Методические рекомендации по зимнему содержанию автомобильных дорог в Казахстане


Рис. 27. Движение различных слоев ветрового потока при обтекании отдельно стоящей возвышенности (гряды, холма)

Рис. 28. Движение различных слоев ветрового потока при обтекании ряда расположенных друг за другом возвышенностей (гряд, холмов)

В понижениях между возвышенностями (холмами) будет проходить, наоборот, уменьшенное количество воздуха, в связи с чем скорости ветрового потока здесь будут значительно снижены.

Измерения скоростей ветрового потока на вершинах возвышенностей и у оснований подтверждают это положение.

Данные замеров скоростей ветрового потока над дюнами и у их оснований приведены в таблице 16 (П.А. Молчанов, 1938 г.).

Разность высот, на которых производились измерения, составляла 5 м.

Таблица 16

Средняя скорость над дюнами, м/сек

Средняя скорость у основания дюн, м/сек

Отношение скорости у основания дюн к скорости над дюнами, %

4,0

2,6

64

4,3

2,9

67

4,6

3,3

71

5,7

4,3

76

13,4

11,3

84

16,0

12,8

80

Из этой таблицы видно, что даже при больших скоростях разность в скорости над дюнами и у их основания составляла 20 %, а в абсолютных значениях эта разница составляла 3,2 м/сек.

При большей разнице в отметках вершины возвышенности и ее основания эта разница может быть также значительно больше. Так, например, замеры скорости ветра, произведенные в одно и то же время у подножия и на вершине одной, сравнительно невысокой, горы показали, что эта скорость перед горой была 9 м/сек, на вершине горы - 22 м/сек и за горой - 14 м/сек.

Разное воздействие различных форм рельефа местности на ветровой поток оказывает огромное влияние на интенсивность переноса и отложений снега. Здесь, как и у сравнительно небольших препятствий (насыпи, выемки), отложения снега наиболее интенсивно происходят в пределах действия зоны торможения и зоны циркуляции и в местах, где происходит снижение скоростей ветрового потока.

Приведем несколько примеров отложений переносимого снега в различных формах рельефа местности.

При встрече ветрового потока с террасообразными уступами, расположенными на склоне долин, скорости его значительно меняются. Имеет ли ветровой поток направление вверх по уступам или вниз, наименьшие скорости этот поток всегда имеет у подножия каждой террасы и наибольшие - у ее края. В связи с этим и отложения снега на таких террасах происходят неравномерно: наибольшей мощности эти отложения достигают у подножия террас и наименьшей - у их краев. Откладывающийся снежный покров при такой форме рельефа местности сглаживает резкие перегибы склона, как бы выравнивая их (рис. 29).

Рис. 29. Отложения снега на террасообразных уступах

У небольших отдельных возвышенностей (холм, бугор) наибольшей мощности отложения снега достигают у их основания, при удалении от этих возвышенностей мощность отложений уменьшается (см. рис. 30).

Рис. 30. Отложения снега у небольших, отдельных возвышенностей (холм, бугор)

У узких, невысоких гряд с пологим склоном, обращенным к ветру, и с крутым подветренным наибольшей мощности снежные отложения (см. рис. 31) достигают на крутом подветренном склоне, и особенно в его верхней и нижней части. На верхних же двух третях пологого склона снег откладывается в весьма небольшом количестве. При обратном направлении ветра, т.е. когда к ветру обращен крутой склон, а пологий является подветренным, наибольшей мощности, снежные отложения достигают в верхних двух третях пологого подветренного склона и у подножия крутого наветренного склона, верхняя же часть крутого наветренного склона вообще почти не имеет снежных отложений (см. рис. 32).

Рис. 31. Отложения снега у узких, невысоких гряд с обращенным к ветру пологим склоном

Рис. 32. Отложения снега у узких, невысоких гряд с обращенным к ветру крутым склоном

На объем отложений снега в различных формах рельефа местности оказывают влияние два основных фактора: снегоемкость той неровности, у которой задерживается и откладывается снег, и объем приносимого к этой неровности снега. Превалирующее значение того или другого фактора зависит от размеров неровности. Если неровность сравнительно невелика, то при полной ее заработке приносимый к ней снег будет переноситься дальше. Если неровность имеет большие размеры, то весь приносимый к ней снег задержится и отложится у этой неровности. Следовательно, объем отложений снега у неровности зависит от ее снегоемкости и от возможного объема приносимого снега.

7. ПРОКЛАДКА ДОРОГ ПО НАИМЕНЕЕ ЗАНОСИМЫМ УЧАСТКАМ МЕСТНОСТИ

7.1. Месторасположение дорог по отношению к границам снегопереноса

Из изложенной выше сущности явления сноса и переноса снега вытекает, что каждый участок снегопереноса имеет определенные границы, из-за пределов которых снег к дороге не поступает. Следовательно, чем ближе (считая по направлению господствующих ветров) дорога будет расположена к границе участка снегопереноса (см. рис. 33), тем меньше будет длина полосы снегопереноса l и тем меньше, при прочих равных условиях, будет приносить к дороге снега. И, наоборот, чем дальше будет расположена дорога от границы участка снегопереноса (см. рис. 33), тем больше будет длина полосы снегопереноса l и тем больше будет приносить к дороге снега.

Но это положение отвечает действительности только до тех пор, пока расстояние от дороги до границы участка снегопереноса l меньше дальности переноса снега для данных условий L. Если расстояние l (см. рис. 33) будет больше дальности переноса снега L, то принос снега к дороге возрастать не будет и установится постоянным. Следовательно, если дорога будет расположена от границы снегопереноса дальше дальности переноса снега L, то при любом ее отдалении от границы l к ней будет приноситься одинаковое количество снега.

Рис. 33. Расположение дороги по отношению к границам снегопереноса

Возможная величина дальности переноса снега L приведена выше, в таблице 13.

7.2. Прокладка дорог в различных формах рельефа с учетом их заносимости

Приведенные выше данные о накоплении и распределении отложений снега в различных формах рельефа позволяют установить наиболее целесообразные места для прокладки дорог, где они будут в наиболее благоприятных условиях в отношении снегозаносимости.

На высоких горных местах и водоразделах ветер всегда сильнее, чем в прилегающих к ним долинах. Водораздел стесняет живое сечение ветрового потока, благодаря чему увеличивается его сила, и потому, когда в долине ветер еще слабый, на водоразделе его скорость уже достаточно велика. После водораздела живое сечение ветрового потока увеличивается и скорость ослабевает, а если подветренный склон достаточно крутой, то образуется зона циркуляции.

В таких условиях самым неудачным местом проложения дороги будет начало подветренного склона водораздела, где всегда откладывается много снега. На самом водоразделе положение может быть двоякое: если дорога будет проложена в выемке, то такая выемка будет сильно заноситься; если дорога будет проложена насыпью, она будет хорошо продуваться и не будет заноситься.

Правда, при плохом и неправильном содержании дорога в этом случае может заноситься и при прокладке ее даже насыпями, так как на водоразделах и повышенных местах перенос снега наиболее интенсивен.

При прокладке дорог по наветренному склону водораздела также может быть несколько положений: если перед водоразделом имеется довольно широкая равнина, то снег с нее будет сноситься к нижней части наветренного склона водораздела, и в таком случае дорогу следует располагать как можно выше к водоразделу; если перед наветренным склоном такой равнины нет, дорогу можно проложить и по нижней части этого склона, но и в этом случае ее следует несколько поднять от подошвы склона вверх по косогору.

В широких долинах наибольшие скорости ветра наблюдаются обычно в ее средней трети. У подветренного склона скорости ветра уменьшаются в связи с образованием зоны циркуляции, у наветренного - скорости ветра уменьшаются в связи с тормозящим действием этих склонов. Поэтому наиболее правильно прокладывать дорогу в средней трети долин и неправильно прокладывать их у самой подошвы как подветренных, так и наветренных склонов.

Возможность прокладки дорог по узким долинам зависит от высоты и крутизны ограничивающих ее склонов, а также от направления господствующих ветров в зимние месяцы. При ветрах, дующих вдоль долины, можно и не опасаться сильных заносов. Сильных заносов можно не опасаться и при ветрах, дующих поперек долины, если ограничивающие ее высоты достаточны и имеют крутые склоны. При небольшой высоте склонов, а также при пологих склонах большой высоты узкие долины будут сильно заноситься снегом, что поведет за собой сильный занос дороги.

При проложении дорог по террасам следует располагать их ближе к краю террасы, где отложения снега всегда наименьшие.

Приведенные выше положения относятся к открытым, безлесным местам. Наличие леса коренным образом может изменить ситуацию и поэтому этот фактор следует учитывать при прокладке дорог.

Большую роль может иметь направление склонов по отношению к странам света (восток, запад, север, юг) и к направлению господствующих зимой ветров. Многообразие различных факторов должно быть учтено при изысканиях дорог, а для этого следует собирать необходимые сведения у старожилов, как это часто делается при установлении горизонта высоких вод.

Изложенное показывает, какое огромное значение в отложениях переносимого снега играет рельеф местности. Поэтому при проложении трассы дорог, в том числе временных и сезонных, следует тщательно изучать влияние рельефа на условия переноса и отложений снега и учитывать эти условия с целью проложения трассы по местам, которые в естественных условиях сами по себе не являются сильно заносимыми.

8. СНЕГОЗАЩИТНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ СНЕГОПЕРЕПУСКАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ

8.1. Виды снегозащитных мероприятий снегоперепускающего действия

Снегозащитные мероприятия снегоперепускающего действия основаны на беспрепятственном пропуске переносимого ветром снега через основную полосу движения на дороге. Перенос этот может осуществляться или нормальным ветровым потоком, или приданием ему повышенных скоростей.

На воздействие на переносимый снег нормального ветрового потока рассчитаны рекомендации по устройству и поддержанию поперечного профиля дороги с обтекаемым очертанием: раскрытые мелкие выемки; мелкие выемки, разделанные под насыпь; нулевые места и малые насыпи (ниже возможной толщины снежного покрова), очищаемый снег с которых разбрасывается далеко. Получающейся при снегоочистке траншее придаются уклоны с пологостью не менее 1:6 - 1:8.

На придании ветровому потоку повышенных скоростей основаны рекомендации по прокладке дорог насыпями выше возможной поверхности снежного покрова и по установке на бровке или откосах земляного полотна ветронаправляющих устройств.

8.2. Раскрытые или разделанные под насыпь мелкие выемки

Поскольку в таких выемках переносимый снег все же откладывается, то решение вопроса об их применении с последующей обязательной уборкой из них снега или об ограждении их снегозащитой можно произвести только экономическим путем. Главную роль при этом будет играть возможный объем приносимого к таким выемкам снега, а также и интенсивность движения транспорта. Такое экономическое исследование было проведено В.П. Лыковым, В.В. Лукишей и В.Ф. Новиченковым (1971 г.). Они установили, что удельные затраты на расчистку снежных заносов при приносе к дороге снега в 50 - 100 м3/м колеблются в пределах от 238 до 513 руб/км. Кроме того, потери, вызванные увеличением себестоимости перевозок из-за снижения скорости движения автомобилей в период снежных заносов на разных категориях дорог в условиях Украины колеблются в пределах от 168 - 254 до 1514 - 2355 руб./км. Общие же суммарные удельные потери при движении автомобилей в период снежных заносов для разных категорий дорог оказались в пределах от 438 - 551 до 2027 - 2781 руб./км.

При наличии раскрытых или разделанных под насыпь выемок можно принять, что эти потери будут составлять половину от указанных и находиться в пределах от 220 - 275 до 1000 - 1390 руб./км.

При таких небольших объемах снегоприноса (50 - 100 м3/м) в качестве снегозадерживающих устройств обычно рекомендуются переносные щиты. Среднегодовые расходы на изготовление и эксплуатацию таких щитов по данным автора получились:

При объемах снегоприноса          50 м3/м                - 327 руб./км.

   «          «               «                       100 м3/м              - 477 руб./км.

Отсюда вытекает, что для дорог I - III категорий среднегодовые расходы на задержание снега щитами при объемах в 50 м3/м в 2 - 3 раза меньше, чем расходы на потери автотранспорта и уборку снега при раскрытых, не огороженных мелких выемках. При объемах в 100 м3/м это уменьшение будет 1,5 - 2,5.

Для дорог IV категории при объемах снегоприноса в 50 м3/м расходы на задержание снега щитами будут несколько меньше, чем потери автотранспорта и расходы на уборку снега, а при объемах снегоприноса в 100 м3/м расходы при применении щитов будут несколько больше.

Для дорог V категории расходы при применении щитов будут больше по сравнению с раскрытой выемкой примерно в 1,4 - 1,7 раза.

Из изложенного вытекает:

1. Устройство раскрытых или разделанных под насыпь мелких выемок на дорогах I - III категорий нецелесообразно - здесь нужно устраивать выемки с обычными полуторными откосами и огораживать их хотя бы переносными щитами.

2. На дорогах IV категории расходы при применении щитов и при устройстве мелких раскрытых выемок примерно одинаковы. Однако, учитывая большую надежность применения щитов, для дорог и этой категории устройство раскрытых выемок следует признать нецелесообразным.