Снегоборьбы на автомобильных дорогах

Главным источником снежных отложений на дороге является снегоперенос, вызванный метелями, теория которых хорошо разработана в трудах А.К. Дюнина, А.А. Комарова, Д.М. Мельника, Г.В. Бялобжеского и др. Под действием ветра снежные частицы поднимаются над поверхностью снежного покрова и снова откладываются там, где скорость ветра снижается. Переносимые метелью частицы снега имеют различную форму и размеры 0,01 мм…2 мм, но 90 % частиц имеют размеры 0,1…0,25 мм. Масса переносимых частиц колеблется 0,0001…0,005 г. Частицы снега могут подниматься только до определенной высоты - потолка взвешивания. Крупные тяжёлые частицы перемещаются скачкообразно по поверхности снежного покрова. Такое движение называют сальтацией.

Снегоперенос рыхлого снега начинается при скорости ветра более 3 м/с, когда мелкие частицы снега размером 0,02…0,5 мм смешиваются с приземным воздухом и образуют турбулентный снеговетровой поток. Выпадающие из этого потока частицы разрушают снежную поверхность, что способствует дополнительному питанию снеговетрового потока снежинками.

При низовой метели основная масса снега переносится в приземном слое высотой 1,5…2,0 м, причем около 90 % снега переносится на высоте 10…20 см.

Количество снега, переносимого низовой метелью, определяется ее транспортирующей способностью, которая оценивается удельным твёрдым расходом метели, или интенсивностью переноса метели I, м³/(м × ч), - массой снега, переносимого в единицу времени через единицу площади вертикальной плоскости, перпендикулярной направлению снеговетрового потока. В общем виде эта зависимость описывается формулой Д.М. Мельника

где - коэффициент пропорциональности, величина которого зависит от плотности снега в метелевых сугробах; - скорость ветра на высоте флюгера (т.е. на высоте 10 м), м/с.

Для большей части Европейской территории России, где плотность снега составляет 0,25 т/м³, коэффициент пропорциональности С = 0,00031; для районов Сибири, Казахстана, востока и юго-востока Европейской части России С = 0,00026.

Метелевый поток может быть насыщенным и ненасыщенным: насыщенный - когда ветровой поток переносит количество снега, соответствующего его максимальной транспортирующей способности;

50

ненасыщенный - когда масса переносимого снега меньше предела насыщения.

Для того чтобы поток стал насыщенным, необходим определенный путь разгона метели, который обычно называют длиной разгона метели.

Длина разгона метели составляет 100…400 м. Вся масса снега, проносящегося в единицу времени через 1 м фронта метелевого потока (на всю его высоту), называется полным общим расходом, определяемым по формуле

где - полный расход, г/(м² × с).

Переносом снега (снегопереносом) называют массу или объём снега, перенесённого за время t:

Наибольшее количество снега (около 90 %) переносится в нижнем слое потока в пределах 0,2 м над уровнем снежного покрова.

В отличие от величины снегопереноса в теории зимнего содержания дорог используют величину снегоприноса.

Снегопринос - это количество снега, приносимого метелями к одной стороне дороги в течение зимы. Объем снегоприноса обычно составляет только часть общего объёма снегоприноса. Между снегопереносом и снегоприносом существует зависимость

где - снегопринос к дороге, м³/м; - угол между направлением метелевого ветра и дорогой.

Способы определения объема снегоприноса.Имеется два основных способа определения объёма снегоприноса: способ расходов и способ балансов.

Способ расходов, или суммарных приносов, разработанный Д.М. Мельниковым, заключается в следующем.

Суммарное количество снега, принесённое к дороге с каждой её стороны в течение зимы, равно сумме количеств снега, принесённых в течение всех метелей, дувших с данной стороны дороги.

Количество снега, принесённое к дороге в течение одной метели, равно сумме количеств снега, который был принесен ветрами различных направлений в течение времени действия метели в данных направлениях. Таким образом, снегопринос к одной стороне дороги за год

51

где - плотность снега в снежных отложениях у дороги, т/м³; - число случаев метелей в течение зимы; m - число случаев изменения направлений, с которых дули ветры в каждую метель; - скорость ветра по флюгеру во время метели, м/с; - угол между направлением ветра и дорогой во время метелей;

- продолжительность действия метелей, ч.

Для всех ветров определённого румба принимается один угол, средний для данного румба. Ветры со скоростью менее 6 м/с и дующие под углом менее 10^о и ветры при положительной температуре воздуха не учитываются.

Данные по ветровому режиму берут на ближайшей метеостанции за последние 10 лет и затем определяют за каждый год. Из полученных значений составляют статистический ряд и находят расчётный снегопринос с заданной обеспеченностью:

где - среднеарифметическое значение снегоприноса к данной стороне дороги за период 9-15 лет, м³/м; - среднеквадратичное отклонение за n лет, м³/м:

t - коэффициент, для дорог II-IV категории t = 1,5, для дорог I категории t = 2,0.

Способ балансов основан на следующих исходных положениях. Для любой примыкающей к дороге ограниченной территории, называемой снегосборным бассейном, справедлив следующий баланс снежных масс

где - остаток снега в бассейне в конце зимы, сохранившийся в виде снежного покрова; - объем снега, выпавший из облаков (твердые осадки); - объем снега, принесенного извне ветром; - объем испарившегося и растаявшего снега;

- объем снега, вынесенного ветром за пределы бассейна.

Снегопринос к одной стороне дороги можно определить по формуле

где - угол между ветром и дорогой.

52

Ввиду сложности расчетов с использованием способа балансов почти во всех случаях при практических расчётах пользуются методом расходов.

Значительное влияние на объём приносимого к дорогам снега оказывает ширина примыкающего снегосборного бассейна. По данным В.А. Пастернацкого, коэффициент ширины снегосборного бассейна К_ш, позволяющий определить объем снегоприноса к участкам дорог с различной шириной примыкающего снегосборного бассейна, принимает следующие значения:

Используя значения коэффициента ширины снегосборного бассейна, можно существенно уточнить объёмы снегоприноса конкретно на каждом участке с левой и правой стороны дороги в зависимости от фактической ширины снегосборного бассейна с каждой стороны.

Снегозаносимость дорог. Под снегозаносимостью понимают подверженность дорог образованию на них снежных заносов. Количественной характеристикой снегозаносимости является отношение количества снега, отложившегося на дорожном полотне, к общему количеству снега, принесённого метелями к дороге.

Снег из снеговетрового потока выпадает там, где по каким-либо причинам происходит снижение скорости потока и уменьшение транспортирующей способности в приземном слое. Если скорость потока перед преградой , а за преградой , причем , уменьшение транспортирующей способности насыщенной метели за преградой составит

Величина - это та часть переносимого снега, которая выпадает из снеговетрового потока около преграды. Чем сильнее тормозится ветер над насыпью, выемкой или у какой-либо преграды, тем вероятнее снежные отложения. На принципе замедления скорости и уплотнения транспортирующей способности снеговетрового потока основана работа снегозадерживающих устройств.

Главнейшим фактором, от которого зависит снегозависимость дороги, является форма поперечного профиля и высота насыпи или глубина выемки. Чтобы исключить снегозаносимость дороги, необходимо выполнить два основных требования к поперечному профилю:

53

земляное полотно должно быть аэродинамически обтекаемым для ветра без образования вихревых зон; скорость ветра над всей поверхностью дороги должна быть достаточна для сдувания попадающего на неё снега. Возникающие около земляного полотна или преград зоны завихрения ветра 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 или аэродинамической тенью.

Любые препятствия и неровности на поверхности земляного полотна и проезжей части могут вызвать снежные отложения. Поэтому нельзя допускать неправильной снегоочистки. Снежным заносам способствуют бордюры, возвышающиеся над покрытием. Движущийся поток автомобилей по дороге во время метели также способствует отложениям снега, поскольку автомобили представляют собой препятствие для снежноветрового потока. Кроме того, колеса автомобилей уплотняют снег, выдавливают его, образуя колеи и гребни, которые способствуют задержанию снега.

Классификация дорог (участков) по снегозаносимости. Критерием классификации участков дорог по снегозаносимости служит отношение количества снега, отложившегося на дорожном полотне, к общему количеству снега, принесенного метелями к дороге. Оценивать снегозаносимость количеством приносимого снега нельзя, так как снежные заносы - это отложившийся, а не приносимый снег. При одном и том же количестве приносимого снега на участках дорог с разным поперечным профилем и характеристикой прилегающей местности откладывается разное количество снега.

По степени снегозаносимости все участки дорог делят на снегонезаносимые и снегозаносимые.

К снегонезаносимым относят участки дорог, пересекающие лесные массивы, а также сады и кустарники, если их ширина составляет 100…250 м и более с каждой стороны дороги; проходящие в выемках глубиной более 8,5 м при годовом снегоприносе до 100 м³ на 1 м дороги;

пересекающие крупные населённые пункты с застройкой по обеим сторонам дороги; участки насыпей высотой не меньше требуемой по снегонезаносимости.

Снегозаносимые участки дорог делят на три категории (табл. 15.3).

Районирование территории по условиям зимнего содержания дорог. Широкий размах природно-климатических условий на территории России, от которых зависят характеристики состояния дорог в зимний период и затраты дорожных организаций на их содержание, вызвали необходимость районирования территории страны по условиям зимнего содержания дорог.

54

Таблица 15.3. Категории снегозаносимости участков дорог

Категории снегозаносимости	Характеристика участка	Вид снежных отложений, которые необходимо удалять
I. Слабозаносимые	Насыпи высотой и ; пересечения в одном уровне; насыпи с барьером безопасности	Снегопадные отложения; снежные заносы небольшого объёма; небольшие снежные валы
II. Среднезаносимые	Раскрытые выемки; полувыемки-полунасыпи; нулевые места и невысокие насыпи ниже ; пересечения в разных уровнях; дороги, проходящие через небольшие населённые пункты, в районах с интенсивными общими метелями	Снегопадные отложения; снежные заносы толщиной до 1…1,5 м; снежные валы
III. Сильнозаносимые	Нераскрытые выемки, подветренный откос которых не может вместить снег, приносимый метелями и выпадающий при снегопадах. Все выемки на кривых	Снегопадные отложения; снежные заносы, толщина которых может достигать глубины выемки

Примечания: 1. Н_п – высота снежного покрова; Н_н – высота снегозащитной насыпи.

2. Данные таблицы относятся к заносимым участкам, проложенным по безлесной местности.

3. Незаносимые в безлесной местности - насыпи высотой и более, а также нераскрытые выемки, подветренный откос которых может вместить весь снег, откладывающийся при метелях и снегопадах.

4. Участки, проложенные через сплошные лесные массивы, не заносятся при любом поперечном профиле.

В результате исследований Г.В. Бялобжеского и А.А. Кунгурцева было разработано районирование территории страны по трудности снегоборьбы на автомобильных дорогах с разделением территории на характерные зоны.

В качестве основного признака районирования был принят объем снега, приносимого к дороге в зимний период. Дополнительно учитывалось влияние рельефа местности, продолжительность зимнего периода, количество снежных осадков за зиму, высота снежного покрова и другие природно-климатические факторы.

55

В результате территория России по трудности снегоборьбы на автомобильных дорогах была разделена на пять дорожно-климатических зон (районов):

I - районы легкой снегоборьбы. Продолжительность снежного периода составляет 60-100 суток, в отдельных местах до 160 суток в году. Скорость ветра при метелях, как правило, не превосходит 15 м/с, средняя многолетняя высота снежного покрова находится в пределах 15…20 см. Объёмы снегоприноса в большинстве случаев не превышают 50 м³/м, только в отдельных случаях доходят до 100 м³/м.

К районам легкой снегоборьбы относят Калининградская область, южную часть Республики Калмыкия, Краснодарский и Ставропольский края, республики Дагестан, Кабардино-Балкарию, Чеченскую, Ингушскую, Северную Осетию - Аланию, южные части Астраханской и Ростовской областей, Читинскую и Амурскую области, юго-западную часть Хабаровского края.

II - районы средней трудности снегоборьбы. Продолжительность снежного периода составляет 100-160 суток, а в отдельных местах до 200 суток в году. Объём снегоприноса, как правило, не превышает 150 м³/м.

К районам средней трудности снегоборьбы относят Республику Карелия, Ленинградскую, Псковскую, Новгородскую, Костромскую, Вологодскую, Смоленскую, Брянскую, Тверскую, Ярославскую, Владимирскую, Московскую, Ивановскую области, южные части Республики Коми и Архангельской области, Кировскую, Пермскую, Волгоградскую, Томскую, Свердловскую, Иркутскую, Челябинскую, Курганскую области, Республику Удмуртия, Тюменскую область (кроме Ямало-Ненецкого автономного округа), северные части Омской, Ростовской, Астраханской, Нижегородской и Калужской областей, северная часть Республики Калмыкия, Хабаровский край (кроме юго-западной части), республика Тува, Бурятия, Саха (Якутия) южнее Северного полярного круга, Приморский и Красноярский края (кроме юго-западной части и Таймырского автономного округа).

III - районы трудной снегоборьбы. В этих районах зимой преобладают сильные ветры и интенсивные метели. Снежные заносы образуются систематически, часто большой толщины и плотности. Объемы снегоприноса достигают 250 м³/м, а в отдельных местах - 400 м³/м.

К районам трудной снегоборьбы относят центральную часть Архангельской области, Тульскую, Орловскую, Курскую, Воронежскую, Белгородскую, Липецкую, Рязанскую, Тамбовскую, Пензенскую области, республики Мордовия, Татарстан, Марий Эл, Чувашия, Башкортостан, Саратовскую и Ульяновскую области, южные части Нижегородской, Омской и Калужской и Мурманской областей, Новосибирскую и Кемеровскую области, юго-западную часть Красноярского края, Республику Алтай, центральную часть Республики Коми, юго-западную часть Магаданской области, южную часть заполярной территории Республики Саха (Якутия).

56

IV - районы очень трудной снегоборьбы. Ветры переносят зимой значительное количество снега, объёмы снегоприноса достигают 400…600 м³/м, в отдельных местах -1 000 м³/м. Отложения от интенсивных снегопадов или снежные заносы большой толщины систематически образуются на участках большого протяжения.

К районам очень трудной снегоборьбы относят Самарскую и Оренбургскую области, Алтайский край (кроме Республики Алтай), Сахалинскую область, центральную часть Магаданской области, северные части Мурманской и Архангельской областей, северную часть Республики Коми, Камчатскую область (кроме Корякского автономного округа, побережье Камчатского автономного округа и побережье Камчатского полуострова), центральную часть заполярной территории Республики Саха (Якутия), южную часть Ямало-Ненецкого автономного округа.

V - районы особенно трудной снегоборьбы. Продолжительность снежного периода составляет 220-240 суток, а в отдельных местах доходит до 300 суток в году.

Скорость ветра при метелях нередко достигает 40…45 м/с, а число суток с метелями доходит до 130 за зиму при продолжительности отдельных метелей до 10 суток и более. Объём снегоприноса составляет до 1000 м³/м и более.

К районам особенно трудной снегоборьбы относят северную часть Ямало-Ненецкого автономного округа, Ненецкий автономный округ, Таймырский автономный округ, северную часть заполярной территории Республики Саха (Якутия), побережье Чукотского автономного округа в пределах Восточно-Сибирского, Чукотского и Берингова морей (включая Корякский автономный округ).