XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Отложения снега на поверхности автомобильной дороги образуются в результате снегопадов и снегоприноса ветром с территории, прилегающей к дороге.

Снегопад характеризуется спокойным выпадением рыхлого снега в безветренную погоду и равномерным его отложением на дороге. Рыхлый снег имеет небольшую плотность (0,07-0,15 г/см³) и малую толщину (от 1 до 5 см).

Помимо выпадения осадков на проезжую часть в виде снега, различные участки автомобильных дорог, расположенные под разными углами к господствующим направлениям ветров и находящихся на различном уровне по отношению к окружающей местности, будут подвержены различной степенью снегозаносимости. То есть, снегозаносимость, это подверженность дороги к образованию на ней снежных заносов. Таким образом защита участков дороги от снежных заносов будет зависеть не только от степени ее подверженности заносам, но и от его снегозаносимости и величины снегоотложений.

Рассмотрим наиболее типичные климатические явления снегоотоложений. Поземка возникает, когда ветер метет снег с горизонтальных поверхностей снежного покрова при отсутствии снегопада. Снег над поверхностью может подниматься на сравнительно небольшую высоту, не более 30 см. В результате на дороге образуется снежный занос в виде сплошного слоя или отдельных переметов.

Объемы снегоотложения на дорогах – это количество снега, задержанного на проезжей части, в результате снижения скорости метелевой снежной массы. Как показывает практика, на открытой местности меньше всего заносится снегом проезжая часть расположенная на высоких насыпях [1].

Количество снега, приносимого к дороге за зиму в результате действия метелей, называется объемом снегоприноса.

Снегопринос представляет собой только некоторую часть объема от общего снегопереноса. В общем случае между снегоприносом Q_п и снегопереносом Q_персуществует определенная зависимость:

Q_п = Q_пер sin α, (1)

где α – угол между направлением метелевого ветра и осью дороги.

В случае, если направление ветра совпадает с осью дороги, то снегоприноса к ней не будет, хотя на открытых участках и наблюдается перенос снега. В тоже время необходимо учитывать и потери снега по длине зоны снегопереноса.

Общая масса снега, которая переносится в единицу времени через 1 м фронта метелевого потока будем называться полным расходом. Полный расход измеряется в г/м^.с.

Его можно определить с некоторым приближением по формуле

g = c^.V³_в , (2)

где g – полный расход ветроснегового потока, г/м^.с; с – коэффициент пропорциональности; V_в – скорость ветра, м/с.

Для определения объема снегоприноса воспользуемся способом расходов, разработанным Д.М. Мельником [2]. Сущность способа заключается в том, что суммарное количество снега, принесенное к одной стороне дороги в течение зимы Q_п, равно объему снега, принесенного всеми метелями за зиму, дувшими с этой стороны дороги. В свою очередь, в образовании объема снега, принесенного к дороге за одну метель, принимают участие все ветры, дующие по направлению к дороге в течение действия метели. С учетом сказанного снегопринос к одной стороне дороги за зиму может быть вычислен по следующей формуле:

(3)

где Q_п – объем снегоприноса за зиму к одной стороне дороги, м³/м; α – угол (углы) между направлением метелевого ветра и осью дороги (снегозащитными сооружениями) во время метелей, в градусах; q – полный расход ветроснегового потока, г/м^.с; t– продолжительность метелей (ч) с расходом g; n – число снежных метелей за зиму (количество дней, в течение которых дует ветер) при различном расходе g; γ – плотность снега в отложениях у дороги, г/м³.

Если плотность свежего принесенного к дороге снега принять равной 250 кг/м³, то формула 3 примет вид

(4)

Полный расход ветроснегового потока зависит от скорости ветра V_в и может быть определен как::

при V_в < 8 м/с полный расход ветроснегового потока q = 0,022 V_в³;

при 8 < V_в<16 м/с полный расход ветроснегового потока q = 0,07 (V_в - 4,2)³;

при V_в > 16 м/с полный расход ветроснегового потока составит

q = 0,013 (V_в - 4,2)³ /(1 + 0,015 V_в).

Следует отметить так же и влияние господствующих ветров на снегозаносимость дорог. Господствующие ветры по отношению к дороге определяются по розе ветров и направлениями участков дороги (румбам). Для этого через центр розы ветров проводятся под заданным румбом направления участков дороги. Румбы участков берутся по карте или на продольном профиле. Затем находятся углы дующих ветров к дороге справа и слева от нее.

Согласно исследованиям А.К. Дюнина опасность заноса дороги отсутствует, если ветер имеет направление под углом меньше 20⁰ – 30⁰ . С учетом этого, ветры, направленные к дороге под углом меньше 30⁰ , можно не принимать во внимание [2].

По данным метеостанций берутся данные по ветровому режиму за последние 10 или больше лет, а затем определяют объем снегоприноса Q_пза каждый последующий год.

При встрече с телом насыпи автомобильной дороги снежный поток начинает ее обтекать. На наветренном откосе насыпи струи воздуха поднимаются вверх и сталкиваются со снежным потоком, перемещающимся над насыпью. Происходит сжатие воздушных струй, и скорость воздушного потока становится больше скорости ветрового потока на полевом участке. В результате транспортирующая способность метелевого ветра увеличивается и снег не отлагается на участках насыпи.

После прохода насыпи сжатие воздушных струй прекращается и на подветренном откосе наблюдается существенное гашение скорости, что приводит к значительному объему снегоотложений на этом участке откоса. При этом на наветренном откосе откладывается значительно меньшее количество снега.

В случае изменения направления ветра, наветренный откос становится подветренным и на нем начинает откладывается большее количество снега. Таким образом, в течение зимы оба откоса насыпи подвергаются снегозаносимости.

Следует учитывать, что чем больше высота насыпи, тем будет больше снегоемкость ее откосов и степень снегозаносимости дороги будет уменьшается. Под снегоемкостью откоса понимается количество снега, которое может на нем разместиться.

Снегоотложения на откосах будет продолжаться до тех пор, пока снежный шлейф на них не приобретет величину крутизны от 1:5 до 1:6. При такой крутизне откоса воздушный поток будет плавно обдувать насыпь и почти не заносить ее снегом.

Данный факт отражен в нормативном документе СП 34.13330-2012. Согласно него рабочая отметка насыпи должна удовлетворять следующему выражению

(5)

где: Н_Нвысотанезаносимой отметки; Н_Р – расчетная высота снежного покрова с вероятностью 5%, м; Δh – возвышение над расчетным уровнем снежного покрова, м.

Величину Δh определяют из двух условий: обеспечение скорости снеговетрового потока, необходимой для переноса снега через земляное полотно без снегоотложений на дороге, и размещение объема снега, сбрасываемого с дороги при снегоочистке, вдоль земляного полотна. При этом бровка дороги должна оставаться выше снегового покрова. Для выполнения первого условия следует учитывать ширину земляного полотна

Для выполнения второго условия Δh находят с учетом высоты снежного покрова на местности.

Что касается выемок, то снеговой поток при прохождении над ней, существенно снижает свою скорость. Это приводит к отложению снега на ближнем по отношению к ветру откосе. В выемках глубиной от 2 до 4 м возникает вихревое движение потока снежинок. Над проезжей частью вихревой поток имеет большую транспортирующую способность. В результате этого существенно снижается отложение снега на дороге.

Что касается пологих откосов ( от 1:4 ло 1:6), то снежный поток плавно обтекает контур выемки. Она лучше продувается и меньше заносится снегом и тем интенсивнее в ней вихревое движение снегопотока. У глубоких выемок ( от 6 до 8м) длина откосов больше и снегоемкость их соответственно выше. На них может разместиться больше снежных отложений, поэтому дорога будет меньше заноситься снегом.

При изменении направления ветра, снег начинает откладываться на другом откосе, который теперь становится ближним по отношению к направлению ветра и процесс повторяется.

Для уменьшения снегозаносимости выемок и облегчения их очистки от снега рекомендуется проведение следующих мероприятий: мелкие выемки, глубиной до 1 м, делаются раскрытыми с уклонами откосов от 1:5 до 1:10; в выемках глубиной от 1 до 5 м с крутыми откосами ( от 1:1,5 до 1:2) устраивают дополнительные полки шириной 4 м для проезда роторных снегоочистителей, которые удаляют отложившийся в выемках снег; у глубоких выемок, глубже 5 м дополнительные полки не делаются, так как снегоемкость их откосов и так достаточно большая.

Отложение снега в выемках ограничивает видимость на кривых участках дороги, поэтому при радиусе кривой до 600 м производится срезка грунта внутрь откоса. Это позволяет увеличить ширину выемки и обеспечить видимость дороги на кривых с малым радиусом.

Дорога в выемке будет существенно меньше заноситься снегом, если снегоемкость ее откоса будет больше, чем общие объемы от снегопадов и от приносимого метелями снега.

Общее условие незаносимости выемки снегом можно представить как:

, (6)

где, W₀ - снегоемкость откоса и подкюветной части выемки, т. е. объем снега, который может задержаться на склоне перед проезжей частью, м³/м; Wм - метельный снегопринос, поступающий за зиму к выемке с поля, м³/м; Wс - объем снега, попадающего на откос и кювет за зиму при снегопадах, м³/м.

Защита участков дороги от снежных заносов осуществляется тремя способами:

1. Задержка переносимого метелью снега на подступах к дороге специальными устройствами и благодаря этому вызвать образование снежных отложений на безопасном расстоянии от дороги;

2. Увеличение скорости ветрового потока над дорогой, с целью предотвращения снегоотложения на проезжей части;

3. Укрытие всего участка дороги от снега путем устройства тоннелей и других защитных сооружений (противолавинные галереи).

Библиографический список

ВСН 137-89 Проектирование, строительство и содержание зимних автомобильных дорог в условиях Сибири  и северо-востока СССР [Текст]/ Введ. – 1990.01.01 – М.: Транспорт, 1991. – 157 с.

Дюнин, А.К. В царстве снега [Текст] / А.К. Дюнин .- Наука.-Новосибирск, 1983. – 128 с.

Код для цитирования: Скопировать