Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации искусственных сооружений автомобильных дорог на водотоках с наледями

В наиболее теплое время уровень керосина должен быть ниже крышки на 5-10 см. Зимой в наиболее холодное время он должен быть на 10-15 см выше сочленения труб.

Если уровень керосина опустится ниже сочленения труб, произойдет разрыв потока, прекратятся циркуляция и работа охлаждающей установки.

5.11. Охлаждающие установки следует изготавливать из безшовных горячекатаных стальных труб (ГОСТ 9941-81). Сварка швов должна производиться особо тщательно. Во избежание утечки керосина проверка швов производится опрессованием воздухом при давлении 0,6-0,8 МПа.

6. БОРЬБА С НАЛЕДЯМИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ 6.1. Успешная борьба с наледями во многом зависит от хорошо поставленной службы содержания и ремонта искусственных сооружений, так как только при эксплуатации выявляются все особенности развития наледей у сооружений в многолетнем цикле.

Задачи службы содержания и ремонта искусственных сооружений на водотоках с наледями следующие:

1) учет всех наледей и составление технической документации на них;

2) разработка ежегодных планов борьбы с наледями;

3) выполнение летне-осенних работ по подготовке к борьбе с наледями;

4) систематическое наблюдение за развитием наледей у сооружений и работой противоналедных устройств;

5) выполнение работ по борьбе с наледями в периоды их развития;

6) выполнение весенних работ по предотвращению вредного влияния наледей при пропуске паводка.

На все наледи составляют паспорта. В паспорте заносят данные о местонахождении наледи, ее развитии за каждую зиму, вредном влиянии на сооружение, применявшихся способах борьбы, их эффективности и денежных затратах.

6.2. При подготовке к зиме управлением дорог должен быть составлен план борьбы с наледями на дорогах.

Летом и осенью производят ремонт существующих и строительство дополнительных противоналедных устройств, заготовку теплоизоляционных материалов, льдомерных вех, установку их на наледных полянах с опасными и недостаточно изученными наледями.

У существующих сооружений борьба с наледями может вестись по принципам безналедного пропуска водотоков или задержания наледей выше сооружений. В табл. 4 приведены противоналедные мероприятия и устройства, применяемые при безналедном пропуске водотоков.

6.3. Образовавшиеся за лето у искусственных сооружений перекаты и отмели углубляются, в необходимых местах производятся концентрация русел и их утепление (табл. 4, п. 1.2).

Особое внимание необходимо уделять утеплению русел под мостами и отверстий труб. Обычно под мостом не бывает снежного покрова, оголенное русло глубоко промерзает и становится причиной образования наледи, поэтому его необходимо утеплять (табл. 4, п. 3, а, б).

Для предотвращения образования наледей вследствие глубокого промерзания под трубами отверстия труб целесообразно закрывать с верховой и низовой сторон пружинящими щитами с полиэтиленовой пленкой или хворостом и утеплять снегом (табл. 4, п. 4, а, б). Пружинящие щиты состоят из стального каркаса, обтянутого с двух сторон полиэтиленовой пленкой. Каркас изготовляют из арматурной стали диаметром 14 мм.

6.4. Чтобы улучшить сток грунтовых вод под пойменными насыпями, около них надо осуществлять тепловую мелиорацию путем установки щитов и снегозадержания (табл. 4. п. 5). Отработанные снегозадерживающие щиты зимой необходимо переставлять.

Таблица 4. Противоналедные мероприятия и устройства, применяемые при безналедном пропуске водотоков

Устройство и их конструктивная схема

Назначение и условия применения

1. Спрямление, углубление и концентрация русел:

а) русло до углубления

б) русло после углубления

Для уменьшения ширины охлаждения водотока при распластанных руслах, протекающих несколькими неглубокими рукавами

2. Утепление русел:

а) снегозадержание

б) покрытие хворостом и снегозадержание

1 - щиты; 2 - снег; 3 - лед; 4 - жерди; 5 - хворост

Для защиты от промерзания водотока, протекающего сконцентрированным нешироким руслом

3. Утепление русел под мостами:

а) утепление снегом

б) покрытие пленкой (или хворостом) и снегом

1 - покрытие русла привозным снегом; 2 - щиты; 3 - жерди; 4 - полиэтиленовая пленка (или хворост)

Для предотвращения глубокого промерзания под мостом и возникновения мерзлотной перемычки на водотоках с прогнозированием наледей

4. Утепление русел в отверстиях труб:

а) закрытие отверстий пленкой и утепление снегом

1 - полиэтиленовая пленка на стальном каркасе; 2 - снег; 3 - сварка пленки; 4 - каркас

б) закрытие отверстий хворостом и утепление снегом

2 - снег; 3 - хворост

Для предотвращения глубокого промерзания русла под трубой

5. Тепловая мелиорация пойм на подходах к мостам и трубам

1 - земляное полотно подходов; 2 - снег; 3 - щиты; 4 - граница сезонного промерзания; 5 - верхняя граница вечной мерзлоты; 6 - поток грунтовых вод

Для уменьшения промерзания грунта и улучшения стока грунтовых вод.

Применяется на наледных участках при благоприятных снеговетровых условиях

6. Подпруживание водотоков

1 - лед на поднятом уровне воды; 2 - снег; 3 - воздушная прослойка; 4 - затвор; 5 - перемычка

Для создания под мостом воздушно-ледяных прослоек, защищающих. водоток от промерзания.

Применяется на небольших водотоках при возможности устройства запруды.

7. Открытые водоотводные канавы

1-укрепление откосов; 2 - лед; 3 - снег

Для отвода неглубоко залегающих грунтовых вод и осушения местности

8. Утепленные водоотводные канавы:

а) покрытые хворостом и снегом

б) покрытые пленкой и снегом

1 - жерди; 2 - хворост; 3 - снег; 4 - щиты; 5 - укрепление откосов; 6 - лоток; 7 - полиэтиленовая пленка

Для отвода ключевых, поверхностных и неглубоко залегающих грунтовых вод

9. Утепленные водоотводные лотки:

а) деревянный закрытый лоток:

б) железобетонный закрытый лоток

1 - снег; 2 - деревянный лоток; 3 - грунт; 4 - гравий с песком; 5 - укрепление русла; 6 - пенопласт; 7 - доски; 8 - железобетонный лоток

Для безналедного пропуска водотока через зону искусственных сооружений

10. Глубокие дренажные лотки

1 - снег; 2 - железобетонные или деревянные рамы; 3 - доски; 4 - закладные плиты или пластины; 5 - дренирующий грунт

Для перехвата и отвода на значительное расстояние грунтовых и подземных вод

11. Закрытые глубокие дренажи:

а) с трубофильтрами

б) из экранных плит фильтрационного бетона

1 - растительный слой; 2 - местный грунт; 3 - дренирующий грунт; 4 - трубофильтры; 5 - уровень грунтовых вод после устройства дренажа; 6 - уровень грунтовых вод до устройства дренажа; 7 - эластичные вкладыши; 8 - фильтрационный бетон; 9 - экран из плотного бетона

Для глубокого дренажа грунтовых вод

Для перехвата и глубокого дренажа грунтовых вод

6.5. На некоторых водотоках с благоприятным рельефом берегов можно производить подпруживание водотоков (табл. 4, п. 6). При этом надо следить за толщиной намерзания льда и частично опускать воду из запруды, чтобы образовались две-три воздушно-ледяные прослойки по 5-7 см.

6.6. Для отвода ключевых и неглубоко залегающих грунтовых вод, а также для осушения местности могут применяться различные водоотводные канавы: открытые (табл. 4, п. 7), утепленные, покрытые хворостом и снегом (табл. 4, п. 8, а), утепленные, покрытые пленкой и снегам (табл. 4, п. 8, б).

Утепленные деревянные и железобетонные водоотводные лотки (табл. 4, п. 9, а, б) в конце осени следует закрывать и утеплять, а после прохода весеннего паводка открывать и очищать от наносов. Для перехвата и отвода грунтовых вод глубокого залегания могут быть применены глубокие дренажные лотки (табл. 4, п. 10) и закрытые глубокие дренажи с трубофильтрами (табл. 4, п. 11, а) или из экранных плит фильтрационного бетона (табл. 4, п. 11, б).

6.7. При борьбе с наледями по принципу их задержания на безопасном расстоянии от сооружения применяют противоналедные сооружения и устройства, указанные в табл. 5.

Когда возникает опасность затопления наледью дороги или закупорки отверстия искусственного сооружения, в необходимых местах делают снежно-ледяные валы и в наледном льду прорубают канавы для отвода воды в безопасное для сооружения место.

Снежно-ледяные валы делают высотой 0,5-0,8 м из уплотненного снега, облитого водой для создания ледяной водонепроницаемой корки. Когда уровень наледи достигает вершины вала, устраивают снежно-ледяной вал второго яруса.

Для борьбы с растекающейся наледеобразующей водой вместо снежно-ледяных валов рациональнее применять противоналедные щиты (табл. 5, п. 3, а, б).

Однако перечисленные мероприятия временные, и должен решаться вопрос о постройке постоянных удерживающих устройств или других способах борьбы. К следующему зимнему сезону на месте снежно-ледяного вала может быть сделан постоянный грунтовый вал (табл. 5, п. 1) или противоналедный забор (табл. 5, п. 2, а, б, в).

6.8. С целью повышения интенсивности охлаждения наледеобразующей воды и ускорения перехода ее в лед можно устраивать наледные пояса. Они представляют собой расчищенную от растительности площадку с каменной наброской (табл. 5, п. 4), на которой поток наледеобразующей воды распластывается тонким слоем, разделяется на мелкие струи, теряет скорость и охлаждается быстрее.

6.9. Когда наледи изливаются на поверхность вблизи сооружений, место их образования можно перенести вверх по водотоку или склону. Для этого устраивают сезонные мерзлотные пояса (табл. 5, п. 5, а, б). Их располагают поперек водотока или вдоль склона, расчищают от снега полосу шириной 5-10 м, вырубают во льду или грунте канаву и делают снежно-ледяной вал. При промерзании создается мерзлотная перемычка, грунтовые или речные воды изливаются на поверхность выше пояса и по канаве отводятся в безопасное место.

Постоянные мерзлотные пояса грунтовые (табл. 5, п. 5, в) и с охлаждающими установками (табл. 5, п. 5, г) устраивают при строительстве дороги. Однако в процессе эксплуатации сооружений и изучения особенностей развития наледей может возникнуть необходимость устройства дополнительных мерзлотных поясов. Их целесообразно делать осенью при низком уровне грунтовых вод.

6.10. В течение зимы необходимо периодически очищать мерзлотные пояса от снега, чтобы промерзание происходило глубже.

Для предотвращения затопления наледью охлаждающих установок и снижения их холодопроизводительности на установки необходимо надевать кожухи (например, из металлических бочек), верх которых должен быть на 0,25 м выше уровня прогнозируемой наледи. Внизу стенки кожуха надо облить водой и сморозить с землей, чтобы в кожух не затекала вода.

Таблица 5. Противоналедные сооружения и устройства, применяемые при задержании наледей выше мостов и труб

Противоналедные сооружения и их конструктивная схема

Назначение и условия применения

1. Противоналедные грунтовые валы

1 - наледный лед; 2 - сборно-разборный забор в проеме вала; 3 - вал из грунта; 4 - укрепление с водонепроницаемой прослойкой (пленка)

Для задержания наледей в удалении от искусственных сооружений и земляного полотна подходов или для обеспечения направленного наледного стока. Грунтовые валы проектируют и строят в комплексе с мостами и трубами как постоянные противоналедные сооружения, часто с мерзлотными поясами

2. Противоналедные заборы

а) деревянные из обрезных досок

б) из досок с полиэтиленовой пленкой

в) из досок с рубероидом

1 - наледный лед; 2 - сваи или столбы; 3 - доски; 4 - полиэтиленовая пленка; 5 - рубероид

Для задержания наледей вдали от искусственных сооружений и земляного полотна, а также заполнения проемов грунтовых валов

3. Противоналедные шиты

а) деревянные с полиэтиленовой пленкой

б) деревянные с рубероидом

1 - наледный лед; 2 - деревянный щит с полиэтиленовой пленкой; 3 - подкос; 4 - плотный снег, облитый водой; 5 - рамы с рубероидом

Для задержания наледей

Применяют как временное мероприятие или как дополнительное к основному противоналедному сооружению, когда наледь меняет направление течения или образуется в больших размерах

4. Наледные пояса:

1 - источник; 2 - камни; 3 - наледный лед; 4 - грунтовый вал

Для повышения интенсивности охлаждения вышедшей на поверхность наледеобразующей воды и ускорения перехода ее в лед

5. Мерзлотные пояса

а) сезонные для грунтовых вод

Для создания мерзлотной перемычки в потоке грунтовых вод и вывода их на поверхность в удалении от искусственных сооружений.

Применяются при неглубоком залегании водоупора и небольших расходах наледеобразующих вод

б) сезонные для речных вод

в) грунтовые с валом

1 - рыхлый снег; 2 - удаленный растительно-моховой покров; 3 - плотный снег, облитый водой; 4 - граница сезонного промерзания; 5 - водоупор; 6 - водоносный слой; 7 - мерзлотная перемычка при слиянии сезонной мерзлоты с водоупором; 8 - естественный ледяной покров; 9 - вал из грунта

г) пояса с охлаждающими установками

без противоналедного забора

Для создания искусственной мерзлотной перемычки в потоке наледеобразующих вод и вывода их на поверхность в удалении от искусственного сооружения.

Противоналедный забор не ставят, когда грунтовый поток можно перекрыть от сооружения на расстоянии не менее длины замерзания

с противоналедным забором

1 - изогнутые охлаждающие установки; 2 - наледный лед; 3 - граница сезонного промерзания; 4 - водоупор; 5 - мерзлотная перемычка; 6 - водоносный слой; 7 - противоналедный забор

Противоналедный забор ставят, когда расстояние от мерзлотного пояса до сооружения менее длины замерзания потока наледеобразующей воды

6.11. Весной, кроме обычных работ по подготовке к пропуску весеннего паводка, на водотоках с наледями проводят дополнительные работы по предотвращению вредного влияния наледей. К ним относятся в первую очередь освобождение от наледного льда отверстий искусственных сооружений и обеспечение направленного стока весенних вод по наледям.

В трубах с опасностью закупорки наледным льдом осенью к потолку следует подвешивать металлическую трубу диаметром 30-40 мм, которая с помощью угловых фитингов выводится вертикально выше прогнозируемого уровня наледи (рис. 19).

Если водопропускная труба окажется закупоренной, весной с помощью прицепного парообразователя типа Д-563, устанавливаемого на обочине, в металлическую трубу подается пар. Лед около металлической трубы быстро тает и образуется канал, в который вставляют перфорированную трубу диаметром 20-30 мм и через нее пропускают пар. В расширенный до 300-400 мм канал направляют весеннюю волу, под действием которой труба постепенно освобождается от льда.

Рис. 19. Схема парооттаивания льда в водопропускных трубах:

а - труба, закупоренная наледным льдом; б - парооттаивание льда в трубе

1 – наледный лед; 2 - указательные вехи; 3 - водопропускная труба; 4 - металлическая труба диаметром 30-40 мм; 5 - фитинги; 6 - парообразователь; 7 - шланг подачи пара

Для направленного стока весенних вод по наледи необходимо делать канавы в наледном льду, используя тепло солнечной радиации. По оси будущей канавы производится посыпка узкой полосой темного грунта и через 2-3 сут образуется канава.

6.12. При подготовке к пропуску весеннего наводка на водотоках с наледями необходимо произвести уборку противоналедных щитов, материалов утеплений русел, выполнить ремонт укреплений грунтовых валов и других противоналедных устройств. В марте-апреле при максимальном развитии опасных и недостаточно изученных наледей должны быть произведены их ледомерные съемки, составлены планы наледей, продольные и поперечные профили и определены размеры наледных тел.

6.13. Ежегодно после пропуска весеннего паводка линейные подразделения дороги (ДРСУ) в паспорта наледей заносят данные о развитии наледей в прошедшую зиму. Для этого в паспорт делают вкладыш, который должен содержать схему образования наледи с размерами в плане, расположение и размеры наледных бугров, толщину наледи максимальную, среднюю и у сооружения, объем и площадь наледи, начало и конец ее действия, краткое описание вредного воздействия на сооружение, проводившихся мероприятий по борьбе, их эффективности, трудовые и денежные затраты. Отмечают также краткую характеристику зимы и предшествующего летне-осеннего периода. Дают заключение о работе противоналедных сооружений.

В характеристике зимы и предшествующего осенне-летнего периода приводят данные о времени наступления морозов и среднемесячных температур воздуха, времени выпадения устойчивого снежного покрова и его толщине, количестве дождей осенью и летом.

При неудовлетворительной работе противоналедных устройств и вредном влиянии наледей на сооружения дают предложения по улучшению существующих противоналедных устройств и постройке дополнительных.

На старых дорогах, где существующие сооружения не соответствуют размерам образующихся наледей и создают большие затраты на борьбу с ними, может быть произведена перестройка отдельных сооружений дороги (например, увеличение высоты земляного полотна на затопляемом наледью участке, увеличение подмостового габарита, замена трубы свайно-эстакадным мостом, уширение выемок, перенос участка дороги и искусственного сооружения на другое место, устройство фильтрующих насыпей). Во всех случаях перечисленные мероприятия должны быть обоснованы технико-экономическим расчетом.

Паспорта наледей следует сохранять в управлении дорог как основную техническую документацию дороги (прил. 10).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Программа I CE 1 (Лед-I) расчетов осадков и глубин промерзания для построения кривых обеспеченности при прогнозировании наледей смешанного питания БЛОК-СХЕМА ПРОГРАММЫ ICE1 (Лед-I)

II. ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОГРАММЫ I CE1

Программа I СЕ 1 применяется для расчетов жидких осадков, глубин промерзания и ординат аппроксимирующих кривых при прогнозировании наледей смешанного питания. Она также используется при прогнозировании наледей с питанием грунтовыми водами. В последнем случае толщина льда принимается равной нулю.

Программа I СЕ 1 составлена на алгоритмическом языке БЕЙСИК и выполняется в режиме интерпретации под управлением операционной системы реального времени с разделением функций (РАФОС). Объем оперативной памяти, занимаемый интерпретатором не более 14 К слов. Минимальная конфигурация, необходимая для работы интерпретатора, это базовый комплект УВК СМ 4 (или микро-ЭВМ «Электроника-60»).

1. Инструкция по заполнению исходных данных

Исходные данные в программу I СЕ 1 заносят тремя способами:

1) в диалоговом режиме, когда с помощью оператора INPUT интерпретатор БЕЙСИК печатает знак «?» и ждет ввода значения переменной, имя которой указывается оператором PRINT; так задается параметр h_Л, определяющий тип процесса;

2) путем предварительной организации блока данных

n; g₀; (l_C)_j, j=1, ... , 6; (h_C)_ij, i=1, ... , n;

j=1, ... , 6;

(t₆)_ij, i=1, ..., n;

j=1, ..., 6; (О₀)_i, (О₁)_i, (О₂)_i, (О₃)_i, i=1, ..., n

в тексте программы I СЕ 1 занесением данных в виде операторов; DATA; в этом случае операторы READ и DATA совместно используются для ввода численной информации;

3) путем предварительного изменения (если в этом есть необходимость) правой части операторов LET, которые определяют некоторые физические константы, характеризующие процесс l_М, q, С_М, l_Л, a, t₃, t_n.

Для организации блока данных занести n и g₀ в строку 26. Например, 26 DATA 25, 1961

(l_C)₁ в строку 450

(l_C)₂ в строку 500

(l_C)₃ в строку 550

(l_C)₄ в строку 600

(l_C)₅ в строку 650

(l_C)₆ в строку 700

Например, 450 DATA 2031

(h_C)_i1 i=1, ..., n в строки 460, 465

(h_C)_i2 i=1, ..., n в строки 510, 515

(h_C)_i3 i=1, ..., n в строки 560, 565

(h_C)_i4 i=1, ..., n в строки 610, 615

(h_C)_i5 i=1, ..., n в строки 660, 665

(h_C)_i6 i=1, ..., n в строки 710, 715

Например,

460 DATA 2, 7.67, 4, 7.33, 4.67, 2, .33, 1.33, 3.33, 8.67

465 DATA 1.67, 5, .67, 5, 5.33, 1.67, 7.33, 2.33, 9, .67, 0, 1, 0.33, 8.33, 8.3

(t_В)_i1 i=1, ..., n в строки 490¸497

(t_В)_i2 i=1, ..., n в строки 540¸547

(t_В)_i3 i=1, ..., n в строки 590¸597

(t_В)_i4 i=1, ..., n в строки 640¸647