СССР

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ВСЕС ОЮЗНЫЙ НАУ ЧНО-ИССЛЕДО ВАТЕЛЬСК ИЙ ИНСТИТУТ ТРАНСП ОР ТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВ А

(ЦНИИС)

РЕ КОМ ЕНДАЦ ИИ
ПО ИЗЫСКАНИЯМ, ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ
МАЛЫХ ИСКУССТВ ЕННЫХ СООРУЖ ЕНИЙ НА ВОДОТОКАХ С
ПРОЦЕССАМИ НАЛЕДЕОБРАЗОВАНИЯ

МО СК ВА 1968

ПРЕДИСЛОВИЕ

При проектировании и строительстве малых искусственных сооружений н а пересечениях дорог с водотоками, на которых в бытовых условиях или посл е сооружения дороги образуются наледи, необходимо учитывать специфические особенности местных условий и предусматривать мероприятия для обеспечения нормальной работы водоп ропускны х отверстий, а также достаточной прочности, устойчивости и долговечности конструкций.

С ц елью создания с оответствующ его пособия для изыскателей, проект ир овщик ов и строителей, позволяющ его осущ ествить учет специфических особен ностей водотоков с процессами наледеобразования, планами научно-исследовательских работ М интрансстроя, начиная с 1 963 г., предусматривалось проведение необходимых исследований и разработка « Рекомендаций по изысканиям, проектированию и с трои тельству малых искусственных сооружений на водотоках с процессами наледеобраз ования (с примерами проектирования)» .

В разработанных Рекомендациях дано краткое описание причин возникновения наледей у искусственных сооружений (раздел II ), основных видов деформаций сооружений и причин, вызывающих эти деформации (раздел III ), а также приведены: дополнительные тре б ования к изысканиям сооружений на водотоках с наледями (раздел IV ), указания по проектированию (р а здел V ) и строительству (раздел VI ) малых искусственных сооружений в комплексе с п ротивоналедными устройствами. В приложении I рассмотрены (с примерами проектирования) три способа предотвра ще ния вредного влияния наледей на конструкцию и на условия эксплуатации малых мостов и труб: 1) безналедный пропуск водотока, 2) задержание наледи, 3) свободный пропуск н аледи. Для этих трех способов указаны местные условия, при которых це лесообразно их применение. В приложении 2 ук азаны примерные области применения малых мостов, труб и противонале дных сред ств в зависимости от местны х нал едных условий.

Рекомендации разработаны лабораторией мостовых конструкций при кафедре «Мосты и тоннели» Новосибирского института инженеров железнодорожного транспорта на основе изучения и обобщения опыта строительства и эксплуатации малых искусственных сооружений (обследовано 205 сооружений с наледеобразованием на участках железных дорог общей протяженностью 1200 км), а также на основе данных, полученных в результате проведенных на железнодорожной линии Тайшет - Лена специальных наблюдений за промерзаниям грунтов у искусственных сооружений и за температурным режимом водотоков в зимнее время.

В обследовании малых искусственных сооружений и в проведении экспериментальных работ, выполненных лабораторией НИИЖТа, принимали участие: канд. техн. наук МЕРКУЛОВ Д.М. (руководитель исследования), инженеры - НИЖЕВЯСОВ В.В. (в соответствии промежуточных отчетов об исследовании), КОРОТИН В.Н., КОРКАВИН Г.С., КУЗЬМИНЫХ А.И. и техник КУПРИН В.З.

Настоящий текст Рекомендаций подготовлен канд. техн. наук Д.М. МЕРКУЛОВЫМ (НИИЖТ) с учетом замечаний и при непосредственном участии руководителя лаборатории (ЦНИИС) канд. техн. наук М.Е. ПИСИЦЫНА. В подготовке Рекомендаций к изданию участвовала ст. техник Н.И. СИМАКОВА.

В связи с тем, что Рекомендации базируются на данных, относящихся к объектам, построенным в районах глубокого сезонного промерзания грунтов и островной вечной мерзлоты, использование их без дополнительных исследований и соответствующих коррективов в районах сплошной вечной мерзлоты, как правило, недопустимо.

Работа рассмотрена и одобрена Техническим управлениям (письмо № 37617 - ИС от 2 августа 1967 г.) для издания в виде Рекомендаций института с целью обеспечения ими заинтересованных организаций.

Замечания по настоящим Рекомендациям просьба направлять по адресу: Москва, И-329, Игарский проезд 2, Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного строительства (ЦНИИС).

ЗАМЕСТИТЕЛЬ ДИРЕКТОРА ИНСТИТУТА

к анд. т ехн. н аук А.СМОЛЬЯНИНОВ

РУКОВОДИТЕЛЬ ОТДЕЛЕНИЯ

ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ

доктор техн. н аук К .СИЛИН

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1 . Настоящие Рекомендации дополняют « Технически е указания по изысканиям, проектированию и постройка железных дорог в районах вечной мерзлоты» (В СН -61 -61) в части изысканий, проектирования и строител ьства малых и скусственных сооружений на постоянно действующих водотоках с процессами наледеобразования для районов глубокого сезонного промерзания грунтов и островной вечной мерзлоты.

2. М алые мосты и трубы на постоянно действующих водотоках, а также в обводненны х логах должны быть запроектированы с учетом наледных у словий, т.е. в едином ко мплек се с против она ледным и сооружениями. В проектах не обходимо пре дусматривать выполнение основных работ индустриальными методами.

3. При изысканиях, проектировании и строительств е дорог учет специфических особенностей суровы х климатическ их условий (на личие многолетнемерзлых грунтов, сложные гидрогеологические условия, режим водотоков с процессами на ледеобразования и др.) следует осущ ествлять как при создании специальных конструк ций и разработке для них новых способов производства работ, так и особенно при привязке типовых решений к конкре тным местным условиям.

Использование для водотоков с процессами наледеобра з ован ия типовых конструкций малых мостов и труб, предназначенных для обычных условий, допускается только при наличии подробных данных о ме рзлотно-грунтовых условиях и возможных изменениях этих условий в связи со строительством дороги, а также при надлежащем обосновании допустимости применения в этих условиях обычных конструкций (с дополнительными мероприятиями или без них).

II. НАЛЕДИ У ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ И ПРИЧИНЫ ИХ ПОЯВЛЕНИЯ

4. Строительство железных и автомобильных дорог может сопро во ж даться появлением наледей там, где до постройки их не было, а также более интенсивным развитием процессов наледеобразования у сооружений на водотоках с наледями. При прогнозировании наледей на пер еходах (пересечениях дороги с водотоками) необходимо рассматривать влияние возводимых сооружений и учитывать это влияние при проектир овании.

Пр и не достаточно надежных да нны х для прогнозир ования наледей следует учитывать заведомо преувеличе нное влияние возводимых сооружен ий на процессы нале деобразов ания (с целью обесп ечения нормальных условий эксплуатации проектируемых сооруже ний) или следует принимать проектное реше ние в виде свайно-э стакадного моста увеличенного отверстия, достаточного для свободного пропуска наледей.

5. Переходы по гидрогеологическим условиям могут быть разбиты на следующие основные группы:

1) переходы с наличием постоянных поверхностных малых водотоков. Грунтовые и под руслов ые потоки отсутствуе т или незначи тельны;

2) переходы с наличием поверхностных водотоков, а также грунтовых и под русло вых потоков;

3) переходы с наличием только подземных вод.

6. Одной из основных причин образования налед е й у малых мостов и т руб за счет поверхностных расходов водотоков (переходы первой и второй групп) является наруше ние бытовых условий и водно-теплового режима водотоков при протекании их у сооружений в осенне-зимний период.

Эти нарушения проявляются в следующем:

а) в резком уш ирен ии русел водотоков при протекании их по каменному мощению у мостов и труб;

б) в увеличении тепловых потерь водотоками снизу из-за большо й теплоп роводности каменного мощения у мостов и бетонного лотка у труб;

в) в воз м ожном отсутствии снежного покрова под пролетными строениями мостов;

г) в удалении тор ф яно-мохового и растительного покрова при производстве планировочных и строительных работ, осуществляемых в полосе отвода;

д) в оставлении шпунтовых стенок, завалов строительного мусора в руслах;

е) в укреплении русел малых водотоков каменной мостовой.

7. Нару ш ение бытовых условий и водно-теплового режима малых водотоков вызывает увеличение тепловых потерь последних по сравнение с бытовыми условиями. Это ведет к частичному или полному промерзанию водотока непосре дствен но у искусственного сооружения, в результате чего возникают вновь или более интенсивно развиваются имеющиеся на водоток е процессы н аледеобразования.

8. Одной из основных причин появления и роста наледей у ма лы х мостов и труб на переходах, и меющих в зи мни й период только под русловой поток (переходы 3 группы), является наруш ение бы товых условий протекания подземных ход, вызываемое следующими фактора ми:

а) экранирующим действием массивных фундаментов мостов и труб, а также увеличенным промерзанием грунтов вблизи бетонных фундаментов;

б) увеличенным промерзанием грунтов вследствие наличия каменного м ощения и уменьш ен ной (по отнош ению к бытовым условиям) величины сне жного покрова под пролетными строениями мостов и у входных и выходных оголовков труб;

в) уплотнением грунтов основания под действием собственного ве са насыпи.

9. Нарушение бытовых условий протекания подземных вод вследствие экранирующего воздействия массивных фундаментов мостов и труб в наибольшей степени проявляется в узких долинах¹⁾, имеющих значительные уклоны ( i_л ≥ 0,03).

¹⁾ К узким долинам следует относить долины, у которых , где B_гл - ш и рина грунтового потока.

П ри прогнозировании объема наледи на переходах площадь стесн ени я ( F_c ) подрусловых и грунтовых потоков фундаментом может быть определена (в м² ) по следующим приближенным зависимостям²⁾:

F_c = b_ф h_c - для первой половины зимы (ноябрь, декабрь), (1)

F_c = 1,1 + b_ф ( h_c + 0,5) - для второй половины зимы (январь, март), (2)

где b_ф - ширина фундамента в м;

h_c - высота экрана, создаваемая фундаментом, в м.

П ри заложении фундамента полностью в обводненные грунты h_c = h_ф , в остальных случаях h_c принимается в зависимости от гидрогеологических данных на переходах.

²⁾ Получены при полностью обводненных грунтах при b_ф ≥ 2,0 м для климатических условий Тайшет - Л ена (метеостанция Усть-Кут).

10. Площадь стеснения подруслов ых и грунтовых потоков из-за увеличенного промерзания грунтов на переходе по сравне нию с бытовы ми условиями может быть получена для расчетного периода как разность средних площадей подземного потока в б ы товых ус ловиях и при наличии искусственного сооружения.

Глубину промерзания грунта в бытовых условиях и на переходах можно определять по приближенной формуле ( 3), в которой приток тепла из нижних слоев грунта принят равны м нулю¹⁾,

(3)

где h - глубина промерзания в метрах;

λ - коэффициент т еплопроводности грунта в ;

t_ср - средняя температура наружного воздуха за рассматриваемый период времени, в ° С;

T_в - продолжительность рассматриваемого периода времени в часах;

Q_с - количество скрытой теплоты плавл е ния льда в единице объема грунт а в ;

S - толщина слоя грунта в метрах, термическое со п ротивление которого равно термическому сопротивлению слоя теплоизоляции поверхности грунта и сопротивлению теплоотдаче с поверхности:

S = λ (R_u + R_α);

R_u - термическое сопротивление теплоизоляции грунта в ;

- сопротивление теплоотдаче с поверхности ( - коэффициент теплоотдачи);

C - объемная теплоемкость мерзлого грунта в .

¹⁾ См. В. С .Л УКЬЯНОВ, М.Д.ГОЛОВКО. Расчет глубины промерзания грунтов. Труды Всесоюзного научно-исследовательского института транспортного строительства. В ыпуск 23. Трансжелд ориздат, 1 957.

11. При прогно зировании наледей на переходах нарушение бытовы х условий протекания подземных вод вследствие уплотнения грунтов основания под действием, собственного веса насыпи следует учитывать при рыхлых, сильно сжимаемых грунтах основания при высотах насыпей 6 м и более. При этом из-за уплотнения грунтов основания происходит уменьшени е коэффициента фильтрации. Это приводит к подъему уровня грунтовых вод или выходу их на поверхность.

Для песчаных грунтов основания коэффициент фильтрации грунта после отсыпки насыпи может быть определен по приближенной зависимости

(4)

где К_н., K_о - соответственно коэффициенты фильтрации грунтов после отсыпки и до отсыпки насыпи;

ε_н, ε_о - соответственно коэффициенты пористости грунта после отсыпки и до отсыпки насыпи.

1 2. Насыпь на переходе у искусственного сооружения, по существу, является дополнительным удерживающим противоналедным валом, ввиду того, что величина отверстия искусственного сооружения значительно меньше ширины л ога. При применении способа борьбы с наледями у малых мостов и труб путем задержания наледи выш е сооружения указ ания роль насыпи, как дополнительного удерживающ его вала, может (в запас надежности проектных противонал едн ых мероприятий) не учитываться.

1 3. Наледи у малых мостов и труб широко распространены в местах приема грунтовых и поверхностных (к лю чевых) потоков из нагорных и водоотводных канав. При малых расходах воды и незначительных уклонах водоотводных канав и больших расстояниях до искусственных сооружений наледи образуются у земляного полотна, спускаясь к искусственным сооружениям.

1 4. Наибольш ую опасность для нормальной эксплуатации малых мостов и труб представляют речные и ключевые наледи, питаемые постоянными и периодически действующими водотоками.

III. ДЕФОРМАЦИИ СООРУЖЕНИЙ И ИХ ПРИЧИНЫ

1 5. Из деформаций у малых мостов и труб, вызванных непосредств енным воздействием наледей, можно отметить прежде всего следующие: тре щины в элементах входных и вы ходных оголовков труб; нарушение защитного слоя арматуры из-за многократного замораживания и оттаивания и возможных механических повреждений при небрежной околке льда; размывы конусов и насыпей при не достаточ ной очистке отверстий искусственных сооружений от налед н ого льда.

1 6. Наличие наледей у искусственных сооружений и земляного полотна, как правило, сопровождается скопление м воды в осенне-зимний п ериод, вызывая тем самым обводнение и переувлажнение грунтов и их пуче ние при промерзании.

17. В результате обводнения грунтов возможны следующие их состояния, определяющие возникновение и развитие деформаций сооружений:

а) промерзание обводненного грунта зимой и оттаивание мерзлого грунта летом сопрово ж даются обычно выпучиванием и не равномерными осадками конструкции (особенно при легких сооружениях и н изких насыпях).

В трубах деформациям пучения подвержены главным образом оголовки и прилегающие к ним секции. В оголовках, кроме поднятия и просадок конструкции, наблюдается смещение их вдоль трубы и раз рушение кладки (трещины, разрывы элементов);

б) переувлажнение глинистых грунтов, протаивание многолетнемерзлых грунтов под фундаментами или обще е понижение верхней границы вечной мерзлоты на переходе связаны, как правило, с нарушен ие м естественного покрова местн ости и режима водотока, а также с попаданием воды к фундаментам черев деформационные швы между фундаментными секциями, а также через заполненные дре нирующим грунтом пазухи котлованов.

Это приводит к значительным неравномерным просадкам сооружений, а также способствует появлению растяжек труб и скольжению фундаментов опор по мерзлой поверхности;

в) значительное увлажне н ие глинистых грунтов насыпи сопровождается повышенным давлением их на элементы конструкции и может служить в ряде случаев причиной чрезмерных деформаций сооружений. Следует иметь в виду, что во многих случаях причины рас тяжек труб и смешений опор мостов могут быть установлены лишь с учетом реологических свойств мерзлых и оттаивающих переувлажненных льдонасыщенн ы х грунтов оснований н асыпей и сооружений.

IV. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИЗЫСКАНИЯМ МАЛЫХ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ НА ВОДОТОКАХ С НАЛЕДЯМИ

1 8. В задачу изысканий , наряду с получением данных, определяемых требованиями проектирования малых мостов и труб в об ычн ы х условиях, входит также получение дополнительных данных по постоянным и периодически действующ им водотокам и обводненным л огам, на которых имеются в бы товых условиях или возможны после постройки дороги наледные явления.

1 9. К числу необходимых дополнительных данных относятся:

а) данные о постоянных и периодически д ействую щих водотоках: расходы водотоков для осенне -зимнего периода и их изменчивость; источ ники питания и их удаление от места перехода; температура воды дли осенне-зимних условий; уклоны русла и другие условия протекания водотока (ширина и конфигурация русла, наличие растительности и условия сн егозаноси мости);

б) установление возможности изменения расхода и условий протекания водотока в процессе строительств а и эксплуатации желез ной дороги;

в) для обводненных л ог ов - данные о подрусловых и грунтовых потоках: площ ади поперечных сечений подземных потоков, коэффициенты фильтрации грунтов, источники питания, уклоны логов и склонов.

При определении гидрогеологических данных по переходам следует шире использовать геофизические методы исследования;

г) климатические данные ра й она за многолетний период, не обходимые для прогнозирования наледных явлений на постоянных водотоках и ключах:

- среднемесячная температура наружного воздуха;

- средний из абсолютных минимумов температуры воздуха по месяцам;

- средняя толщина снежного покрова по декадам;

- минимальная толщина снега по декадам.

Эти данные принимаются по климатологическому справочнику для метеостанций, распо л оженных в рассматриваемом рай оне. При отсутствии метеостанций климатические данные могут быть приняты на основании кратковременных наблюдений в процессе изысканий.

20. Дополнительные данные по постоянным и периодически действующим водотокам и обводненным логам необходимы:

а) для прогнозирования наледей после постройки сооружений и оценки их опасности при эксплуатации малых мостов и труб;

б) для в ы бора наиболе е благоприятных условий перехода через водо ток и и обводненные лога с учетом наледны х процессов;

в) для выбора наиболее рациональных типов иск усс твен ны х сооружений и противоналедных устройств и их расчета.

21. Гидрогеологические обследования с целью получения данных об осенне-зимних расходах для водотоков, а также для подрусловы х и грунтовых потоков следует производить осенью или в начале зимы. Работы по выявлению и обследованию н аледей должны приурачи ваться к концу зимы (март, апрель).

22 . По всем постоянно действующим водотокам и сильно обводненным логам (особенно уз ким и крутым логам), кроме гидрогеологического разреза по оси трассы, при н аличии подрусловых и грунтовых вод необходимо иметь дополнительно следующие гидрогеологические материалы:

- поперечный гидрогеологический разрез лога в полосе отвода с верховой стороны (40 - 50 м от оси перехода);

- поперечный гидрогеологический разрез в месте образования наледей в естественно-бытовых условиях;

- продольный гидрогеологический разрез по дну лога.

23. П ри выборе варианта трассы дороги следует иметь в виду, что наледные процессы и воздействие наледей на сооружение во многом зависят от положения трассы.

Наледи на постоянных водотоках и ключах имеют наиболь ш ее распространение при прохож дении трассы по коренным склонам долин, уступам террас и особенно когда трасса проходит у подошвы косогоров.

24. Пересечение водотоков следует осуществлять в местах более концентрированного их протекания, избегая мест перекатов и нижней части конуса выноса.

Трассу дороги рекомендуется назначать по возможности в удалении от коренных склонов. Если же этого не позволяют сделать местные условия, то расположение трассы следует осуществить на второй и третьей надпой м енным террасам. В этом случае должны быть выполнены гидрогеологические обследования террас.

25. Съемка планов обводненных логов с постоянно действующими водотоками выполняется в масштабе 1 :2000 - 1 :5000 на длине не менее 200 м выше и 1 00 м ниже места перехода.

При наличии наледей на водотоках в бытовых условиях съемка плана лога должна охватывать и наледи. Продольный профиль лога при этом снимается на 300 м выше места образования наледи.

Для проектирования п ротивоналедны х сооружений план лога снимается в масштабе 1 :500.

26. На всех постоянно действующих водотоках и обводненных логах, которые в проектном задании признаны опасными в наледном отношении, организуются дополнительные наблюдения (продолж ительностью не менее 1 года) с целью получения данных, необходимых для проектирования искусственных сооружений и противоналедных мероприятий. В программу работ должны быть включены исследования по гидрогеологии на переходах и динамике н аледных процессов. В тех случаях, когда по условиям сроков строительства дороги данные дополнительных наблюдений не могут быть своевременно получены, следует при проектировании рассмотреть вопрос о целесообразности использования противон алед ных устройств временного типа, подлежащих замене капитальными сооружениями, запроектированными с учетом данных дополнительных наблюдений.

27. Временную или постоянную автомобильную дорогу следует проектировать, по возможности, с нагорной стороны от железной дороги, при этом независимо от взаимного положения трасс чер ез все постоянные водотоки и ключи должны быть построены искусственные сооружения, отвечающие следующим трем основным способам предотвращения вредного влияния наледей на сооружение:

1) задержанию наледи выше искусственных сооружений,

2) безналедному пропуску водотока,

3 ) свободному пропуску наледи.

V. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ МАЛЫХ МОСТОВ И ТРУБ И ПРОТИВОНАЛЕДНЫХ СООРУЖЕНИЙ

28. Малые мосты и трубы на п остоян но-действ ующих водотоках с процессами нале деобразования необходимо проектировать в комплексе с противоналедными сооружениями. При этом необходимо обеспечивать не только пропуск расчетных и наибольших расходов воды, но и нормальные услов ия эксплуатации сооружений в зимний период.

29. При проектировании малых мостов и труб в комплексе с противоналедными сооружениями следует иметь в виду три основных способа предотвращения вредного влияния наледей на сооружение, указанные в п. 27, обеспечивающие нор м альные условия эксплуатации в наледн ых условиях:

- задержание наледи выше искусс т венных соо ружений;

- б е зн аледный пропуск водотоков;

- свободны й пропуск наледи.

Задержание наледи

30. Задержание наледи выше искусственного сооружения целесообразно осу щ ествлять на водотоках с малыми расходами (образующими наледи в бытовых условиях) и при наличии пологих и широких логов ( i_л < 0,0 1 + 0,02), позволяющих осуществлять накопление льда одним - двумя земляными валами до 8000 - 1 0000 м³ на 1 л/сек зимнего расхода водотока.

Особенно эффе к тивен этот способ в районах с малым снежным покровом, где большинство малых водотоков полностью промерзают в бытовых условиях в первую половину зимы.

3 1 . Для удержания наледей выше искусственных сооружений применяются постоянные противоналедны е средства: земляные валы с заборами в проеме, железобетонные заборы, мерзлотные пояса и водонепроницаемые экраны в сочетании с удерживаю щи ми земляными валами.

32. Земляные удерживающие валы с заборами удовлет в орительно р аботают на пери одически действующих водотоках небольшого дебита, т.е. на водотоках, на которых наледи образуются в бытовых условиях. П ри применении их на постоянно действующих водотоках необходимо предусмотреть уширен ие русел (распластование водотока) на подходах к земляному валу, а также непосредственно у вала.

В этих случаях начальный очаг образования наледи переместится от искусственного сооружения к землян о му валу.

33. При решении вопроса о применении способа задержания наледи на постоя нн ом водотоке необходимо исходить из величины расхода водотока, уклона и других условий его протекания, а так же климатических данных района - температуры наружного воздуха, величины снежного покрова, аккумулирующей способности лога.

34. Высота и количество удерживающи х противоналедных сооружений определяются из условия полного задержания наледи.

35. При применении постоянных удерживаю щ их средств тип искусствен ных сооружений, их отверстия определяются согласно СН 200- 62 (от применения КЖ БТ следует воздержаться).

36. На переходах с наледями, питаемыми подземными водами (пластовые, трещинные, карстовые), а также грунтовыми водами в п оло гих ( i_л < 0,0 1 + 0,02) и узких лог ах бетонные и железобетонные прямоугольные трубы проектируются в сочетании с удерживающими п ротивоналедны ми средствами (мерзлотные пояса, водонепроницаемые экраны с земляными вал ами).

Безналедный пропуск водотока

37. Без н аледн ый пропуск водотока, а также подземных потоков рекомендуется применять:

- на постоянных водотоках и ключах, на которых в б ы товых условиях наледи вообще не образуются или наблюдаются на отдельных участках незначительные наледи;

- на водотоках, на которых наледи образуются в бытовых условиях, но при близком относительно сооружения выходе источников в крутом уклоне логов;

- на постоянных водотоках и ключах, на которых в бытовых условиях наледи образуются, но водоток не п ромерз ает полностью, и если удержание наледей представляет больши е трудности (требуетс я три и более земляных удерживающ их вала), безн аледный пропуск применяется в комбинации с другими противоналедными сре дс твами;

- в у з ких крутых ( i_л > 0,03) обводненных логах.

38. Безналедный пропуск малых водотоков и ключей обеспечивается путем концентрации водотока при протекании его в полосе отвода дороги и непосредственно у сооружен и й, с устройством, при необходимости, утепленного лотка или дрена жа.

39. Необходимая степен ь концентрации водотока, при которой не буде т происходить образование наледи у сооружения, зависит как от климатических условий района - температуры наружного воздуха, величины снежного покрова, так и от характеристики самого водотока - расхода воды, уклона водотока, температуры воды.

40. Максимал ь ная ш ирина концентрированного водотока (в м), при которой не будет происходить образование наледи у сооружения, опре деляется по формуле

(5)

где: 2,02 × 10⁵ - размерный коэффициент в ;

R_α - термическое сопротивление теплоотдаче с поверх ности ( где α = 480 ккал/м² · сутки · град.);

R_u - термическое сопротивление теплоизоляции (лед, снег, утеплитель) в м² · сутки · град/ к кал;

Q - расход водото к а, определенный для осенне-зимнего периода в м³/сек;

i - уклон русла;

γ - об ъ емный вес воды в ;

427 - механический эквивалент теплоты в ;

С - удельн ая теплоемкость воды в ккал/кг · гр ад;

t_н - температура воды у начала расчетного участка (полоса отвода ж. д .) в ° С;

t_к - конечная температура, после протекания воды у искусственного сооружения, которая принимается не ниже + 0 ,2 ÷ 0,3 ° С;

L - длина рассматриваемого участка в м;

Q_n - величина притока тепла из дна водотока в ;

T - разность (в °С ) между температурой воды у нижней поверхности льда и температурой наружного воздуха; последняя принимается равной среднему значению из абсолютных минимумов за расчетный период.

4 1 . В тех случаях, когда водоток у начала расчетного участка на подходах к искусственному сооружению имеет температуру воды +0,2 ÷ 0,3 °С, т.е. равную наименьшему значению для величины t_к ( см . обозначения), тогда формула ( 5) примет следующ ий вид (при t_н = t_к ):

(6)

42. Величины расходов водотоков, при которых целесообразно применить базнале дн ый пропуск водотока или способ задержания выше сооружения, могут быть определены для каждого водотока в зависимости от климатических условий района, а также от характеристик и условий протекания водотоков.

43. В кач е стве основных противоналедных мероприятий при безналедном пропуске водотоков можно применить: сосредоточенный пропуск; в узких и сильно обводненных логах - дренаж ; дренаж - каптаж может быт ь использован для безналедного пропуска ключей, а также подземных в од.

44. Сосредоточенный пропуск постоянных водотоков т ре бует устройства углубленных канав с укрепленными стенками, бетонных и железобетонных лотков. При необходимости, должно преду сматрива ться утепление.

45. Углубление и спрямление русел, а также применяемое утеп ление должны отвечать следующ им треб ованиям:

а) минимально нару ш ать бытовые условия протекания водотока;

б) допускать многократное использование утепляющих конструкций (легкие инвентарные щиты);

в) обеспечивать нетрудоемкую подготовку русла к зиме и н а большие з атраты на текущее содержа ни е.

46. При обеспечении безналед н ого пропуска водотоков, а также подр условых и грунтовых потоков типы искусственных сооружений и их отверстия назначаются с соблюдением требований СН 200-62.

4 7. В узк их и других обводненных логах, а также на периодически действующих водотоках со значительным подрусловым потоком, для уменьшения экранирующ его действия м ассивных фундаментов могут быть рекомендованы железобетонные прямоугольные трубы с пустотелыми железобетонными или с раздельного типа бетонными фундаментами.

48. Фундаменты из пустотелых железобетонных блоков или раздельного типа из продольных бетонных блоков должны допускать укладк у в пределах их высоты утепленных лотков или малотеплопроводны х материалов с необходимыми дренирующими свойствами. Пропускная способность лотков или заполнения определяется из условий обеспече ния безналедного пропуска подземных потоков с учетом нарушения их на переходе.

Свободный пропуск наледи

49. Свободный пропуск наледи наиболее целесообразно применять н а водотоках, образующих постоянно из ливающ иеся нал еди в бытовых условиях в течение всей зимы. В большинстве случаев это водотоки с широкими, плохо организованными галечник ов ыми руслами.

50. Назначаемое искусственное сооружение при свободном пропуске наледи должно отвечать одному из следую щ их условий:

1 ) не усиливать нал едный процесс у сооружения, а наледи, образующи еся в бытовых условиях, свободно пропускать в низовую с то р он у;

2) в случае частичного удержания на ле ди у сооружения, долж ны быть обеспе чены нормальные условия проп уска весенних расчетных расходов.

5 1 . П ри свободном пропуске н аледи предпочтительным типом искусственных сооружений являются свайно-э стакадны е мосты увели ченны х отверстий.

52. В тех случаях, когда пропуск постоянных водотоков осуществляется без существенных нарушений бытовых условий (отсутствует мощение, а при наличии мощения приняты меры по сосредоточенному пропуску водотоков), отверстия искусственных сооружений определяются с учетом частичного заполнения их наледным льдом. При этом заполнение отве рстий наледным льдом принима ется равным наледи в бытовых условиях. При крутых логах ( i > 0,03) величина отверстия искусственного сооружения должна быть не менее ширины наледи в логу.

53. Конструкция малых мостов, труб и п ротивон аледных сооружений определяется главным образом местными климати ческими, геологическими, гидрогеологическими и мерзлотными условиями.

Рекомендуется макс и мально использовать сборные конструкции, возводимые индустриально-скоростными методами, позволяющими осуществить строительство с наименьшими нарушениями температурного режима грунтов основания и водно-теплового ре жима малых водотоков.

54. Материал конструкций должен быть плотным морозостойким. Марка бетона по морозосто йк ости - не ниже « 300» . Защитный слой арматуры - не менее 3 - 4 см.

55. Гидроизоляция элементов труб и конструкция строительных и деформационных швов между сборными элем е нтами, а также заполнение пазух котлованов должны исключа ть возмож ность попадания воды к грунтам основания, особенно когда последние находятся в мерзлом состоянии и после оттаивания приобретаю т свойства слабых, малоустойчивых грунтов.

56. Для предотвращения попадания воды к грунтам основания через засыпку п азух котлованов необходимо устраивать глиняный водонепроницаемый экран.

57. Во избежание расстройства кладки оголовков и концевых звеньев труб, вследствие пучения грунта, необходимо предусмотреть устройство дренажей для отвода воды.

58. Привязку сооружений к местным условиям необходимо производить не нарушая, как правило, бытового режима протекания водот оков, для чего рекомен дуется:

а) отметки лотка труб назначать с учетом углубления русла;

б) при применении сосредоточенного пропуска осе нн е-зимних расходов водотока уклон русла непосредственно у искусственного сооружения принимать не менее бытового;

в) во всех случаях на постоянных водотоках в пределах мощения моста, а также входного и выходного оголовков трубы проектировать русла малых водотоков с учетом концентрированного пропуска осенне-зимних расходов.

59. Не рекомендуется осуществлять пропуск двух и более разроз ненных в одотоков через одно искусственное сооруже ни е. Это приводит к уположению русел водотоков или устройству длинных водоотводов с малыми уклонами.

60. Не рекомендуется также устройство длинных водоотводов, предназначенных для отвода ключевых и грунтовых вод к искусственным сооружениям. Их пропуск должен осущ ествляться в низовую сторону дренажом или через искусственное сооружение, проектируемое специально для наикратчайшего сброса вод.

VI. ОСНОВНЫЕ УКАЗАНИЯ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ

6 1 . Строительство малых искусственных сооружений на водотоках с процессами наледеобразования производится с максимально возможным сохр анени ем бытовых условий и водно-теплового режима протекания водотоков подрус ловых и грунтовых потоков.

62. Временные дороги для нужд строительства, эксплуатируемые только в зимнее время, должны иметь временные искусственные с ооружения в местах пересечения постоянных водотоков.

63. При производстве работ в зимнее время на постоянных и периодически действующих водотоках и ключах, а также в обводненных логах должны быть приняты меры против попадания в котлованы наледных вод, так как дополнительное обводнение грунтов основания, как правило, приводит к значительным осадкам сооружений.

64. В период строительства для борьбы с наледями на переходах можно и с пользовать временные проти воналедные устройства - снежные валы, переносные деревянные з аборы из инвентарных щитов, временные мер з лотные пояса - и постоянные мерзлотные пояса.

65. Организацию, время и способы выполнения работ по устройству ф унда мен тов следует назначать с учетом климатических, геологических и мерзлотных условий, а в районах с наличием мн оголетнемерз лых грунтов - с учетом принятого метода строительства в соответствии с требованиями В СН -61- 61 и СНиП II-Б.6-66.

66. Постоянные противоналедн ы е устрой ства сооружаются, к ак правило, летом. Работы по изготовлению элементов конструкции и сооружению н ад фундаме нтной части малых мостов и труб производятся в соответствии с требованиями СНиП III -Д.2-62 и ВСН 8 1 -62.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИМЕРЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

А. Безналедный пропуск водотоков

Пропуск постоянных и периодически действующих водотоков и ключей в низовую сторону без образования наледи у сооружения осущ ествим только при применении эффективных противоналедных мероприятий. Анализ процессов наледеобразования у малых мостов и труб, а также теплотехнические расчеты показывают, что осуществить безналедный пропуск осенне-зимних расходов воды и предотвратить тем самым появление и рост наледей у искусственных с оору жен ий можно путем концентрации водотока в пределах полосы отвода дороги и непосредственно у сооружения, с устройством, при необходимости, утепленного лотка или дренажа.

Необходимая степень концентрации малого водотока зависит как от климатических условий района - температуры наружного воздуха, величины снежного покрова, так и от характеристики самого водотока - величины расхода воды, уклона водотока и температуры воды. При определении расчетом необходимой степени концентрации водотока принимаются:

а) температура наружного воздуха - равной среднему значению из абсолютных минимумов за расчетный период;

б) толщина снежного покрова - равной средней толщине снега по месяцам за многолетний период наблюдений;

в) величина расхода водотока и температура воды принимаются для осенне-зимних услов и й.

Необходимая степень концентрации водотока может быть получена из рассмотрения общего уравнения теплового баланса при наличии тепловой изоляции на поверхности водотока. В этом случае составляющие теплового баланса, такие как потери тепла за счет поглощения прямой и рассеянной радиации будут иметь очень малое численное значение. Учитывая приближенность расчета, этими со с тавляющ ими можно пренебречь.

Уравнение теплового баланса водотока с учетом приня ты х допущений может быть записано в следующем виде:

Q _общ = Q _н - Q _м - Q _п - Q _т = 0 (1)

где: Q_н - потери тепла за счет непосредственного теплообмена водотока через лед, снег ил и другую тепловую и золя цию :

(2)

T - разность между температурой воды, омываю щ ей нижнюю поверхность льда, и расчетной температурой наружного воздуха, которая принимается равной среднему из абсолютных минимумов за рассматриваемый период;

R_α - термическое сопротивление теплоотдачи с поверхности ( где α = 480 ккал / м² · с утки · ° С);

R_u - термическое сопротивление теплоизоляции (лед, снег) в :

h_i - толщина i -го слоя теплоизоляции в м;

λ_i - коэффициент теплопроводности в ккал / м · сутки · °С;

Q_м - приток тепла за счет трансформации механической энергии в тепловую :

(3)

здесь: 2,02 × 10⁵ - размерный коэффициент в ;

Q - расход водотока в м³/сек;

i - уклон лога;

γ - объемный вес воды в т/м³;

B - ширина русла в м;

Q_п - приток тепла из дна водотока. При сравнительно организованном русле для же лез нодорож ной линии Тайшет - Лена на участке Братск - Лена (глубокое сез онное промерзание и островная вечная мерзлота) величина Q_п на основании экспериментальных данных может быть принята равной 80 ккал / м² · сутки для пе рво й п ол ов ины зимы (включая декабрь) и 60 кк ал / м² · с утки для второй половины зимы;

Q_т - приток тепла за счет п о ниже ния температуры водотока при протекании у сооружения на длине L при ширине русла B - :

(4)

где 427 - механический эквивалент теплоты в ;

C - удельная теплоемкост ь воды в ;

t_н - температура воды у начала расчетного участка в ° С;

t_к - температура вод ы у конца расчетного участка, которая должна быть принята не ниже плюс 0,2 ÷ 0,3 ° С;

L - длина рассматриваемого участка в м; остальные обозначения указаны виде.

После подстановки составляю щ их в уравнение ( 1) и решени я его относительно ширин ы водотока получим следующее выражение:

(5)

При условии, если водоток у начала расчетного участка (на подходах к искусст венному сооружению) имеет температуру воды равную +0,2 ÷ +0,3 ° С, то допускать понижение температуры не п редставляе тся возм ожным , тогда Q_т = 0 и выражение ( 5) примет следующий вид :

(6)

Пример 1 -й. Расчет сосредоточенного пропуска водотока

Дорога ......................... , участок ...................... , км .............................. , пк ...............................

Данные для расчета

1 . Расчетный расход Q_р = 1 0 м³/сек^I

¹⁾ Определяется по ВСН 6 3- 61 (Инструкция по расчету стока с малых бассейнов. Трансжелдориздат, 1 962).

2. Высота насыпи H = 4,0 м

3. Расход водотока в осенне-зимний период Q = 0,1 м³/сек

4. Уклон лога i_л = 40 %

5. Температура воды в районе перехода в осенне-зимний пе риод t_в = + 0,1 ¸ +0 ,2 °С

6. В ы ход источников на поверхность - 50 0 м от перехода

7. Под р у словые потоки на переходе отсутствуют

8. Наледи в бытовых условиях на водотоке отсутствуют

9. Климатические данные приведены в табл. 1

Таблица 1

Климатические д анные по месяцам для района перехода¹⁾

№ по пор.	Расчетные данные	Месяцы
№ по пор.	Расчетные данные	XI	XII	I	II	III
1	Среднее значение из абсолютных минимумов темпера туры, °С ( T )	-38	-46	-48	-43	-38
2	Толщина снега ( h _сн ), см	1 6	3 1	3 9	46	46
3	γ _сн , т/м³	0, 1 4	0, 1 4	0, 19	0, 19	0,27
4	Среднемесячные температуры, °С	-1 4,9	-24,5	-25,2	-22,1	- 1 2,3

1) Б ерут за многолетний пе риод по клим атологическому справ очни ку для метеостанций , расположенных в указанном рай оне; при отсутствии данных с метеостанций не обходимые расч етны е данные получают в период изыск аний.

Таблица 1 составлена по данным метеостанции Ус т ь-К ут.

Порядок решения

1 . По Q_р и H определяют, исходя из обычных усло в ий, т ип искусственного сооружения. Во зможны два варианта:

а) бетонная прямоугольная труба отверстием 2,0 м ( БП Т);

б ) свайно-эстакадный мост с креплением русла по схеме 3×6,0 м (ин в. № 239, Ленгипротран смост, 1 962).

По экономическим показателям в данном случае БПТ от в . 2,0 м и мост эстакадного типа по схеме 3×6,0 м имеют примерно одинаковую стоимость на 1 м³ расхода воды (несколько дешевле БПТ ). Ниже принят мост.

По типовому проекту крепление русла у моста в ы полняется гориз онтальным. Следов ател ьно, у моста водоток будет иметь ширину русла равную ширине горизонтальной отме тки - 6,0 м . При этих условиях будут резко нарушены бытовые условия протекания водотока, что приведет к образов анию наледи у сооруж ения.

2. По Q , i и климатическим данным района определяют макс имальну ю ширину русла (в пределах полосы отвода железной дороги и непо средств енн о у сооруж ения).

Определяют для данного района период (месяц) с наибольшими тепловы м и потерями на основа нии вы числе ний по формуле 2 настоящего приложения 1. Вычисленные значения λ_сн, R и Q_н для рассматрива ем ого примера приведены в таблице 2.

Таблица 2

№ по пор.	Определяемые величины	Месяцы
№ по пор.	Определяемые величины	XI	XII	I	II	III
1	Теплопроводность снежного покрова λ_сн = 0,01 8 + 0,87 γ_сн^*⁾, ккал / м · час · ° С	0, 1 4	0, 1 4	0,183	0,183	0,235
2	Термическое сопротивление теплоизоляции K = R_α + R_u , м² · с утки · ° С / ккал	0,0496	0,094	0,091	0,108	0,084
3	Тепловые потери водотоком Q _н ,	765	490	528	400	455

^*) ЛУКЬЯНОВ В.С., ГОЛОВКО М .Д. Расчет глубины промерзания грунтов. Трансжелдори здат, 1 957.

Из таблицы следует, ч то наибольшие потери тепла водоток имеет в ноябре. Поэтому максимальная ширина водотока, необходимая для без наледного пропуска расхода воды, должна быть определена именно по данным для нояб ря. Она может быть вычислена по формуле ( 6), так как значение Q_т в данном случае может быть принято равным нулю:

Конструктивное оформление сосредоточенного пропуска водотока м о жет быть выполнено: в полосе отвода с верховой стороны сооружения - в виде трапецеидальной канавы с необходимым укреплением стенок (желательно укрепить одерновкой), в пределах каменного мощения - в виде железобетонного лотка с о бшивкой стен просмоленными досками δ = 4 - 5 см и с утеплением, рав ным термическому сопротивлению снежного покрова. Конструкция жел езобе тонног о лотка для рассматриваемого случая приведена и з рис. 1.

Р ис. 1. По перечный разрез по железобетонному л отку:

1 - железобетонны й лоток; 2 - обшивка из досок δ = 4 - 5 см; 3 - утепленная крышка; 4 - засыпка грунтом; 5 - засыпка из мха или торфа; 6 - укрепление грунта от размыва

Пример 2-й

Дорога ......................... , участок ...................... , км .............................. , пк ...............................

Данн ые для расчета

1. Расчетный расход Q_р = 10 м³/сек

2. Высо т а насыпи H = 4,0 м

3. Расход водотока в осенне-зимни й период Q = 0 ,075 м³/се к

4. Уклон лога i_л = 40 %

5. Температура воды в районе перехода в осенне-зимни й период t_в = +0,1 ÷ 0,2 ° С

6. Выход источников на пове р хность - 500 м от пере хода

7. Под русло в ые потоки на переходе незначительные

8. Наледи в бытовых условиях отсутствуют

Климатические данные по месяцам приведены в таблице 1 (рассматрив ается тот же климатический рай он , что и в примере 1).

Порядок решения

1. По Q_р и H определяют тип искусственного сооружения. Возможны два варианта:

а) бетонная прямоугольная труба отверстием 2,0 м (БП Т);

б) свайно- э стак адны й мост с креплением русла по схеме 3×6,0 м (инв . № 239, Ле гипротрансмост, 1 962).

По экономическим показателям в данном случае труба и мост имеют примерно одинаковую стоимость на 1 м³ расхода воды. Ниже принята труба.

По типовому проекту кр е пление подходного и выходного русел выполняется горизонтальным. Водоток при осенне-зимних расходах воды будет уширяться и сильно охлаждаться на отмос тке у входного и выходного оголовков и непосредственно при протекании в трубе. Эти нарушения бытовых условий протекания водотока приведут к образованию наледи. Необходим концентрированный пропуск водотока непосредственно у сооружения (в полосе отвода и в пределах мощения) и в самом сооружении.

2. По Q , i и климатическим данным района определяют максимальную ширину русла:

а) в пределах полосы отвода ж е лезной дороги и непосредственно на отмостке;

б) при протекании водотока в трубе.

а. Определение концентрации водотока в пределах полосы отвода железной дороги и на отмостке

По величине тепловых потерь (табл. 2, пример 1-й) по формуле ( 6) определяют ширину водотока B , принимая Q_т = 0, так как в данном случае не представляется возможным допустить понижение температуры водотока в пределах полосы отвода и непосредственно у сооружения ( t_в = +0, 1 ¸ +0,2 ° С):

Ширина водотока принята B = 0,7 м.

Конструктивное оформление сосредоточенного пропуска вод тока может быть в ы пол нено: в полосе отвода - в виде канавы с не обходимым укреплением стенок, в пределах мощения - в виде железобетонного лотка по рис. 1.

б. Определение конц е нтрации водоток а непосре дств енно в бетонной прямоугольной трубе

Не ск олько отлич ны в тепл ов ом отношении условия про текани я малых вод отоков непосредстве нно в трубах. Во-первых, отсутствует снег на ледовом покрове водоток а; во -в торы х, в следствие отрицательных температур бетонного лотка у входного и вы хо дного оголовков, а такж е в прилегающих к ним звеньях имеет место на этом участк е трубы на приток тепла к водотоку, а дополни тельная потеря тепла.

Учитывая, что с в ерховой и низовой стороны трубы в преде лах мощения водоток по расчету имеет ширину B = 7 м, ширина лотка в трубе принята также равной 0,7 м (рис. 2). При дан ной ш ирине водотока внутри трубы следует определить необходимое утепление.

Рис. 2. Схема устройства лотка в бетонных прямоугольных трубах:

1 - проектное положение верха лотка; 2 - лоток для пропуска осенне-зимних расходов; 3 - обшивка и з досок δ = 6 см; 4 - утепленный щит; h_зв - фундамент под звеньями; h_ог - фундамент под оголовком

Уравнение ( 1) для данного случая может быть записано в следующем виде:

Q _общ = Q _н - Q _м - Q _о = 0, (7)

где: Q_о - потери тепла в , передающиеся через досчатую обш ивку путем теплопроводности от водотока к бетону:

t_в - температура воды, ° С;

t_б - температура дна бетонного лотка (приближенно можно принимать по таблице 3^*) );

δ_д - толщина досок обшивки лотка в м;

λ_д - коэффициент теплопроводности обшивки из досок в

^*) Данные табл. 3 соответствуют результатам теплотехнических расчетов на гидроинтеграторе В.С. ЛУКЬЯНОВА для железнодорожной линии Тайшет - Лена. Температуры бетонного лотка в табл. 3 соответствуют входному и выходному оголовкам. Для других местных условий, существенно отличных от условий линии Тайшет - Лена, расчетные температуры и длины участков трубы с отрицательной температурой следует принимать по результатам соответствующих исследований.

Остальные обозначения приведены выше.

Таблица 3

Определяемая величина	Месяцы
Определяемая величина	XI	XII	I	II	III
Среднее значение температуры бетонного лотка у оголовка трубы	-3,2	-8,5	- 11, 5	- 1 0,9	-7,3

После подстановки значений составляющих в уравнение ( 7) и решения его относительно ( R_α + R_u ) получим:

при величина R_u будет равна

Можно принять у теп лен ие в виде инвентарных щитов, состоящих из двух слоев досок толщиной 2,5 см с слоем опилок между ними толщиной 25 см. Для таких щитов термическое сопротивление равно:

Т.е. принятое утеплени е удовлетворяет по термическому сопротивлен ию решению уравнения ( 7).

Для безнал ед ного пропуска необходимо, чтобы водоток имел принятое утеплен ие в пределах мощения у входного и выходного оголовков, а также в трубе на длине 5 - 1 0 м от оголовков, при этом у последних должны быть установлены щиты, предотвращающие проникновение ветра в трубу.

Общая конструкция для безналедного пропуска водотока в пределах подходного и выходного русел и в бетонной прямоугольной трубе показана на рис. 3.

Рис. 3. Общая конструкция для б е зналедного пропуска водотока в пределах подходного и вы ходн ого русел и в бетонной прямоугольной трубе

Обозначения к рис. 3:

Цифры в кру ж очках - участки по длине конструкции:

(1) и (7) - участки с бытовыми условиями;

(2) и (6) - участки со спрямленным и углубленным руслом;

(3) и (5) - участки с железобетонным лотком, утепленным конструктивно;

(4) - участок с железобетонным лотком, утепленным по расчету;

1 - щиты утепления; 2 - одиночная мостовая; 2′ - двой ная мостовая; 3 - слой мхи или торфа δ = 1 0 ÷ 1 5 см; 4 - железобетонный лоток; 5 - обшивка из досок δ = 6 см на участке (4) и δ = 4 см на участках (3) и (5) ; 6 - засып ки гравийно-песчаным грунтом .

ПРИМ Е ЧАНИЯ (к рис . 3) : 1. На плане (вид сверху - по А-А) утеп лени е лотка, а также входа и выхода трубы не показано.

2. Щ и ты конструктивного утепления делают из досо к δ = 2,5 см в два слоя с прокладкой меж ду ними с лоя т оли.

3. Ес ли водоток не треб ует по расчету утепле ни я, то уча сток (3) можно сделать только в в иде спрямленного и углуб ле нного русла необходимой шири ны .

4. Утепл е ние на уча стке (4) осуще ствляю т щи тами из досок с прослойкой между н ими и з опилок. До ски обычно принимают толщиной 2,5 см, толщина слоя опилок устана вливается расчетом. Для уменьшения веса щитов в качества утеплителя целесообразно применять стекловату.

5. Спрямление и углубление русла ( участки (2) и (6)) делают с учетом местных условий. Длину участк а спря мле ния принимают рав ной 20 - 25 м . Ш ирину русла и необходимое уте пление устанавлив аю т расчетом, глубину принимают не менее 50 - 60 см. При слабых грунтах откосы канавы необходимо укреплять оде рнов кой.

6. Все размера на чертеже в см.

Лоток для пропуска малых водотоков в железобетонных прямоугольных трубах может быть офор м лен на месте из сборных элемен тов после установки звеньев труб . При привязке типовых труб к местным условиям необходимо иметь в виду, что дно лотка в пределах мощения у входного и выходного оголовков в этих случаях проектируется углуб ленным. Отметки лотка подходного русла и лоток тип овой конструкции трубы долж ны быть соответствующим образом увязаны, что поведет к некоторому опусканию лотка трубы, по сравнению с случаем привязки типовой конструкции в обычных условиях (без устройства лотка с целью концентрации водотока).

В тех случаях, когда водоток имеет более высокую температуру ( t_в > 0,2 ¸ 0,3 ° С), то при расчете необходимого утепления из у равнения ( 7) в н его включают приток тепла Q_т , определяемый по формуле ( 4). При этом L принимается равным длине трубы, а B - ширин а лотка в трубе.

Пример 3-й

Дорог а ......................... , участок ...................... , км .............................. , пк ...............................

Данные для расчета

1 . Расчетный рас ход Q_р = 1 0 м³ /сек

2. Высота насыпи - 8,0 м

3. Расход водотока в осенне-зимний период Q = 0,025 м³/сек

4. Уклон лога i_л = 0,050

5. Выход источников (к л ючей) на поверхность с верховой стороны в 30 м от трассы н а склоне лога. Ключи не имеют организованного русла

6. Геологический ра з рез на переходе: до 4,5 м суглинки, ниже аргиллиты

7. Климатические да н ные приведены в табл. 4.

Таблиц а 4

Климатические данные по месяцам для района перехода¹⁾

№ по пор.	Расчетные данные	Месяцы
№ по пор.	Расчетные данные	XI	XII	I	II	III
1	Среднее значение из абсолютных минимумов темп ера тур ы , ° С ( T )	-22	-28	-3 1	-30	-27
2	Толщина снега ( h _сн ) , см	6	14	1 9	25	23
3	γ_сн, m /м³	0, 1 4	0, 1 4	0, 1 9	0, 1 9	0,27

¹⁾ Климатические данные взят ы для ст. Слюдян ка Восточно- Сибирской железной дороги (Метеостанция Слюдянка).

Порядок решения

1. По Q_р и H определяют, исходя из обычных условий, тип искусственного сооружения. Рассмотрены три варианта:

а) бетонная прямоугольная труба отверстием 2,0 м (БП Т);

б) железобетонный балочный мост на массивных опора х по схеме 1 ×1 0 м;

в) сва йн о-э стакадный мост (по предложению С. И. ГАП ЕЕВА, см. Методические указания № 4, Л енгип ротранс, 1 959) по схеме 3×11,5 м.

В отношен и и п роти воналедных мероприятий рассм отренны е варианты им еют следующ ие особенности.

При применении Б П Т необходимо осуще ствить удержание н аледи, или бе знал едный пропуск водотоков. Ввиду близкого выхода источников целесообразно применить пропуск водотока с помощью утепленного лотка.

М осты по пунктам « б» и « в» могут быть применены без противонале дн ых средств.

Сравнение вариантов по стоимости сделано в табл. 5.

По экономическим соображениям принята БПТ отверстием 2,0 м с утепленным лотком.

2. По Q , i и климатическим данным района определяют возможную ширину русла, а также необходимое утепление.

Таблица 5

Техни ко -экономические данные по вариантам

№ по пор.	Тип искусственного сооружения	Приведенная стоимость в тыс. руб.	Тип противоналедного сооружения	Приведенная стоимость в тыс. руб.	Общая приведенная стоимость в тыс. руб.
1	БП Т отв. 2,0 м	20,0	Утепленный лоток д линой 60 м	3 ,0	23,0
2	ЖБМ 1 ×10 м	52,5	-	-	52,5
3	ССЭ М 3 ×11 ,5 м	32,5	-	-	32,5

Потери тепла водотоком определены при климатических данных из табл. 4. Результаты сведены в табл. 6.

Из табл. 6 ясно, что наибол е е опасным в нале дном отношении является ноябрь (малый снежный покров и значительные отрица тельные температуры, с м. т абл. 4).

Таблица 6

№ по пор.	Определяемые величины	Месяцы
№ по пор.	Определяемые величины	XI	XII	I	II	III
1	Теплопроводность с н ега,	0, 1 4	0, 1 4	0, 1 83	0,183	0,235
2	Термическое сопротивление теплоизоляции,	0,0178	0 ,0 42	0,043	0,05 7	0,04 1
3	Т епловые потери водотоком,	123 6	690,5	720,9	526,3	658,5

Ширину водотока определим из у словий безналедного пр опуска для X I месяца п о формуле 6:

Пропуск водотока в о с енн е-зимний пер иод в лотке ш ирин ой B = 0,21 м пред став ляет определенные эксплуатационные трудности. Ширина лотка практически должна быть не менее 0,4 - 0,5 м.

Н иже необходимое утеп ление определено при ширине лотка 0,4 м из уравнения ( 6):

Пр ин ятое (без учета утепляющего дей ствия сне га) утепление лотка инвентарными щ итам и из досок 2,5 см с толщиной засыпки между ними из опило к в 5 см, создает термическое сопротивление, равное:

что превышает необходимое термическое сопротивлени е (0,028), вычисленное из урав нения ( 6).

О п ределение необходимого утеп ления в пределах входного и выходн ого оголовко в труб рассмотрено в примере 2.

К онструкция утепленного лотка для полосы отвода показана на рис. 4.

Рис. 4 . Поперечный разре з по же лезобетонному лотку:

1 - железобето нн ая рам а; 2 - обшивка из досок; 3 - утепленная к рышк а; 4 - за сы пк а грунтом; 5 - засыпка из мха или торфа; 6 - укре пление грунта от размыва; 7 - железобетонные д оски

Пример 4- й

Дорога ......................... , участок ...................... , км .............................. , пк ...............................

Данные для расчета

1. Высота насыпи 1 ,8 м

2. Расход водотока в осенне-зимний период Q = 0,025 м³/сек

3. Водоток питается группой ключей, выходящих на ск лон е с верховой стороны трассы в 1 50 м. Ключи не имеют организованного русла. Выход ключей зафиксирован в трех местах (точки 1, 2, 3 на рис. 5). В зимний период нал е дь действует на склоне в течение всей зимы

4. Ярко выраженный лог в 700 м, Q_р = 5 м³/сек

5. Уклон склонов i_ск = 0,0 3

6. Геологический разрез на переходе: до 3 м суглинки, н и же аргиллиты

7. Климатические данные - см. т абл. 4, пример 3

Рис. 5. Схем противоналедных м е роп ри ятий (к примеру 4):

а - утепленный лоток; б - дренаж; в - контуры наледи в зимний период

Порядок решения

При наличии постоянных ключей с верховой стороны насып и возможны следующие решения:

а) постоянный утепленный лоток в комплексе с водопропускным соору жением. В данном случ ае БП Т проектируется только для пропуска ключей;

б) пропуск водотока (ключей) в н изовую сторону дре нажом (каптаж и сточников и отвод их в ни зовую сторону по керамическим трубам);

в) постоянный утепленный лоток в комплексе с дренажом не посредственно под железнодорожным пол отном (пропуск ключей по стальной отводной трубе под железной дорогой).

Экономические данные по вариантам, полученные на основе составлен и я сметно-ф ин ансовых расчетов, приведены в таблице 7.

Таблица 7

Приведенные стоимости¹⁾

Варианты	Прямоугольная бетонная труба стоимость в тыс. руб.	Утепленный бетонный лоток		Дренаж		Общая приведенная стоимость в тыс. руб.
Варианты	Прямоугольная бетонная труба стоимость в тыс. руб.	длина в м	стоимость в тыс. руб.	длина в м	стоимость в тыс. руб.	Общая приведенная стоимость в тыс. руб.
а	9,00	1 90	7, 4 0	-	-	16,40
б	-	-	-	190	1 3,7	1 3,70
в	-	1 50	5,84	40	3,0	8 ,84

¹⁾ Приведенные стоимости - это стоимости сооружений с учетом строительных и эксплуатационных затрат.

Ниже рассмотрены вс е три варианта.

А) Постоянный железобетонный утепленный лоток

По Q , i и климатическим данным района определя ю т возможную ширину, а также необходимое утепление. Используя данные т абл. 6 примера 3, получим для участков 1 - 2, 3 - 4 (на рис. 5 этот вариант показан сплош ными линиями):

Ниже необходимое утепление определено при B = B_min = 0,40 м:

Принято утепление лотка и нв ентарны ми щитами из досок 2,5 см с засыпкой м ежду ними опилками при толщине засыпки 20 см. Термическое сопротивление принятой теплоизоляции, без учета (по малости) термическог о сопротивления сн ежного покрова ( R_u = 0,01 78 - 0,002 = 0,01 58), будет равно:

К онструкция утепленного лотка - см. р ис. 4, пример 3.

Для участка 2 - 4 (см. р ис. 5):

Н еобходим ое утепление определено при B = 0,40 м:

Принято утепление лотка инвентарн ыми щитами из досок 2,5 см с толщиной засыпки между ними опилками 1 5 см. Термическ ое сопротивл ение принятой теплоизоляции, без учета сопротивления снежного покрова ( R_c = 0,01 58), будет равно:

Для участка 4 - 5 (см. р ис. 5):

Необходимо е утепление при B = 0,40 м:

П ринят о утепление инвентарными щитами из досок 2,5 см с толщиной засыпки опилками 6 см, для которого термическое сопротивление равно:

Для участка 5 - 6 (пропуск водотока в трубе; понижение температуры водотока в трубе не допускается), как и сключение ширину лотка в трубе целе сообразно принять равной 0,35 м, а стенки лотка обшить досками в два слоя по 5 см. П ри этих условиях ниже определено необходимое уте пление для входного и выходного оголовков:

Принято утепление лотка щитами из стекловаты тол щ иной 25 см, ме жду досками толщиной 2,5 см. Т ермическое сопротивление, при коэфф иц иенте теплопроводности стекловаты , будет равно:

П роп уск водотока в пределах 20 м от выходного оголовка в низовую сторону осуществл яется так же , как на участке 4 - 5.

Б) П р опуск водотока дренаж ом (каптаж источников и отвод их в низовую сторону)

В местах выхода кл ю чей 1, 2, 3 (см. р ис. 5) принят каптаж путем устройства бетонных приемных колодцев. Отвод воды от приемных каптажных к олодцев 1, 2, 3 к водосборному колодцу 4′ (на рис. 5 этот вариант показа н пунктирными линиями), а затем по склону косогора до смотрового колодца 5′ и от колодца 6′ до к олодца 7′ о существляется с помощью керамиковых труб, уложенных на глубину 2,5 м от дневной поверхности (т.е. ниже глубины пром ерза ния на 0,5 м). Расположение смотровых колодцев принято примерно через 50 м. Не посредственно под железнодорожным полот ном (участок 5′ - 6′) укладывается металлическая труба.

На участках 4′ - 5′ и 6′ - 7′, где отсутствуют грунтовые потоки и трубы уложены только для отвода воды, насадк и муфт в стыках должны быть поставлены с плотной про к онопатк ой.

Гидравлический расчет керамиковых отводных труб

Участки 4′ - 5′ и 6′ - 7′. Расход Q = 25 л/сек, уклон дна трубы - 0,03, диаметр труб d = 200 мм.

Возможный расход труб при полном наполнении равен:

где γ = 0,2 - к оэфф иц иент шероховатости для керамиковых т руб;

- гидравлический радиус;

i - уклон трубы принят равным уклону склона косогора.

По расходу при полном наполнении Q₁ и данному расходу Q определяют, пользуясь рисунком 6, глубину наполнения и искомую скорость.

Рис. 6. График для определения глубины наполнения отводной труб ы и скорости течения воды в ней

Для этого из точки на оси абсцисс, соот в етствующей отношению расходов , проводят вертикальную линию до перес ечения с кривой расхода Q и для этого уровня определяют на оси ординат глу б ину наполнения в процентах ( h = 48 %). Абсолютное значение глубин ы на полнения трубы, соответствующее расходу Q , будет равно d₁ = 0,48 d = 0 ,48 × 20 = 9,6 см .

По относительной глубине наполнения (в процентах), проводя на соответствующем уровне (для h = 48 %) горизонтальную линию до пересечения с кривой скорости v , определяют на оси абсцисс коэффициент K_v , на который надо умножить скорость воды в трубе при полном наполнении ( v = 1 ,7 м/сек), чтобы получить скорость, с оответствующ ую данному наполнению. Д ля h = 48 % коэффициент K_v = 0,98. Следовательно, искомая скорость равна v = v₁ K_v = 1,7 × 0 ,98 = 1 ,66 м /сек.

Участок 2 - 4. Расход Q = 1 5 л/сек, уклон i = 0,02, диаметр керамиков ы х труб d = 1 50 мм.

Расход при полном наполнении равен:

Отношение расходов . Соответствующий процент наполнения (см. р ис. 6) h = 57 %. Глубина наполнения d₁ = 0,57 × 1 5 = 8,6 см.

Коэффициент K_v при это м наполнении равен K_v = 1 ,05; скорость течения воды в трубе

v = v₁ × K_v = 1 ,3 × 1 ,05 = 1 ,36 м/сек.

Следоват е льно, на участках дренажа 1 - 2 - 4′ и 3 - 4′ могут быть приняты кера миковые трубы ди аме тром 1 5 см, на участках 4′ - 5′ и 6′ - 7′ - диам етром 20 см.

Участок 5′ - 6′ (под насыпью). Пропуск воды осущест в ляется посредством стальной отводной трубы диаметром 200 мм.

Расход при полном наполнении равен:

Соответствующая скорость v₁ = 1 ,58 м/сек. Отношение расходов . По рис. 6, h = 50 %, K_v = 1 ,0. Следовательно, глубина наполнения и соотве тствующая скорость течения воды в трубе будут равны:

d₁ = 0,50 × 20 = 1 0 см; v = 1 ,58 × 1 ,0 = 1 ,58 .

Участок 6′ - 7′ решается в зависимости от уклона склонов косогора ниже земляного полотна. При увеличива ю щихся уклонах склонов сле дует сохранить уклон отводных труб, при уменьшающихся уклонах или остающихся равными уклонам склонов косогора с верховой стороны от земляного полотна уклон отводных труб уменьшается.

В варианте « в» участок дренажа 5″ - 6″ - 6 решается аналогично участку 5′ - 6′ - 7′ в ар ианта « б» .

Примечания к при мер у 4 .

1. Дренаж , рассмотренный в примере, в основном выполняет функцию каптажа ключевых вод и их отвод в низовую сторону насыпи. Для отвода вод наиболее рационально приме нять железобетонные трубы, изготовляемые в центрифугах, с длиной секции 6 ¸ 1 2 м, с необходимым конструктивным оформлением стыков.

2. На участке 5′ - 6′ (под насыпью) пропуск воды производится с помощью стальной трубы. Это решение имеет свои положительные и отрицательные стороны. Положительным является в озможность осуществления данного решения в условиях эксплуатации дороги без перерыва движения - продавли ван ие металличе ской трубы. Отрицательным является то, что металлическая труба подвержена коррозии.

В связи с этим представляется целесообразным применять на этих участках предваритель н о напряженные железобетонные оболочки малого диаметра (диаметр 40 - 60 см в зависимости от величины расхода) с устрой ством стыков, которые сохраняют плотность при деформациях основания.

Пример 5-й

Дорога ......................... , участок ...................... , км .............................. , пк ...............................

Данные для расчета

1 . Высота насыпи 8,0 м

2. Расчетный расход Q_р = 10 м³/сек

3. Постоянный водоток отсутствует, но де й ствует п остоянный грунтовый поток, питаемы й трещи нным и подзем ным и водами. Гидрогеологический разрез представлен на рис. 7

4. У к лон л ога i_л = 20 ‰

5. Коэффициент фильтрации грунтов K = 25 м /сутки .

Рис . 7. Поперечный разрез лога (к примеру 5) :

1 - контур фундамента оголовка ЖБП Т; 2 - водоупорный грунт

Порядок решения

По Q р и H и конструктивным соображениям определяют тип искусственного сооружения. Возможны реше ния:

а) железоб ет онная прямоугольная труба отв. 2,0 м (Ж БП Т);

б) мост п о схеме 3 × 11 ,5 (по пред ложению С.И . ГАПЕЕВ А). Схема моста и отверстие приняты исходя из высоты насыпи. Мост может быть применен без п ротивоналедных средств.

Для окончательного выбора варианта необходимо определить противоналедные мероприятия у ЖБПТ и их стоимость .

Ниже определены необходимые противоналедные мероприятия , приведенные стоимости по указанным выше вариантам решения.

Подъем уровня грунтовых вод при условиях, показанных на рис. 7, но без учета наличия отверстия трубы, был бы равен :

где b_л - ширина грунтового потока, в м;

b_ф - ширина фундамента, в м ;

F_ст - площадь стеснения грунтовых потоков фундаментом оголовка, в м².

При наличии отверстия трубы подъем уровня грунтовых вод, как следует из рис. 7, возможен только на 0,5 м. В связи с этим перед трубой возможен выход п одзем ных вод в виде ключей. Расход поверхностного водотока ( Q_п ) для этого случая приближенно можно определить , исходя из фильтрационной способности грунта, уклона лога и разности площадей грунтового потока в быт овых условиях и при нал ичии стеснения потока фундаментом, по формуле:

Q _п = K × i × ΔF, (8)

г д е K - коэффициент фильтрации в м/сутк и ;

i - уклон лога;

ΔF - разность пло щ адей грунтового потока, в м².

При K = 25 м/сутки, i = 0,02 и ΔF = 60 - 35 = 25 м² расход поверхностного водотока будет равен :

Q_п = 25 ×0,02 ×25 = 12,5 м³/сутки = 0,145 л/сек.

Пр о пуск водотока с р асходом 0,1 45 л/сек в зимнее время через бе тонную трубу без образования наледи не представляется возможным.

Объем наледи на переходе из- з а нарушения условий протекания подземных потоков может быть определен по формуле (в м³):

v = T _в β m · ΔQ _ср = T _в β m K i · ΔF , (9)

где T_в - рассматриваемы й промежуток в ремени в сутк ах;

ΔQ_ср - разность средних расходов грунтового потока в бытовых условиях и у сооружения (в м³/сутки ) за промежуток времени T_в ;

Δ F - разность средних площадей живого сечения грунтового потом в бытовых условиях и у сооружения в м²;

m - коэффициент, учитывающий наличие воздушных прослоек во льду, равный 1 ,2;

β - коэффициент рас ш ирения при переходе воды в лед, равный 1,1 .

Для о п ределе ни я величины Δ F в формуле ( 9) необходимо определить промерзание грунта в бытов ы х условиях и на переходе.

Промерзание грунта в бытовых условиях определено при следующих исходных данных: грунт д о глубины 3 м однородный; γ_ск = 1,7 т/м³; влажность до глубины 0,5 - 1 2 %, ниже - 24 %; льдистость - 1 ,0; C = 520 к кал/м³ · °С ; λ = 2,5 ккал/м · час · ° С; тепловой поток снизу Q_п = 80 ккал/м² · сутки - для ноября - декабря; Q_п = 60 ккал/м · с утки - д ля января - марта.

На переходе характеристики гру н та приняты такие же, что и в бытовых условиях, но тепловое влияние снежного покрова не учтено (снег будет поглощаться наледными водами). Климатические данные - см. п ример 1, табл. 1 и 2.

Определение глубины промерзани я выполнено по методике проф. ЛУКЬЯНОВА В.С . (Ц НИИ С). Данные расчетов приведены в таблице 8, в которой наряду с глубиной проме рзан ия содержатся: площади живого сечения потока, разности площадей, объемы наледи и толщина наледного льда (на 30/ III ).

Таблица 8

№ по пор.	Определяемые величины	Дата	Бытовые условия	ЖБПТ отв. 2,0 м
1	Глубина промерзания грун тов (м )	30.XI	0,3 1	1,05
		30.XII	0,37	1,65
		30.I	0,60	2,10
		29. II	0,94	2,45
		30. III	0,95	2,60
2	Сред няя площ адь живого сечения потока в бытовых условиях и на переходе ( м²)	30.XI	60	30 , 0
		30.XII	60	22,0
		30.I	59	10,0
		29. II	55	6,0
		30. III	52	3,0
3	Разность средних пло щ адей живого сечения потока (м²)	30.XI		30,0
		30.XII		38,0
		30.I		49,0
		29. II		49,0
		30. III		49,0
4	Объем льда, при условии полной аккумуляци и наледи с верховой стороны	30.XI		594
		30.XII		1 346
		30.I		2 1 08
		29. II		3068
		30. III		4028
5	Тол щ ин а наледн ого льда (м)	30. III	-	≈ 2,0

ПРИМЕЧАНИЕ. При определении пло щ ади стеснения на перех оде для периода I - III принято дополнительно е (по сравне нию с первым периодом зимы - XII - I ) боковое стеснение грунтового потока в ре з ультате промерзания грунта вблизи ф ундамента, равное: F_д = 0,5 b_ф + 1,1 = 6 ,1 м² .

Как видно из таблицы 8, ЖБ П Т может быть применена только в комплексе с проти вон аледными сооружениями. В качестве пр отивоналедн ых сооружений в данном случае возможно применить:

а) дренаж - для безналедного пропуска подземных вод в низовую сторону;

б) водонепроницаемый экран в комбинации с удерживающими противоналедными средствам и .

Ниже рас см отрен вариант применения дренажа.

Требуется перехватить грунтовый поток и собра нн ые воды отвести с помощью отводных труб в низовую сторону.

Соответственно исходным данным по грунтовому потоку принят дренаж совершенного типа с расположением его по рис . 8.

Рис. 8. Схема про т ивоналедны х сооружений (к примеру 5):

1 - м ест ны й грун т; 2 - крупный песок ; 3 - щ ебень ; 4 - щит; 5 - экран из глины; К - смотровые колодцы

Грунтовый поток в 20 м выше Ж БП Т перехвачен дренажными трубами, уложенными поперек лога с уклоном 4 % (между смотровыми колодцами K₁ и K₂ ).

Общий расход грунтового потока равен:

Q = F K i = (3,0 × 20) × 25 × 0,020 = 30 м³ /сутки = 0,00035 м³/с ек.

Удельный дебит дренажа (приток воды на п.м. дренажной трубы) на участке между с мотровыми колодцами K₁ и K₂ длиной L = 20 м:

Гидравлический расчет дре н аж ной и отводной труб, ввиду малых расчетных расходов, можно не выполнять, приняв мин имальный диаметр керамиковых труб 1 2,5 см.

Необходимо проверить водо-захватывающую способность дрены .

При обсыпке дренажной трубы гравием (щебнем) с коэффициентом пористости n₁ = 0,20 и коэффициентом фильтрации обсыпки K_o = 30 м/сутки, а для песчаного гру нт а соотве тств енно с n = 0,35 и K = 25 м/сутки, необходимая площадь отверстий w_o на 1 п. м трубы должна быть не менее

Принят диаметр отверстий на дренажной трубе 2,5 см с шагом через 1 0 см, что обеспечит потребное w_o с некоторым избытком.

Отвод воды от смотрового колодца K₂ до колодца K₃ (см. рис. 8) может быть осуществлен керамиковыми трубами диаметром 1 2,5 см или же для этой цели могут быть использованы железобетонные трубы.

При положении поперечного дренажа в расстоянии 30 м от входного оголовка полная длина дренажа будет равна 1 00 м (20 м - длина дренажа, уложенного поперек лога между K₁ и K₂ ; 30 м - длина дренажа с верховой стороны насыпи между K₂ и K₃ ; 30 м - длина дренажа под насыпью между K₃ и K₄ ; 20 м - длина дренажа с низовой стороны насыпи).

Сравнение вариантов решения приведено в табл. 9.

Следовательно, по приведенной стоимости железобетонная прямоугольная труба отв. 2,0 м в комплексе с противоналедным сооружением в данном случае является более предпочтительным вариантом проек т ного решения.

Табли ц а 9

Приведенные стоимости вариантов

Основные сооружения	Приведенная стоимость в тыс. руб.	Приведенная стоимость противоналедных сооружений	Общая приведенная стоимость тыс. руб.
ЖБПТ отв. 2,0 м	20,0	Дренаж длиной 1 00 м 7,0 тыс. р уб.	27,0
ССЭМ 3×11,5 м	33,0	-	33,0

Основные сооружения

Приведенная стоимость в тыс. руб.

Приведенная стоимость противоналедных сооружений

Общая приведенная стоимость тыс. руб.

ЖБПТ отв. 2,0 м

20,0

Дренаж длиной 1 00 м

7,0 тыс. р уб.

27,0

ССЭМ 3×11,5 м

33,0

Пример 6-й

При укладке трассы по косогор у коренного склона (рис. 9) в отдельны х местах обнаружен выход грунтовых вод. Земляное полотно на данном участке проектируется в виде полунасыпи и полувыемки.

Рис. 9. Вариант безна л едного пропуска грунтовых вод (к примеру 6):

а - вариант с дренажной трубой; б - то же - с каменной наброской; 1 - мятая глина; 2 - балласт чистый; 3 - крупный песок; 4 - дебет; 5 - камень; 6 - дренажная труба; 7 - труба прорез и; 8 - оголовок; K - смотровые ко л одцы

Гидрогеологич е скими обследованиями установлены следующи е данные: грунтовые потоки имеют водоупор на глубине 3,1 м, а уровень от дневной поверхности - 0,8 м; ширина фронта грунтовых во д 50 м. Проектируемый кювет и планировка под насыпь обнажают грунтовый поток на глубину 0,6 м.

Требуется рассмотреть вопрос о против о нал едных мероприятиях на данном участке.

Общий дебит грунтовой воды, в ы хо дящ ей в кювет в результате обнажения грунтового потока, при i = 0,2, K = 25 м/сутки равен:

Q = F × K × i = (50 × 0,6) × 25 × 0,2 = 150 = 1,7 .

При проектировании в обы чных условиях воду отводят кюветом или водоотводно й канавой к близле жащему и скусственном у сооружению. В данном сл учае имеет место ярко выраженный лог в 400 м от места обнажения грунтовых вод.

В суровых климат и чес ких условиях транспортировка воды кю ветом с уклоном равным 0,005 и при расх оде 1 ,7 л/сек практ ически невозможна без образования наледи.

В данном случа е могут быть применены д ва способа, обеспечивающие безналедный пропуск вод (задержания н аледи практически осущ естви ть невозможн о - малая высота насыпи и больной уклон косогора): с помощ ью утепленного лотка или сброс грунтовых вод в низовую с торон у с помощью дренажа. При этом длина утепленного постоянного лотка равна ≈ 450 м, а длина дренажа - 50 + 20 = 70 м.

Вариант с дре н ажом наиболее дешевый : приведенная стоимость бетонного утепленного лотка длиной 450 м состав ляет 1 5,2 тыс. р ублей, а дренажа длиной 70 п.м - 5,4 тыс.р уб.

Дренаж в данном случае может быть запроектирован в виде под кюв етного (рис. 9, разрезы по 1 -1 ). При эт ом дренажом следует перехватить весь грунтов ый поток (так как будет увеличенное промерзание под кюветом) и отвести его в низовую сторону.

Общий дебит дрены при глубине потока 2,3 м и шир и не 50 м равен:

Q = F × K × i = (2,3 × 50 ) × 25 × 0,2 = 575 = 6,7 ;

удельный дебит дрены

П ринята дренажная труба диаметром 20 см (керамиковая) с обсыпкой ее щебнем. При коэффициентах: пористости n₁ = 0,20, фильтрации K_o = 3 0 м /сутки - для щ ебн я, соответственно n = 0,35, K = 25 м/сутки - для песка, необходимая площ адь отверстий на 1 п.м дренажной трубы должна быть не менее

Приняты отверстия диаметром 25 мм с ш агом через 1 0 см.

Гидравлич е ский расчет произведен с использованием формулы Шез и, получено: v = 0,6 м/сек, глубина наполнения - 7,5 см (при i_кр = 0,005).

Перепуск воды от колодца K₂ к ко л одцу K₃ (рис. 9) осуществлен посредством труб из железобетона диаметром 30 см (по ко н структивным соображениям).

Практически й интерес представляет дренаж с каменной наб рос кой (дренажная проре зь) (см . рис. 9, б). Требуется определить площадь поперечного сечения дрены из бутового камня.

Площадь поп е речного сечения м оже т быть определена по формуле

Скорость фильтрации ( v ) определяют по эмпирическим данным в зависимости от действующего диаметра частиц.

На рис . 9, б принята дрена из бутового камня диаметром 1 2 см при площади поперечного сечения 0,4 × 0,4 = 0,1 6 м²; обсыпка - из щебня диаметром 2 см при площади 0,7 × 0,7 - 0,1 6 = 0,33 м² и песка диаметром 0,2 см при площади 1 × 0,7 - 0,49 = 0,21 м².

Процентное содержание ( m ) каждого из составляю щ их: бут - 22,8 %; щебень - 47,2 %; песок - 30 %.

Действующий диаметр частиц (в мм):

При уклоне дренажа в 5 ‰ для D = 37,4 мм скорос ть фильтрации равна v = 980 м/сутки^*) ;

тогда

^*) НОВИКОВ С. С . Отвод поверхностных и подземных вод от железнодорожного полотна. М . Тран сже лдориздат, 1 938.

Приняты е размеры дренажа (см. р ис. 9, б) удовлетворяют пропуску дренируемого грунтового потока.

Данный тип дренажа может быть рекомендован в тех случаях, когда ожидается небольшо й приток грунтовых вод, а также при каптаже мелких периодических ключей. Эффективно можно использовать дренажные прорези для отвода подземных вод в выемках, сложенных с кальными породами.

Б. Задержание наледи

Основными отправными факторами, определяющими принятие данного способа борьбы с наледями у малых мостов и труб, являются: величина расхода поверхностны х водотоков и ключей в осенне-зимний период; данные гидрогеологических обследований грунтового и под руслового потоков; конфигурация и уклон лога в районе перехода; климатические данные района.

На и более целесообразно применять данный способ в по логих ло гах с малым расх одом поверхностных и грунт овых потоков. При этом для удержания наледей поверхностных водотоков могут быть п рименены постоянные з емляные валы с удерживающ ими заборами в проеме. Особенно положите льно работают земляные валы с заборами при удержании « спускающ ихся» наледей. В данном случае они задерживают наледные воды, выше дш ие на дневную поверхность.

При применении уде рж ивающи х земляных валов с заборами на постоянных водотоках необходимо, чтобы их возведение приводило к резкому нарушению бытовых условий протекания водотоков. Это может быть достигнуто резким уш ире нием русел на подходах к земляному валу, а также непосредственно у земляного вала путем устройства горизонтального мощения в просвете.

Пр имер 7-й

Дорога ......................... , участок ...................... , км .............................. , пк ...............................

Д анные для р асчета

1. Высота насыпи H = 8,0 м

2. Расчетный расход Q_р = 1 0 м³/сек

3. Расход водотока в осенне-зимний период Q = 3 л/сек. Выход источников на поверхность в 300 м от перехода

4. П од русловые потоки отсутствуют. Геологический разрез представлен суглинками на глубину до 2-х метров, ниже аргиллиты

5. Наледь в бытовых условиях отмечается в отдельных шестах

6. Лог в районе перехода имеет корытообразное очертан ие с шириной по низу d_л = 50 м, с уклонами: главного лога i_гл = 5 ‰ левого и правого склонов i_лс = i_пс = 50 ‰

7. Климатические данные - см. п ример 1, табл. 1.

Порядок ре ш ения

По Q_р и H определяют тип искусственного сооружения. В данном случае возможны следующие решения:

а) БПТ - бетонная пря м оугольная труба отверстием 2,0 м в компле ксе с п ротиво наледными сооружениями:

- с утепленным бетонным лотком в пределах полосы отвода;

- с земляны м удерживающим валом и забором в проеме;

б) ЖБМ - железобетонный балочный мост по схеме 1 × 1 0 м на м ассивных опорах;

в) ССЭМ - сборн ы й свай но-эстакадный мост по схеме 3 × 11 ,5 м (по предложению С. И. ГАПЕЕВА, см. Методические ук азан ия № 4 Ленгипротранс , 1 959).

Мосты при высо те насыпи 8,0 м могут быть применены без специальны х противоналедных средств. Схемы мостов в данном примере приняты по к онстру ктивным соображениям, исходя из высоты насыпи.

Привед е нные стоимости по вариантам приведены в табл. 10.

Таблица 10

Приведённые стоимости (в тыс. р уб.)

Варианты	Искусственное сооружение стоимость	Утепленный лоток		Земляной вал h = 2,0 м		Общая приведенная стоимость
Варианты	Искусственное сооружение стоимость	длина в м	стоимость	длина в м	стоимость	Общая приведенная стоимость
а) БПТ 1	20,0	100	3,9	50 п. м. с ук реплением мощ ением	2,0	23,9
2	20,0	-	-	50 п. м. с ук реплением мощ ением	2,0	22,0
б) ЖБ М	50,0	-	-	-	-	50,0
в) ССЭ М	33,0	-	-	-	-	3 3,0

Проп уск водотока с расходом Q = 3 л/сек при i_гл = 5 ‰ предс тавляе т очень большие трудности. Необходимое утеп ление определено при ширине лотка B_л = 0,40 м :

При термическом сопротивлени и для обеспечения безналедного пропуска водотока необходимо утепление из щитов с слоем стекловаты толщиной ~ 50 см.

Пропуск водотока в трубе возможен только при дополнительном его подогреве.

Следовательно, безналед н ый пропуск водотока в уто пленном лотке практически невозможен. Осуществимым и экономически выгодным является (см. т абл. 10) вариант с БП Т и задержанием наледи земляными в алами с заборами в проеме.

Объем наледного льда при полном его задержании противоналедными средствами рав е н:

Здесь Q - расход водотока в м³/сек;

t - время в сек. за 5 зимних месяцев (см. табл. 1);

m = 1 ,2 - коэффициент, учитываю щий наличие воздуш ных прослоек во льду;

γ - объемный вес льда.

Удерживающая способность одного вала при расчетной высоте его h_д = 2,0 м:

То есть, для удержания наледи при данной к онфигурации лога требуется один земляной вал с минимальной конструктивной высотой 2,5 м. При этом необходимо иметь в виду следующие конструктивные его особенности.

Ввиду того, что водоток постоянный и в бытов ы х условиях о бразует незначительные н аледи, удерживающий вал должен обязательно иметь горизонтальное мощение шириной ~ 5,0 м.

Земляной вал выполняется согласно требованиям В СН- 61- 61 . Заполнение проема между валами рекомендуется устраивать из железобетонных свай и разборных досок (рис. 10).

Рис. 10. Схема забора, устанавливаемого в просвет е земляного противон аледного вала:

1 - жел е зобетонные с тойки с пазами для закладных досок; 2 - железобетонная пластина с пазом для закладных досок; 3 - закладные доски; 4- бетонные плиты

Величина проема между валами должна быть не менее величины отверстия искусственного с ооружения, но при этом весь проем должен и меть раз борное заполнение. В В СН-61 -61 предусматривается только частичная разборка проема. Как показала п рактика, э то при водит к образованию больших завихрений при протек ан ии весенних и осенних вод у постоянных вертикальных бревенчатых стенок, к наклону стенок и к размыву конус ов вала.

Пример 8- й

Дорога ......................... , участок ...................... , км .............................. , пк ...............................

Данные для расчета

1 . Высота насыпи H = 8,0 м

2. Расчетный расход Q_р = 1 0 м³/сек

3. Поверхностные водотоки в осенне-зимний период о тс утств ую т, но де йствуют постоянные грунтовые потоки, питаемые трещинными подземными водами

Гидрогеологический разрез по оси сооружения и выше перехо д а в 50 - 70 м примерно одинаков и представлен на рис. 11

4. Уклон лога - 20 ‰

5. Коэффициент фильтрации гру н тов K = 20 м/с у тки

6. Нал е дь в бытовых условиях отмечена в логу в виде ледяной корки толщиной 25 - 30 см.

Рис. 11. Поперечный разрез лога (к примеру 8):

1 - песок с гравием; 2 - аргиллиты; 3 - контур ф ундамента оголовка БП Т

Порядок решени я

По Q_р и H определяют тип иску сстве нно го сооружения. Возможны в данном случае следующие расценки:

а) бетонная прямоугольная труба отв. 2,0 м ;

б ) ЖБМ по с хе ме 1 × 10 м ;

в) ССЭМ по схеме 3 × 11 ,5 м (по предложению С.И . ГАПЕЕВ А).

Из технико-экономического сравнения вариантов реш е ния (см. пример 7, табл. 10) видно, что приведенная стоимость БП Т составляет 40 % от стоимости ССЭМ при данной высоте насыпи. Но для окончательного решения требуется рассмотреть работу БПТ в этих условиях и определить необходимые противон аледные мероприятия и их с тоимость.

По данным рис. 11, экранирующая пло щ адь фундамента оголовка БПТ равна 8 × 2,5 = 20 м². При неограниченном по высоте экране величину подъема уровня грун товых вод можно определить, исходя из площ ади стеснения грунтового потока бетонным фундаментом трубы, по формуле:

где b_л - ш ирина грунтового потока в м;

b_ф - шири на ф ундамента в м;

F_ст - площадь стеснения грунтового потока фундаменто м в м².

Но при нал и чи и отверстия трубы подъем уровня грунтовы х вод на переходе возм ож ен только на 0,5 м. В связи с этим появляется избыток грунтовых вод, который будет выходить в виде ключей пере д искусственным сооружением на дневную поверхность. Расход поверхностного водотока ( Q_п ) приближенно можно определить по формуле ( 8), см. п ример 5-й.

При K = 20 м/сутки, i = 0,0 2 и ΔF = 30 - 6 = 24 м²

Q_п = K i ΔF = 20 × 0,020 × 24 = 9,6 м³/сутки = 0,11 4 л/сек.

Пропуск п о верхностного водотока при столь малом расходе через бетонную трубу отв. 2,0 м без промерзания водотока в трубе практи чески невозможен.

Ниже определено стеснение (нарушение условий протекания) грун тов ых потоков в бытовых условиях и у сооружения. При определении промерзания грунтов в бытовых условиях климатические данные приняты те же , это в примере (см. т абл. 1, 2).

И сходные данные: грунт однородный - пе сок с гравием; α = 20 ; γ_ск = 1700 кг/м³; влажность грунта ( w ) до глубины 0,5 м - 1 2 %, ниже п олностью обводненный грунт - 24 %; л ьдистость l = 1,0; C = 520 ; λ = 2,5 ; тепловой поток снизу Q_п = 80 ккал/м² · сутки (для ноября - декабря), Q_п = 6 0 ккал/м² сутки (для января - м арт а); скрытая теплота

Глубина промерзания ( h_пр ) в ы числена на коне ц каждого зимнег о месяца. Данные расчета глубины промерзания грунта в бытовых условиях приведены в табл. 11¹⁾.

1) Вели чины S , A , B , H определены по формулам проф. В.С. ЛУКЬЯНОВА. Зная их, глубину промерзания грунтов ( h_пр ) можно получить по графикам, - см. ЛУ КЬЯНОВ В.С. , ГОЛОВКО М .Д . Расчет глу би ны промерзания грунтов. Тран сжелдориздат, 1 957.

Таблица 11

период времени	продолжительность периода в часах	среднемесячная температура	S	A	B	H	h_пр в м
ноябрь	720	1 4,9	2,98	0,264	0, 1 5	0,1 03	0,3 1
декабрь	720	24,5	4,3	0,29	0, 1 8	0,085	0,37
январь	720	25,2	4,9 2	0,27	0, 1 85	0, 1 21	0,60
февраль	720	22, 1	4, 1 0	0,2 1 9	0,33	0,2 3	0,94
март	720	1 2,3	4,30	0,224	0,31	0,22	0,95

Расчеты выполнены по методике проф. В.С. ЛУКЬЯНОВА. При расч е те допускалось осреднение климатических и теплотехнических данных по периодам.

Аналогичным путем определено промерзание грунта на переходе (у входного оголовка трубы). П ри этом принято: w = 24 % по всей глубине водопроницаемых грунтов; снежный покров отсутствует, он поглощается н а ледным и водами, выходящими перед трубами. Получены сл едующ ие значения глубины промерзания грунта: 30/ XI - 1 ,05 м; 30/ XII - 1 ,65 м; 30/ I - 2,1 м; 29 / II - 2,45 м; 30 / III - 2,6 м .

Имея данные по глубинам промер з ания грунта в бы товых условиях и на переходе, а также учитывая дополнительное стеснение грунтовых потоков боковым промерзанием грунта вблизи фундаментов, можно получить избыток грунтовых вод, который будет выходить перед трубой и образовывать наледь. Данные расчета объема наледи и толщины наледного льда приведены в табл. 12.

Таблица 1 2

№ по пор.	Определяемые величины	Дата измерений	Бытовые условия	БПТ отв. 2.0 м
1	Средняя площ адь живого сеч ен ия грунтового потока (м²)	30. XI	30	7,0
		30.XII	30	4,1
		30.I	28,6	2,5
		29. II	24,0	1,34
		30. III	24,0	0,8
2	Раз ность средних площадей живого сечения потока в бытовых условиях и на переходе	30. XI		23,0
		30.XII		25,9
		30.I		26, 1
		29. II		22,66
		30. III		23,2
3	Объем нал едного льда в предположении полной е го аккумул яц ии с верховой стороны (м³)	30. XI		46 1
		30.XII		959
		30.I		2 1 72
		29. II		2668
		30. III		3 1 47
4	Толщина наледного льда у сооружения	на 30. III		1 ,7 м

ПРИМЕЧАНИЯ. 1. При определении пло щ ади стеснения на переходе для периода I - III принято дополнительное боковое стеснение грунтового потока, равное 1 ,1 м².

2. Объем наледи определен с коэффициентом m = 1 ,2, учитывающим наличие воздушных прослоек во ль ду; при этом в расчет принимались средние разности площадей грунтового потока в бытовых условиях и на переходе.

При уклоне главного лога i_гл = 0,020, уклонах левого и пра вог о склонов i_лс = i_пс = 0, 1 , ширине лога по низу a_л = 1 0 м и при объеме наледи v_н = 3 1 47 м³ (см. т абл. 12), толщина наледи h_н , определяемая из равенства:

будет равна h_н = 1 ,7 м.

При полученной расчетом толщине наледного льда требуются противоналедные мероприятия. В данном случае удержание наледи в ыше искусств ен ного сооружения воз можн о посредством земляного вала с забором (см. п ример 7-й). Высота вала дол жна быть не м енее 2,2 м так как h_н = 1 ,7 м.

Для перехвата грунтовых вод (создание экрана) необходимо забить поперек лога железобетонную стенку на расстоянии 1 м от земл ян ого вала (рис. 12). При наличии местного глинистого грунта (глина или жирный суглинок) возможно сооружение водонепроницаемого экрана согласно ВСН- 61-61 .

Р и с. 1 2. Схема экранирующей стенки с зем ляным удерживающ им валом :

1 - земляной вал; 2 - стенка из же л езобет онн ого шпунта; 3 - водоупорный грунт

В. Свободный пропуск наледи

На посто янных водотоках, на которых образуются постоянные изливающиеся наледи в бытовы х ус ловиях, наиболее целесообразным является св ободный пропуск нале ди. Применение водопропускных труб при высоких насып ях может быть допущ ено только в сочетании с комплек сом противоналедных средств, обес печ ивающи х безналедн ый пропуск поверхностных и п одрусловых потоков с одновременным удержанием наледных вод, вы ход ящих в логах в ыше искусственного сооружения и стекающих по льду. В отдельных случаях на подобных водотоках примен ени е водопро пускн ых труб возможно при использовании только одного способа: безнале дн ого пропуска водотока или задержания наледи.

При свободном пропуске наледи назначаемое искусственное сооружение должно отв е чать одному из следующи х условий:

а) не допускать усиления нале дно го процесса у сооружения, в наледи, образующейся в бытовых условиях, свободно пропускать в низовую сторону;

б) при допущении частичного усиления нал е дного процесса у сооружения надежно обеспечивать нормальные условия пропуска весенни х расходов.

Этим условиям наилучшим образом отвечают свайно-эста к адны е мосты увеличенного отверстия, так как при таком решении и при принятии необходимых мер по сохранению бытовы х условий протекания водотоков можно избежать дополнительного объема наледи у сооружения.

Пример 9 - й

Д орога ......................... , участок ...................... , км .............................. , пк ...............................

Данные для расчета

1 . Расчетный р асход Q_р = 1 0 м³/сек

2. Высота насыпи H = 4,0 м

3. Расход водотока в осенне-зимний период в б ы товых условиях Q = 0,05 м³/сек. Водоток функционирует в течение всей зимы

4. Уклон лога i_л = 20 ‰

5. Температура воды в районе перехода в осенне-зимний период +0,1 ÷ +0,2 °С

6. Подрусловые потоки на переходе отсутствуют

7. Наледь в бытовых условиях наблюдается в течение всей зимы, толщина наледи достигает 0,6 - 0,7 м

8. Допускаемая бытовая скорость течения воды [ v_ср ] = 1 ,0 ; грунты - плотные суглинки

9. Климат и ческие данные района - см. п ример 1-й.

Порядок решения

П о Q и H определяют, исходя из обычных условий, тип и с кусственного сооружения. Ниже рассмотрены варианты:

а) БПТ отв. 2,0 м;

б) ССЭ М по схеме 3 × 6 м ( инв. № 239. Л енгипротрансмост, 1 962 ).

Бетонная прямоугольная труба в этих условиях проектируется в ко мп лексе с противоналедн ыми сооружениями: а) для удержания нале ди, образующейся за счет вод, выходящих на поверхность льда в бытовых условиях и стекающих по логу; б) для обеспечения пропуска поверхностных вод без образования наледи - утепленный лоток или дренаж.

Свайно-эстакадный мост возможен с креплением и без крепле н ия русла. Объем наледи у моста в первом случае образуетс я : а) в результате частичного удержания н аледи, образующ ейс я в бытовых условиях. Это имеет место ввиду того, что отверстие моста меньш е ширины наледи в бытовых условиях¹⁾; б) в результате наруш ени й бытовых условий протекания водотока на отмотке у моста, а также из-за возможного отсутствия снежного покрова под мостом. Объем наледи в данном случае может быть определен по формуле ( 9′):

C = T _в β m · ΔQ _ср , (9′)

где Δ Q_ср - разность между средним расходом водотока в бытовых условиях и средней пропускной способностью живого сечения водотока под льдом у сооружения з а рассматриваемый период (в м³/сутки). Т.е.:

ΔQ_ср = Q_ср.быт. - Q_{ср.пром.}

Остал ь ные обозначения по п редыдуще му - см.ф ормулу ( 9).

¹⁾ Объем наледи в результате частичного его удержания земляным полотном является ф ункцией: уклон а лога, интенсивно сти на ле де образова ния в быт овых условиях, температуры наружного воздух а, частоты и интенсивности выпадания снежного покро ва , соотношений размеров отв ерстия искусственного соо ружен ия и ширины наледи в бытовы х условиях. Для раскрытия функциональной связи необхо димы дополнительные исследования.

При полном промерзании в одотока у сооружения ( Q_{ср. пром.} = 0) объем наледи (в м³) опре делится по формуле ( 10):

v = T _в β m Q _ср.быт. (10)

При Q = 0,050 м³/сек в осенне-зи мний период и ширин е отверстия по низу 6 м глубина водотока будет равна 2 - 3 см.

Рассматривая нарастание л ьд а при протекании водотока на отмос тке у моста при Q = 0,050 м³/се к , i = 0,20, T = 1 5 °С, α = 20 , будем иметь промерзание водотока в течение первых десяти дней ноября.

Объем наледи за этот период, определяемый по формуле ( 9′), равен:

v = 1 0 × 1 ,1 × 1 ,2 × 0,025 × 8 6400 = 28500 м³;

здесь: 0,025 - ра з ность между расходом водотока в бытовых условиях и средней пропускной способностью живого сечения под льдом у сооружения:

86400 - коэффициент перехода к суточному объему воды (количество секунд в сутках);

1 0 - время в с утк ах ( T_в );

1 ,1 и 1 ,2 - соответственно коэффициенты β и m в формуле ( 9′).

За остаток ноября ( T_в = 20 суток) объем наледи определен по формуле ( 10):

v = 20 × 1 ,1 × 1 ,2 × 0,05 × 86400 = 11 4000 м³.

Об щ ий объем наледи за ноябрь - 1 42500 м³.

П ри этих условиях необходим пропуск водотока по ледовым канавам со второй половины ноября.

Для борьбы с наледью в случае применения моста с креплением русла требуется осу щ ествить: а) сосредоточение водотока в пределах полосы отвода и непосредственно у искусственного сооружения с устройством ут епления; б) частичное удержание наледи выше искусствен ного сооружения. Т.е. при применении моста по схеме 3 × 6 м с мощ ением русл а практически требуются противон аледные мероприятия аналогичные применяемым у БП Т.

Применение моста без противоналед ны х мероприятий в данном случае осуществимо только лишь при условии отказа от крепления русла и назначения величины отверстия моста не менее ширины наледи в бытовых условиях¹⁾.

¹⁾ Последнее ограничение вводится ввиду того, что объем н аледи у сооружения из-за частичного удержания наледи землян ым полотном не может быть определен без дополн ительных исследований (см. п . 4, абзац второй).

Ниже рассмотрен вариант моста без крепления русла.

Отверстие моста определено при коэффициенте ш ероховатости γ = 9,0 и бытовой глубине h_δ = 0,8 м .

Скорость течения воды при этих услов и ях равна:

Площадь живого сечения при коэффициенте расхода μ = 0,9 равна:

Отв е рстие моста « b_н » (по низу конусов при откоса х 1 :1 ,5) определится из равенства

w = b_н h_δ + m h²_δ ,

откуда при m = 1 ,5

С учетом сте с нения сваями (4 × 0,4 = 1 ,6 м) отв ерстие по низу д олжно бы ть

b_н = 1 2,5 + 1 ,6 = 1 4,1 м .

Нео б ходимому отверст ию уд овлетворяе т одна из типовых схем моста, по казанная на рис. 13, с пролетами

6,0 + 2 × 9,3 + 6,0 м.

Рис. 1 3. Свободный пропуск нал еди (к примеру 9):

а - шири н а нале ди в бытовы х условиях

При данно й схеме моста вы полняются оба у сл овия : от сутс тв ует кр епление русла, величина отверстия не мен ее ширины наледи в бытовых условиях.

Экономические дан ные по вариантам приведены в таблице 13.

Таблица 1 3

Варианты	Приведенная стоимость основного сооружения в тыс. руб.	Приведенная стоимость противоналедных сооружений		Общая приведенная стоимость варианта в тыс. руб.
Варианты	Приведенная стоимость основного сооружения в тыс. руб.	сосредоточенный пропуск (утепленный лоток)	удерживающий противоналедный вал	Общая приведенная стоимость варианта в тыс. руб.
Б П Т отв. 2 м	20,0	l = 80 м 3,6 т.р .	1 ,2 т.р .	≈ 25,0
ССЭМ по схеме 5×6 м с креплением русла	25,0	l = 40 м 1 ,8 т.р .	h = 3 м; l = 30 м 1 ,2 т.р .	28,0
ССЭМ по схеме 6,0 + 2 ×9, 3 + 6,0 без крепления	27,0	-	-	27,0

Луч ш ие условия эксплуатации имеет последний вариант, обес печ ивающий свободный пропуск нал еди; ему следует в данном случае отдать предпочтение.

При толщине наледного л ь да 0,6 - 0,7 м при этом варианте обеспеч иваются также нормальные условия пропуска расч етных расходов по наледному льду.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПРИМЕРНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МАЛЫХ МОСТОВ, ТРУБ И ПРОТИВОНАЛЕДНЫХ СРЕДСТВ

Тип искусственного сооружения и п ротивоналедные средства назначаются исходя из геологических, гидрогеологических и климатических условий рай она. П ри рассмотрении областей применения искусственных сооружений и противоналедн ых средств для определенного климатического района следует исходить из гидрогеологических данных, положив в основу источники вод, питание наледи или могущие вызывать появление наледей.

На основании проведен н ых обследований и обобщения имеющ егося материала по работе малых мостов и труб на водотоках с наледями представляется возмож ным объединить переходы в группы в зависимости от типов действующ их наледей и источников питания. При этом могут быть выделены три основных типа наледей:

I тип - н аледи поверхностных вод;

II тип - наледи подземных вод;

III тип - наледи смешанных вод.

Каждый тип наледей может быть разделен на группы в зависимости от действующего источника и наледных условий. Для каждой такой группы могут быть рекомендованы варианты искусственных сооружений и противоналедных средств. Ниже это сделано для I -го и II -го типов наледей.

Наледи поверхностных водотоков

I группа - речные и ключевые водотоки, не образующие наледе й в бытовых условиях или образующие незначительные наледи в отдельных местах.

На данном типе водотоков могут быть применены обычные для данного климатического района искусственные сооружения, за исключением круглых железобетонных труб (КЖБТ).

В качестве против о наледных средств рекомендуется безналедный пропуск в одотоков.

II группа - речные и ключевые водотоки, на которых наледи образуются в бытов ы х условиях; водотоки полностью не пр омерзают (они образуют постоянно-изливающ иеся наледи в бытовы х условиях).

В пологих и крутых^*) ло г ах при близком выходе источников и при высоте насыпи более 6 м следует применять безналедны й пропуск водотоков, используя для этой ц ели утепленные постоянные лотки или дренажи. Тип искусственных сооружений при гарантированном безналедном пропуске водотока определяется исходя из обычных условий с учетом особенностей района и геологии перехода.

^*) Пологи е лога - при уклоне i_л < 0, 0 1 ÷ 0,0 2; крутые лога - при i_л > 0,0 3 .

В пологих и крутых логах при значительном (на 300 - 500 м и более) удалении источников от искусственных сооружений и при низких насыпях (высотой до 5 - 6 м) следует применять свайно-эстак адные мосты увеличенных отверстий, а при высотах насып ей более 6 м и благоприятных эконом ических показателях могут быть допущены бетонные и желе зобетонные прямоугольные трубы, но обязательно в комплексе с эффективными против оналедн ыми средствами (безналедный пропуск водотока, земляные валы с заборами и др.).

III группа - периодические и постоянно действующие водотоки, промерзающие в бытовых условиях в первую половину зимы.

В пологих и широк и х логах могут быть допущены бетонные и железобетонные прямоугольные трубы, но только лишь в комплексе с проти воналедными сооружениями.

В крутых логах следует предпочтение отдавать свайно-эстака д ным мостам, к ак правило, увеличенного отверстия (без крепления русла).

В качестве про т ивоналедных меропр иятий рекомендуется применять:

- в случае выхода источника на поверхность вблиз и искусственного сооружения:

а) в пологих логах - удерживающие средства;

б) в крутых логах - безналедный пропуск во д отока в утепленном лотке или каптаж-дренаж;

- в случае выхода источника на поверхность не ближе 300 - 500 м от искусств е нного сооружения:

а) в пологих логах - удерживающие средства, а когда лог уз к ий с мощным подрусловым потоком - дополнительно водонепроницаемый экран;

б) в крутых логах - концентрированный пропуск водотока при мостах без крепления русла, безналедны й пропуск водотока в комбинации с удерж ивающими средствами при обычных искусственных с ооружениях.

Вопрос об окончательно м вы боре типа искусств енн ого с ооружени я решает ся на основе т ехник о-эк ономи ческ ого сравн ени я вариантов.

Наледи подземных вод

IV группа - грунтовые потоки, питаемые меж п ластовыми , трещи нны ми, карстовыми водами.

В пологих, а также и крутых, но широких логах могут быть до п ущ ены, при надлежащ их обоснованиях, обычные для данного климатического района искусств енные сооружения, за исключением КЖБТ.

В крутых и у з ких логах при малых высотах насыпей следует применять мосты без крепления русла; прямоугольные трубы в комплексе с пр отиво наледными средствами применяются в зависимости от результа тов технико-экон омического сравнения вариантов. При высотах насыпей более 6,0 м могут быть доп ущ ены прямоугольные трубы, но только в комплексе с противон аледным и средствами и при надлежащих технико-экономических обоснованиях.

V группа - грунтовые потоки, питаемые в основном за счет атмосферных осадков (грунтовые воды , воды верховодки, надмерзлотные в оды).

В широких и пологих долинах можно применять обычные для данного климатического района искусственные сооружения. В узких и крутых логах ж е лезобетонные и бетонные прямоугольные трубы могут быть применены в комплексе с водонепроницаемым экраном и удерживаю щими проти воналедными средствами. Мосты проектируются без противоналедны х средств.

Приведенные здесь при м ерные области применения малых мостов, труб и противоналедных средств носят приближенный характер. Они могут быть использованы главным образом на ста дии проектного задания и для ориентации изыскателей в отношении дополнительных данных, которые требую тся для проектирования искусственных сооружений в комплексе с п ротив оналедными средствами.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие .. 1

I. Общие положения . 2

II. Наледи у искусственных сооружений и причины их появления . 2

III. Деформации сооружений и их причины .. 4

I v. Дополнительные требования к изысканиям малых искусственных сооружений на водотоках с наледями . 5

V. Рекомендации по проектированию малых мостов и труб и противоналедных сооружений . 6

VI. Основные указания по строительству . 9

Приложение 1 Примеры проектирования . 9

А. Безналедный пропуск водотоков . 9

Б. Задержание наледи . 27

В. Свободный пропуск наледи . 31

Приложение 2 Примерные области применения малых мостов, труб и противоналедных средств . 34

Рекомендации Рекомендации по изысканиям, проектированию и строительству малых искусственных сооружений на водотоках с процессами наледеобразования

ПРЕДИСЛОВИЕ

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

II. НАЛЕДИ У ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ И ПРИЧИНЫ ИХ ПОЯВЛЕНИЯ

III. ДЕФОРМАЦИИ СООРУЖЕНИЙ И ИХ ПРИЧИНЫ

IV. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИЗЫСКАНИЯМ МАЛЫХ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ НА ВОДОТОКАХ С НАЛЕДЯМИ

V. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ МАЛЫХ МОСТОВ И ТРУБ И ПРОТИВОНАЛЕДНЫХ СООРУЖЕНИЙ

VI. ОСНОВНЫЕ УКАЗАНИЯ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИМЕРЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

А. Безналедный пропуск водотоков

Данные для расчета

Пример 2-й

Данные для расчета

Пример 5-й

Данные для расчета

Б. Задержание наледи

Данные для расчета

В. Свободный пропуск наледи

Данные для расчета

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПРИМЕРНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МАЛЫХ МОСТОВ, ТРУБ И ПРОТИВОНАЛЕДНЫХ СРЕДСТВ