки; 4 — соляная
смесь; 5 — люки выдачи; 6 — земляная засыпка; 7 — бункер; 8 — галерея
кладывается подъездной путь для транспортных средств (рис. 60).
Иногда погрузочный бункер устраивают в теле старой насыпи,
загружая его сверху из автомобилей-самосвалов через люки в крыше
(рис. 61). Во время гололедицы распределительные машины
заезжают в тоннель под бункером, а выдача противогололедного
материала производится через люки с затворами внизу бункера.
Загрузку распределителей выполняют сами водители.
В равнинной местности материал в погрузочные бункера
подают с помощью элеваторов (рис. 62) или ленточных транспортеров
(рис. 63), а на простейших базах загрузка распределительных
машин выполняется без бункеров с помощью погрузчиков. К
погрузочным установкам, устраиваемым непосредственно у дороги, помимо
бункеров, относятся также аппарели (погрузочные мосты) и
пандусы (наклонные эстакады). Противогололедные материалы
подвозятся заранее к таким погрузочным установкам автомобилями и
надвигаются на них бульдозером. Загрузка распределительных машин
во время гололедицы производится через люки, устроенные в
настилах аппарелей и пандусов.
Важным элементом технологического процесса на базах
противогололедных материалов является их хранение. Фрикционные ма-
164
План
Рис. 62. База с погрузочным
бункером и элеватором:
1 — песчано-соляная смесь; 2 —
соляная смесь; 3 — загрузочный бункер;
4 — элеватор; 5 — бункер выдачи; 6 —
здание учетчика
териалы чаще всего хранят под открытым небом в штабе.лях. Однако
для возможности рационального использования хранимых
материалов необходимо предохранять их от сильного увлажнения и
смерзания. С этой целью фрикционные материалы следует
заготавливать в конце лета в сухую погоду с таким расчетом, чтобы успеть
закончить заготовку до начала дождливого периода. Площадка,
предназначенная для хранения, должна быть окружена
водоотводной канавой, спланирована, на ней рекомендуется устроить
усовершенствованное покрытие. Мерой, предохраняющей фрикционный
материал от смерзания, является смешение его с солью, добавляемой
в количестве 8—10% от общей массы смеси. Добавка соли
позволяет также частицам фрикционного материала при россыпи по
поверхности дороги лучше закрепляться на ледяном слое.
Чтобы сохранить фрикционный материал в сухом состоянии,
штабель укрывают полиэтиленовой пленкой, плотной бумагой,
толем, брезентом или другими водонепроницаемыми материалами,"
что препятствует не только увлажнению, но и вымыванию
добавленных солей. Если заготовка фрикционного материала и смешение
с солью произведены своевременно, а штабель тщательно укрыт,
это будет способствовать обволакиванию частиц материала пленкой
Ti
^Гс
165
/ — песчано-соляная смесь;
2 — соляная смесь; 3 —
бункер выдачи; 4 — здание
учетчика
рассола к началу работ по борьбе с зимней скользкостью. Такая
фрикционная смесь имеет улучшенные эксплуатационные качества.
Твердые химические реагенты лучше всего хранить в закрытых
помещениях (деревянных складах). Их размеры зависят от
количества материалов. Хлористый натрий хранят навалом, хлористый
кальций — в бумажных или полиэтиленовых мешках. Материал,
поступивший в мешках, укладывают в штабеля с таким расчетом,
чтобы по высоте было не более 14 полиэтиленовых или 8 бумажных
мешков. Пол склада делают бето,нным и покрывают асфальтом или
пластмассой. Склад должен быть отапливаемый и оборудован
электроосвещением и вентиляцией. Металлические конструкции
перекрытия окрашивают, чтобы противодействовать коррозии. Чтобы
уменьшить поступление в помещение влажного воздуха, двери
устраивают на стороне склада, противоположной направлению
господствующих ветров.
В ФРГ и Австрии для хранения химических реагентов используют
металлические, деревянные или пластмассовые силосы, имеющие высоту 20 м и объем
до 150—200 м3. Для предотвращения коррозии внутренняя поверхность
металлических силосов покрывается эпоксидным лаком. Загрузка силосов
производится с помощью скиповых подъемников, ковшовых элеваторов или пневматическим
путем. Силосы имеют внизу выпускные отверстия, снабженные дозирующими
устройствами. Разгрузка силосов при подаче материалов в солераспределители
осуществляется самотеком или пневматическим путем. При пневматической
разгрузке время заполнения автомобиля-распределителя вместимостью 6 м3
составляет 15 с. Чтобы соль в силосе не слеживалась, устанавливают электрические
или пневматические вибраторы.
166
В Англии для хранения противогололедной соли применяют сборные
каркасные сооружения вместимостью до 1000 т. Каркас изготовляется из стальных
труб, закрепленных в бетонном фундаменте, кровля — из гофрированного
железа, а стенки собираются из полотен нового стенового материала, состоящего из
упрочняющей сетки, вискозного полотна и армированной полиэтиленовой пленки.
Загрузка солераспределителя выполняется с помощью погрузчиков, для чего
нижняя часть стен поднимается с помощью системы блоков.
Противогололедные соли в Англии хранят также в железобетонных
бункерах вместимостью до 150 м3. Такие бункера размещают около дорог и делают
рядом с ними бетонные площадки, соединенные коротким подъездом с дорогой.
По мере опорожнения бункер снова догружают с помощью смонтированного на
нем элеватора. Соль к элеватору подают бульдозером из запаса, завезенного на
площадку.
Жидкие хлориды хранят в цистернах или в бетонных резервуарах.
Цистерны вместимостью по 50 т устанавливают на площадках с твердым покрытием»
соединяя несколько цистерн (8—10 и более) в единую батарею с помощью
трубопроводов, позволяющих производить перекачку из одной цистерны в другую,
а также подавать рассол в распределители жидких хлоридов. Если позволяет
рельеф, то цистерны устанавливают так, чтобы заполнение распределительных
машин производилось самотеком.
Бетонные и железобетонные хранилища для жидких химических реагентов
делают открытыми или закрытыми, имеющими форму параллелепипеда или
усеченной пирамиды (обращенной большим основанием вверх). Такие хранилища
нередко имеют большой объем. Например, в ГДР дорожно-эксплуатационная
служба пользуется бетонными хранилищами открытого типа вместимостью около
900 м3. Чтобы предохранить стенки и дно бетонных хранилищ от повреждений,
вызываемых воздействием жидких хлоридов, их покрывают различными
мастиками, например битумно-латексно-кукерсольной или эпоксидной.
При отсутствии цистерн или возможности построить хранилище
капитального типа можно использовать для хранения жидких
хлоридов земляные котлованы, стенки и дно которых покрываются
полиэтиленовой пленкой. Земля, вынутая при рытье котлованов,
используется на отсыпку валов, окружающих котлованы. Стенки
и дно котлована тщательно планируют, а затем укладывают
пленочное покрытие, сваренное из отдельных полос полиэтиленовой
пленки толщиной 1,5 мм.
На базах противогололедных материалов, помимо хранения и
погрузки, выполняются также операции, связанные с
приготовлением материалов и улучшением их свойств. Эти операции должны
быть соответствующим образом учтены при проектировании и
строительстве базы.
Фрикционные материалы приходится смешивать с солью, а
химические реагенты — между собой и с ингибиторами. На базах
упрощенного типа, схематические планы которых показаны на рис.
59—61, операции по смешению выполняются на открытых
площадках с помощью бульдозеров, экскаваторов, автогрейдеров,
самоходных погрузчиков и других машин. Приготовленные смеси
закладываются на хранение или подаются в погрузочные установки.
Базы капитального типа имеют комплекс стационарного
оборудования, выполняющего все необходимые операции. На рис. 64
показана высокомеханизированная база комбинированного типа для
фрикционных и химических противогололедных материалов. Она
имеет два склада — теплый и холодный. В средней части
между складами расположен большой бункер выдачи, под который за-
167
?щ$\
*v
План в
Рис. 64.
Высокомеханизированная база
противогололедных
материалов:
/ — башня элеватора; 2 —
соляная смесь; 3 — песчано-
соляная смесь; 4 — бункер
выдачи; 5 — песок; 6 —
ленточный конвейер; 7 —
вибролотки; 8 — отстойник;
9 — склад шлака; 10 — склад
угля; // —- охладительный
колодец; 12 — здание
учетчика; 13 — открытый склад;
14 — тепль:й бункерный
склад
езжает автораспределитель для загрузки песчано-соляной или
соляной смесью. В теплом складе 14 имеются два бункера,
снабженные внизу течками с вибролотками. Один бункер 3 используется для
песчано-соляной смеси, а другой 4— для соли или соляной смеси.
В холодном складе 13 имеются два отсека, в одном из которых
расположен песок 5, в другом—запас соли или соляной смеси. Над
обоихми складами проходит "стационарный конвейер 6,
оборудованный плужковыми сбрасывателями. В подземной галерее под
складами расположен другой конвейер, а в торцовой части базы
установлен элеватор, соединяющий оба конвейера. Пользуясь этим
комплексом оборудования и транспортирующих механизмов, на
базе можно осуществлять все необходимые операции: принимать в
приемный бункер элеватора материалы, завозимые на базу
автомобилями-самосвалами; подавать их на верхний конвейер и сгружать в
любое отделение закрытого или открытого складов; выдавать из
любого отделения складов материал на нижний конвейер, а с «его
через элеватор и верхний конвейер загружать материал в любое
другое отделение склада или в бункер выдачи. Смешение песка с
солью в нужной пропорции или различных солей между собой
осуществляется благодаря соответствующей дозировке материалов,
подаваемых через затворы из бункеров и отсеков складов на
нижний конвейер. Благодаря такой организации технологических
процессов база может -использоваться для борьбы с зимней
скользкостью как при химическом, так и при фрикционном способе.
Химические реагенты, применяемые в чистом виде (без песка),
поступают на базы в твердом или жидком состоянии. На базах,
помимо транспортно-погрузочных операций и смешения химических
168
реагентов между собой и с
ингибиторами, может возникнуть
необходимость в размельчении
твердых материалов, если в
результате слеживания
образовались комки. Чтобы размельчить
слежавшийся материал,
необходимо иметь на базе дробильный
агрегат, подача к которому
производится бульдозером, а
транспортировка размельченного
материала к месту хранения —
ленточным конвейером.
На базах жидких химических
реагентов может возникнуть
необходимость в их обогащении,
если поступающие рассолы имеют
недостаточную концентрацию.
В этом случае на базе может быть
установлен несложный узел
обогащения (рис. 65). Здесь же в
рассол вводится и добавка
ингибитора. Технологический процесс
организован следующим образом.
Поступающий рассол сливается в
резервуары хранения / и 1а,
В хранилища 2 и 3 завозят
обогащающий материал (например,
хлористый кальций) и
ингибиторы. По мере надобности рассол,
обогащающий материал, и
ингибитор подают в мешалку 4, из
которой обогащенный и ингибиро-
ванный рассол сливается в
хранилища 5 и 5а. В период зимней
скользкости готовый рассол
подают из хранилища в поливочные
машины 6 и вывозят на дорогу.
В Гипродорнии разработаны
типовые проекты баз
противогололедных материалов трех типов:
база твердых химических
реагентов (рис. 66) вместимостью 320 т;
база жидких материалов (рис. 67)
вместимостью 180 м3;
комбинированная база для твердых и
жидких материалов вместимостью
500 т.
На территории базы для твер-
w
iiS
%\ I
7ЭЛ /
На базу
на дорогу
СливЗЭ^
u5i
т—
5а
У
Рис. 65. Схема узла обогащения
рассолов
Рис. 66. Схема базы твердых
химических материалов
:ПГ
,•/"•; v IvY V\-i ;^\rV."7.'; -'./Г*,; •!': л у -S
/
1
к
I
/
_>
ч и
с—
2
О О О
О О О
— ^
~"\
4
I
1 1
1
Щ
v ' ' Ч*Г \ ."I
^ ^
Ш:М«Ж^^
Рис. 67. Схема базы жидких
противогололедных материалов
7—1049
169
дых химических материалов расположены: большое складское
помещение 1 для хранения подвозимого хлористого натрия,
приготовления рабочей смеси и ее хранения; склад для ингибиторов 2 с
бытовыми помещениями и котельной; эстакада с бункером выдачи
готовой смеси 3; трансформаторная подстанция 4\ очистные
сооружения 5; автоматическая пневмонасосная станция 6;
противопожарные резервуары вместимостью 50 м3, служебные помещения для
обслуживающего персонала 7. Территория базы имеет
асфальтобетонное покрытие и окружена оградой из стальной сетки. Складские
здания — неотапливаемые, каркасно-панельной железобетонной
конструкции с докладкой из кирпича и последующим
оштукатуриванием.
Технологический процесс на базе организован следующим
образом. В помещение 1 завозят на автомобилях поваренную соль и
здесь смешивают с ингибиторами, а если нужно, то й с хлористым
кальцием, а затем перемещают в штабель готовой смеси. Из
штабеля по мере надобности готовая смесь с помощью конвейера по
наклонной эстакаде подается в бункер выдачи и оттуда
погружается в автомобили-самосвалы и отправляется на дорогу.
База для жидких химических материалов имеет следующие
сооружения: склад для ингибиторов 1 с бытовыми помещениями и
котельной; отделение приготовления и выдачи жидких материалов 2Л
включающее шесть резервуаров вместимостью по 30 м3 каждый (из
них два для хлористонатриевого рассола, один из жидкого
хлористого кальция; три для готовой жидкой смеси), пропеллерную
мешалку 3; ленточный конвейер; трансформаторную подстанцию 4\
очистные сооружения 5; автоматическую пневмонасосную станцию
(см. рис. 67).
Технологический процесс на базе организован следующим
образом. Рассол (раствор NaCl) и жидкий хлористый кальций подвозят
автоцистернами и заливают в резервуары отделения 2. В мешалке 3
приготавливают нужную смесь компонентов: ингибированный
рассол, ингибированный раствор хлористого кальция или жидкую
смесь (NaCl + CaCl2 +ингибитор). Готовую смесь перекачивают в
свободный резервуар и хранят до того времени, когда ее
потребуется отправить на дорогу.
Комбинированная база имеет все оборудование для
приготовления и хранения жидких и твердых химических
противогололедных реагентов. Преимущество таких баз состоит в том, что они
позволяют применять те или иные материалы, экономически
выгодные при тех температурах, при которых образовалась зимняя
скользкость.
35. Расчет потребности в машинах
При решении вопросов организации снегоборьбы на дорогах
прежде всего должна быть определена расчетом потребность в
снегоочистительных машинах.
J 70
Работы по снегоочистке дорог делят на объемные, для которых
можно определить объем снега, подлежащий уборке, и безобъем-
иые, для которых объем убираемого снега определить нельзя. К
безобъемным работам относится • патрульная очистка дорог. Все
остальные виды снегоочистительных работ — расчистка снежных
заносов, удаление снежных валов, расчистка лавинных завалов —
относятся к объемным работам.
Число машин для выполнения объемных работ
Лг0=1Губ/(ЯэГд), (112)
где WYQ—объем снега, подлежащего уборке за один цикл снегоочистки на
рассматриваемом участке дороги, м3;
#э — эксплуатационная производительность одной машины, м3/ч;
Гд — время, в течение которого нужно произвести очистку дороги от
снега, ч.
Время Гд задается директивным путем (для линейных
подразделений распоряжением упрдора, автодора). Чем меньше Гд, тем
скота блица 21
Машины
Одноотвальные
плужные
автомобильные
снегоочистители
Двухотвальные
автомобильные
плужные снегоочистители
Двухотвальные
тракторные
(колесные и гусеничные)
снегоочистители
Роторные
снегоочистители
Автогрейдеры
Бульдозеры
Валоразбрасыва-
тели
•0
S
о <*
о ..
X ее
68
0,3
0,4
0,6
0,7
| 0,6
0,7
0,6
Высота слоя
снега,
разрабатываемая
за один
проход, м
0,3
На
коротком участке
до 0,6, на
длинном
до 0,4
1,0
До 1,2-1,5
0,5
1,0
1,0
Целесообразное применение машины
Патрульная очистка, расчистка
снежных заносов' небольшой
толщины, уширение полосы расчистки
Патрульная очистка, расчистка
снежных заносов средней толщины,
уширение полосы расчистки
Расчистка снежных заносов
средней толщины, уширение полосы,
расчистки, разравнивание снежных
валов боковым крылом, прокладка
снежных траншей
Расчистка снежных заносов или
снегопадных отложений большой
толщины, удаление снежных валов,
расчистка лавинных завалов
Расчистка снежных отложений
средней толщины, разравнивание
снежных валов или их удаление
совместно с роторными
снегоочистителями, удаление уплотненного слоя
снега
Расчистка снежных отложений
большой толщины, в том числе
лавинных завалов (при толщине
более 1 м — послойными проходами),
удаление уплотненного слоя снега
Удаление снежных валов (в том
числе расположенных над кюветами)
7*
171
рее .восстанавливается проезд по дороге и уменьшаются потери,
вызываемые снежными заносами. Однако уменьшение Гд приводит к
увеличению потребности в снегоочистительных машинах. Поэтому
назначение директивного срока Гд делается на основе
технико-экономических подсчетов в зависимости от местных организационно-
технических условий и возможностей дорожных хозяйств с учетом
значения дороги и интенсивности движения.
Эксплуатационная производительность машины
Яэ = Ят/Си, (П3>
где #т — техническая производительность по паспортным данным, м3 (если в
паспорте производительность дана в тоннах, то нужно разделить ее на
плотность снега, которую можно принять: для снежных заносов 0,35„
для лавинных завалов 0,55 т/м3);
/Си — коэффициент использования машины в течение смены (для
снегоочистителей /Си=0,7).
Объем снегоуборки Wy^ следует принимать по данным учета
фактических объемов снегоотложений, которые приходится удалять
с дороги при ее очистке. Такой учет должны вести работники
линейной дорожной службы. Необходимо иметь в виду, что в зависимости
от толщины и плотности снежных отложений для их удаления
могут требоваться разные машины. Поэтому из общего объема
снегоуборки следует выделить те части объема, которые будут
разрабатываться машинами каждого типа. С этой целью можно
воспользоваться табл. 21, в которой указаны целесообразные (по техниког
экономическим соображениям) условия применения различных
снегоочистительных машин.
Число машин для патрульной очистки
где / — длина обслуживаемого участка дороги, км;
п — число проходов снегоочистителей, необходимое для полной уборки
снега с половины ширины дорожного полотна (зависит от категории
дороги и составляет: для I категории — 5, для II и III—3, для IV
иУ-2);
tfp — средняя рабочая скорость снегоочистителя, которая при расчетах
может быть принята в зависимости от состояния дорог, 30—40 км/ч;
/Си — коэффициент использования машин в течение смены (для
снегоочистителей может быть принят равным 0,7);
*и — время между проходами плужных снегоочистителей, ч.
Из формулы (114) видно, что уменьшения потребности в
патрульных снегоочистителях можно достигнуть повышением рабочей
скорости снегоочистителей, улучшением организации работ (что
позволяет повысить /Си) и увеличением £и. Однако возможность
повышения рабочей скорости снегоочистителей пока ограничивается
конструктивными особенностями отечественных снегоочистительных
машин, которые не позволяют развивать скорость более 45—
50 км/ч, а также техническим состоянием дорог. Коэффициент
использования снегоочистителей в течение смены безусловно может
172
быть повышен при соответствующей организации работы и
обслуживания машин, на что должны обратить серьезное внимание
дорожные организации. Что касается времени /и, то если оно будет
увеличено сверх допустимого предела, это может отрицательно
повлиять на состояние дороги.
Исследования показали, что промежуток времени между
проходами плужных снегоочистителей при патрульной очистке должен
быть таким, чтобы толщина слоя снега, накапливающегося за этот
промежуток, не превысила определенного предела. Установлено, что
при толщине рыхлого слоя снега более 5 см начинает заметно
снижаться скорость проезжающих автомобилей и может
образовываться уплотненный неровный снежный слой (онежный накат), сильно
ухудшающий условия движения по дороге. Учитывая это,
рекомендуется, чтобы толщина накопления снега на проезжей части в
промежутках между проходами патрульных снегоочистителей не
превышала: 3 см для общегосударственных, республиканских, краевых
и областных дорог и 5 см для дорог местного значения. Если
известна интенсивность накопления снега, можно определить и
необходимое время между проходами патрульных снегоочистителей
где Лд—допустимая толщина слоя снега, накапливающегося на покрытии, см;
in — интенсивность накопления снега на покрытии, см/ч.
Интенсивность накопления снега на дороге может быть
определена непосредственными наблюдениями, проводимыми дорожной
службой, или рассчитана по данным Гидрометслужбы.
Для приближенных подсчетов можно воспользоваться табл. 22,
где приведены данные о расчетном времени между проходами
снегоочистителей /£ , определенном исходя из интенсивности
снегонакопления в зонах различной трудности снегоборьбы.
Пример расчета. Требуется определить потребность в снегоочистительных
машинах для одного из дорожных хозяйств, расположенных в 5-й зоне
трудности снегоборьбы.
В основу расчета положены следующие данные. По срокам расчистки от
снежных заносов все протяжение дорог (1471 км) этого хозяйства,
обслуживаемое зимним содержанием, разбито на три группы, для которых установлены
следующие директивные сроки Гд: для I группы дорог протяженностью 170 км — не
позже 1 сут; для II группы протяжением 520 км — не позже 2 сут; для III
группы протяженностью 781 км — не позже 3 сут.
Толщина снежных отложений, подлежащих расчистке после метелей, на
дорогах разных групп показана в табл. 23.
Ширина расчистки, необходимая для восстановления проезда, принята
равной 7,5 м. При этом имеется в виду,- что по окончании работ по восстановлению
проезда те же снегоочистительные машины будут выполнять работы по полной
расчистке дорог на ширину 10 м и удалению снежных валов.
Для всех вариантов толщины снежных отложений, указанных в табл. 23,
разработаны технологические схемы расчистки снежных заносов,
определен состав отрядов снегоочистительных машин и подсчитана их
эксплуатационная производительность. Затем по формуле (112) с использованием
приведенных выше расчетных данных определена потребность в снегоочистительных
машинах по всем группам дорог и по данному дорожному хозяйству в целом
(табл. 24).
J 73
Таблица 22
Зона
т эудности
снегоборь-
бы
2
3
4
5 и 6
По зависимости
Заносимые
Незаносимые
Заносимые
Незаносимые
Заносимые
Незаносимые
Заносимые
Незаносимые
Характеристика дорог
По значению
Общегосударственные,
республиканские, краевые и областные
Местные
Общегосударственные,
республиканские, краевые и областные
Местные
Общегосударственные,
республиканские, краевые и областные
Местные
Общегосударственные,
республиканские, краевые и областные
Местные
Общегосударственные,
республиканские, краевые и областные
Местные
Общегосударственные,
республиканские, краевые и областные
Местные
Общегосударственные,
республиканские, краевые и областные
Местные
Общегосударственные,
республиканские, краевые и областные
Местные
Расчетное
время между
проходами
снегоочистителей
'н'4
6,6
7,6
7,3
8,5
4,3
4,9
4,8
6,1
3,4
3,8
4,1
4,7
2,8
3,3
3,5
4,8
Примечание. К незаносимым отнесены участки дорог, проходящие по
незаносимым насыпям, глубоким незаносимым выемкам и лесным массивам, к заносимым — все
участки дорог, расположенные в открытой местности и подвергающиеся снежным заносам
(см. гл. 2). Принято, что все участки ограждены снегозащитой.
Потребность в плужных автомобильных снегоочистителях определена не для
всей протяженности дорог, поскольку по данным дорожного хозяйства, для
которого выполнен расчет, патрульная очистка возможна лишь на протяжении
850 км. Подсчет произведен по формуле (114). При этом в основу расчета
положены следующие данные: число проходов снегоочистителей на половине ширины
Толщина снежных
отложений на проезжей части
после расчетной метели,
м
До 0,5
0,5—1,0
1,0—1,5
1,В—2,0
. Итого
Таблица 23
Протяженность участков дорог (по группам), км, на которых
образуются снежные отложения, имеющие толщину,
указанную в левом столбце
I
20
20
100
30
170
п
50
50
310
110
520
ш
90
105
441
145
781
174
дорожного полотна /г=2; рабочая скорость снегоочистителей ур = 40 км/ч;
коэффициент использования машин в течение смены /Си=0,7; время между
проходами плужных автомобильных снегоочистителей t% =2,8 ч (согласно табл. 22 для
заносимых участков областных дорог в 5-й зоне).
В соответствии с этими данными потребность в плужных одноотвальных
автомобильных снегоочистителях
2.850-2
/\ГВ = = 43 шт.
40.0,7.2,8
Помимо потребности в снегоочистительных машинах, при
расчетах приходится определять потребность в машинах для прокладки
снегозащитных траншей
N^-vfr> (,16>
где L — длина участков, на которых прокладывают траншеи, км;
т — число одновременно прокладываемых траншей (принимается в
зависимости от объема снегопереноса в данной местности: до 100 м3 — не
менее 3, до 200 м3 — не менее 4, более 200 м3 — не менее 5);
tin — количество проходов машины по одной и той же траншее;
Ур-—рабочая скорость машины, прокладывающей траншею, км/ч;
/Си — коэффициент использования машины по времени, равный 0,7;
tn — возможное время работы по прокладке траншей в течение
промежутка между метелями (принимается по данным гидрометстанций на
местах или по укрупненным показателям для зон разной трудности
снегоборьбы: 72 ч для 2-й зоны; 48 ч для 3-й; 40 ч для 4-й; 32 ч для
5-й; 24 ч для 6-й зоны).
Поскольку прокладка снегозащитных траншей производится во
время промежутков между метелями, то для этой работы могут
быть использованы бульдозеры и двухотвальные тракторные
снегоочистители, освободившиеся после расчистки дорог от снежных
заносов.
При решении вопросов организации борьбы с зимней
скользкостью приходится определять потребность в солераспределителях и
пескоразбрасывателях:
105 Г аЬ ( 0,5£с \ 1 1 /ff„4
где М\оо — потребность в распределительных машинах на 100 км дороги;
Гд — время, в течение которого нужно устранить зимнюю скользкость, ч;
а — норма распределения, т/1000 м2;
Ь — ширина распределения, м;
G — грузоподъемность распределителя, т;
*погр — время погрузки распределителя, ч;
Lc — расстояние между базами хранения материалов, км;
vu — скорость распределителя во время пробега, км/ч;
fpoc — скорость при россыпи, км/ч.
Значения членов, входящих в формулу, зависят от типов
используемых машин, материалов, применяемых для борьбы с зимней
скользкостью, способов погрузки в распределители, от размещения
баз хранения. Дорожные организации обычно испытывают
недостаток в распределительных машинах, и поэтому уменьшение потреб-
175
Таблица 24
Машины
Двухотвальные тракторные
снегоочистители на колесном ходу
Шнеко-роторные снегоочистители
на колесном ходу
Бульдозеры с неповоротным
отвалом
Бульдозеры с поворотным отвалом
Автогрейдеры
Потребность в снегоочистительных машинах,
шт., по группам дорог
I
8
15
48
28
8
н
13
24
87
44
24
ш
10
22
76
40
36
Всего
31
61
211
112
68
ности в распределителях является весьма актуальной задачей.
Этого можно достигнуть различными способами.
Очень важно снизить норму распределения, что позволит не
только уменьшить потребность в распределительных машинах, но
и сократить общий расход противогололедных материалов, а также
снизить стоимость борьбы с зимней скользкостью. Переход от
фрикционного способа борьбы к химическому позволяет в
несколько раз уменьшить норму распределения. Применение химических
веществ с высокой плавящей способностью также ведет к
уменьшению нормы распределения. Минимальные нормы распределения
обеспечивает профилактический способ борьбы с зимней
скользкостью.
Существенную роль играют также грузоподъемность
распределительных машин и скорость их движения. Чем они больше, тем
меньше потребность в распределительных машинах. Однако
грузоподъемность и скорость зависят от конструктивных особенностей
машин и дорожные организации лишены возможности влиять на
них. Поэтому основными организационными путями уменьшения
потребности в распределительных машинах являются правильное
назначение сроков ликвидации зимней скользкости и
рациональный выбор расстояний между базами.
Увеличение срока ликвидации зимней скользкости позволяет
уменьшить потребность в распределительных машинах, но
увеличивает размер потерь из-за ухудшения условий проезда по дороге,
находящейся в скользком состоянии. Сопоставляя эти потери с
затратами на приобретение распределительных машин и их
эксплуатацию, можно найти оптимальный в экономическом отношении
вариант.
Такой экономический расчет служит обоснованием к
назначению срока ликвидации зимней скользкости Гд, которое обычно
производится директивным путем.
Расстояние между базами Lc существенно влияет на стоимость
борьбы с зимней скользкостью и на потребность в распределитель-
176
ных машинах. Уменьшение расстояния между базами снижает
потребность в распределительных машинах и уменьшает стоимость их
эксплуатации, но зато увеличивает затраты «а строительство и
эксплуатацию баз. Сопоставление затрат при изменении расстояния
между базами позволяет выбрать наиболее выгодный в
экономическом отношении вариант.
Следует, однако, иметь в виду, что фактические расстояния
между базами могут отличаться от расстояний, которые были
определены экономическим расчетом. Это объясняется тем, что выбор
места для баз диктуется рядом дополнительных соображений;
наличием источников снабжения материалами (карьеры,
железнодорожные станции, пристани), близостью дорожных зданий, удобным
рельефом местности, особенностями энергоснабжения. Нередко и
сама конфигурация дорожной сети влияет на выбор мест
размещения баз. Все это следует учитывать при разработке вариантов в
конкретных условиях.
36. Экономика зимнего содержания
Для правильного решения вопросов организации зимнего
содержания дорог большую роль играют экономические расчеты. К
основным задачам, требующим для их решения экономических
расчетов, относятся: определение экономической эффективности зимнего
содержания дорог; сравнение эффективности различной технологии
работ, машин или сооружений; установление экономически
целесообразных сроков выполнения работ по зимнему содержанию дорог;
определение оптимальных вариантов оснащения материальными
ресурсами и их использования.
Правильная организация зимнего содержания дорог весьма
важна, так как современные дорожные хозяйства обслуживают
значительную протяженность дорог, выполняют крупные объемы работ
и располагают большими материальными ресурсами. Так,
например, Центрупрдор Минавтодора РСФСР (теперь именуемый
Центральной автомобильной дорогой) обслуживал в конце 1978 г.
2600 км дорог, в том числе 2200 км дорог общегосударственного
значения. Интенсивность движения на некоторых участках дорог,
обслуживаемых Центрупрдором, достигла 30—50 тыс. авт./сут. Для
борьбы со скользкостью зимой 1977—1978 гг. было израсходовано
167 тыс. м3 песка, 20,2 тыс. т твердых и 0,5 тыс. т жидких хлоридов.
Чтобы обеспечить своевременную обработку покрытий Центрупрдор
имел 84 базы для противогололедных материалов и на каждые 15—
20 км дорог — один автораспределитель КДМ, а для жидких
хлоридов— одну поливо-моечную машину на 25—30 км дороги.
Средняя стоимости зимнего содержания дорог в пересчете на 1 м2
покрытия составляла 0,16 руб.
Экономические расчеты, требующиеся для рациональной
организации зимнего содержания дорог, должны выполняться в
соответствии с основными инструктивными документами: Типовой методи-
177
кой определения экономической эффективности капитальных
вложений, Инструкцией по определению экономической эффективности
капитальных вложений в строительстве (СН 423-77) и Инструкцией
по определению экономической эффективности использования в
строительстве новой техники, изобретений и рационализаторских
предложений (СН 509-78).
Определение экономической эффективности зимнего содержания
имеет важное практическое значение, так как позволяет
обоснованно принимать решение о целесообразности регулярной
эксплуатации дорог б зимний период, если это связано со значительными
трудностями и расходами. Особенно важно это для дорог в
малонаселенных районах, на Крайнем Севере и в тех,случаях, когда
дороги имеют малую интенсивность движения. Регулярное зимнее
содержание дороги экономически целесообразно при условии
•S3.c </7н.х»
где 53.с—стоимость зимнего содержания;
Пн х — потери, вызванные отсутствием зимнего содержания.
Экономическую эффективность технических мероприятий можно
оценивать двумя методами: определяя их общую или
сравнительную эффективность. Общая экономическая эффективность
измеряется отношением эффекта ко всей сумме капитальных вложений или
к стоимости производственных фондов. Сравнительная
экономическая эффективность определяется сравнением затрат по одному
варианту вложений с другим. Более эффективным признается вариант
с меньшими затратами. Поскольку предусматривается сравнение
двух видов затрат — стоимости зимнего содержания и потерь,
вызванных его отсутствием, то для определения экономической
эффективности зимнего содержания дорог следует производить
расчеты по методу сравнительной экономической эффективности. При
расчетах по этому методу определяют приведенные затраты,
представляющие собой сумму текущих издержек и единовременных
затрат, приведенных к начальному году в соответствии с
установленным нормативным коэффициентом эффективности
S = C-b£H/C, (118)
где С — текущие ежегодные издержки (эксплуатационные расходы или
себестоимость строительно-монтажных работ);
£п — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений
(следует принимать £н=0,12 для всех районов, кроме Крайнего
Севера и приравненных к нему местностей, для которых £н = 0,08);
А' — единовременные затраты (капитальные вложения' или стоимость
производственных фондов).
Если по сравниваемым вариантам капитальные вложения
осуществляются в разные сроки или текущие затраты изменяются во
времени, то сравнение вариантов следует производить, приводя-
затраты более поздних лет к базисному году:
5„.б = St , * ,t = Stfnp.,, (II9>
(1 +£н.и)
178
где St — затраты в t-м году;
£н.п — норматив для приведения разновременных затрат (принимается
равным 0,08);
t — период времени приведения в годах (принимается равным разности
между годом / и базисным годом, при этом затраты базисного года
приведению не подлежат);
Фпр.<—коэффициент приведения разновременных затрат к базисному году.
При расчетах экономической эффективности зимнего
содержания дорог затраты можно определять за 20 лет, что позволяет
учесть срок службы основных сооружений, используемых при
зимнем содержании дорог. Числовые значения коэффициентов
приведения разновременных затрат к базисному году можно брать из
табл. 25.
Стоимость зимнего содержания дорог слагается из стоимостей
входящих в него элементов: мероприятий по уменьшению снегоза-
носимости дорог; устройству и эксплуатации средств снегозащиты;
очистке дорог от снега; борьбе с лавинами; зимней скользкостью
и наледями (включать следует только элементы, встречающиеся в
районе, для которого производится расчет).
Определение стоимости зимнего содержания производится в
следующем порядке:
1. Составляют перечень элементов зимнего содержания, которые
должны быть включены в расчет исходя из местных условий
(например, для горных районов, помимо защиты от заносов,
снегоочистки и борьбы с гололедом, должна быть включена защита от
лавин).
2. Для каждого элемента зимнего содержания намечают все
способы, которые могут быть применены в данных условиях
(например, для защиты дорог от снежных заносов могут быть применены
переносные щиты, высокие снегозадерживающие заборы,
снегозащитные насаждения и т. д.).
3. По каждому элементу зимнего содержания дорог,
включенному в перечень, производят экономическое сравнение способов,
которые возможны в данных условиях (например, сравнивают стоимость
защиты дорог щитами, заборами и насаждениями).
Сравнение производят за 20-летний период с приведением к базисному
году.
Таблица 25
До 5 лет
/
I
2
3
4
5
%•/
0,926
0,858
0,794
0,735
0,681
До 10 лет
t
6
7
8
9
10
%.*
0,630
0,583
0,540
0,500
0,463
До 15 лет
/
11
12
13
14
15
%.*
0,429 -
0,397
0,368
0,340
0,315
До 20 лет
/
16
17
18
19
20
9пр./
0,292
0,270
0,250
0,232
0,215
17()
4, Устанавливают окончательный состав мероприятий по
зимнему содержанию дороги, для которой выполняют расчет и
суммируют приведенные затраты по всем выбранным способам.
Когда стоимость зимнего содержания дороги определена,
переходят к определению потерь, которые могло бы понести народное
хозяйство при отсутствии зимнего содержания яа данной дороге.
Суммарные народнохозяйственные потери, вызванные отсутствием
зимнего содержания на какой-либо дороге или сети дорог,
Янх = ЯсК + Я пер + Ябд + Япр, (120)
где ЯСк — потери, вызванные снижением скорости автомобилей при проезде по
дороге, необслуживаемой зимним содержанием;
#пер — потери, вызванные полным перерывом движения по дороге;
Ябд — потери вследствие ДТП, вызванных ухудшением безопасности
движения (например, в результате зимней скользкости или схода
снежных лавин);
ЯПр — прочие потери, связанные с ухудшением движения по дороге
(например, потери предприятий, тяготеющих к дороге, вызванные
невозможностью вывезти продукцию или завезти сырье).
Подсчет потерь необходимо производить для тех же элементов
и способов зимнего содержания дорог, для которых производилось
определение стоимости. Чтобы привести оба вида затрат (расходы
на зимнее содержание и потери при отсутствии зимнего
содержания) к сопоставимому виду, необходимо производить исчисление
потерь также за 20-летний срок с учетом перспективной
интенсивности движения и применять тот же коэффициент приведения, что и
при определении стоимости. С учетом этого формула (120) примет
вид:
20
__ Ч^ Пек* +/7пеР* +/7бД* +Ппр1
n»x=2j (!+£„„)< • (121)
В числителе показаны годовые размеры потерь по каждому из
членов формулы в ^-м году.
Ниже дан пример определения экономической эффективности
зимнего содержания дороги.
Пример. Дорога III категории с усовершенствованным покрытием
протяженностью 52 км проходит в 3-й зоне трудности снегоборьбы. Имеет ширину
земляного полотна 12 м, ширину проезжей части 7 м. Интенсивность движения
грузовых автомобилей 1000 авт./сут, из них 35% до 3 т, 45% до 5, 20% до
7 т. Коэффициент использования пробега 0,5; коэффициент использования
грузоподъемности 0,96.
Все протяжение дороги заносимо с правой по ходу километража стороны
(с левой стороны дорога защищена лесом). Из общего протяжения дороги 7 км
проложено в выемках глубиной до 2,5 м. На остальном протяжении дорога
проходит по заносимым насыпям высотой 0,5 м. Объем снегоприноса 50 м3/м,
максимальная высота снежного покрова в районе проложения дороги 0,7 м.
Метели и снегопады, во время которых производится патрульная очистка,
составляют 260 ч за зиму. Скорость ветра при метелях не превышает 20 м/с.
Объемы снегоуборочных работ при расчистке снежных заносов составляют:
за одну сильную метель №Уб=454 тыс. м3, из них 32% при толщине отложений
/г^1,2 м, 56% при h^.7 м, 12% при /г^0,4 м; годовой объем снегоуборки
21^Уб=2670 тыс. м3, из них 21% при Д^1,2 м, 36% ,при /*<0,7 и 43% при
180
&^;0,4 м. Половину образующихся отложений необходимо убирать в течение
.директивного срока очистки Гд=6 ч. Уборка остального количества снега может
быть выполнена в течение 2 сут по окончании работ, выполняемых за
директивное время Гд.
Объем уборки снежных валов после патрульной очистки — 236 тыс. м*
за зиму.
Длительность полного перерыва проезда по дороге, вызванного снежными
заносами, составляет в течение зимы 1 сут. Длительность движения со
сниженной скоростью (до 10 км/ч) составляет 8 сут. Величина потерь
предприятий, тяготеющих к дороге, в периоды снежных заносов составляет 600 тыс,
руб. в год.
В районе проложения дороги снежных лавин и наледей нет. Случаи
гололедицы зимой очень редки.
Решение. Учитывая описанные условия зимнего периода, основные работы
по зимнему содержанию данной дороги должны быть направлены на борьбу со
снежными заносами.
Возможны два варианта организации снегоборьбы: 1) содержание дороги
только путем снегоочистки без снегозащитных мероприятий; 2) создание
надежной снегозащиты, что позволит ограничить снегоочистку работами по уборке
<снегопадных отложений.
1-й вариант. Подсчитываем потребность в снегоочистительных машинах,
пользуясь формулами п. 35. Согласно подсчету для содержания дороги без
ограждения снегозащитой нужно иметь: роторных снегоочистителей — 7 шт.;
двухотвальных плужных снегоочистителей на тракторе К-701 — 2 шт.;
автогрейдеров— 5 шт.; одноотвальных плужных рнегоочистителей — 3 шт.
Определяем приведенные затраты (расчет ведется на 20-летний период).
Эксплуатационные расходы на снегоочистку Соч:
для машин, выполняющих объемные работы
для машин, выполняющих безобъемные работы
20
** - S (1+я!Уи • (,23)
1
а\це W1yq—годовой объем снегоуборочных работ, выполняемых машиной
каждого типа, м3;
N1—количество машин каждого типа, шт.;
Пэ* — производительность машины, м3/смену;
Ai — стоимость машино-смены, руб.;
Тп — продолжительность патрульной очистки, ч;
6,82 — расчетная продолжительность машино-смены, ч.
Капиталовложения в машины
>где а — коэффициент, характеризующий долю стоимости данной машины,
которая должна быть отнесена на снегоборьбу (если машина используется
также и для выполнения других работ). Можно принять а равным:
для роторных снегоочистителей 1,0, для автогрейдеров и бульдозеров
0,3, для тракторных снегоочистителей на К=701—0,2;
Ъ — стоимость машины, тыс. руб.;
18!
т — число приобретений машин данного типа за 20-летний срок, на который
ведется расчет; т=20//а-;
t& — срок амортизации, лет.
Пользуясь вышеприведенными формулами, получаем:
эксплуатационные затраты на расчистку снежных заносов и уборку снежных
валов 89 тыс. руб.;
эксплуатационные затраты на патрульную очистку 20,7 тыс. руб.;
суммарные эксплуатационные затраты на снегоочистку при отсутствии
снегозащиты 109,7 тыс. руб.;
капиталовложения на приобретение снегоочистительных машин: роторных
снегоочистителей — 210 тыс. руб.; автогрейдеров — 123 тыс. руб.; двухотвальных
на К=701—75 тыс. руб.; одноотвальных автомобильных — 19 тыс. руб.
Полная сумма капиталовложений в машины 427 тыс. руб.
Приведенные затраты на зимнее содержание дороги по первому варианту
51== 109,7+427,0=536,7 тыс. руб.
2-й вариант. Исходя из объема снегопереноса и скоростей ветров при
метелях можно использовать для защиты дороги четырехрядную посадку из двух
рядов деревьев и двух рядов кустарников или переносные щиты с разреженной
нижней частью типа IV.
Сравним экономическую эффективность этих двух типов защиты. Для
определения суммарных приведенных затрат при сравнении различных способов
защиты дорог от снежных заносов применяется формула
20 г г t[
где См — годовые эксплуатационные расходы в /-м году;
Сир./ — годовая прибыль, полученная в результате применения данного
способа защиты (для снегозащитных насаждений прибылью является
прибавка урожайности на прилегающих полях);
Сдоп.* — годовые эксплуатационные затраты на создание дополнительных
линий защиты;
/ — период времени приведения, лет;
ti — количество лет, в течение которых нужно ставить дополнительные
линии защиты;
/Сс — капиталовложения при данном способе защиты дорог от снежных
заносов;
Клоп — капиталовложения на создание дополнительных линий защиты.
При расчете приведенных затрат на защиту дороги от снежных заносов
двумя указанными способами было принято следующее. Насаждения вступают в
работу по защите дороги от снежных заносов на шестой год. В течение первых
лет дорога ограждается с заносимой стороны дополнительной защитной линией
из переносных щитов. В состав капиталовложений на создание насаждений
включено также возмещение потерь, вызванных изъятием земельных угодий из
сельскохозяйственного производства в размере 1020 руб. за 1 га. Лесные полосы
способствуют повышению урожайности сельскохозяйственных культур на
прилегающих полях, что рассматривается как прибыль, даваемая лесными полосами.
При данном расчете прибыль исчислена, начиная с шестого года со дня создания
насаждений. Расчет произведен для пшеницы при стоимости 1 ц 9,2 руб.
При определении приведенных затрат для переносных щитов принято, что
они в течение 20-летнего срока будут изготовляться 3 раза. С учетом этих
условий получены следующие результаты:
приведенные затраты на защиту дороги насаждениями с учетом прибыли
5Н = 104,4 тыс. руб.;
то же, при защите дорог переносными щитами 5Щ= 172,9 тыс. руб.
Как видно из сопоставления 5Н и 5Щ, защита дорог насаждениями выгоднее.
Чтобы получить полные приведенные затраты на снегоборьбу по 2-му
варианту, нужно также подсчитать затраты на уборку снегопадных отложений.
Для выполнения этой работы потребуются патрульная очистка и удаление
снежных валов.
182
Таблиц а 26
Марка авгомобилей и их
грузоподъемность
УАЗ-451 Д (0,8 т)
УАЗ-451 ДА (1 т)
ГАЗ-51А (2,5 т)
ГАЗ-52-03 (2,5 т)
ГАЗ-53А (4 т)
ЗИЛ-164А (4 т)
ЗИЛ-164А с прицепом
ИАПЗ-754 В (4+4 т)
ЗИЛ-164А с прицепом
ГКБ-817 (4+5 т)
ЗИЛ-130 В или Б
(5 т)
ЗИЛ-130 с прицепом
ИАП 3-754 В (5 + 4 т)
ЗИЛ-130 с прицепом
ГКБ-817 (5+5 т)
ЗИЛ-130Г (5+5 т)
ЗИЛ-130Г с прицепом
ИАПЗ-754 В (5+4 т)
Норматив
постоянных затрат
Су1[ОСТ на1
маш-ч работы
автомобилей,
коп.
36,8
39,5
37,9
i 39,8
57,1
51,0 '
61,7
65,1
62,3
73,5
76,9
62,9
74,1
Марка автомобилей и их
грузоподъемность
ЗИЛ-130Г с прицепом
ГКБ-817 (5+5 т)
МАЗ-200 (7 т)
i МАЗ-200 с прицепом
МАЗ-5243 (7 + 6,8 т)
МАЗ-200 (7,5 т)
МАЗ-500 с прицепом
МАЗ-5243 (7,5+6,8 т)
МАЗ-500 с прицепом
МАЗ-886 (7,5+8,5 т)
УРАЛ-377 с прицепом
МАЗ-5243 (7,5+6,8 т)
КрАЗ-257 (12 т)
КрАЗ-257 с прицепом
МАЗ-5243 (12+6,8 т)
КрАЗ-257 с прицепом
МАЗ-886 (12+8,5 т)
Нор.М .11 пи
постоянных M.lIpiU
Cj"wc un I
маш-ч paGou.1
am ом обилий,
коп.
76,9
65,7
82,2
79,5
96,0
96,9
107,5
95,3
112,1
113,0
Примечания. 1. Заработная плата водителей дана с учетом надбавки на
классность: на автомобилях грузоподъемностью 5 т и выше без прицепа и при наличии
прицепа грузоподъемностью 4 т — в размере 10% тарифной ставки; на автомобилях с
прицепом грузоподъемностью 5 т и выше — в размере 25%.
2. Расчетные нормативы постоянных затрат установлены на 1 маш-ч нахождения на
линии независимо от условий использования автомобилей.
3. Данные таблицы соответствуют значениям С j в формуле (126).
Так же, как и в предыдущем расчете по 1-му варианту, определяем
потребность в снегоочистительных машинах, которая составляет: плужных одноотваль-
ных автомобильных снегоочистителей 3 шт. и автогрейдеров 2 шт.
Эксплуатационные затраты на снегоочистку
С£ + С{, =20,7+44,5 =65,2 тыс. руб.
Капиталовложения на приобретение машин 2/См=20,5 тыс. руб.
Полные приведенные затраты по 2-му варианту (сумма приведенных затрат
на защиту дороги насаждениями и расчистку снегопадных отложений): 82='
= 104,4+65,2+20,5=190,1 тыс. руб.
Сопоставление полных приведенных затрат по 1-му варианту С\ с
приведенными затратами по 2-му варианту S2 показывает, что 2-й вариант выгоднее.
Теперь оценим экономическую эффективность зимнего содержания данной
дороги, сопоставляя приведенные затраты S2 с потерями при отсутствии зимнего
содержания Ппх. Для определения суммарных потерь пользуемся формулой
(121), опуская член #б.д> так как он имеет в данном случае незначительную
величину.
Потери от снижения скорости автомобилей на занесенной снегом дороге *
20
v.
JEJL
Та
Пск =
N>K* + ^N>C.
пост
(1+0,08)'
(126)
1 Формула (126) предложена В. Г. Нестеренко.
183
где U — продолжительность движения по занесенной снегом дороге, сут.;
L — протяженность дороги (перегона), км;
Va — средняя скорость автомобилей на занесенной дороге, км/ч;
vq — средняя скорость на очищенной от снега дороге, км/ч;
т — количество автомобилей разной грузоподъемности в потоке;
пост
С) —стоимость 1 маш-ч работы автомобилей данной грузоподъемности,
руб. (табл. 26);
Т — продолжительность работы одного списочного автомобиля в
течение года;
а — коэффициент выпуска автомобилей на линию;
Л^ — интенсивность движения автомобилей данной грузоподъемности,
маш/сут;
-удельные капитальные вложения в расчете на один списочный
автомобиль, включая затраты на создание автотранспортных и
авторемонтных предприятий, тыс. руб. (берется как сумма данных,
помещенных в табл. 27 и 28);
— стоимость 1 маш-ч работы автомобилей данной грузоподъемности,
руб. (табл. 26).
Интенсивность движения по дороге определяют с учетом перспективного ее
роста на тот год, для которого производится расчет:
*ia
спост
(127)
где N\—исходная интенсивность движения, от которой ведут расчет
перспективной интенсивности;
Р — коэффициент годового роста интенсивности может быть принят 1,06.
Потери в результате полных перерывов движения, вызванных снежными
заносами:
Тип или марка
автомобилей
Бортовые автомобили
УАЗ-451 ДИ
УАЗ-451 Д
ГАЗ-51 А
ГАЗ-52-03
ГАЗ-53 А
ЗИЛ-164 (ЗИЛ-164 АР,
ЗИЛ-164 АД)
ЗИЛ-130-66
ЗИЛ-130 Г
УРАЛ-377
МАЗ-200 (МАЗ-200М)
МАЗ-500
КрАЗ-257
Полная
становительная
стоимость
автотранспортных
средств, руб.
1640
1340
1240 1
1540
2700
1740
3140
3260
| 8650
3350
5860
8320
1
Тип или марка
автомобилей
Прицепы бортовые
ИАПЗ-754 В (АСП-4)
МАЗ-5243
ГКБ-817
МАЗ-886
Автобусы
КАВЗ-651А
ПАЗ-625 Б
ЗИЛ-155
ЗИЛ-158В
ЛАЗ-695Е
ЛАЗ-697 «Турист»
Легковые
автомобили
ГАЗ-21 Т «Волга» 1
«Москвич-408»
' а б л и ц а 27
Полная
становительная
стоимость
автотранспортных
средств, руб..
1060
! 1870
1640
2000
2600
4000
4450
6090
5660
1 7950
1690
1440
184
Таблица 28
Предприятия
Гаражи
Базы и станции
централизованного технического
обслуживания
Предприятия по
капитальному ремонту
автомобилей и агрегатов
Итого по всем видам
предприятий
Нормативы удельных капитальных вложений в
предприятия автомобильного транспорта на один
среднесписочный автомобиль, тыс. руб.
Грузовой
7,08
0,36
0,45
7,89
Автобус
16,30
0,39
0,67
17,36
Легковой
ведомственный
6,84
1,32
0,48
8,64
Легковой такс»
4,73
1,68
1,44
7,85
Примечания: 1. Нормативы по гаражам приведены: для грузовых автомобилей
на 300 машин при открытой стоянке; для автобусов на 100 машин при закрытой стоянке;
для легковых ведомственных на 300 машин; для такси на 800 машин при закрытой
стоянке.
2. Нормативы по базам и станциям технического обслуживания установлены из
условия выполнения на них ТО-2 в расчете на один грузовой автомобиль 4 раза в год, на
автобус 6 раз в год. Принято при этом, что работы ТО-1 выполняются в гаражах.
3. Нормативы по предприятиям капитального ремонта учитывают сроки работы до
капитального ремонта: грузового автомобиля — 3,3 года; автобуса —5 лет; легкового
автомобиля — 5 лет; такси — 1,6 года.
^7пер./ =
-2
, 1
20 7\iepZ/365YP2^0
(1 -}-0,08)'rfl
(128)
где Гпер — продолжительность перерывов движения по дороге в связи со снеж-
ными заносами, сут;
Ц — средняя цена 1 т груза (принята 190 руб.);
Y — коэффициент использования грузоподъемности автомобилей;
Р — коэффициент использования пробега;
А' — грузоподъемность автомобилей, обращающихся по дороге, т;
Га — годовой фонд рабочего времени автомобиля при пользовании данной
дорогой, сут (принят 365 дней).
Потери предприятий и сельскохозяйственных организаций, тяготеющих к
дороге, приняты согласно условиям примера равными 600 тыс. руб. в год и
считались неизменными в течение всего периода сравнения. С учетом коэффициента
приведения они составили за весь период:
20
VI 600
Япр' = 2d (1+0,08)' = 6362 тыс-ру6- (129>
Полная сумма народнохозяйственных потерь, вызываемых снежными
заносами на данной дороге за расчетный период,
Я„х = 2 377 + 5 632 + 6 362 = 14 371 тыс. руб.
Сопоставление подсчитанных выше потерь Пвх и приведенных затрат на
зимнее содержание данной дороги по 2-му варианту S2 показывает, что для
условий, включенных в пример, организация зимнего содержания весьма рент а-
185
бельна. Затраты на зимнее содержание дороги составляют всего около 1,5% от
возможных потерь при отсутствии зимнего содержания:
5-100 190-100 t лл1
= 1,44%.
Яи
13126
Пользуясь методом сравнительной экономической
эффективности, можно решать и другие задачи, относящиеся к зимнему
содержанию дорог. Приводим пример расчета сравнительной
эффективности применения химических и фрикционных материалов при
борьбе -с зимней скользкостью.
Пример. Дорога с усовершенствованным покрытием протяженностью 100 км
и шириной проезжей части 7 м. Число случаев зимней скользкости в течение
зимы равно 50. Скользкость в основном образуется при температуре —5° С и
вызывается тонким слоем уплотненного снега, накатанного колесами автомобилей.
Директивное время ликвидации скользкости Гд = 4 ч. Требуется сравнить
экономическую эффективность применения смеси хлористого натрия и хлористого
кальция в соотношении 88: 12 и применения песчано-соляной смеси, содержащей
90% песка и 10% хлористого натрия.
Расчет эффективности приведен в табл. 29.
Таблица 29
Показатели
Стоимость 1 т материала, руб.
Норма распределения материала, г/м2
Расход материалов на 100 км дороги в течение
зимы, т
Расстояние между складами материалов, км
Стоимость постройки одного склада, тыс. руб.
Стоимость приобретения одного распределителя,
тыс. руб.
Количество распределителей на 100 км дороги
Стоимость 1 маш-ч работы распределителя, руб.
Капиталовложения на приобретение необходимого
количества распределителей, тыс. руб.
Капиталовложения на постройку складов, тыс.
руб.
Итого капиталовложений, тыс. руб.
Стоимость противогололедных материалов, тыс.
руб.
Стоимость эксплуатации распределительных
машин, тыс. руб.
Заработная плата на обслуживание машин и
складов, тыс. руб.
Итого прямых затрат, тыс. руб.
Накладные расходы, тыс. руб.
Итого себестоимость С, тыс. руб.
Приведенные сопоставимые затраты (S = C+EHK),
тыс. руб.
Данные
расчета по
каждому варианту
Смесь NaCl
и СаС12
12
20
700
50
4,9
5,8
2
2,8
11,6
9,8
21,4
8,4
1,1
| 0,4
9,9
1,4
11,3
13,9
Песчано-соля-
наясмесь
3,5
"50
8750
50
4,9
5,8
8
2,1
46,4
9,8
56,2
30,6
3,4
0,4
34,4
4,9
39,3
46,0
186
Данные, приведенные в табл. 29, показывают, что для условий, включенных
в пример, применение химического способа борьбы с зимней скользкостью дает
значительные выгоды по сравнению с фрикционным способом. Количество
противогололедного материала меньше в 12,5 раза, распределительных машин — в
4 раза, приведенные сопоставимые затраты ниже в 3,3 раза.
Фактические данные дорожно-эксплуатационных хозяйств в
определенной мере подтверждают выводы, которые были сделаны на
основе расчета. Например, применение химического способа на
автомобильной дороге Москва — Ленинград позволило
обрабатывать из одной распределительной машины в 7—10 раз большую
площадь, чем при обработке фрикционными материалами.
Несмотря на значительно более высокую стоимость твердых хлоридов —
18 р.* 60 к. за 1 т при стоимости песчано-соляной смеси (90% песка
и 10% соли) 3 р. за 1 т,— была получена экономия при борьбе с
зимней скользкостью в размере 86,7 руб. на каждый километр за
зимний сезон.
37. Подготовка и проведение зимнего содержания дорог
Успех зимнего содержания дорог в значительной мере зависит
от того, кад была проведена подготовка самой дороги,
материальных средств и персонала дорожной службы к работе в зимних
условиях.
Основные задачи по подготовке самой дороги к зиме: приведение
дорожной одежды, земляного полотна, искусственных сооружений
и обустройств дороги в состояние, способствующее улучшению
обтекания их снеговетровым потоком и уменьшению до минимума
снежных отложений; расчистка прилегающей к дороге полосы
местности от препятствий, которые могут вызвать отложение снега на
дорожном полотне; приведение в порядок и ремонт существующих,
а также создание новых устройств и сооружений для защиты
дороги от снежных заносов, лавин и наледей.
До наступления заморозков должна быть тщательно
отремонтирована проезжая часть дороги, устранены ямочность, просадки,
выступающие неровности. Необходимо спланировать обочины и убрать
с них дорожные материалы и посторонние предметы, могущие
вызвать снежные заносы или поломку снегоочистителей. Если за
внешней бровкой кюветов накопились земляные валы в результате
ремонтных работ, проведенных в предыдущие годы, то их нужно
разравнять. Материалы, хранящиеся в полосе отвода, складывают
так, чтобы шлейфы снежных отложений, образующихся за ними,
не могли выйти на дорогу., Должны быть удалены кустарники и
другая растительность, способная вызвать снежные заносы
вследствие близости к дороге.
Изгороди и заборы, способствующие заносам, также нужно по
возможности убрать, согласовав этот вопрос с их владельцами или
прибегнув к помощи административных органов.
1 Расчет выполнен М. М. Дербеневой.
В районах, где не бывает частых оттепелей, необходимо
закрыть щитами отверстия малых искусственных сооружений, чтобы
предотвратить забивание их снегом во время метелей. Если
искусственные сооружения не имеют перил или других ограждений, нужно
установить предупреждающие вехи, чтобы водители
снегоочистителей и проезжающих автомобилей могли определить безопасную
ширину проезда. В районах, подверженных образованию наледей,
следует выровнять русла у искусственных сооружений вверх по
водотоку и в низовую сторону, а также утеплить водоотводные
каналы, в которых могут образовываться наледи.
Заблаговременно должны быть проведены работы по
восстановлению и усилению снегозащитных устройств и насаждений. Не
позже, чем за месяц до начала снегоборьбы необходимо закончить
ремонт .снегозащитных заборов и переносных щитов, заготовить новые
щиты, колья и материалы для привязки. Колья нужно забивать до
наступления заморозков, а щиты устанавливать после того, как
земля замерзнет и колья будут в ней устойчиво держаться. За 10—
15 дней до устойчивого промерзания почвы должны также
заканчиваться работы по усилению насаждений (продолжительность
осенней посадки составляет около 20 дней).
В районах с интенсивными и длительными метелями
рекомендуется создавать при линейных дорожных подразделениях
оперативный резерв переносных щитов в количестве 500—1000 шт. для
возможности ограждения участков, где защита отработалась или не
создавалась совсем.
На лавиноопасных участках за месяц до установления
устойчивого снежного покрова должны быть закончены ремонт противола-
винных защитных сооружений и установка дополнительных
устройств (удерживающих щитов на склонах, дюз, кольктафелей и
т. д.), если это требуется. На участках, подверженных наледеобра-
зованию, нужно осмотреть и привести в порядок дренажные
устройства, отремонтировать защитные заборы, осмотреть мерзлотные
пояса и, если они были закрыты на лето теплоизолирующим
материалом, удалить материал перед наступлением зимних холодов.
Большое внимание следует уделять подготовке машинного
парка к работе в зимних условиях. Необходимо своевременно
осмотреть и отремонтировать снегоочистительные машины и
распределители противогололедных материалов. Для того чтобы обеспечить
производительную работу и длительную службу
снегоочистительных машин, их ремонт должен быть выполнен сразу по окончании
предыдущей зимы. После ремонта снегоочистители ставят на
консервацию (длительное хранение). Роторные снегоочистители ставят
на консервацию вместе с автомобилями, на которых они
смонтированы. У плужных снегоочистителей ставят на хранение только
рабочие органы, а автомобили и тракторы используют для других
работ. С распределительных машин снимают кузова, а автомобили
используют для транспортных целей или как поливочные машины.
Снегоочистители ставят на подкладки. При консервации с
базовыми машинами покрышки баллонов не должны касаться поверхности
188
площадки, на которой хранятся машины. Все окрашенные детали и
поверхности снегоочистителей, поставленных на хранение, заново
покрываются масляной краской, а неокрашенные — смазываются
антикоррозионной мазью, техническим вазелином или солидолом.
Топливные баки двигателей полностью заправляются топливом, а
гидравлические системы — веретенным маслом. Рессоры, пружины,
тросы и натяжные ленты разгружаются от натяжения.
Аккумуляторы снимаются и сдаются на склад. После постановки на
консервацию кабины, капоты и топливные баки пломбируют. Принимают
меры пожарной безопасности, подвешивая у мест хранения
огнетушители. Сами машины необходимо размещать таким образом,
чтобы их можно было быстро удалить в случае возникновения пожара.
Не менее чем за месяц до начала зимы снегоочистители вновь
должны быть осмотрены, смонтированы и опробованы. Готовность
машин фиксируют актом, который подписывает комиссия в составе
представителя вышестоящей дорожной организации, главного
инженера и механика данного подразделения.
Размещение машин по обслуживаемой сети дорог производится
исходя из следующих принципов: автогрейдеры и плужные
автомобильные снегоочистители на весь зимний период следует
закреплять за ДРП или дорожными дистанциями, где они максимально
приближены к обслуживаемому участку; машины, которыми
приходится периодически маневрировать, сосредоточивая то на одном, то
на другом участке, где создаются временные затруднения
(роторные снегоочистители, бульдозеры, двухотвальные снегоочистители
на колесных и гусеничных тракторах), размещают на ДРСУ или на
ДЭУ.
В районах с особенно интенсивными и длительными метелями
рекомендуется создавать при управлениях дорог оперативный
резерв машин, что позволяет направлять эти машины на трудные
участки, где требуется восстановить проезд и устранить снежные
заносы. Рекомендуемый состав резерва: в районах трудной снего-
борьбы (4-я зона) —два роторных снегоочистителя и три
бульдозера на 1000 км дорог; в районах очень трудной снегоборьбы (5-я
зона)—три роторных снегоочистителя и пять бульдозеров на
1000 км дороги.
С водительским составом и рабочими проводят занятия по
техминимуму с целью обучения их правильным приемам снегоочистки
и пользованию закрепленным за ними оборудованием, а также
проверки, насколько хорошо изучен порученный им участок дороги.
При каждом ДРП или на станции организуют гаражи, места
стоянок и заправочные пункты, на которых создают запас топлива и
смазочных материалов не менее чем на 10 сут для машин,
постоянно закрепленных или приданных на время для обслуживания
данного участка. В гаражах и у мест стоянок должны быть
оборудованы водо- и маслогрейки. Здесь же необходимо организовать склады
запасных частей для машин. Организуют также пункты отдыха и
обогрева для лиц, занятых на работах по зимнему содержанию
дорог. В пунктах обогрева должны быть кровати с постельными
ж<>
Высота насыпи (рабочие от метни)
Сокращенный продольный, профиль
Глубина выемки (рабочие отметки)
направление господствующих ветров по отношению к оси дороги
Снегозадерживающие устройства, их тип и протяжённость
Снегозадерживающие насаждения
характеристика снегозаносиморти
Объем снегоприноса (м3 на 1 м дорогиГ
ос «з
Километраж
Ситуация
10
20
30 kO 50 50
10
Ситуация
Объем снегоприноса (м* на 1м дороги)
80
•:э
Характеристика снегозаносимости
Снегозадерживающие насаждения
Снегозадерживающие устройства, их тип и протяженность
Наименование снегоочистителей и
другого оборудования, зоны
обслуживаемой ими дороги
! Склады ГСМ и пункты заправкиГ
Участки первоочередной обработки
противогололедными материалами
Служебные здания дорожно-ремонтной
службы и обогревающие пункты
Границы ДРП или дистанции
/ дистанция
Рис. 68. График зимнего содержания дорог
принадлежностями, печи или плиты для приготовления пищи,
походные аптечки с перевязочными материалами и необходимыми
медикаментами, в том числе со средствами против обмораживания.
Важное значение имеет своевременная заготовка материалов
для борьбы с зимней скользкостью. Химические противогололедные
материалы и ингибиторы отпускаются для нужд дорожных хозяйств
по заявкам через местные управления материально-технического
снабжения. Заготовку материалов нужно проводить с таким
расчетом, чтобы обеспечить поступление к началу зимнего периода не
менее 60—70% общей потребности. Фрикционные материалы
обычно получают из местных карьеров, но и их также следует
заготавливать заранее, чтобы обеспечить хранение в сухом и удобном для
пользования состоянии. На базах для хранения и приготовления
противогололедных материалов необходимо еще в начале летнего
периода провести ремонт помещений, площадок и оборудования для
подготовки их к приему материалов, закладываемых на хранение.
В процессе подготовки к зимнему периоду разрабатывается план
зимнего содержания дорог, включающий график (рис. 68) и
пояснительную записку. В плане должны быть отражены все решения
по организации зимнего содержания дорог, принятые на основе
технических расчетов и экономического сравнения. Пояснительная
записка должна включать: краткую характеристику условий
зимнего содержания дорог; подсчет количества снегозадерживающих
устройств и насаждений с обоснованием выбора типов; обоснование
выбора снегоочистительных, солераспределяющих и пескоразбрасы-
вающих машин и расчет их количества; меры по организации борь-
190
бы с зимней скользкостью; обоснование рлтешепин б;п, н\
устройства и мощности; подсчет потребности и ироитш о.име ппд
материалах; обоснование выбранных типов нш ру.игшыч \ч ip<»ii« in,
характеристику лавинной опасности и используемых мер иипмы <ч
лавин; характеристику применяемых мер борьбы с пм.чечимн II|»ii
разработке плана зимнего содержания дорог должен быть умен
опыт работы в предыдущие годы.
С началом зимнего периода в дорожных подразделениях
организуют непрерывные дежурства. Диспетчеры принимают и передают
донесения и распоряжения, регистрируют их в специальных
журналах, проверяют готовность машин к выезду на-линию и отмечают
их возвращение обратно. Работами по зимнему содержанию дорог
непосредственно руководят начальники и глазные инженеры
основных линейных подразделений: ДРСУ, ДЭУ, ЛУАД и т. д.
Постоянно поддерживается связь с руководящими дорожными
организациями— управлениями дорог и автодорами, а также с нижестоящими
подразделениями — дорожными дистанциями, ДРП и т. д. При
наличии радиосвязи поддерживается двусторонняя связь с машинами,
работающими на дороге. Наличие хорошей связи имеет очень
большое значение, так как позволяет быстро узнавать обстановку на
месте работ, принимать оперативные решения по их выполнению,
оказывать быструю помощь неисправным машинам. В последние
годы дорожные хозяйства существенно улучшили оснащение
средствами связи.
38. Наблюдения, проводимые дорожной службой
Для эффективной организации зимнего содержания дорог
нужно хорошо знать условия, в которых оно проводится, и иметь
данные для технико-экономических расчетов. Основная часть этих
данных может быть получена путем ьГаблюдений, которые 'должны
систематически проводиться работниками дорожно-эксплуатацион-
ной службы.
Одним из важнейших факторов, о котором необходимо иметь
данные, является объем снегоприноса. В гл. 2 описаны способы
определения объемов снегоприноса расчетным путем. Важно,
однако, получить фактические данные об объеме снегоприноса путем
непосредственных измерений. Наличие фактических данных позволяет
проверить достоверность расчетоз, а если измерения ведутся в
течение достаточного числа лет, то они дают возможность установить
пределы колебаний объемов снегоприноса в разные зимы.
Для определения объемов снегоприноса организуют снегомерные
пункты у защитных линий. Места для снегомерных пунктов
выбирают с таким расчетом, чтобы иметь хотя бы один пункт на каждом
участке, где условия приноса снега к дороге существенно
отличаются от условий приноса на соседних участках (в основном об этом
можно судить по рельефу местности и наличию растительности,
которая может ограничивать снегопринос к дороге). ЕсЛи таких пум к
г»!
I'AW/WZi
Рис. 69. Снегомерный пункт:
/ — дорога; 2 — рейки; 3 — снегозащитный забор
тов имеется достаточно, то получаемые на них данные позволяют
исчерпывающим образом судить о величине объемов снегоприноса
по всему протяжению дороги.
На снегомерном пункте (рис. 69) разбивается реечный створ
перпендикулярно к линии снегозащитных устройств или
насаждений. Длина створа должна быть достаточной, чтобы рхватить всю
ширину поперечного сечения снежных валов, образующихся у
защитных линий. Высота реек должна быть больше высоты
возможных снежных отложений (иногда по мере занесения реек их
приходится наращивать). На рейках наносят деления через каждые 10 см
по высоте. Нижнее нулевое деление располагается на уровне
поверхности земли. Расстояние между рейками от 2 до 4 м. На
меньших расстояниях рейки размещают в тех местах, где можно
ожидать переломы профиля снежных отложений. Зимой по рейкам
после каждой метели, снегопада или оттепели замеряют высоту
снежных отложений и заносят результаты измерений в специальный
журнал. Чтобы точно определить объем и форму отложений, замеры
в необходимых случаях производят между рейками, протыкая
снежный вал переносной рейкой.
По окончании зимы вычерчивают поперечные профили снежных
отложений, подсчитывают площадь полученных сечений и по ним
определяют объем снегоприноса.
Другим важным видом наблюдений является определение
объемов снегоотложений на проезжей части с целью установления
объемов снегоуборки для расчета потребности в снегоочистительных
машинах. Получить такие данные можно, производя измерения
снегоотложений на занесенных участках до начала их расчистки.
Занесенный участок разбивается по длине на несколько отрезков е
разной высотой снежных отложений. На каждом отрезке измеряют
высоту снежных отложений по оси дороги и на обочинах, протыкая
снег переносной металлической тростью. Измерения делают через
каждые 10 м. Суммируя высоты, полученные при измерениях, и
деля сумму высот на число замеров, получают среднюю высоту
снежного слоя Лср на отрезке, а затем вычисляют объем
снегоуборки
Го.р = Blh
ср»
(130
где В — ширина дорожного полотна, м;
/ — длина отрезка, для которого вычисляют W0A
192
Таблица 30
Дата
Характер
метелевого
1 явления и
его
жительность, ч
Занесенные участки
От
(км, пк)
До
(км, пк)
;
Протяжение,
м
Ширина
1
земляного
i
полотна, м
1 Толщина снежных отложений, м
На оси
дороги,
КС
На
правой
обочине, м
На
левой
обочине, м
Средняя
толщина
отложений
на
поперечнике, м
Объем
снежных
ложений, м8
Результаты измерения заносят в журнал (табл. 30).
Необходимо также регистрировать все случаи образования
зимней скользкости на дорогах с указанием: даты, места, где
образовалась скользкость, вида скользкости, температуры воздуха,
принятых мер.
В лавиноопасных районах следует регистрировать все случаи
схода лавин и образования завалов на дорогах. При этом в журнал
заносят, адрес места, где сошла лавина (наименование дороги, км,
пк); дату схода, размеры лавинного завала, образовавшегося на
дороге (протяжение, высота снежных отложений, примерный
объем), время, затраченное на расчистку (количество машино-часов с
указанием наименования машин, участвовавших в расчистке),
продолжительность перерывов движения.
В районах, где образуются наледи, регистрируются все случаи
их образования с указанием: места возникновения наледи, даты,
причин, вызвавших возникновение наледи, принятых мер по ее
ликвидации.
Данные наблюдений, проводимых дорожной службой, являются
ценным материалом, на котором основывается разработка
проектных, строительных и эксплуатационных мероприятий по улучшению
зимнего содержания дорог.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аккур атов В. Н. Основы предсказания некоторых типов лавин. —
Известия Всесоюзного географического общества. Т. 92. М.: 1960, с. 420—426.
2. Б я л о б ж е с к и й Г. В., А м б р о с Р. А. Повышение эффективности и
экономичности снегозадерживающих устройств. М.: Автотрансиздат, 1956. 103 с.
3. Б я л о б ж е с к и й Г. В., Д ю н и н А. К., Денисов Б. Н. . Зимнее
содержание автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1966. 224 с.
4. Б я л о бжески й Г. В., Матякин Г. И., Прохорова, 3. А.
Применение узких снегозащитных лесных полос на автомобильных дорогах. М.:
Автотрансиздат, 1960. 40 с.
5. Г м о т и н с к и й В. Г. Проходимость зимних дорог автотранспортом. —
В кн.: Труды совещания по проходимости колесных и гусеничных машин по
целине" и грунтовым дорогам. М.: изд. АН СССР, 1950, с. 175—194.
6. Дюнин А. К. Механика метелей. Новосибирск: изд. СОАН СССР, 1963.
378 с.
7. Дюнин А. К. Механика сильных метелей. В кн.: Вопросы
проектирования железных дорог в условиях Сибири и Дальнего Востока. Снежные заносы
и лавины. — Тр. НИИЖТ. 1974, вып. 159, с. 3—110.
8. Дюнин А. К. Испарение снега. Новосибирск: изд. СОАН СССР, 1961.
120 с.
9. Дюнин А. К., Матвиенко В. С. Механика горных метелей.— В кн.:
Материал гляциологических исследований. Хроника, обсуждения. Вып. 23. М.: изд.
Института географии АН СССР, 1974, с. 136—141.
10. Дюнин А. К. Противолавинные сооружения. — В кн.: Справочник по
земляному полотну эксплуатируемых железных дорог. М.: Транспорт, 1978,
с. 346—350.
11. Исаенко Э. П. Особенности изысканий на лавиноопасной территории
и методы защиты железных дорог от снежных лавин. — В кн.: Защита
железных дорог от снежных ла,вин. — Тр. НИИЖТ, 1975, вып. 169, с. 3—ИЗ.
12. Киши некий М. И. Исследования по эксплуатации автомобильных
и тракторных лесовозных поездов и по устройству зимних дорог. Л.: изд.
Ленинградской лесотехнической академии, 1969. 52 с.
13. Коз и к СМ. Расчет движения снежных лавин. Л.: Гидрометиздат,
1962. 76 с.
14. Комаров А. А. Предупреждение снежных заносов на дорогах
Заполярья. Новосибирск: изд. СОАН СССР, 1965. 158 с.
15. Кунгурцев А. А. Методические рекомендации по зимнему
содержанию автомобильных дорог в Казахстане. Алма-Ата: 1973. 241 с.
16. Кунгурцев А. А. Районирование СССР по условиям снегоборьбы на
дорогах. — Автомобильные дороги, 1964, № 1, с. 15—16.
17. Каменская К. Г. Аэродинамика и снегозадерживающая способность
снежных валиков, снежных стенок и траншей. — В кн.: Борьба с заносами и
лавинами на железных дорогах. — Тр. НИИЖТ, 1969, вып. 89, с. 45—55.
18. М е л ьн и к Д. М. О законах переноса снега и их использовании в снего-
борьбе. — Техника железных дорог, 1952, № И, с. 13—15.
19. Некрасов В. К. Незаносимость дороги снегом — важнейший
показатель ее работоспособности. —^Автомобильные дороги, l$g9. № 12. с. 14—16.
20. Потапов М. Г. Защита железнодорожного пути от снега. М.: Транс-
желдориздат, 1958. 120 с.
21. Рихтер Г. Д. Снежный покров, его формирование и свойства. М.—Л.:
изд. АН СССР, 1945. 118 с.
194
22. С а в к о Н. Ф. Расчет и конструирование зимних автомобильных дорог.
М: Транспорт, 1969. 127 с.
23. Тушинский Г. К. Лавины, возникновение и защита от них. М.:
Государственное изд-во географической литературы, 1949. 214 с.
24. Тушинский Г. К. Защита автомобильных дорог от лавин. М.: Авто-
трансиздат, 1960. 152 с.
25. Уткин Б. В. Механизм формирования линзовидного льда в водотоках и
грунтах. — В кн.: II Международная конференция по мерзлотоведению. Якутск:
Якутское книжное изд-во, 1973. с. 93—95.
26. Щербаков М. П. Способ прогноза лавинной опасности на Тянь-
Шане. М.: изд. АН СССР, 1966, с. 100—111.
27. Я Д р о ш н и к о в В. И. Исследование взаимодействия движущихся
снежных масс с препятствиями. — В кн.: Вопросы проектирования железных дорог
в сложных физико-географических условиях. — Тр. НИИЖТ, 1979, вып. 195,
с. 29—47.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
Глава 1. Общие положения зимнего содержания дорог 5
1. Особенности проезда и требования к состоянию автомобильных дорог
зимой 5
2. Факторы, влияющие на состав работ и трудность зимнего содержания
дорог 10
3. Условия зимнего содержания дорог в разных районах 14
Глава 2. Основы теории переноса и отложения снега 2!
4. Основы теории метелей 21
5. Особенности горных метелей 33
6. Снегозаносимость дорог 37
7. Объем снегопереноса и его определение 49
8. Принципы действия снегозащит различных типов 54
Глава 3. Способы защиты дорог от снежных заносов и очистки их от
снега 62
9. Способы защиты дорог от заносов 62
10. Снегозадерживающие устройства 62
11. Заборы снегопередувающего действия 74
12. Снегозащитные насаждения 77
13. Комплексная снегозащита 83
14. Очистка дорог от снега * . 84
Глава 4. Борьба с зимней скользкостью 94
15. Виды зимней скользкости 94
16. Химический способ 96
17. Фрикционный способ '. . 105
18. Тепловой способ 107
19. Распределительные машины 108
Глава 5. Защита от лавин на горных дорогах 116
20. Процесс лавинообразования и классификация лавин 116
21. Оценка лавинной опасности при строительстве и эксплуатации
автомобильных дорог 118
22. Устойчивость снега на склоне 121
23. Расчет движения и удара лавины 123
24. Защита от снежных лавин 123
Глава 6. Борьба с наледями 135
25. Виды наледей и особенности их развития 135
26. Районы распространения притрассовых наледей 136
27. Средства борьбы . . . 14Q
28. Безналедный пропуск водотока через водопропускное сооружение . . 144
29. Зарубежный опыт 147
196
Глава 7. Автозимники и ледяные переправы 14$
30. Виды автозимников 14&
31. Особенности снегоуплотнения 150
32. Расчет прочности ледяного и снежного покрытия 153-
33. Технология строительства автозимников 156
Глава 8. Организация зимнего содержания дорог 162
34. Базы и технические средства 162
35. Расчет потребности в машинах 170
36. Экономика зимнего содержания 177
37. Подготовка и проведение зимнего содержания дорог 187
38. Наблюдения, проводимые дорожной службой 191
Список литературы . 194
Григорий Валерианович Бялобжеский,
Аркадий Константинович Дюнин,
Леонид Николаевич Плакса,
Леонид Михайлович Рудаков,
Борис Васильевич Уткин
ЗИМНЕЕ СОДЕРЖАНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Обложка художника Н. Н. Аникушина
Технический редактор Р. А. Иванова
Корректор-вычитчик С. Н. Пафомова
Корректор М. Ю. Ляхович
ИБ № 2252
Сдано в набор 07.01.83. Подписано в печать 12.05.83. Т-10760.
Формат 60X90Vie. Бум. тип. № 2. Гарнитура литературная. Высокая печать.
Усл. печ. л. 12,5. Усл. кр.-отт. 12,63. Уч.-изд. л. 14,16. Тираж 23.000 экз. Заказ 1049.
Цена 70 коп.
Изд. № 1-3-1/15 № 1121.
Ордена «Знак Почета» издательство «ТРАНСПОРТ», 107174, Москва, Басманный туп., 6а
Московская типография № 8 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли,
Хохловский пер., 7.
Государственный комитет СССР по делам издательств,
полиграфии и книжной торговли
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ТРАНСПОРТ»
Имеются в продаже книги и плакаты:
Автомобильные дороги Севера. — 1981.— 248 с.— 1 р. 10 к.
Бялобжеский Г. В. Дорога и грозные явления природы. — 2-е и.*д.,
перераб. и доп. — 1981.— 144 с.— 35 к.
Зайцев Л. К. и др. Экономика, организация и планирование
строительства и эксплуатации городских дорог: Учеб. пособие для техникумов. — 3-е изд.,
перераб. и доп.— 1981.— 248 с.— 70 к.
Строительство сельских дорог/Под ред. А. К. Славуцкого.— 1982. — 296 с.—
1р.
Укрепленные грунты: (Свойства и применение в дорожном и аэродромном
строительстве).— 1982.— 232 с— 1 р. 20 к.
Техника безопасности при строительстве, ремонте и содержании
автомобильных дорог: Комплект из 6 плакатов.— 1982.— 6 л.— 1 р. 20 к.
Продажа производится
отделениями издательства «Транспорт», центральным магазином
«Транспортная книга» (107078, Москва, Садовая Спасская ул., д. 21). Отдел «Книга —
почтой» указанного магазина (113114, Москва, 1-й Павелецкий пр., д. 1/42, корп. 2)
и отделения издательства высылают литературу наложенным платежом.