Воздействие наледей на сооружения. Закупорка отверстий мостов и труб

Из всех вредных воздействий, какие оказывают наледи на искусственные сооружения, закупорки наледным льдом отверстий мостов и труб являются наиболее частыми и приводящими к значительным трудовым и денежным затратам для их устранения.

Образование наледи, как правило, происходит на некотором расстоянии выше искусственного сооружения. От места выхода на поверхность наледная вода растекается вниз по реке или логу, проходит через отверстие моста или трубы и замерзает в зоне искусственного сооружения, создав на поверхности речного льда элементарный слой наледного льда. При повторном цикле растекания наледной воды в отверстии искусственного сооружения создается дополнительный слой наледного льда.

Многократно повторяясь, наледный процес9 приводит к тому, что отверстие искусственного сооружения частично или полностью оказывается заполненным наледным льдом. Когда наступает весна, через закупоренные отверстия сток весенних вод происходить не может — весенняя вода переливается в пониженных местах через земляное полотно дороги и размывает его.

Отверстие деревянного моста через ручей Михалыч на автодороге Магадан - Усть-Нера ежегодно закупоривалось наледью (рис. 27). Ручей образуется на расстоянии 3 км выше моста из многих родничков, которые вытекают в основании щебенистого склона. Через 1—1,2 км отдельные ручьи, собираются в единое русло, которое к месту подходит концентрированным потоком.

Русло и поймы ручья Михалыч сложены гравийно-песчаными и щебенистыми отложениями мощностью 2—2,5 м, которые подстилаются слабо фильтрующим пылеватым суглинком. Выше автомобильной дороги поймы покрыты густой растительностью: карликовой березой, кустарником, мхом, травой. На расстоянии 72—78 м находится давно не эксплуатируемое и полуразрушенное земляное полотно узкоколейной железной дороги (рис. 28) . Ниже автомобильной дороги, наоборот, на пойме растительности мало; промерзание грунта здесь происходит быстрее и глубже.

Рис. 28. Схема образования наледи у моста через ручей Михалыч на автодороге Магадан - Усть-Нера: 1 — земляное полотно автодороги; 2 — полуразрушенное неэксплуатируемое земляное полотно узкоколейной железной дороги; 3 — наледь; 4 — наледные бугры; 5 — русло ручья Михалыч; 6 — мост; 7— водопропускная труба; 8 — мигрирующие источники (№1, 2, 3) наледеобразующей воды; 9 — водоотводная канава; 10 — противоналедный снежно-ледяной вал; 11 — участки интенсивной фильтрации грунтовой воды под земляным полотном

Осенью глубина воды в русле ручья бывает 0,5—0,6 м. При его промерзании сразу же возникает наледь: сначала в русле, а затем на пойме. Выход воды на поверхность происходит у берегов и на пойме. Растекаясь и замерзая, наледная вода постепенно покрывает всю пойму наледным льдом, под которым в талом слое аллювия происходит интенсивная фильтрация грунтовых вод. Наблюдениями установлено, что фильтрация достаточно интенсивно происходит и под земляным полотном железной и автомобильной дорог.

В начале зимы наледь развивается слабо, так как сток происходит путем фильтрации по грунтам поймы. Но как только оголенный участок поймы ниже автомобильной дороги промерзает на значительную глубину, выше дороги возрастает интенсивность наледеобразования. На пойме, в местах с густой растительностью, появляются наледные бугры, и из их трещин изливается вода. После замерзания бугров выход воды на поверхность происходит в виде мигрирующих источников. Наиболее интенсивно наледь формируется в январе—марте и функционирует до половины апреля. Объем наледного льда достигает 60—80 тыс. м3.

В 1958 г. интенсивное развитие наледи началось в декабре. Сначала выход воды на поверхность наблюдался из-под мохового покрова правого берега (источник №1, рис.28) . В феврале 1959 г. водные тракты источника №1 промерзли и он прекратил свое действие. Несколько дней наледь не функционировала. Затем выход воды на поверхность стал происходить на левой пойме. Сначала здесь функционировал источник №2, затем источник №3, действовавший до весны

Наледь развивалась до начала апреля. Наледным льдом было полностью закупорено отверстие трубы 7 и отверстие моста с подмостовым габаритом 2 м. Если бы не проводились противоналедные мероприятия, мост был бы затоплен полностью с проезжей частью. Чтобы не допустить этого, в наледном льду устраивалась водоотводная канава, и наледеобразующая вода отводилась под мост и за его пределы. Такие же канавы устраивались от мигрирующих источников № 1, 2 и 3 до основной канавы. Канавы быстро замерзали, поэтому около них дежурили рабочие, производившие скалывание и уборку льда.

Наледью затоплялась также левобережная часть земляного полотна дороги на длине 230 м. Поэтому вдоль бровки земляного полотна, с верховой стороны, был сделан противоналедный снежно-ледяной вал высотой 0,5 м. Но иногда вода все-таки прорывалась на дорогу и затрудняла движение транспорта. Для оказания помощи проходящим автомобилям и уборки льда дежурил бульдозер. Всего за зиму 1958-1959 гг. на борьбу с наледью на этом водотоке было израсходовано 2980 руб.

В 1972 г. этот участок дороги реконструирован: земляное полотно сделано более высоким, деревянный мост заменен железобетонным с таким же отверстием, но высота подмостового габарита увеличена. После этого земляное полотно наледной водой не затопляется, а отверстие моста затопляется не полностью, хотя объем наледеобразования не уменьшился.

Развитие наледного процесса у мостов может иногда приводить к тяжелым последствиям. Примером может служить мост через ручей Безымянный (приток р. Детрин) на автодороге Усть-Омчуг — Ветренный в Магаданской области. При развитии наледного процесса на этом водотоке зимой 1958—1959 гг. необходимые противоналедные мероприятия не проводились, в результате весь мост оказался затопленным наледеобразующей водой и погребенным в наледном льду (рис. 29). Весной, когда начался сток, вода проложила себе по наледному льду русло в стороне от моста. В результате весенним паводком было размыто земляное полотно дороги, на пойме образовалось новое русло, а мост остался в стороне. - Потребовалось немало трудовых затрат и средств, чтобы освободить мост от наледного льда и переключить течение водотока в русло под Мост.

Ежегодно происходит закупорка отверстия моста через ручей на 205-м км автодороги Магадан — Усть-Нера. Левый склон долины этого ручья крутой и сухой, а правый — пологий, покрытый мхом, заторфован и заболочен. Русло ручья сложено из гальки с гравием, песком и валунами. Кроме надмерзлотных вод наледь питается подземным источником, расположенным у подошвы правого склона на расстоянии 310 м выше моста (рис. 30).

Образуется наледь ежегодно в половине ноября и развивается до конца марта. Раньше здесь был деревянный балочный мост с двумя пролетами по 4,3 м, высотой подмостового габарита 1,3 м и общей высотой 2,3 м. Наледь ежегодно не только полностью закупоривала отверстие моста, но и выходила на его проезжую часть. Зимой 1955—1056 гг. мощность наледи у моста была настолько большой, что уровень наледи на 4 м превышал отметку проезжей части моста. Дорога на протяжении 1 км и мост были полностью погребены в наледном льду. В этот период движение автотранспорта осуществлялось в объезд. Весной, чтобы организовать сток весенних вод, мост искали, так как он был "потерян" в наледи.

В 1964 г. деревянный мост был заменен железобетонным с одним пролетом длиной 8,5 м, высота подмостового габарита при этом увеличена до 3 м. Однако такая высота оказалась недостаточной, так как отверстие нового моста ежегодно закупоривается наледным льдом. Зимой 1975-1976 гг. объем наледи был 101,600 м³, площадь — 67400 м² и длина 530 м. Мощность наледи с верховой стороны моста достигала 3,6 м, с низовой — 3,1 м (рис. 30). Отверстие моста было полностью закупорено.

Закупорка отверстий наледями часто происходит не только у малых мостов, но нередко у средних со значительными пролетами. На р. Нелкандже, описанной в §7, с 1942 по 1959 г. существовал деревянный мост (см. рис. 13). Высота подмостового габарита у него была 2,6 м. За 17 лет эксплуатации отверстие его никогда наледью полностью не заполнялось, всегда между низом пролетных строений и поверхностью наледи оставался просвет не менее 0,8 м.

В связи со спрямлением в 1959 г. трассы на данном участке дороги новый мост через р. Нелканджу был построен на 500 м ниже по течению. Высота его подмостового габарита увеличена до 3,2 м. Казалось бы такой подмостовой габарит должен гарантировать отверстие от закупорки наледью. Однако зимой 1978-1979 гг. развитие наледи на р. Нелкандже было необыкновенно большим, и ее уровень почти достиг нижних поясов ферм (рис. 31).

Но больше всего затруднений закупорка наледным льдом создает в дорожных трубах. Если в отверстии моста всегда можно сделать во льду канаву для отвода наледной воды в низовую сторону и периодически скалывать в ней лед, то в трубе это сделать трудно, з часто невозможно. При значительном развитии наледного процесса отверстие трубы часто закупоривается полностью, после чего сток наледной воды в низовую сторону полностью прекращается и у земляного полотна происходит нарастание мощности наледи. Иногда уровень наледи достигает бровки земляного полотна и наледная вода затопляет дорогу.

Рис. 32. Водопропускная труба на автодороге Магадан - Усть-Нара. закупорена, наледным льдом

На рис. 32 показана одна из закупоренных наледью труб на автодороге Магадан — Усть-Нера. Когда у этой трубы наледь почти достигала потолка, через нее сливали горячую воду, привезенную в автоцистерне из ближайшей котельной. Этим поддерживалась возможность стока наледной воды через отверстие трубы.