Страница 2: Проектирование и расчет противолавинных галерей на автомобильных дорогах. Учебное пособие (46559)

Карты-прогнозы составляются учреждениями Главного Управления Гидрометеослужбы СССР по запросам проектных организаций или совместно с последними, пользуясь руководством [1].

При изысканиях следует избегать пересечения дорогой лавиноопасных и потенциально лавиноопасных мест.

Однако лавины часто падают на обоих склонах долин (см. рис. 4), вследствие чего дорога неизбежно проходит по лавиноопасным участкам.

Рис. 4. Лавинная карта-прогноз с указанием типов лавин:

1 - снегосборный эрозионный врез; 2 - снегосборный бассейн типа денудационной воронки; 3 - снегосборный бассейн типа деформированного кара; 4 - лавинный лоток; 5 - конус выноса лавины; 6 - проектируемая дорога; 7 - постоянный водоток; 8 - озеро; 9 - ледник; 10 - песок; 11 - луг; 12 - болото; 13 - обрыв в рыхлых породах; 14 - скальный обрыв

При невозможности обхода дорогой лавиноопасных мест ее располагают выше концов выноса лавин, пересекая дорогой лавинные лотки, где потребуются противолавинные галереи меньшей длины.

Тщательное обследование и сравнение вариантов трассы дает возможность свести к минимуму число пересекаемых дорогой лавинных лотков.

На рис. 5 показаны два варианта трассы в районе со снежными лавинами. Первый вариант (сплошная линия) - трасса проложена с развитием линии в пределах всего склона, но при этом она несколько раз пересекает каждый лавинный лоток.

Рис. 5. Варианты трассы в лавиноопасном районе:

1 - лес; 2 - кустарник; 3 - альпийский луг; 4 - отвесный обрыв; 5 - конуса выноса лавин; 6 - граница распространения воздушной волны; сплошная линия - первый вариант трассы; пунктирная линия - второй вариант трассы; ЛЛ - лотковая лавина; ПЛ - прыгающая лавина

Во втором варианте (пунктирная линия) трасса развивается в пределах лесного массива, не подверженного опасности лавинных обвалов, и только 1 раз пересекает каждый лавинный лоток, где можно построить противолавинные галереи. Однако близкое расположение серпантин в лесу существенно ухудшает транспортные качества дороги [7].

Сход лавин сопровождается зоной снеговоздушного потока, которая в плане ограничивается двумя полосами, параллельными пути движения лавины и имеющими примерную ширину 30 м (в каждую сторону от боковой границы лавинного пути). Поперечное сечение в вертикальной плоскости потока воздуха, сопровождающего сход лавины, принимается близким к форме сегмента (рис. 6).

Рис. 6. Поперечное сечение лавины и сопутствующего ей снеговоздушного потока:

Hл - глубина снежного потока в лавине (толщина лавины), считая по вертикали; Bл - ширина лавинного лотка (ширина лавины); a = 30 м - примерная ширина действия снеговоздушного потока

Ширина a может быть и менее 30 м. Она уточняется на основании материалов изысканий по следам действия воздушных волн, вызванных лавинами.

Глубина снежного потока в лавине Hл при недостаточности сведений об этой величине в материалах изысканий принимается равной:

а) для непылевидных лавин Hл = 3 ho;

б) для пылевидных лавин Hл = 5 ho,

где ho - максимальная высота снежного покрова на данном участке склона (в частности в местах зарождения лавин), способы определения которой указаны ниже в § 5.

Выбор типа противолавинных сооружений, системы их расположения на местности, расчет их устойчивости и надежность защиты производится исходя из максимально возможной высоты снежного покрова ho для данного района. При этом необходимо учитывать, что в снегосборном (лавиносборном) бассейне, в котором накопление снега происходит за счет метелевого переноса, снегоудерживающие сооружения будут работать и как снегоаккумулирующие, что приведет к увеличению высоты снега по сравнению с расчетной или определенной из наблюдений.

Обычно применяются автономные противолавинные сооружения или их комплексы:

а) комплексы снегоудерживающих сооружений в снегосборном бассейне (рис. 7 и 8);

Рис. 7. Схемы отложений снега и снегозадерживающих сооружений [8]:

а - снежный карниз; б - защитная стенка, предотвращающая образование карниза; в - терраса в виде полувыемки-полунасыпи; г - терраса с подпорной стенкой; д - сквозной щит

Рис. 8. Система снегозадерживающих сооружений на одном из участков трансальпийской дороги [8]:

1 - снегозадерживающий щит; 2 - деревянная стена; 3 - каменная стена; 4 - плетень

б) снегоудерживающие сооружения в снегосборном бассейне, дополняемые тормозящими сооружениями, лавинорезами, удерживающими или направляющими дамбами на пути схода лавины;

в) автономная галерея (рис. 9, а);

г) галерея с тормозящими сооружениями на пути схода лавины (рис. 9, б);

д) галерея с направляющими дамбами - стенами на пути схода лавины (рис. 9, в);

е) галерея с лавинорезом на пути схода лавины (рис. 9, г);

ж) лавинорез с направляющими дамбами на пути схода лавины без галереи.

Рис. 9. Комплексы противолавинных сооружений с галереями:

а - автономная галерея; б - галерея с тормозящими сооружениями; в - галерея с направляющими дамбами-стенами; г - галереи с лавинорезом; 1 - галерея; 2 - тормозящие сооружения решетчатые или сплошные (бетонные блоки); 3 - направляющая дамба - стена; 4 - лавинорез; Bл - ширина лавины (лавинного лотка); L - длина галереи; v - скорость лавины

В качестве сооружений, препятствующих сползанию снега со склонов снегосборного (лавиносборного) бассейна, устраивают террасы на склонах, направляющие дамбы-стены, устанавливают сквозные щиты, снегозащитные решетки, плетни, проволочные сетки и рвы (см. рис. 7 и 8). Рвы и террасы служат лишь для борьбы с осовами.

Наиболее распространены сквозные щиты (см. рис. 7, д).

Высота снегоудерживающего сооружения hс, измеряемая по нормали к склону, должна быть не меньше

hc ≥ ho cos α,

где ho - максимальная высота снежного покрова, измеряемая по вертикали, м;

α - угол наклона участка склона, град.

Расстояние между рядами снегоудерживающих сооружений (в м) определяется по формуле

где φ - угол трения снега, принимаемый равным 23 - 27° для гладких, задернованных склонов и 30° для каменистых и прочих склонов.

Применение тормозящих сооружений решетчатых или сплошных в виде бетонных блоков (рис. 9, б) дает возможность существенно снизить скорость лавины (с v1 до v на рис. 9, б) перед галереей и тем самым уменьшить ударное воздействие лавины на перекрытие галереи.

Расстояние между сооружениями одного ряда (см. рис. 10, в и 9, б)

l ≥ 4 Hл,

где Hл - глубина снежного потока в лавине (см. выше).

Нижний ряд тормозящих сооружений располагается так, что угол ψ ≤ 20°, чему соответствует расстояние между рядами сооружений Si ≈ 5,5 (см. рис. 9, б).

Для уменьшения длины противолавинной галереи в отдельных случаях, при явно выраженном лотке лавины, резко расширяющемся у проектируемой галереи (от величины Bл до B′л на рис. 9, в) могут применяться направляющие стены-дамбы. Плановое очертание направляющих стен должно обеспечивать пропуск лавины без стеснения живого сечения лотка (в плане раструб стен должен быть обращен в сторону галереи). Применение направляющих стен дает возможность уменьшить длину проектируемой галереи от величины L до L′ (см. рис. 9, в).

Минимальная высота противолавинной направляющей стены-дамбы, м,

Hст = Hл + 0,05 v2,

где Нл (в м) имеет прежнее значение, а v - скорость движения лавины у стены, м/с (определение величины v см. ниже в § 5).

Лавинорез у галереи (см. рис. 9, г) дает возможность взамен галереи длиной L применить две короткие галереи с суммарной длиной L′ + L″ < L.

В отдельных случаях путем устройства направляющих стен в сочетании с лавинорезом лавина может быть отклонена от дороги и тем самым отпадает необходимость в устройстве галереи.

§ 3. ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ, ПЛАН, ПРОФИЛЬ И ДЛИНЫ ГАЛЕРЕЙ

Противолавинные галереи особенно целесообразно устраивать в тех случаях, когда снегосборные бассейны имеют большую площадь, а на склоне лавины проходят по узким лоткам.

Длина противообвальной галереи назначается по условиям пропуска над ней полного объема снежной лавины; при этом порталы противолавинных галерей желательно располагать на менее заносимых участках местности.

Минимальная длина галереи (см. рис. 9, а и б)

L = Bл + 2 a,

где Bл - ширина лавинного лотка (ширина лавины);

a ≤ 30 м - ширина зоны действия снеговоздушного потока, сопровождающего сход лавины (см. выше § 2).

Способы укорочения галерей с помощью направляющих стен и лавинорезов приведены в § 2 и на рис. 9.

Специально установленных габаритов для противолавинных галерей на автомобильных дорогах пока не существует.

Поперечное сечение галереи проектируется в соответствии с габаритами, установленными для мостов в СНиП II-Д.5-72 и в проекте новой редакции СНиП II-Д.7 (с уменьшенной шириной предохранительных полос) [9].

Схема габарита приведена на рис. 10, а размеры по ширине - в табл. 3.

Рис. 10. Схема габарита приближения конструкций галерей на автомобильных дорогах:

П - предохранительная полоса; пв - проезжая часть - число полос и ширина полосы движения (размеры даны в см)

Таблица 3

Элементы поперечного профиля галерей с односторонним служебным тротуаром [9]

Габариты по высоте над поверхностью покрытия (H) в галерее принимают:

на дорогах I - III категорий.................................. H = 5 м;

на дорогах IV - V категорий................................. H = 4,5 м.

Продольный профиль и план галереи проектируют по нормам, установленным для проектирования открытых участков трассы (по СНиП II-Д.5-72), допуская любые сочетания профиля и плана.

При радиусах кривых в плане 1000 м и менее необходимо предусмотреть уширение проезжей части с внутренней стороны закругления в соответствии с табл. 9 СНиП II-Д.5-72 без уменьшения ширины предохранительных полос.

Расположение галерей в плане и по высоте склона должно по возможности обеспечивать снижение до минимума динамического воздействия на сооружение снежных лавин.

При движении лавины по склону на перекрытие галереи (рис. 11) действует давление Qл, нормальное к поверхности перекрытия, и касательная сила трения Тл, параллельная поверхности амортизирующей отсыпки, укладываемой поверх перекрытия галереи.

Рис. 11. Нагрузки Qл и Тл на галерею при движении лавины:

1 - верховая опора; 2 - низовая опора; 3 - перекрытие галереи; 4 - амортизирующая отсыпка из крупнообломочного грунта или песков (гравелистых, крупных или средней крупности) или других материалов.

Силы Qл и Тл зависят от толщины Hл лавины и скорости v подхода лавины к галерее.

Слагающие сил Qл и Тл, зависящие от скорости v, оказывают динамическое (ударное) воздействие на галерею.

Это динамическое воздействие зависит от величины угла β = α - αот, где α - угол наклона поверхности косогора, а αот - угол наклона поверхности отсыпки.

При β = 0, т.е. α = αот, когда горный склон и отсыпка имеют одинаковые наклоны, динамические слагающие сил Qл и Тл равны нулю. Эти динамические (ударные) слагающие можно не учитывать и при β > 0 только в том случае, когда расстояние d от галереи до вершины A угла β (см. рис. 11) превышает 2 Hл или 15 м [10], где Hл - толщина лавины. Это положение не распространяется на воздействие пылевидных и прыгающих лавин.

При β > 0 и d < 2 Hл (или 15 м) лавина оказывает большое динамическое (ударное) воздействие на галерею.

Указанные соображения должны по возможности учитываться при размещении галерей на склонах.

Как правило, галереи следует располагать в непосредственной близости от склона, что уменьшает кубатуру и стоимость выемки и амортизирующей отсыпки (рис. 11).

Однако иногда (при крутом обрыве в лотке схода лавины) это приводит к прямому удару прыгающих лавин, наиболее сильно воздействующих на перекрытие галереи (рис. 12).

Рис. 12. Размещение галереи у склона с прыгающей лавиной

§ 4. ТИПЫ И КОНСТРУКЦИИ ГАЛЕРЕЙ

В конструктивных решениях, применяемых при проектировании противолавинных галерей, следует обеспечивать требуемую надежность и долговечность сооружения, высокую производительность труда при строительстве и минимальные затраты при эксплуатации, а также соблюдать требования ТП 101-70 по экономному расходу материалов, учитывать возможность максимального использования местных материалов и предусматривать индустриализацию строительства на базе современных средств комплексной механизации строительного производства.

При проектировании сборных конструкций надлежит предусматривать:

а) обеспечение надежности, требуемой плотности, водонепроницаемости и высокого качества выполнения монтажных стыков, сопряжений и опираний, удобства установки и быстрой выверки положения конструкции с учетом возможности монтажа передовыми методами при наименьших затратах труда;

б) изготовление на заводах (или полигонах) с использованием высокопроизводительного оборудования и передовой технологии с применением механизации и автоматизации;

в) сборку конструкции из блоков и элементов, размеры и вес которых допускают погрузку, беспрепятственное транспортирование и разгрузку.

При выборе системы галерей необходимо учитывать следующие их особенности:

а) балочные галереи позволяют полностью освободить низовые опоры от восприятия горизонтальных составляющих сил Qл и Тл, передаваемых на галерею при движении лавин (см. рис. 11), они наиболее просты в изготовлении и при монтаже. Однако с ростом расчетных нагрузок (лавины большей толщины и скорости движения, широкие габариты галереи) в балочных галереях резко возрастает кубатура перекрытия и, как правило, верховых опор;