Способы защиты от снежных заносов, виды снегозадерживающих устройств
Под снегозаносимостъю понимают подверженность дорог образованию снежных заносов. Количественной характеристикой снегозаноси-мости является отношение объема снега, отложившегося на дорожном полотне, к общему количеству снега, принесенного метелями к дороге.
Снег из снеговетрового потока выпадает там, где по каким-либо причинам снижается скорость потока и уменьшается транспортирующая способность в приземном слое. Если скорость потока перед преградой и1; а за преградой v2, причем vx > v2, то уменьшение транспортирующей способности насыщенной метели за преградой
(10.9)
Эта часть переносимого снега выпадает из потока около преграды. Чем сильнее тормозится ветер над насыпью, выемкой или у какой-либо преграды, тем вероятнее отложение снега. На принципе замедления скорости и уменьшения транспортирующей способности снеговетрового потока основана работа снегозадерживающих устройств.
Главнейшим фактором, от которого зависит снегозаносимость дороги, является ее поперечный профиль. Чтобы обеспечить снегонезаносимость дороги, необходимо выполнить два основных требования к поперечному профилю: земляное полотно должно быть аэродинамически обтекаемым для ветра без образования вихревых зон; скорость ветра над всей поверхностью дороги должна быть достаточной для сдувания попадающего на нее снега. Возникающие около земляного полотна или преград зоны завихрения оказывают тормозящее действие на движение приземного слоя снеговетрового потока и способствуют увеличению снежных отложений. Дорога представляет собой препятствие, у которого возникает зона затишья, называемая ветровой и аэродинамической тенью.
Любые препятствия и неровности на поверхности земляного полотна и проезжей части могут вызвать снежные отложения. Поэтому нельзя допускать неправильной снегоочистки. Наличие снежных валов, колей, несвоевременное удаление снегопадных отложений, применение снегоочистителей с малой дальностью отбрасывания ухудшают обтекаемость
дороги и усиливают ее снегозаносимость. Движущийся поток автомобилей по дороге во время метели также способствует снегоотложениям. По степени заносимости все участки делят на снегонезаносимые и снегозаносимые. К снегонезаносимым относят участки, пересекающие лесные массивы, а также сады и кустарники, если их ширина не менее 100-250 м с каждой стороны дороги; выемки глубже 8,5 м при годовом снегоприносе до 100 м3 на 1 м дороги; участки, пересекающие крупные населенные пункты с застройкой по обеим сторонам дороги; насыпи высотой не меньше требуемой по снегозаносимости.
Снегозаносимые участки делят на три категории: слабозаносимые - насыпи, высота которых равна или больше толщины снежного покрова Нп, но не больше высоты снегонезаносимой насыпи Ни; насыпи с барьерами безопасности; пересечения в одном уровне; среднезаносимые - раскрытые выемки; полувыемки-полунасыпи; нулевые места и невысокие насыпи (ниже НП); пересечения в разных уровнях; участки, проходящие через небольшие населенные пункты в районах с интенсивными общими метелями; сильнозаносимые - нераскрытые выемки, подветренный откос которых не может вместить снег, приносимый метелями и выпадающий при снегопадах; все выемки на кривых в плане.
Способы защиты дорог от снежных заносов.Заносимые участки можно защитить от снежных заносов тремя путями: задержать переносимый метелью снег на подступах к дороге и вызвать образование снежных отложений на безопасном расстоянии или в заранее подготовленном месте; увеличить скорость снеговетрового потока над дорогой и предотвратить снежные отложения на дороге; полностью укрыть дорогу от снега с помощью специальных сооружений.
Практическое использование получили два первых способа. Строительство сооружений, полностью защищающих дорогу от попадания снега, кроме противолавинных галерей, еще только начинает находить применение в мировой практике. По продолжительности службы все снегозащитные сооружения и устройства делят на постоянные и временные.
К постоянным относят средства защиты, которые устраивают при строительстве, реконструкции или ремонте дороги на весь срок ее службы: снегозащитные лесонасаждения, совершенствование форм и параметров земляного полотна, аккумуляционные полки в выемках; железобетонные или деревянные снегозадерживающие и снегопередувающие заборы; навесы, галереи и т.д.
К временным относят средства защиты, которые ежегодно устраивают или устанавливают осенью или вначале зимы: снежные валы и снежные траншеи; деревянные переносные щиты; сетки, полотна и ленты из полимерных или бумажных материалов и др.
По принципу работы снегозадерживающие устройства могут быть разделены на две группы: работающие как сплошные (глухие) преграды и как преграды с просветами (решетчатые). Снегогасящие свойства преград характеризуют проницаемостью и просветностью. Проницаемость преграды оценивают коэффициентом r = v1/v2 (где vx-средняя скорость ветра за преградой; v2-
к преграде).
Просветность оценивают коэффициентом р = S1/S2, где S1-площадь просветов; S2 — общая площадь преграды (для сплошных преград р = 0 и г = 0).
Большое влияние на работу снегозадерживающих преград оказывают вихревые зоны, возникающие около препятствий при прохождении ветрового потока. Обратные течения воздуха в вихревых зонах сгоняют снег к преграде, которая заносится с образованием обтекаемой поверхности отложившегося снега. За сплошной преградой формируется мощная вихревая зона (рис. 10.2).
При просветности 0,4-0,5 эта зона практически отсутствует, а снежный вал за преградой растянут значительно больше, чем за сплошным забором.
У сплошных преград снег сначала откладывается с наветренной стороны. Достигнув высоты вала, равной 2/з Н, снег начинает откладываться с подветренной стороны. Когда высота отложений достигнет высоты преграды (преграда зарабатывается), поток свободно обтекает препятствие. Откосы с наветреной стороны имеют крутизну 1:5-1:8, с подветрен-ной-1:8-1:10.
У преграды с просветностью снег вначале задерживается в виде слоя высотой до 15 см с наветренной стороны.
Далее снеговетровой поток, проходя с повышенной скоростью через просветы, проносит снег за преграду, где скорость ветра внезапно снижается и возникают отложения. В дальнейшем происходит одновременное образование снежного вала с обеих сторон до полной заработки преграды, при которой крутизна откосов с наветренной стороны составляет 1:8-1:10, а с подветренной - 1:9-1:12. Поскольку длина отложений у преград с просветами больше, чем у сплошных преград, они задерживают- больше снега. Объем снегоотложений при полной заработке преграды называют снегоемкостью защиты. Ее можно определить по приближенной формуле (м3/м)
W=(1+n)H2, (10.10)
где п- коэффициент (для сплошных преград равен 7-9, для преград с просветностью - 8-12).
Исследования проф. А. К. Дюнина и канд. техн. наук Г. В. Бялобжеского показали, что оптимальные снегозадерживающие устройства должны быть проницавшими без завихренных зон c просветностью 0,4-0,5. Расстояние от снегозащитных преград до дороги не должно быть меньше 15 Я, иначе шлейфы отложений достигнут дороги.
Постоянные снегозащитные средстваи сооружения.Самым надежным и экономичным постоянным средством снегозащиты являются снегозащитные лесонасаждения - основной вид защиты автомобильных и железных дорог от снежных заносов. Однако и они обладают рядом недостатков: для их размещения вдоль дорог необходимы значительные земельные площади; лесные насаждения медленно растут и вступают в работу; они требуют постоянного ухода.
Совершенствование формы и размеров земляного полотна.Одна из причин образования снежных заносов - нарушение требований снегозаносимости к параметрам и форме земляного полотна на стадии проектирования или отступления от проектных решений при строительстве; особенно часто эти нарушения и отступления встречаются на участках выемок, поэтому служба эксплуатации дорог в процессе ремонта выполняет работы по приданию земляному полотну обтекаемого профиля, уполаживанию откосов, поднятию насыпей и др.
Главными мерами, обеспечивающими незаносимость насыпей, являются подъем земляного полотна до незаносимой отметки и придание поперечному профилю дороги очертания, обтекаемого для снеговетрового потока. Высота незаносимой насыпи (м)
НН = НП + ΔН, (10.11)
Нп - расчетная высота снежного покрова с вероятностью превышения 5%, м;
ΔН - возвышение над снежным покровом, обеспечивающее незаносимость насыпи, м (принимают по СНиП 2.05.02-85).
Для улучшения обтекания земляного полотна снеговетровым потоком особенно на пересечениях дорог следует по возможности уменьшать число ограждений, ориентирующих столбиков и других препятствий, которые могут задерживать снег, переносимый метелью. На участках выемок чаще всего уполаживают откосы, устраивают аккумуляционные полки или полости. При этом исходят из того, что выемки с крутыми откосами незаносимы, если объем снегоприноса к дороге меньше объема снега, который может разместиться на подветренном откосе выемки. Условие незаносимости выемок с крутыми откосами (м3/м)
Wот≥Wi+Wп, (10.12)
Wt —объем снега, попадающего на откос при снегопадах, м3/м;
Wn-объем снега, поступающего к откосу с поля, м3/м.
Обычно в выемках глубиной от 1 до 6 м откосы уполаживают от 1:4 до 1:6. Чтобы обеспечить незаносимость выемок глубиной до 1 м, их раскрывают или разделывают под насыпь.
Исследования канд. техн. наук Е. П. Андрулиониса показывают, что в начале зимы, когда поперечный профиль раскрытых выемок не искажен отложениями, значительная часть переносимого метелями снега действительно проносится через выемки. Однако в процессе очистки поперечный профиль раскрытых выемок неизбежно искажается и количество задерживающегося в них снега быстро растет, пока пронос не прекращается полностью. С этого времени раскрытые выемки превращаются в сильно заносимые. По указанным причинам такие выемки везде ограждают средствами снегозащиты. В процессе ремонта рекомендуется доводить параметры выемок до следующих профилей:
профиль 1 -раскрытая выемка глубиной до 1 м. Откосы таких выемок разрешается запахивать, причем уклон их назначается от 1:7 до 1:10. Выемки с таким профилем должны ограждаться снегозащитой;
профиль 2-выемка с крутыми откосами. Их устраивают при глубине более 1 м в любой местности, кроме случаев, для которых целесообразен профиль 3. Если объем снегоприноса больше снегоемкости неветренного откоса, выемки с таким профилем надо ограждать снегозащитой;
профиль 3- выемка глубиной до 6 м с дополнительной полкой для проезда снегоочистителей и глухой преградой переменной высоты (рис. 10.3)
.
Рекомендуется для участков с особенно ценными сельскохозяйственными землями, где экономически нецелесообразно размещать на полях вдоль дорог снегозащитные устройства постоянного типа или насаждения. В таких выемках с обеих сторон (или с одной, если метелевые ветры имеют устойчивое одностороннее направление) устраивают полки-резервы шириной 4 м и более. Такие полки называют аккумуляционными. Размеры их назначают так, чтобы снег, приносимый за наиболее интенсивную метель, разместился в пределах полок и откосов, а его отложения не выходили за проезжую часть [5, 18].
После метели снег из пределов полок удаляют роторными снегоочистителями.
Снегоемкость откосов выемки уменьшается по направлению от наиболее глубокого места к входам и выемку. Чтобы избежать уменьшения снегоемкости откосов, грунт, полученный при разработке выемки, отсыпают в виде кавальеров, высота которых нарастает по направлению к входам в выемку (рис. 10.4).
Участки дорог, где нельзя уменьшить снегозаносимость совершенствованием форм земляного полотна, защищают от снежных заносов лесонасаждениями, заборами или другими средствами. Надежным средством защиты дорог от снежных заносов являются высокие снегозадерживающие заборы: двухпанельные с просветностью решетки 50% и однопанельные с просветностью решетки до 70% (рис. 10.5).
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 бывают из дерева или сборные из железобетона.
В зависимости от направления господствующих метелевых ветров и рельефа местности заборы устанавливают на расстоянии h = (15 ÷25) Н3 от дороги (где Н3-высота забора). Высоту забора определяют исходя из объема снегоприноса к дороге (м)
(10.13)
Где Wc.д.- объем снегоприноса, м3/м, из расчета 7% обеспеченности;
Нп – 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 (м3/м),
W3 = 0,8 ( n-1) Нзl+ 8H32, (10.14)
где n -число рядов заборов; H3—высота забора, м; l-расстояние между рядами заборов, м, которое следует принимать равными ЗОH.
Заборы снегопередуеающего действия (рис. 10.6) составляют особую группу снегозащитных устройств.
Их работа основана на увеличении скорости снеговетрового потока в момент прохождения над дорогой, что предотвращает образование на ней снежных отложений. Заборы снегопередувающего действия рекомендуются при одновременном соблюдении следующих условий: господствующие ветры направлены под постоянным углом от 50 до 90° к оси дороги; сухой и легкоподвижный снег; объем снегопереноса более 300-350 м3/м.
Защищать заборами снегопередувающего действия можно выемки глубиной до 5 м, низкие насыпи и нулевые места. Для защиты полувыемок-полунасыпей заборы снегопередувающего действия следует применять, если уклон косогора не превышает 45°. Заборы снегопередувающего действия могут быть из дерева или сборные из железобетона и керамзитбетона.
Снегоизолирующие постоянные сооружения (рис. 10.7) предназначены для полной защиты дороги от снегопадов и метелей.
Конструктивно такая снегозащита выполняется в виде галерей в горных районах. Для защиты от метелей и снегопадов можно устраивать легкие ограждающие конструкции на наиболее опасных по снегозаносимости участках в виде навесов из полиэтиленовых пленок, надувных навесов или других легких материалов и конструкций.
Временные снегозадерживающие устройства.Простейшие из них снежные стенки или валы высотой 0,5-0,8 м, которые устраивают снегособирателями (риджерами). Лучше работают стенки с разрывами или из отдельных столбов и пирамид. Снежные валы можно устраивать, когда толщина снегового покрова не менее 20 см.
Наиболее распространенным видом защитных устройств из снега являются траншеи, которые выкатывают с помощью двухотвальных снегоочистителей или бульдозеров. Снегосборная способность траншеи при глубине 1,5 м и ширине 3-4 м, . создаваемой за один проход двух-отвального тракторного снегоочистителя, составляет около 12 м3/м. Снегозащитные траншеи прокладывают в несколько рядов параллельно дороге. Число траншей, которое необходимо одновременно иметь для надежной защиты дороги, зависит от объема снегоприноса:
Объем снегоприноса до 100 м3/м траншей не менее 3
Объем снегоприноса до 200 м3/м траншей не менее 4
Объем снегоприноса >200 траншей не менее 5
Оптимальное расстояние между осями соседних траншей составляет 12-15 м. Ближайшая траншея должна быть расположена от дороги не
ближе 30 м и не дальше 100 м. После заполнения траншей снегом до половины глубины их прочищают машинами. Когда толщина снегоотложений в траншеях достигнет 1,0-1,5 м, их не возобновляют, а на расстояниях 12-15 м от старых траншей прокладывают новые.
Переносные деревянные щиты - маневренное средство снегозащиты - могут применяться в качестве самостоятельного средства защиты дорог от снежных заносов и как средство усиления посадок или заборов. Значительно меньше заносятся снегом щиты с неравномерно распределенным заполнителем, при котором решетка сгущена в верхней части и разрежена в нижней.
Применяются четыре типа щитов с разреженной нижней частью (рис. 10.8):
Тип I -щиты высотой 2 м с общей просветностью 50%, просветностью нижней половины 60%, верхней-40%;
тип II-щиты высотой 1,5 м с общей просветностью 50%, просветностью нижней половины 60%, верх-ней-40%;
тип III-щиты высотой 2 м с общей просветностью 60%, просветностью нижней части 70%, верхней-50%;
тип IY-щиты высотой 1,"5 м с общей просветностью 60%, просвет-ностью нижней части 70%, верхней-50%.
Щиты типа I применяют в районах с объемом снегопереноса более 100 м3/м и скоростью ветра более 20 м/с; щиты типа II - врайонах с объемом снегопереноса менее 100 м3/м и скоростью ветра более 20 м/с; щиты типа III - при объеме снегопереноса более 100 м /м в районах со скоростью ветра менее 20 м/с; щиты типа IY - при объеме снегопереноса менее 100 м3/м в районах со скоростью ветра менее 20 м/с.
Наряду с деревянными снегозащитными устройствами начинают использовать щиты из пластмассовых материалов. Щиты привязывают к кольям. Расстояние от дороги до щита назначают равным 15-20 высотам щита, между рядами в многорядных щитовых линиях, равным 25-30 высотам щита.
Щитовые линии в один -три и более рядов обычно располагают параллельно дороге, если преобладают косые ветры (дующие под острыми углами к дороге), рекомендуется ставить короткие звенья щитов перпендикулярно к основной щитовой линии с таким расчетом, чтобы концы этих звеньев подходили к дороге не ближе чем на 10-15 м.
По мере отработки щиты переставляют на вершину образующегося около них снежного вала. Перестановку нужно производить, когда высота вала составит от 2/з до 3/4 высоты щита.
При объемах снегоприноса до 75 мэ/м можно применять временные пространственные снегозащитные средства, предложенные канд. техн. наук В. А. Коломийцем. Они могут иметь рулонное или листовое заполнение (рис. 10.9).
Их устанавливают параллельно оси дороги на расстоянии ЗОН от бровки земляного полотна.
В зарубежной практике широкое применение находит сетка на полимерной основе, которая крепится к кольям (стойкам) на высоте 30 см над уровнем земли. Снегозащитное устройство из сетки должно находиться на расстоянии 60 м от бровки земляного полотна защищаемой дороги. Рекомендуемая просветность сетки 55%, размер ячеек 30 х 30 мм и перемычек 10 мм при ширине рулона 1300-1500 мм. Для удобства эксплуатации рекомендуются рулоны длиной 20-30 м.
Эффективны снегозадерживающие заборы (рис. 10.10),
просветность которых непрерывно изменяется в зависимости от скорости ветра, позволяя значительно увеличить объем задерживаемого снега. Конструкция такого забора разработана в Гипродорнии.
Комплексная снегозащита дорог. Широко применяется комплекс временных и постоянных средств защиты дорог от снежных заносов. Общая снегоемкость комплексной снегозащиты
(10.15)
W=WBP+ Wnoc,
где Wвp-суммарная снегоемкость временной снегозащиты; Wnoc- суммарная снегоемкость постоянной снегозащиты.
Простейший вид комплексной защиты - сочетание снежных валов и траншей с переносными решетчатыми щитами. При неоднократной перестановке щитов и устройстве траншей за зиму это позволяет задерживать до 200 м3/м. Некоторые варианты комплексной снегозащиты из простейших средств приведены в табл. 10.4.
Оптимальный комплекс средств защиты определяют на основе расчета общей (абсолютной) и сравнительной экономической эффективности.