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 и_1; а за преградой v₂, причем v_x > 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 Н_п, но не больше высоты снегонезаносимой насыпи Н_и; насыпи с барье­рами безопасности; пересечения в одном уровне; среднезаносимые - раскрытые выемки; полувыемки-по­лунасыпи; нулевые места и невысо­кие насыпи (ниже Н_П); 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 v_x-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)

Н_Н = Н_П + ΔН, (10.11)

Н_п - 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)

W_от≥Wi₊W_п, (10.12)

W_t —объем снега, попадающего на от­кос при снегопадах, м³/м;

W_n-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 W_c.д.- объем снегоприноса, м³/м, из расчета 7% 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 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) Н_зl+ 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 м^э/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=W_BP+ W_noc,

где W_вp-суммарная снегоемкость вре­менной снегозащиты; W_noc- 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.