МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР

РОСТОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

 

Я.С. Файн

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРОТИВОЛАВИННЫХ ГАЛЕРЕЙ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ

Учебное пособие

 

 

 

Ростов-на-Дону

Редакционно-издательский отдел РИСИ

1979

 

 

В книге даны сведения о лавинах, освещаются вопросы размещения автономных галерей и комплексов противолавинных сооружений, подробно изложены вопросы проектирования сборных и сборно-монолитных галерей и расчеты их элементов с учетом сейсмических воздействий.

В книге учтены согласованные с Госстроем СССР нормы снеголавинных нагрузок, рекомендации ЦНИИСа Минтрансстроя СССР по проектированию галерей и приведен ряд новых конструкций сборных и сборно-монолитных галерей.

Книга предназначена в качестве учебного пособия студентам инженерно-строительных, автомобильно-дорожных и политехнических институтов специальностей «Автомобильные дороги», «Промышленный транспорт» и «Мосты и тоннели», а также может быть полезна инженерам-проектировщикам.

Отв. редактор канд. техн. наук Н.И. Бурминский

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЛАВИНАХ

Лавины широко распространены во всех крупных горных районах СССР.

Снежные массы, накапливающиеся на склонах гор, под действием составляющей силы тяжести стремятся сдвинуться вниз по склону. Сдвигу препятствуют силы статического трения и силы сцепления снежного пласта в его основании и на его границах (в продольных и поперечном сечениях, нормальных к поверхности снежного покрова).

С увеличением толщины снежного пласта сила сдвига может превысить сумму сил сцепления и трения, вследствие чего снежная масса соскальзывает или осыпается со склона. Такая движущаяся снежная масса называется снежной лавиной или просто лавиной.

Причиной возникновения лавин может быть также ослабление структурных связей в снежном покрове, вызываемое таянием частиц льда в контактных зонах или в припочвенном слое под действием проникающей солнечной радиации, фильтрацией поверхностных вод в основании снежного пласта и другими факторами.

Генетическая классификация лавин (по В.Н. Аккуратову) приведена в табл. 1 [1].

Таблица 1

Генетическая классификация лавин (по В.Н. Аккуратову)

Классы лавин

Типы лавин

Причина возникновения лавин

Характер движения лавин

1

2

3

4

Сухие

1. Свежевыпавшего снега

Составляющая сила давления снега, направленная вниз по склону, превышает сумму сил сцепления слоя с подстилающей поверхностью сил статического трения и сил сцепления в сечении слоя, нормальном к поверхности снежного покрова и проходящем по линии наибольшего растягивающего напряжения

Лавины представляют собой снежное облако, движущееся вниз с огромной скоростью

Сухие

2. Метелевого снега

Это условие возникает при большей скорости приращения первой сравнительно с суммой приращения трех последних сил

Беспорядочное движение вниз по склону снежных глыб, плит и комьев различных размеров

Сухие

3. Сублимационного диафтореза

Ослабление связей в снежном покрове, вызываемое процессом сублимационного диафтореза

Характер движения может быть как в первом или втором типе

Сухие

4. Температурного сокращения снега

Уменьшение объема снежной толщи, вызываемое понижением ее температуры

Один из возможных вариантов, рассмотренных в первых трех типах

Сухие

5. Инсоляционные

Ослабление связей в результате таяния частиц льда в контактных зонах или в припочвенном слое, вызываемое проникающей солнечной радиацией

Лавины носят характер движения вязкой массы

Мокрые

6. Адвекционные

Ослабление связей в результате размыва водой, поступающей с поверхности снега путем фильтрации и в результате других процессов

 

Мокрые

7. Промежуточные

Ослабление связей в результате совместного воздействия на снежный покров солнечной радиации и адвективных масс воздуха

 

По факторам лавинообразования и особенностям лавинного режима все районы СССР подразделяются на 6 типов (рис. 1) [2, 3].

Рис. 1. Районирование СССР по факторам лавинообразования и особенностям лавинного режима

Типы районов: I - районы 1 - 5; II - районы 6 - 12; III - районы 13 - 23; IV - районы 24 - 43; V - районы 44 - 51; VI - все остальные районы СССР

Лавины из свежевыпавшего снега сходят при обильных снегопадах, когда быстро возрастает высота снежного покрова и новый снег, ложась на поверхность старого, не удерживается и соскальзывает. Метелевые лавины возникают во время сильных метелей и сходят по поверхности старого снега.

Лавины сублимационного диафтореза возникают при больших температурных градиентах внутри снежной толщи, имеющей большую пористость и воздухопроницаемость. В этих условиях возникают мощные (0,5 м и более) горизонты глубинной изморози, по которым низвергаются лавины [3].

Инсоляционные лавины возникают под влиянием нагрева солнечными лучами рыхлой толщи снега, лежащего на ветровом насте или на ледяной корке. Их таяние приводит к появлению слоя водной смазки, создающей лавину.

Адвективные лавины возникают при адвекции теплого и влажного воздуха, когда происходит интенсивное таяние снежного покрова вне зависимости от экспозиции склона.

Границы лавиноопасных районов с указанием степени лавиноопасности, которые должны учитываться при размещении всех видов противоотвальных сооружений, показаны на карте лавиноопасных районов СССР (приложение 1 к [1]).

Карта составлена учреждениями Главгидрометслужбы СССР и географическим факультетом Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.

На карте выделены следующие районы:

- лавиноопасные со значительной опасностью (лавины встречаются часто, сходят ежегодно);

- лавиноопасные со средней опасностью (сеть лавин разрежена, лавины сходят не ежегодно);

- лавиноопасные со слабой опасностью (лавины встречаются в отдельных местах, сходят в многоснежные годы);

- потенциально лавиноопасные (в настоящее время безопасные, но могут стать лавиноопасными при вырубке лесов, выемке грунта на склонах и т.п.);

- нелавиноопасные.

Сход лавин наблюдался при толщине слоя снега более 30 см и крутизне склонов от 15 до 60° [1, 3, 5, 6].

Размеры лавин могут быть самыми различными: от небольшого снежного оползня до катастрофических снежных обвалов, проходящих путь в несколько километров.

Обычно лавины движутся со скоростью от 1 - 2 до 10 - 20 м/с, но достигают и 80 - 100 м/с.

По характеру движения в зависимости от морфологии подстилающей поверхности (склона) различают три типа лавин (табл. 2 и рис. 2):

1) осовы (О);

2) лотковые лавины (ЛЛ);

3) прыгающие лавины (ПЛ).

Таблица 2

Классификация лавин (по Г.К. Тушинскому) [1]

Морфология

Состояние и типы снега

снегосбора (снегосборного бассейна)

пути схода лавин

сухой (С) метелевый снег и снежные доски

влажный (В) свежевыпавший и старый снег

мокрый (М) свежевыпавший и старый снег

Ровный склон

Ровный склон

О-С

О-В

О-М

Эрозионный врез (1)

Лоток или лог

ЛЛ-1-С

ЛЛ-1-В

ЛЛ-1-М

То же

Участок отвесных стен

ПЛ-1-С

ПЛ-1-В

ПЛ-1-М

Денудационная воронка (2)

Лоток или лог

ЛЛ-2-С

ЛЛ-2-В

ЛЛ-2-М

То же

Участок отвесных стен

ПЛ-2-С

ПЛ-2-В

ПЛ-2-М

Деформированный кар (3)

Лоток или лог

ЛЛ-3-С

ЛЛ-3-В

ЛЛ-3-М

То же

Участок отвесных стен

ПЛ-3-С

ПЛ-3-В

ПЛ-3-М

Примечание. О - осов; ЛЛ - лотковая лавина; ПЛ - прыгающая лавина.

Пример обозначения: лотковая мокрая лавина из деформированного кара - ЛЛ-3-М.

Осов представляет собой снежный оползень толщиной 30 - 40 см, не имеет строго фиксированного пути схода русла (канала стока) и сходит по всей ширине охваченного им участка ровного склона (обычно травянистого). После прохода осова у подошвы косогора на сотни метров образуется снежный вал. Надежной защитой от осовов служат навесы и щиты.

Лотковая лавина сходит по фиксированным лавинным лоткам - логам (рытвинам, бороздам). Склоны лотков имеют следы лавинной шлифовки, обычно лишены растительности. В поперечном сечении лотки часто имеют корытообразную форму.

К лавинному лотку сверху примыкает лавиносборный (снегосборный) бассейн, а снизу - конус выноса. Лавины - зона отложения снега и обломочного материала, выброшенного лавиной.

Лавиносборный бассейн, лавинный лоток и конус выноса лавины в совокупности условно называются лавинным очагом (рис. 2).

Рис. 2. Типы лавинных очагов в плане:

а - лотковые лавины; б - прыгающие лавины; 1 - снегосборный эрозионный врез; 2 - снегосборный бассейн типа денудационной воронки; 3 - снегосборный бассейн типа деформированного кара; 4 - линия отрыва лавины; 5 - лавинный лоток-канал стока; 6 - проектируемая дорога; 7 - обрыв; 8 - конус выноса лавины

Лотковые лавины в зависимости от морфологии лавиносборного бассейна подразделяются на три типа.

Лотковая лавина из эрозионного вреза (ЛЛ-1) начинается в пределах последнего. Эта лавина не достигает больших объемов, так как крутые склоны вреза (рытвины, борозды) не дают скапливаться большим массам снега, и сход лавины за зиму происходит несколько раз.

Лотковая лавина из денудационной воронки (ЛЛ-2) достигает больших размеров, так как верхняя часть лавиносборного бассейна представляет собой расширение в форме воронки, в котором снег может накапливаться в течение длительного времени. Разветвленная сеть второстепенных логов в воронкообразном лавиносборном бассейне является каналами, по которым снег низвергается в основной лог - лавинный лоток,

Лотковая лавина из деформированного кара (ЛЛ-3). Кар - чащеобразная впадина в верхних частях гребней хребтов, имеющая сравнительно плоское дно и отвесные заднюю и переднюю стенки. В ледниковую эпоху в карах лежали ледники, теперь они исчезли и плоское дно разрезано эрозийным врезом, т.е. кар деформирован эрозией. В таком лавиносборном бассейне скапливаются большие массы снега, которые могут создавать лавины объемом до 1 - 1,5 млн. м3, падающие с перерывом в несколько лет.

Прыгающие лавины (ПЛ) возникают из лотковых там, где в лавинном лотке имеются обрывы (отвесные стены) или участки резко возрастающей крутизны. Встретив крутой уступ, лавина отрывается от земли и продолжает движение по воздуху в виде огромной струи. Скорости прыгающих лавин особенно велики, а падение их наиболее часто сопровождается воздушной волной.

По морфологии лавиносборного бассейна прыгающие лавины, как и лотковые, делятся на три типа (ПЛ-1, ПЛ-2, ПЛ-3).

Все перечисленные лавины могут быть сухими, влажными или мокрыми (см. табл. 2), и движение их происходит по снегу (или ледяной корке), по воздуху, по грунту или же имеет смешанный характер (рис. 3).

Рис. 3. Типы снежных лавин (по проекту международной классификации)

§ 2. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГАЛЕРЕЙ, РАЗМЕРЫ ЛАВИН, РАЗМЕЩЕНИЕ ГАЛЕРЕЙ И КОМПЛЕКСОВ ПРОТИВОЛАВИННЫХ СООРУЖЕНИЙ

Для обоснования размещения проектируемых галерей и других противолавинных сооружений в состав проектов входят следующие материалы:

- топографические карты района планируемого строительства масштаба 1:25000 и крупнее с отмеченными на них лавинными очагами (местами зарождения лавин - лавиносборными бассейнами, пути схода лавин и конусами выноса);

- топографические планы масштаба 1:5000 и крупнее для строительных и примыкающих к ним участков с контурами лавиноопасной зоны (в лавиноопасных и потенциально лавиноопасных районах) и характеристиками лавиноопасных участков (растительность, задернованность, микрорельеф);

- характеристики снежного покрова и лавин, содержащие следующие данные:

а) максимальные и средние высоты снежного покрова в зонах возникновения лавин и в местах, подлежащих застройке;

б) средний по высоте объемный вес снежного покрова в местах определения его максимальной высоты;

в) тип лавин по качеству снега (непылевидного или пылевидного) на данном участке склона;

г) наибольшая глубина снежного потока в лавинах и наибольшая ширина лавин в намечаемых местах установки противолавинных сооружений;

д) сроки начала и окончания лавиноопасного сезона в данной местности, частота схода лавин, следы действия воздушной волны.

Источниками сведений о снежном покрове и лавинах являются периодические издания Главгидрометслужбы СССР, материалы Гидрометфонда СССР, изысканий и аэрофотосъемок.

Предварительные сведения о снежном покрове и лавинах берутся по каталогу [4].

Для практического использования проектировщиками и строителями служат лавинные карты-прогнозы, образец которых показан на рис. 4.