Страница 2: Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации искусственных сооружений автомобильных дорог на водотоках с наледями (54273)

2.5. В подготовительный период перед основными полевыми работами по литературным данным и фондовым материалам изучают геологические, геокриологические, гидрогеологические, гидрологические, климатические и другие особенности будущей трассы и пересекаемых ею водотоков. Собирают сведения о наледях, температуре воздуха, осадках, толщине снежного покрова и др. Если наледей на трассе много, производят аэровизуальное обследование и аэрофотосъемку водотоков с вертолета или самолета в апреле - начале мая после схода снежного покрова, когда наледи хорошо видны. На основе собранных сведений в подготовительный период составляют программу и график работ по обследованию наледных участков при полевых работах.

Полевые летне-осенние работы при изысканиях

2.6. При полевых летне-осенних работах по изысканиям на стадии составления рабочего проекта дороги, кроме установленного нормативными документами перечня работ для обычных условий, на водотоках с наледями. выполняют следующие работы.

1. Производят топографическую и инженерно-геологическую съемку логов водотоков. Съемкой охватывают всю площадь наледной поляны и места выхода источников подземных вод, питающих наледь, с прилегающими участками местности: вниз от оси перехода 100 м, вверх от начала наледной поляны 300 м и по сторонам 50 м от границ наледной поляны. Масштаб выбирают в зависимости от размеров наледи от 1:500 до 1:2000.

При съемке разбиваются поперечники: у сооружения в сечении с наибольшей толщиной наледи и в характерных местах. По поперечникам производят нивелирование ложа наледной поляны, определяют осенние уровни воды в реке и зеркало грунтовых вод на поймах или в реке, если нет поверхностного зимнего стока.

По следам, оставленным наледью па деревьях и земной поверхности, определяют уровень верха наледи. С помощью старожил устанавливают год ее образования и особенности развития.

2. Составляют план лога в горизонталях, поперечные и продольные грунтово-геологические разрезы в границах съемки, указанных в п. 1. На поперечных и продольном разрезе показывают границу водоупора (вечной мерзлоты, скальных пород и др.).

3. Определяют местонахождение и тип подземных источников, характер излива, режим источников (их дебит, температуру, химический анализ воды.)

4. Производят тщательное обследование и описание морфологии русла, характерных его участков (перекатов, плесов и др.), берегов, пойм, террас, склонов долины, растительности, налетов солей на деревьях и камнях, микрорельефа, заболоченности.

5. Наряду с традиционными буровыми работами и выработками при мерзлотно-гидрологических исследованиях наледных участков рекомендуется применять электрометрические методы: вертикальное электрозондирование (ВЭЗ) и электропрофилирование (ЭП), которые позволяют определять глубину и границы залегания вечной мерзлоты, тектонические нарушения, толщину рыхлых отложений и др.

Ледомерные съемки и определение размеров наледей

2.7. Ледомерные съемки следует производить в марте-апреле, когда наледи достигают максимального развития. Их производят с целью определения размеров наледей и прогнозирования их расчетных параметров при проектировании искусственных сооружений.

Размеры наледей можно определять топографической съемкой, посредством ледомерных вех с измерением расстояний между ними или путем бурения наледного льда.

2.8. При съемке площадь наледей может быть определена замкнутым или висячим теодолитным ходом, а толщина посредством нивелирования поверхности льда по поперечникам. При этом при летне-осенних полевых работах должно быть произведено нивелирование ложа наледной поляны по тем же поперечникам.

2.9. Измерение толщины наледей может производиться посредством ледомерных вех, которые осенью устанавливают на наледной поляне, или бурением наледного льда мотобуром или гидротермобуром.

В зависимости от конфигурации наледи и ее размеров ледомерные вехи или буровые скважины могут располагаться по разным схемам (рис. 1). Для вытянутых в длину и нешироких наледей вежи или скважины экономичнее располагать по линиям характерных поперечных профилей (рис. 1, а), размещая их по возможности на равных расстояниях. Выбор прямоугольной сетки (рис. 1, б) целесообразен на относительно широких наледях.

Количество поперечников назначают в зависимости от длины наледи, но не менее пяти, а расстояние между вехами или скважинами на поперечнике - не более 1/4 их длины. Если наледь большая и ровная, то расстояния между поперечниками можно назначать 100-200 м. Необходимо стремиться, чтобы поперечники проходили через сужения и расширения наледи и боковые ее ответвления.

Расположение поперечников с измеренными расстояниями по их створам и между ними наносят на план наледи, по которому определяют ее площадь АП и длину lП.

2.10. Среднюю толщину наледи на поперечнике определяют по формуле

                                              (1)

где Z1 и Zm - толщина у крайних вех или скважин на поперечнике; b0 и b'0 - расстояние от краев наледи до крайних вех или скважин; Zi - толщина наледи у i-й вехи или скважины; bi - расстояние между вехами или скважинами на поперечнике; m-количество вех или скважин на поперечнике.

Средняя толщина наледи на наледной поляне

Рис. 1. Схемы расположения ледомерных вех или буровых скважин на наледях:

а - по линиям характерных поперечных профилей; б - в углах прямоугольной сетки

                                        (2)

где Z1СР и ZПСР - средняя толщина наледи на крайних поперечниках; а0 и a'0 - расстояния от крайних поперечников до краев льда у начала и конца наледи; ZiСР - средняя толщина наледи на i-м поперечнике; ai - расстояние между поперечниками; n - число поперечников.

Объем наледи в год изысканий

VНИ=ZНСРАН,                                                            (3)

где АН - площадь наледи.

Объем наледи можно вычислить также путем суммирования отдельных блоков между поперечниками по формуле

                                        (4)

где f1 и fn - площадь крайних поперечников; fi - площадь i-го поперечника.

Максимальную толщину наледи Zmax определяют по наибольшему показанию ледомерных вех, скважин или нивелированием.

2.11. При ледомерных съемках для каждой наледи необходимо определять коэффициент ее форм ??, который определяется по формуле:

                                                           (5)

где ZMAX И и ZСР И - толщина наледи на наледной поляне соответственно максимальная и средняя.

Коэффициент формы характеризует формы ложа, поверхность наледи и особенности ее развития. Он необходим для прогнозирования расчетных параметров наледи.

2.12. В период ледомерных съемок изучают особенности развития каждой наледи, определяют тип подземных вод, питающих наледь: грунтовые, надмерзлотные, подмерзлотные, межмерзлотные, тектонических разломов. Уточняют местонахождение подземных источников, характер излива, измеряют дебит, температуру воды и производят ее химический анализ; определяют расположение и размеры наледных бугров, толщину льда, уровень ледостава на реке.

3. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАСЧЕТНЫХ ПАРАМЕТРОВ НАЛЕДЕЙ

3.1. Расчет мостов, труб и пойменных насыпей на воздействие наледей следует производить по их расчетным параметрам, которые должны определяться как и для водного потока с вероятностью превышения, указанной в п. 1.25 СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы.

3.2. Основными параметрами наледей, которые используются при проектировании искусственных сооружении и противоналедных устройств, являются: объем наледи, ее толщина (средняя и максимальная), ширина и длина.

3.3. Развитие наледного процесса зависит от многих природных и техногенных факторов. Все природные факторы наледеобразования можно разделить на две группы: 1) гидрогеологические и геоморфологические; 2) гидрометеорологические.

Для конкретного водотока гидрогеологические и геоморфологические условия ежегодно остаются неизменными, а гидрометеорологические факторы изменяются в годовом и многолетнем циклах. В зависимости от сочетания величин гидрометеорологических факторов в разные годы наледи образуются больших или меньших размеров.

Методика прогнозирования

3.4. Ежегодный объем наледи на рассматриваемом водотоке зависит от суммы жидких осадков в летне-осенний период предыдущего года и глубины промерзания.

Прогнозирование параметров наледей поверхностных и подземных вод производится вероятностным методом переходных коэффициентов, разработанным В.А. Дементьевым. Он может применяться при прогнозировании природных наледей, которые зафиксированы на водотоке при изысканиях трассы дороги и инженерно-геологическом обследовании.

При этом методе прогнозируемый объем наледи Vнp с заданной вероятностью превышения определяют по формуле:

Vнр=nVниkxkfkc,                                                          (6)

где n -коэффициент надежности, принимаемый равным 1,20; Vни - объем наледи в год изысканий (определяемый в апреле-марте) при наибольшем ее развитии; kx, kf, kc - коэффициенты, учитывающие соответственно жидкие осадки в летне-осеннее время предыдущего года, сезонное промерзание и стеснение потока поверхностных и грунтовых вод строительством сооружения.

Коэффициент, учитывающий осадки,

                                                              (7)

где xp - сумма жидких осадков с расчетной вероятностью превышения, определяется по кривой обеспеченности; xИ - сумма жидких осадков в летне-осенний период в год, предшествующий году определения объема природной наледи при изысканиях. Осадки вычисляются, начиная с июля месяца.

Коэффициент, учитывающий сезонное промерзание,

                                                                (8)

где dfp - глубина сезонного промерзания с расчетной вероятностью превышения, определяют по кривой обеспеченности; dfИ - глубина сезонного промерзания в год изысканий (обследования наледи), определяют расчетом.

Коэффициент, учитывающий стеснение потока строительством сооружения,

                                                           (9)

где ф - площадь фильтрационной зоны по оси перехода до постройки сооружения; wс - площадь стеснения фильтрационной зоны постройкой сооружения.

Коэффициент kc применяют только при проектировании вновь строящихся искусственных сооружений. Если прогнозирование производят на водотоках у существующих сооружений, то этот коэффициент не учитывают. Не учитывают его при ключевых наледях, когда излив наледеобразующей воды происходит непосредственно на поверхность земли.

3.5. В многолетнем цикле изменчивость сумм жидких осадков и глубин сезонного промерзания носит случайный характер, поэтому их расчетные значения определяют на основе вероятностного прогноза по кривым обеспеченности. Для этого по данным ближайшей метеостанции за любые 20-25 последовательных лет составляют таблицы сумм жидких осадков в летне-осенний период, среднемесячных температур воздуха и толщины снежного покрова, начиная с месяца наступления устойчивой отрицательной температуры воздуха и кончая месяцем со средней температурой не выше минус 12 ??С. Осадки вычисляют для ряда лет, предшествующих годам промерзания.

Вычисленные суммы жидких осадков и глубины промерзания записывают в таблице ранжированными рядами в убывающем порядке с указанием года наблюдений (табл. 2). Для каждого порядкового номера ряда определяют эмпирическую вероятность превышения, согласно СНиП 2.01.14-83, по формуле

                                                            (10)

где i - порядковый номер ряда; n - общее число членов ряда (количество лет наблюдений).

По данным таблицы, на специальной клетчатке вероятностей строят эмпирические кривые обеспеченности сумм жидких осадков и глубин промерзания, по которым экстраполяцией производят прогноз расчетных значений суммы жидких осадков и глубины промерзания с заданной вероятностью превышения.

Таблица 2. Ординаты аппроксимирующих кривых обеспеченности сумм жидких осадков и глубины промерзания на реке А