Повышение скользкости проезжей части дороги при отрицательных температурах вызывается наличием на ней корки льда или прикатанного транспортом слоя снега со скользкой, обледеневшей поверхностью.
Появление на проезжей части дороги корки льда или прикатанного, скользкого обледеневшего слоя снега вызывается: мокрым или влажным снегом; оттепелями; зимними дождями; сухим снегом, выпавшим на мокрую поверхность; наличием слоя сухого снега с образовавшейся на нем, в результате движения транспорта, тонкой, обледеневшей коркой; подтаиванием поверхности слоя снега днем и замерзанием ее ночью; осаждением атмосферной влаги (сублимация водяного пара на покрытии или осаждение мелких водяных капель, образующих туман) на охлажденное покрытие.
Все эти виды обледенений поверхности проезжей части вызывают снижение коэффициента сцепления φ до величины 0,25 - 0,15, а иногда даже и до 0,07, т.е. много меньше против допустимого.
Обледенения поверхности проезжей части дорог происходят на всей территории Казахстана и в течение всего периода с отрицательными температурами, т.е. поздней осенью, зимой и ранней весной. И обледенение могут вызвать любые отрицательные температуры от -1° до -50° и ниже.
Наличие на проезжей части дорог снега создает двоякие условия: рыхлый слой снега препятствует движению автомобилей в связи с увеличением сопротивления качению f; плотный слой снега наоборот позволяет создать ровную поверхность, способствующую уменьшению сопротивления качению, особенно на грунтовых дорогах. Но поверхность плотного слоя снега, как уже указано, превращается в обледеневшую корку и сильно снижает коэффициент сцепления. Поэтому на проезжей части дороги, имеющей дорожные одежды, и особенно с покрытиями, позволяющими счищать выпавший снег полностью без нарушения их целостности, такую уборку снега следует делать обязательно.
Необходимо также помнить, что и уборка снега наиболее эффективна и экономична тогда, когда снег имеет наименьшую плотность и прочность.
Приведем количественные значения сопротивления качению и сопротивлений вырезанию и перемещению снега при его уборке.
Плотность снегового покрова (весовая) представляет собой отношение веса снега к его объему и измеряется в граммах на кубический сантиметр (г/см3).
Плотность слоя свежевыпавшего снега, в зависимости от формы выпадающих снежинок, замерена (А. Шепелевский, 1939 г.):
рыхлый свежевыпавший - 0,06 - 0,08
« свежий хлопьями - 0,04 - 0,07
« « средними снежинками - 0,08 - 0,12
« « крупинками - 0,13
« « мелкими крупинками - 0,08 - 0,16
Плотность слоя свежевыпавшего снега, в зависимости от силы ветра при его выпадении, замерена (Г.Д. Рихтер, 1945 г.):
в тихую погоду - 0,04 - 0,07
при легком ветре - 0,04 - 0,18
при среднем ветре - 0,12 - 0,18
при сильном ветре - 0,15 - 0,28
Плотность снегового покрова с течением времени под влиянием собственного веса, давления вновь образующихся слоев: и уплотняющего действия ветра постепенно увеличивается и к концу зимы достигает в среднем 0,30.
Прочность (твердость) снежного покрова представляет собой его несущую способность, измеренную килограммами на квадратный сантиметр (кГ/см2).
С физической точки зрения прочность снегового покрова зависит от его плотности, характера межкристаллического сцепления и температуры.
Зависимость прочности ненарушенного снегового покрова от его плотности при температуре снега ниже -3° показана в таблице 2.
Таблица 2
|
Плотность снега |
Несущая способность слоя снега, кГ/см2 |
|
0,10 |
0,02 |
|
0,15 |
0,03 |
|
0,20 |
0,06 |
|
0,25 |
0,10 |
|
0,30 |
0,15 |
|
0,35 |
0,25 |
|
0,40 |
0,30 |
Прочность снегового покрова, подвергнутого искусственному перемешиванию или уплотнению, во много раз превосходит прочность ненарушенного снегового покрова, имеющего такую же плотность. Наибольшую прочность дает совместное применение перемешивания и уплотнения.
При температуре, близкой к нулю, эту высокую прочность обработанный снеговой покров приобретает сразу же после его обработки, при более низкой температуре повышение прочности обработанного снегового покрова происходит с течением времени.
Увеличение прочности уплотненного гладилками снегового покрова на глубину 15 см при температуре - 10 °С приведено в таблице 3.
Таблица 3
|
Время после обработки в часах |
Несущая способность слоя снега, кГ/см2 |
|
1 |
3,0 |
|
6 |
6,0 |
|
10 |
8,0 |
При одном перемешивании снега, без последующего уплотнения, плотность и прочность отработанного снега также возрастают. Слой снега, имеющий плотность 0,18 и прочность 0,33 кГ/см2, был подвергнут перемешиванию при температуре - 12 °С. После 24 часов плотность перемешанного снега увеличилась до 0,32, а прочность - до 1,32 кГ/см2 (И.В. Крагельский, 1942 г.).
Особенно большое возрастание прочности получается при совместном перемешивании и уплотнении. Слой снега, имеющий плотность 0,19 и прочность 0,42 кГ/см2 был подвергнут перемешиванию боронами и затем уплотнен многополозными санями весом около 1 тонны. Температура воздуха была - 15 °С. Сразу после обработки плотность слоя снега оказалась 0,50 и прочность - 4,5 кГ/см2. Через 18 часов после обработки плотность снега осталась равной 0,50, а прочность увеличилась до 12 кГ/см2.
Наличие слоя снега на проезжей части дороги с плотностью, при сухом снеге, до 0,4 вызывает увеличение сопротивления качению и отсюда, как следствие, снижение скоростей движения автомобилей. Количественные значения влияния скоростей в зависимости от толщины слоя снега приведены на рисунке 1.
Рис. 1. Зависимость скорости движения автомобилей от толщины ненарушенного слоя снега
При искусственно уплотненном слое снега до плотности 0,45 не оставляют следа и потому не снижают скорости легковые автомобили, при плотности 0,5 - легкие грузовые и при плотности 0,6 - средние и тяжелые грузовые.
При сыром, мокром снеге, при любой плотности, все автомобили оставляют колею и поэтому все скорость.
Плотность убираемого слоя снега, как показано на рисунке 2, оказывает большое влияние на сопротивление его вырезанию и перемещению плужными снегоочистителями.
Рис. 2. Зависимость сопротивления вырезанию и перемещению снега плужными снегоочистителями от плотности убираемого слоя снега
Плотность убираемого слоя снега оказывает большое влияние и на производительность роторных снегоочистителей.
3. МЕРОПРИЯТИЯ ПО БОРЬБЕ СО СНЕГОМ И ЛЬДОМ НА ДОРОГАХ
3.1. Основные виды мероприятий
Основными видами мероприятий по борьбе со снегом и льдом на дорогах являются:
защита проезжей части и обочин от отложений на них снега, приносимого ветром с окружающей местности;
уборка снега с проезжей части и обочин;
недопущение и ликвидация обледенений проезжей части дороги;
недопущение образования лавин и меры по их ликвидации;
недопущение образования наледей и меры по их ликвидации.
Первые три вида мероприятий необходимы на всей территории Казахстана; четвертый - в горных районах Восточно-Казахстанской, Семипалатинской, Талды-Курганской, Алма-Атинской, Джамбулской и Чимкентской областей; пятый вид мероприятий - борьба с наледями - может оказаться необходимым в той или иной степени почти на всей территории Казахстана, за исключением самых южных областей: Чимкентской, Кзыл-Ординской, Гурьевской и Мангышлакской. Наиболее опасны в отношении образования наледей горные районы.
Из всех указанных выше мероприятий наиболее важными в обеспечении требований в отношении скоростей и бесперебойного и безопасного движения автомобилей являются первые два: защита от приносимого ветром снега и снегоуборка. Хотя борьба с обледенениями также требуется на всей территории Казахстана, однако, следует указать, что основной причиной появления обледенений, особенно в северной половине Казахстана, являются недостаточный надзор за состоянием покрытий и несвоевременная и недостаточная уборка снега с покрытий.
Следует отметить также, что хотя наиболее важными названы два мероприятия: защита от приносимого ветром снега и снегоуборка, однако, первое из них требует значительно больших усилий и больших затрат, чем второе. Вызывается это тем, что при снегопадах на проезжей части и обочинах за весь зимний период может образоваться снежный покров (если его не убирать) толщиною до 1,0 метра. За один же снегопад этот покров может достигнуть толщины максимум 0,3 м. При современных средствах снегоочистки убрать такой слой снега не составляет большого труда. И при правильно организованной службе снегоочистки из-за снегопада не может быть перерыва в движении. Даже не может быть и большого снижения скоростей.
Другое дело - переносимый снег. На один погонный метр дороги за весь зимний период может принести 200, 500 и даже 1000 м3/м. Бороться с таким количеством приносимого снега одними снегоочистителями уже невозможно и приходится применять снегозащитные мероприятия. Стоимость этих мероприятий очень высока и может колебаться, в зависимости от объема снегоприноса, в пределах от 10000 до 100000 рублей на один километр. Поэтому данный вопрос в борьбе со снегом на дорогах играет первостепенную роль.
Такую роль он играет и на железных дорогах, где организация снегоборьбы находится на высоком уровне. Так, Д.М. Мельник в своей работе 1966 г. указывает:
«Ежегодно по сети дорог (имеются в виду железные дороги) на снегоборьбу расходуется до 30 млн. руб., или 13 % стоимости текущего содержания пути. На дорогах каждую зиму для выполнения работ по снегоборьбе затрачивается в среднем 5 - 6 млн. человеко-дней. Тем не менее бывают еще случаи, когда из-за снежных заносов происходят перебои в движении поездов. Очевидно, при таких обстоятельствах уменьшение стоимости и трудоемкости снегоборьбы и такое дальнейшее ее усовершенствование, которое исключило бы вредное влияние снегопадов и метелей на работу транспорта, составляют одну из актуальнейших задач путевого хозяйства и железнодорожного транспорта в целом».
Еще большее значение решение этого вопроса имеет для автомобильных дорог. Из-за значительно большего протяжения их на снегоборьбу по всей территории СССР расходуется уже в среднем до 70 млн. руб. ежегодно. Кроме того из-за значительно более позднего срока начала этой борьбы на автомобильных дорогах, более быстрого роста их протяжения и, пока, более низкого уровня организации работ по снегоборьбе перерывы в движении на автомобильных дорогах из-за снежных заносов имеют место каждую зиму и иногда на довольно большие сроки. Эти перерывы в движении приносят государству большие убытки и поэтому должны быть устранены как можно быстрее.
В настоящее время на подавляющем большинстве автомобильных дорог Казахстана более или менее регулярно проводится лишь борьба со спокойно выпадающим снегом. Но этот вид борьбы может дать положительные результаты, когда применяются и мероприятия по борьбе со снегом, приносимым ветром к дороге с окружающей ее местности. В качестве таких мероприятий на автомобильных дорогах Казахстана применяются придорожные снегозащитные насаждения, переносные щиты и заборы. Однако поскольку в настоящее время эти мероприятия, особенно заборы, применяются пока в недостаточной степени, то на дорогах возникают перерывы в движении автотранспорта и сильное снижение его скоростей. А это вызывает общегосударственные убытки, и не только по автотранспорту, но и по всем предприятиям, пользующимся услугами автотранспорта.
3.2. Борьба со снегом, приносимым ветром к дороге с окружающей ее местности
Изложенное показывает, что наиболее важной задачей по снегоборьбе является борьба со снегом, приносимым ветром к дороге с окружающей ее местности. Следует сразу предупредить, что задача эта для автомобильных дорог Казахстана является весьма трудной.
Основным расчетным показателем для решения этой задачи являются объемы снегоотложений, которые по своей величине в северной половине Казахстана занимают второе место после тундры и в наиболее снегозаносные годы достигают 1000 - 1200 м3/м. По всей территории Казахстана максимальные объемы снегоотложений колеблются в пределах от 75 до 600 м3/м и единичные исключительные от 100 до 1200 м3/м.
Осуществление снегозащитных мероприятий должно начинаться с периода изысканий, когда трасса должна прокладываться по наименее заносимым участкам местности.
Применяемые в процессе проектирования снегозащитные мероприятия по борьбе с переносимым снегом по принципу воздействия на ветроснеговой поток можно разделить на 3 группы: снегоперепускающие, снегозадерживающие, снегоизолирующие.
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; придание откосам снежной траншеи на проезжей части пологих уклонов.
Следует, однако, отметить, что эти мероприятия только лишь снижают степень заносимости данного участка дороги, а не устраняют ее. Поэтому для условий Казахстана они могут применяться только там, где объемы снегоотложений не превышают 50 - 100 м3/м.
