Защита дорог от снежных заносов

Общие положения. Заносимые участки 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 или 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 зашиты. Строительство сооружений, полностью защищающих дорогу от попадания снега, кроме противолавинных галерей, еще только начинает находить применение в мировой практике.

Мероприятия по защите дорог от снежных заносов или уменьшению заносимости разрабатывают после выявления причин образования снежных заносов и осуществляют в первую очередь на сильнозаносимых, а затем на других участках (табл. 15.6).

Таблица 15.6

Очерёдность проведения мероприятий	Категория снегозаносимости	Краткая характеристика параметров
Участки дорог, на которых мероприятия по снегозащите проводятся в первую очередь	Сильнозаносимые участки	Нераскрытые выемки, снегоёмкость подветренного откоса которых меньше суммарного объема снега, приносимого метелями и выпадающего при снегопадах
Участки дорог, на которых мероприятия по снегозащите проводятся во вторую очередь	Среднезаносимые участки	Полувыемки-полунасыпи. Раскрытые выемки. Нулевые места и насыпи, имеющие высоту менее высоты снежного покрова
Участки дорог, на которых мероприятия по снегозащите проводятся в третью очередь	Слабозаносимые участки	Насыпи с ограждениями безопасности. Пересечения в одном уровне. Насыпи с высотой, меньше незаносимой (определяются в соответствии с п. 6.33 СНиП 2.05.02-85)

Классификация снегозащитных сооружений и устройств и принципы их работы.

По продолжительности службы все снегозащитные сооружения и устройства делят на постоянные и временные. К постоянным относят средства защиты дорог от снежных заносов и сооружения, которые устраивают при строительстве, реконструкции или ремонте дороги на весь срок её службы. Это совершенствование формы и параметров земляного полотна, аккумуляционные полки в выемках; железобетонные или деревянные снегозадерживающие и снегопередувающие заборы; навесы, галереи; снегоизолирующие сооружения и др.

К временным относят средства защиты, которые ежегодно устраивают или устанавливают осенью или в начале зимы. Это 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 преграды с просветами (решёточные).

Снегогасящие свойства преград характеризуются проницаемостью и просветностью. Проницаемость преграды оценивают коэффициентом , где V ₁ - средняя скорость ветра за преградой; V ₂ - средняя скорость ветра на подходах к преграде. Просветность оценивают коэффициентом , где S ₁ - площадь просветов; S ₂ - общая площадь преграды. Для сплошных преград р = 0 и r = 0.

Проницаемость и просветность снегозащитных преград оказывает большое влияние на возникновение вихревых зон около препятствий при прохождении ветрового потока, которые, в свою очередь, существенно влияют на форму и объём задерживаемых снежных отложений.

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. 15.11). При просветности 0,4-0,5 вихревая зона практически отсутствует, а снежный вал за преградой растянут значительно больше, чем за сплошным забором.

Рис. 15.11. Работа снегозадерживающих заборов:
а - сплошной; б - решётчатый;
1 - направление ветровых струй; 2 - первые отложения снега; 3 - окончание активного периода работы заборов; 4 - заборы занесены снегом и больше не работают

У сплошных преград снег сначала откладывается с наветренной стороны. При достижении высоты вала, равной 2/3 высоты преграды, снег начинает откладываться с подветренной стороны. Когда высота отложений достигнет высоты преграды (преграда зарабатывается), поток свободно обтекает препятствие. Откосы с наветренной стороны имеют крутизну 1:5-1:8, с подветренной стороны - 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 снегоотложения. В дальнейшем происходит одновременное образование снежного вала с обеих сторон до полной заработки преграды, при которой крутизна с внутренней стороны составляет 1:8-1:10, а с подветренной 1:9-1:12. Поскольку длина снегоотложений у преград с просветами больше, чем у сплошных преград, они задерживают большее количество снега. Объём снегоотложений при полной заработке преграды называется снегоёмкостью защиты. Её можно определить по приближённой формуле,

W = (1 + п)× Н ²; м³/пог. м, где (15.17)

п - коэффициент, для сплошных преград 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 проницаемыми без завихренных зон с просветностью 0,4-0,5. Расстояние от снегозащитных преград до дороги не должно быть меньше 15 Н, иначе шлейфы отложений достигнут дороги.

Постоянные снегозащитные средства и сооружения. Самым надёжным и экономичным постоянным средством снегозащиты являются снегозащитные лесонасаждения. Они являются основным видом 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.

Принципы работы, порядок создания и ухода за насаждениями изложены в главе 14.

Совершенствование формы и размеров земляного полотна. Одной из причин образования снежных заносов является нарушение требований снегозаносимости при проектировании земляного полотна 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 обтекаемого для снеговетрового потока очертания.

Высоту снегонезаносимой насыпи необходимо определять исходя из двух условий: повышение скорости снеговетрового потока до значения, обеспечивающего перенос снега через земляное полотно без образования снежных отложении; возвышение насыпи над расчётным уровнем снежного покрова с учётом слоя снега, сбрасываемого с поверхности дороги при снегоочистке.

По первому условию высоту снегонезаносимой насыпи определяют по формуле:

Н_н = Н_п + D Н, м, где (15.18)

Н_н - высота незаносимой насыпи, м;

Н_п - расчётная высота снежного покрова с вероятностью превышения 5 %, м;

D Н - возвышение над снежным покровом, обеспечивающее незаносимость насыпи, м. Принимается по СНиП 2.05.02-85 и составляет 1,2 м; 0,7 м; 0,6 м; 0,5 м; 0,4 м соответственно для дорог I, II, III, IV и V категорий. Для выполнения второго условия в формуле вместо Н подставляют значение высоты для снега, сбрасываемого с дороги при снегоочистке Н_сo, которое определяют в зависимости от высоты снежного покрова (рис. 15.12). Из двух значений высоты снегонезаносимой насыпи следует принимать большее.

Рис. 15.12. График необходимого превышения незаносимой насыпи D Н_сo над уровнем снежного покрова (по оси абсцисс отложена высота снежного покрова)

Для улучшения обтекания земляного полотна снеговетровым потоком, особенно на пересечениях дорог, следует по возможности уменьшать количество ограждений, столбиков и других препятствий, задерживающих 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 объём снегоприноса к дороге меньше объёма снега, который может разместиться на подветренном откосе выемки. Условие незаносимости выемок с крутыми откосами имеет следующий вид:

W_OT W_i + W_n, где (15.19)

W_OT - снегоёмкость откоса выемки, м³/пог. м;

W_i - объём снега, попадающего на откос при снегопадах, м³/пог. м;

W_n - объём снега, поступающего к откосу с поля, м³/пог. 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 насыпи.

Исследования канд. техн. наук Е.П. Андрулиониса показывают, что в начале зимы, когда поперечный профиль раскрытых выемок не искажён снегоотложениями, значительная часть переносимого метелями снега действительно проносится через выемки. Однако в процессе очистки дороги поперечный профиль раскрытых выемок неизбежно искажается и количество задерживающегося в них снега быстро растет, пока пронос не прекращается полностью. С этого времени раскрытие выемки прекращается 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, причём уклон их назначается от 1:7 до 1:10. Выемки с таким профилем должны ограждаться снегозащитой;

профиль 2 - выемка с крутыми откосами. Устраивают при глубине более 1,0 м в любой местности, кроме случаев, для которых целесообразно применение профиля 3. Если объем снегоприноса больше снегоёмкости наветренного откоса, выемки с таким профилем должны ограждаться снегозащитой;

профиль 3 - выемка глубиной до 6 м с дополнительной полкой для проезда снегоочистителей и глухой преградой переменной высоты. 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 каждая. Такие полки называют аккумуляционными (рис. 15.13). Размеры полок назначают так, чтобы снег, приносимый за наиболее интенсивную метель, разместился в пределах полки и откоса, а его отложения не выходили на проезжую часть. После метели снег из пределов полки удаляется роторными снегоочистителями.

Рис. 15.13. Выемка с аккумуляционными полками

Снегоёмкость откосов выемки уменьшается по направлению от наиболее глубокого места к входам в выемку. Чтобы избежать уменьшения снегоёмкости откосов, грунт, полученный при разработке выемки, отсыпают в виде кавальеров, высота которых нарастает по направлению к входам в выемку (рис. 15.14).

Рис. 15.14. Кавальеры у входа в выемку

Выемки на кривых в плане отличаются сильной снегозаносимостью. Для уменьшения снегозаносимости и улучшения условий движения в выемках с радиусами закруглений до 300 м срезают внутренний откос.

Надёжным средством зашиты дорог от снежных заносов служат высокие снегозадерживающие заборы. Предельный объём снега, который может задержать забор снегозадерживающего действия, зависит от его высоты. Необходимую высоту забора определяют исходя из объёма снегоприноса к дороге:

где (15.20)

W_сд - объем снегоприноса, м³/м, из расчёта 7 %-ной обеспеченности;

Н_п - средняя многолетняя наибольшая высота снежного покрова в данной местности, м.

Заборы выше 5 м по технико-экономическим соображениям делать не рекомендуется. Если по расчёту требуется большая высота, устраивают два, три и более рядов заборов. Общая снегосборная способность заборов, поставленных в несколько рядов:

где (15.21)

a - коэффициент, характеризующий степень заполнения снегом пространства между рядами заборов (можно принимать а=0,8);

п - количество рядов заборов;

l - расстояние между рядами заборов, м, которое следует принимать равным 30 Н;

К ₁ - опытный коэффициент, равный 8.

Снегозадерживающие заборы бывают двухпанельные (рис. 15.15, а) с просветностью решётки 50 % и однопанельные (рис. 15.15, б) с просветностью решетки 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.

Рис. 15.15. Снегозащитные заборы:
а - двухпанельные; б - однопанельные

В зависимости от направления господствующих метелевых ветров и рельефа местности принимают следующие расстояния установки заборов от дорог (выраженные в высотах заборов): 15-20 высот, если местность горизонтальная или имеет подъём от забора к дороге; 20-25 высот, если местность спускается от забора к дороге (в обоих случаях меньшее расстояние для ветров, подходящих к забору под острым углом, большее - для ветров, угол подхода которых близок к прямому). Если по каким-либо причинам забор нельзя удалить от дороги на нужное расстояние, допускается сократить расстояние до 10 высот при условии уменьшения просветности его решётки до значения Р = 0,3. Расстояние между рядами многорядных заборов следует делать равным 30 высотам. В особенно многоснежные и метелевые зимы можно усиливать забор установкой дополнительных линий переносных щитов.

Снегозадерживающие заборы с изменяющейся просветностью. Основным показателем эффективности снегозащитных устройств является снегозадерживающая или снегосборная способность, которая зависит от геометрических размеров и просветности этих устройств. Исследования канд. техн. наук В.А. Тихонова показали, что каждой скорости ветра при метели соответствует определенная величина просветности, при которой снегосборная способность снегозадерживающего устройства является максимальной (Тихонов В.А. Обоснование требований к параметрам и области применения снегозащитных устройств с изменяющейся просветностью: Дис....канд. техн. наук. - М., 1999. - 250с).

Чтобы обеспечить эффективную работу снегозадерживающего устройства, необходимо, чтобы его просветность изменялась автоматически вместе с изменением скорости ветра:

где (15.22)

Р - требуемая просветность снегозадерживающего устройства, в долях единицы;

а - коэффициент, зависящий от ширины земляного полотна, требований к допустимой толщине слоя снега на ее поверхности и насыщенности метели, колеблется от 0,35 до 0,5;

V - скорость ветра при метели, м/с;

V_к - критическая скорость начала метели, м/с.

Из этой зависимости следует, что чем выше скорость ветра во время метели, тем меньше должна быть просветность (рис. 15.16).

Рис. 15.16. Зависимость оптимальной просветности от скорости ветра при ширине земляного полотна:
1 - 28,5м; 2 - 15м; 3 - 12м

Обеспечить изменение просветности снегозадерживающих устройств можно многими способами. Учитывая различие скорости ветра по высоте, наиболее целесообразно применение устройств с горизонтальным размещением осей вращения элементов (рис. 15.17). Установлено, что при равной высоте заборы с изменяющейся просветностью задерживают снега значительно больше, чем обычные заборы или щиты с постоянной просветностью.

Рис. 15.17. Принцип работы забора с изменяющейся просветностью:
F ₁ - просветность при отсутствии ветра; F ₂ - при максимальной скорости ветра

Заборы снегопередувающего действия составляют особую группу снегозащитных устройств. Их работа основана на увеличении скорости снеговетрового потока в момент его прохождения над дорогой, что предотвращает образование на ней снежных отложений (рис. 15.18). Забор снегопередувающего действия рекомендуется применять при одновременном соблюдении следующих условий: а) господствующие ветры направлены под постоянным углом от 50 до 90° к оси дороги; б) при сухом и легко подвижном снеге; в) при объёме снегопереноса более 300-350 м³/пог. м.

Рис. 15.18. Снегопередувающий забор

Защищать заборами снегопередувающего действия можно выемки глубиной до 5 м, низкие насыпи и нулевые места. Для защиты полувыемок-полунасыпей на косогорах заборы снегопередувающего действия следует применять при условии, если уклон косогора не превышает 45°.

Заборы снегопередувающего действия можно строить из дерева или делать сборными из железобетона или керамзитобетона.

Снегоизолирующие постоянные сооружения предназначены для полной защиты от снегопадов и метелей. Конструктивно такая снегозащита выполняется в виде галерей в горных районах. Для защиты от метелей и снегопадов можно устраивать лёгкие ограждающие конструкции на наиболее опасных по снегозаносимости участках дорог в виде навесов из полиэтиленовых плёнок, надувных навесов или из других лёгких материалов и конструкций (рис. 15.19).

Рис. 15.19. Снегоизолирующие постоянные сооружения

Временные снегозадерживающие устройства. Простейшими из них являются снежные стенки или валы вдоль дороги высотой 0,5-0,8 м, которые устраивают различными снегособирателями (риджерами). Лучше работают стенки с разрывами, стенки из отдельных столбов или пирамид. Снежные валы и траншеи можно устраивать, когда толщина снегового покрова будет не менее 20 см.

Наиболее широко применяют снежные траншеи. Их прокладывают в снежном покрове проходами двухотвальных тракторных снегоочистителей или бульдозеров. Снегосборная способность траншеи (объём снега, который может задержать 1 м траншеи) при глубине 1,5 м и ширине, создаваемой за один проход двухотвального тракторного снегоочистителя, составляет в среднем 12 м³/м. Однако в обычных условиях эта способность значительно меньше.

Снегозащитные траншеи прокладывают в несколько рядов параллельно дороге. Число работоспособных траншей, которое необходимо одновременно иметь для надёжной защиты дороги, назначают с учётом объёма снегоприноса:

Объём снегоприноса, м³/м 100 200 >200

Число работоспособных траншей не менее, шт. 3 4 5

Оптимальное расстояние, которое следует назначать между осями соседних траншей, составляет 12-15 м. Ближайшая к дороге траншея должна быть расположена не ближе 30 м и не дальше 100 м. На расстоянии 12-15 м от старых траншей прокладывают новые.

В начале зимы при небольшой толщине снежного покрова (меньше 0,30 м) траншеи получаются неглубокими и имеют малую снегосборность. В этих условиях целесообразнее устраивать снежные валы.

Переносные деревянные щиты. Наиболее медленно заносятся снегом щиты с неравномерно распределенным заполнением, при котором решётка сгущена в верхней части и разрежена в нижней.

Применяются четыре типа щитов с разреженной нижней частью (рис. 15.20).

Щиты типа I применяют в районах с объёмом снегоприноса более 100 м³/м и скорости ветра более 20 м/с; типа II - в районах с объёмом снегоприноса менее 100 м³/м и скорости ветра более 20 м/с; типа III - при объеме снегоприноса более 100 м³/м в районах со скоростью ветра менее 20 м/с; типа IV- при объёме снегоприноса менее 100 м³/м в районах со скоростью ветра менее 20 м/с.

Рис. 15.20. Типы щитов с разреженной нижней частью:
1 - высота 2 м, общая просветность 50 %, просветность нижней половины 60 %, верхней половины; 40 %
II - высота 1,5м, общая просветность 50 %, просветность нижней половины 60 %, верхней 40 %;
III - высота 2 м, общая просветность 60 %, просветность нижней части 70 %, верхней части 50 %;
IV - высота 1,5 м, общая просветность 60 %, просветность нижней части 70 %, верхней части 50 %

Для надлежащей прочности щитов с разреженной нижней частью их вертикальные планки, которые несут основную нагрузку от ветра в процессе работы, делают толщиной 16 мм, остальные планки (диагонали и горизонтали) имеют толщину 12-13 мм. Наряду с деревянными снегозащитными устройствами в последние годы все шире начинают применять снегозащитные ограждения из синтетических материалов.

Эффективность действия снегозащитных ограждений зависит не только от их конструкции, но и от способов установки и перестановки. Щиты обычно устанавливают к кольям и привязывают к ним. 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 неустойчивы и могут быть повалены, 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 интенсивными метелями вместо сплошных линий можно ставить щитовые линии с разрывами в один щит через каждые три-четыре щита. Щитовые линии с разрывами следует допускать лишь на среднезаносимых и слабозаносимых участках при небольшой интенсивности движения.

Щиты жёсткой конструкции по мере отработки переставляют на вершину образующегося около них снежного вала. Перестановку нужно производить, когда высота вала составит от 2/3 до 3/4 высоты шита (меньший предел для районов с интенсивными метелями). Вместо первой перестановки щиты можно просто поднимать по кольям и привязывать к ним, если колья достаточной высоты.

Щиты очень трудно переставлять при сильном ветре. В районах с интенсивными и продолжительными метелями нередко нет возможности переставить щиты во время метели. В таких районах их ставит в два, фи и более рядов. Расстояние между рядами в многорядных линиях принимают равным 30 высотам щита.

Расстояние установки от дороги одиночных щитовых линий назначают с учётом снегоприноса (для щитов 2-метровой высоты):

Объём снегоприноса, м³/м 25 50 75 >75

Расстояние установки не ближе, м 30 40 50 60

Максимальное удаление одиночных щитовых линий от дороги не должно превышать 100 м. Ближайший к дороге ряд многорядных щитовых линий не должен быть ближе 20 высот щита.

Щитовые линии обычно располагают параллельно дороге, но при преобладании косых ветров (дующих под острыми углами к дороге) рекомендуется ставить через 60 м перпендикулярно к основной щитовой линии короткие звенья щитов с таким расчетом, чтобы концы этих звеньев подходили к дороге не ближе чем на 10-15 м. При постоянстве зимних ветров, устойчиво дующих под острым углом к дороге, можно ограничиться косой установкой звеньев щитов 1 по отношению дороги, но перпендикулярно направлению метелевых ветров (рис. 15.21, а) ближайший к дороге край звена щитов находился не ближе 15 м от бровки земляного полотна.

Рис. 15.21. Особые случаи установки щитовых линий

Места перехода из выемки в насыпь ограждают, как показано на рис. 15.21, б. Концы щитовых линий 2 снабжают разветвлёнными отводами 3 под углами 135° в сторону дороги и 170° от дороги к основной щитовой линии. Между отводом и основной линией делается разрыв в 4 м.

При объёмах снегоприноса до 75 м³/м рекомендуется применять сетки на полимерной основе с просветностью 50-70 % и временные пространственные средства снегозащиты (пластиковые шиты). Расстояние от места установки сеток и временных пространственных средств снегозащиты до бровки земляного полотна должно составлять 30 высот защитной линии (рис. 15.22).

Рис. 15.22. Снегозащитный забор из полимерной сетки

Область применения средств снегозащиты с учётом обеспечения требуемого состояния покрытия проезжей части представлена в табл. 15.7.

Таблица 15.7

Вид защиты	Категория дороги
I	II	III	IV, V
Максимальная расчётная интенсивность снегоприноса, кг/(м-с)
Щиты с просветностью 50 % (высотой 2 м)	0,2	0,2(12)	0,1(10)	0,1(10)
Сетки с просветностью 50 % (высотой 2 м)	0,2	0,2(12)	0,1(10)	0,1(10)
Снегозадерживающие заборы с просветностью 35 % (высотой 5 м)	0,6(17)	0,6(17)	0,4(16)	0,4(16)
Временные пространственные средства снегозащиты	0,6(17)	0,6(17)	0,4(16)	0,4(16)
Устройства с изменяющейся просветностью (высотой 2 м)	Могут применяться при метелях любой интенсивности
Снегозащитные лесные полосы
Снежные траншеи (не менее 3 рядов)	0,1	0,1	0,1	0,1
Снегопередувающие заборы	Не применимы	Применимы при интенсивности метелей 1,0 кг/(м×с)

Примечание. В скобках указана скорость ветра, м/с.

Дата добавления: 2015-06-04