МИНИСТЕРСТВО АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ РСФСР
Утверждаю:
Зам. министра
автомобильных дорог РСФСР
А. А. Надежко
3 июня 1988 г.
РУКОВОДСТВО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ, СТРОИТЕЛЬСТВУ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ НА ВОДОТОКАХ С НАЛЕДЯМИ
МОСКВА "ТРАНСПОРТ" 1989
Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации искусственных сооружений автомобильных дорог на водотоках с наледями / Минавтодор РСФСР. М.: Транспорт, 1989.
Изложены причины образования наледей, их классификация и вредные воздействия на искусственные сооружения, основные требования к выбору мест переходов через водотоки с наледями и их инженерно-геологическому обследованию. Подробно изложена методика прогнозирования параметров наледей с применением ЭВМ. Указаны принципы проектирования, рекомендуемые типы сооружений, особенности строительства и требования по эксплуатации. В приложениях даны примеры прогнозирования наледей и проектирования противоналедных устройств.
Руководство разработано в отраслевой научно-исследовательской дорожной лаборатории Воронежского инженерно-строительного института на основе исследований наледей у искусственных сооружений, выполненных в течение ряда лет на дорогах Магаданской обл., ЯАССР и БАМе, а также опыта борьбы с наледями Ушосдора Северовостокзолото, Якутдортранса, БАМа и Тувавтодора Минавтодора РСФСР. При составлении Руководства использованы материалы исследований Омского филиала Союздорнии, Ленгипротранса и ВНИИ транспортного строительства.
Руководство разработал канд. техн. наук В. А. Дементьев.
Программы для ЭВМ составлены м. н. с. Л. А. Черниговской. В работе принимали участие ст. инж. С. Е. Щербинина и инж. М. Г. Дорожкина.
Ил. 27, табл. 11.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Руководство содержит требования к изысканиям, проектированию, строительству и эксплуатации искусственных сооружений автомобильных дорог на водотоках с наледями. Оно распространяется на искусственные сооружения автомобильных дорог I-V категорий в районах образования наледей.
1.2. Наледью называют ледяное тело, образовавшееся в результате вытекания на твердую поверхность речных, подземных, снеговых, ледниковых или морских вод, их растекания и послойного замерзания.
1.3. Наледи речных и подземных вод образуются поздней осенью и зимой при промерзании потока речных или грунтовых вод или разгрузке подземных вод. Когда в основании водотока залегает неглубоко водоупор в виде вечной мерзлоты или водонепроницаемых пород и живое сечение при промерзании сужается, поток становится напорным, вода через трещины изливается на поверхность и образует наледь.
Наледи снеговых и ледниковых вод образуются при смене оттепелей морозами, а наледи морей - при нагонах и замерзании морской воды.
1.4. На образование наледей, кроме природных факторов, большое влияние оказывает строительство дорожных сооружений, которое нарушает естественный режим протекания речных и грунтовых вод, что часто приводит к возникновению наледного процесса.
1.5. Наледи распространены на территории азиатской части СССР в районах с суровым климатом, неглубоким залеганием водоупоров в руслах рек и фильтрационных потоков грунтовых вод, в местах разгрузки подземных вод.
Наиболее широко наледи распространены в Магаданской обл., Якутской, Бурятской АССР, в областях Читинской, Амурской и Иркутской, северных районах Красноярского края. Тувинской АССР, Алтайском крае. Встречаются наледи в Западной Сибири и на Урале.
Классификация наледей
1.6. Наледи классифицируют по типу наледеобразующих вод, происхождению, месту отложения, размерам, степени опасности, длительности существования.
По типу наледеобразующих вод различают наледи: 1) поверхностных вод (речных); 2) подземных вод (грунтовых вод рыхлой толщи, подземных вод глубоких горизонтов); 3) смешанных вод.
По происхождению наледи разделяются на природные, которые возникают и развиваются в природных условиях, и техногенные, возникающие от нарушения водно-теплового режима водотоков и грунтов при дорожном строительстве.
По месту отложения наледи разделяются на русловые, логовые, косогорные, откосные, террасовые, конусов выноса.
По размерам наледи классифицируются на малые объемом до 1 тыс. м3; средние от 1 до 10 тыс. м3; большие от 10 до 100 тыс. м3; очень большие от 100 тыс. м3 до 1 млн. м3 и гигантские - более 1 млн. м3.
Таблица 1. Генетическая классификация наледей (для дорожно-строительных целей)
|
Индексы, типы и подтипы |
Характерные схемы образования наледей |
Морфологические признаки |
Ледотермический режим |
|
1. Наледи поверхностных вод |
|||
|
I.1. Речные наледи |
|
Образуются на малых и средних водотоках. Приурочиваются к русловой части водотока, изливаясь потоком на поверхности речного льда и пойм. В плане повторяют очертания русла и дна долин. Поверхность льда ровная или бугристая с перепадами и буграми пучения льда. Лед наледи тонкослойный, чистый, белый или голубой с прослойками снега и воздуха |
Возникают обычно сразу же после ледостава на расчищаемых от снега участках при скальном ложе реки (схема I-а), на перекатах (схема I-б), на отмелях, распластанных галечниковых руслах, при закупорке русел грунтом, донным льдом (схема I-в), при увеличении расходов воды в реке (схема I-г). Действуют до полного промерзания водотока. У временных водотоков рост наледи прекращается к концу первой половины зимы. Наледи постоянных водотоков, особенно образующихся по схеме I-б, достигают больших размеров |
|
I.1.1 постоянных водотоков |
|
|
|
|
I.1.2 временных водотоков |
|
|
|
|
I.2. Наледи талых вод I.2.1 снеговых I.2.2 ледниковых |
|
Образуются по склонам, долинам, у сооружений, заполняя отверстия мостов и труб, кюветов и водоотводные канавы, создавая накопление талых вод у дороги |
Возникают от замерзания талых вод снега и ледников в конце зимы и начале весны при чередовании дневных оттепелей и ночных морозов |
|
I.3. Наледи морей |
|
Формируются на подветренной стороне береговой зоны, локализуются на мелководных и приустьевых участках рек. Поверхность волнообразная, натечная |
Образуются при ветровых нагонах в течение всей зимы вследствие выхода морских вод на припай |
|
II. Наледи подземных вод |
|||
|
II.4. Наледи грунтовых вод рыхлой толщи |
|
Образуются в выемках, канавах, на перегибах склонов. Приурочиваются к расчищенным от снега временным дорогам и участкам русел с нарушенным мохо-растительным покровом (схема II-а), участкам русел и логов с резко суженным подрусловым таликом (схема II-б), участкам русел и логов при стеснении подруслового потока фундаментом трубы (схема II-в) или моста (схема II-г). Имеют различные размеры в зависимости от глубины залегания водоупора НВ, формы и размеров переката m, глубины промерзания d и состава грунта талика, уклона местности, конструкции фундамента искусственного сооружения. Лед наледи зернистый с включением оледенелого снега, слабо окрашен в цвет грунтов, вмещающих водный поток. Преобладают удлиненные формы, вытянутые по уклону рельефа, вдоль логов и русел. Отличаются большими размерами по площади и мощности льда, особенно, если развиваются за счет напорных вод. Характерно наличие незамерзающих участков (полыней), эрозированных наледных полян, крупных наледных бугров. Лед чистый, зеленовато-голубой, слоистый. Летом на наледной поляне наблюдается отложение солей. Из всех типов наледей наиболее опасны. |
Возникают от излияния и замерзания грунтовой воды при вскрытии или местном перемерзании верхних водоносных слоев. Наледи этого типа появляются: при схемах II-а и II-в после промерзания грунта до зеркала грунтовых вод; при схеме II-г после промерзания поверхностного водотока; при схеме II-б с наступлением устойчивых отрицательных температур воздуха. При HВ-d<dМ прекращают свою деятельность в первую половину зимы; при HВ-d>dМ действуют всю зиму и достигают значительных размеров. В сравнении с подтипом II.4.1 наледи подтипа II.4.2 отличаются более коротким периодом формирования и меньшими размерами. Возникают при излиянии и замерзании воды источников подземных вод. Характеризуются относительно постоянным режимом и развиваются всю зиму, образуя большие скопления льда. Период их интенсивного формирования начинается, когда промерзают поверхностные водоносные пути, что совпадает с наступлением низких температур. В сравнении с подтипом II.5.1 наледи напорных вод отличаются более устойчивым режимом и продолжительным развитием; имеют большие и гигантские размеры, особенно наледи, питающиеся источниками, выходящими по тектоническим разломам. Наледи этого типа иногда бывают многолетние. |
|
II.4.1 с водоупором из немерзлых пород |
|
|
|
|
II.4.2 с водоупором из многолетних немерзлых грунтов |
|
|
|
|
II.5. Наледи подземных вод глубоких горизонтов |
|
|
|
|
II.5.1 ненапорных вод |
|
|
|
|
II.5.2 напорных вод |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
III. Наледи, смешанных вод |
|||
|
III.6. Наледи смешанных поверхностных и подземных вод |
|
Образуются от излияния и замерзания на одном участке различных типов вод. Обладают сочетанием форм и признаков, характерных для наледей различных типов. Характеризуются большими размерами, представляют наибольшую опасность. |
Особенности режима определяются типами вод, доминирующими в динамике развития. |
Примечание. Q - расход поверхностных или грунтовых вод выше стесненного участка; Q1 - расход ниже стесненного участка; Q2 - наледный расход; НВ - глубина водотока до водоупора выше стесненного участка; Н - глубина воды на стесненном участке; d - глубина промерзания за пределами стесненного участка; dM - глубина промерзания на стесненном участке; hП - глубина потока на стесненном участке; d - глубина уровня грунтовых вод; m - высота переката.
По степени опасности наледи разделяют на следующие виды: неопасные, не оказывающие вредного воздействия на инженерные сооружения; опасные, которые вызывают нарушение нормальной работы сооружений; очень опасные, представляющие непосредственную угрозу движению транспорта и устойчивости сооружений.
По длительности существования наледи бывают: сезонные, стаивающие летом полностью, и многолетние, часть которых не успевает растаять летом и переходит на следующий зимний сезон.
1.7. Сложные природные условия, в которых развиваются наледи, в сочетании с дополнительным влиянием на их развитие дорожных сооружений, обусловливают многообразие наблюдаемых в полосе дороги наледей. Генетические типы наледей, их морфологические характеристики и ледотермический режим приведены в табл. 1.
Вредные воздействия наледей на искусственные сооружения
1.8. Наледи оказывают значительные вредные воздействия на искусственные сооружения и часто создают затруднения при их эксплуатации. Наледи могут:
1) закупоривать льдом отверстия малых искусственных сооружений и затруднять пропуск весенних вод;
2) затоплять проезжую часть подходов к искусственным сооружениям и затруднять движение транспорта;
3) деформировать искусственные сооружения при образовании около них наледных бугров;
4) создавать условия для размыва конусов и земляного полотна подходов, а также изменения конфигурации русла водотока при стоке весенних вод по наледному льду.
2. ИЗЫСКАНИЯ И ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОБСЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕХОДОВ ЧЕРЕЗ ВОДОТОКИ С НАЛЕДЯМИ
Особенности изысканий
2.1. Места переходов через малые и средние водотоки, где наледи оказывают наибольшие воздействия, определяются рациональным положением трассы, которая должна иметь высокие транспортно-экономические показатели. Однако при изысканиях автомобильных дорог необходимо стремиться выбирать такое направление трассы, которое без существенного ее ухудшения в плане и продольном профиле позволяет обходить участки с большим количеством наледей. Технико-экономическое сравнение вариантов трассы должно учитывать затраты на постройку противоналедных сооружений, удорожание строительства на наледных участках искусственных сооружений с увеличенными отверстиями и более высокими подходами, а также затраты на борьбу с наледями при эксплуатации.
2.2. Наледеопасными участками являются: склоны северной экспозиции с неглубоким залеганием вечномерзлых грунтов, имеющие надмерзлотные воды; групповые выходы родников подземных вод; сильно заболоченные склоны; устья водотоков, особенно места слияния нескольких водотоков; водотоки с распластанными руслами, малыми глубинами и выступающими из воды грядами галечника; перекаты со скальными выступами и валунами; порожистые участки.
2.3. Не опасны в отношении наледеобразования и благоприятны для прокладки трассы водораздельные участки, склоны антиклинальных долин, борта моноклинальных долин с падением пластов в глубь склона, сухие склоны и террасы южной экспозиции, водотоки с глубокими узкими руслами, заросшими растительностью.
2.4. На водотоках с наледями, кроме работ по изысканиям в обычных условиях, необходимо производить специальные мерзлотно-гидрологические обследования и съемки наледных полян, необходимые для прогнозирования наледных процессов и проектирования искусственных сооружений и противоналедных мероприятий. В связи с этим изыскания переходов через водотоки с наледями проводят в три этапа: 1) подготовительный период; 2) полевые летне-осенние работы на стадии составления рабочего проекта; 3) ледомерные съемки.
