СП 445.1325800.2018 «Водопропускные трубы и системы водоотвода в районах вечной»

6.2Причины изменения мерзлотно-грунтовых условий после возведения сооружений

• изменение мощности снегоотложений (Б.2 приложения Б);
• нарушение растительного покрова;
• перемораживание или переформирование фильтрационных потоков;
• изменение условий протекания поверхностных вод и др.

6.3Меры по обеспечению стабильности мерзлотно-грунтовых условий

• требуемую несущую способность грунтов;
• устойчивость к нарушениям в результате действия непредвиденных природных или техногенных воздействий.

• учет природных условий конкретного региона;
• учет специфики работы систем при наличии мерзлоты;
• применение искусственных мер по охлаждению грунтов (СП 354.1325800.2017, приложение Е).

Для управления температурным режимом в проекте следует предусматривать одновременное применение нескольких мероприятий, например, уширенных площадок или насыпей распластанного профиля для поверхностного и термоопор для глубинного охлаждения грунтового массива.

7.2Бетонные и железобетонные конструкции

Для изготовления конструкций водопропускных труб и мостов для пропуска селевых потоков следует применять тяжелый бетон классов по прочности на сжатие В20; В22,5; В25; В27,5; В30; В35; В40; В45; В50; В55 и В60. Бетон классов В22,5 и В27,5 следует предусматривать при условии, что это приводит к экономии цемента и не снижает других техникоэкономических показателей конструкции. Бетон класса по прочности выше В60 (в том числе получаемый с помощью добавок, повышающих прочность) допускается применять при соответствующем обосновании в проекте.

• напрягаемой арматуры:
• горячекатаную и термомеханически упрочненную периодического профиля классов А600, А800 и А1000;
• холоднодеформированную периодического профиля классов от Вр1200 до Вр1600;
• канатную 7-проволочную (К7) классов К1400, К1500, К1600, К1700; - ненапрягаемой арматуры:
• горячекатаную гладкую класса А240;
• горячекатаную, термомеханически упрочненную и холоднодеформированную периодического профиля классов А400, А500, А600, В500 и Вр500.

Ст3кп, применение которых допускается при расчетной температуре воздуха минус 30 °С и выше.

7.3Стальные конструкции

Защитные покрытия и лотки для металлических труб

Расчетной отрицательной температурой воздуха является средняя температура наиболее холодных суток. За расчетную положительную температуру следует принимать абсолютную максимальную температуру наружного воздуха. Окрашивать элементы труб эпоксидными эмалями допускается только в заводских условиях.

На автомобильных дорогах категорий III-IV по СП 34.13330 трубы на водотоках при малом количестве твердых частиц в потоке (до 1 % по объему и до 2 мм по размеру) и малой скорости его (до 3 м/с) допускается проектировать без устройства защитных лотков, предусматривая нанесение на внутреннюю поверхность лотковой части трубы полимерных защитных покрытий.

1) При количестве твердых частиц (размером до 15 мм) в потоке до 2 % (по объему) и при скорости потока до 2-3 м/с.

7.4Требования к каменным материалам

7.5Требования к грунтам

7.6Геосинтетические материалы

9.1Общие положения

Расчетные расходы для водопропускных труб на железных и автомобильных дорогах назначаются:

• для высокоскоростных и особо грузонапряженных железных дорог - 0,3 % обеспеченности;
• железных дорог категорий I-III - 2 % и 3 % обеспеченности;
• железных дорог категорий IV-V - 3 % и 5 % обеспеченности.

Комплекс сооружений водопропускного тракта, обеспечивающий функциональную безопасность железной или автомобильной дороги, следует проектировать одновременно с проектированием их трасс. Водопропускные сооружения должны обеспечивать пропуск воды без нарушения непрерывности работы всего комплекса дорожных сооружений и быть удобными и безопасными для движения транспорта.

Таблица 9.1 Элементы водопропускных труб и водоотводов по условиям их гидравлической работы в районах вечной мерзлоты

Основное внимание должно быть обращено на стыки элементов, где могут зарождаться негативные процессы оврагообразования.

Должны быть также определены:

• наибольшие глубины перед сооружениями (при спокойном потоке равнинные условия - подпертые глубины, при бурном потоке - косогорные условия - высота наибольших всплесков потока), определяющие высоту насыпи;
• глубины воды на входе в сооружение и наибольшие глубины воды в сооружениях, по которым устанавливают заполнение и режим протекания воды в трубах и возвышение низа пролетных строений мостов;
• глубины воды и скорости на выходе из сооружений, по которым определяют размеры и тип укреплений на выходе;
• максимальные глубины размыва.

Глубины размыва на выходах из водопропускных сооружений на железных дорогах определяют по двум расходам, причем расчетный расход увеличивают на 30 % для учета возможных ошибок в целях обеспечения нормальных условий эксплуатации, что соответствует увеличению глубины размыва на 20 %.

9.2Элементы водопропускного тракта верхнего бьефа

Требования к расчетам максимальных расходов ливневого стока с бассейнов площадью до 100 км² приведены в [1].

• при наличии данных гидрометрических наблюдений непосредственно по этим данным;
• недостаточности данных гидрометрических наблюдений - приведением их к многолетнему периоду по данным аналогов с наиболее длительными рядами наблюдений;
• отсутствии данных гидрометрических наблюдений - по аналогам и картам.

Малые водопропускные сооружения рассчитывают на воздействие паводков, для железных и федеральных автомобильных дорог расчет ведется на два паводка: расчетный и наибольший, для местных автомобильных дорог - только на расчетный.

Расчеты основных параметров взаимодействия водного потока с сооружениями водопропускного тракта в верхнем бьефе проводят по формулам гидравлики с использованием номограмм и программных комплексов, разработанных на основе анализа энергетического баланса в сечениях потока или численных решений уравнений гидравлики.

9.3Расчет сопрягающих сооружений в водопропускном тракте

9.4Основные сооружения водопропускного тракта

9.5Водопропускные сооружения нижнего бьефа

При расчете на ММГ рассматривают два основных случая:

• выходное русло на оттаивающей мерзлоте размываемое, сопряжение его с бытовым логом происходит с образованием воронки размыва в конце короткого укрепления;
• выходное русло является неразмываемым на всем протяжении потока до створа с бытовыми характеристиками. В этом случае за выходным сечением сооружения устраивают укрепленный канал.

Допускается применять сброс потока из сооружений на укрепленные откосы насыпи или уложенные на них лотки.

Укрепления проектируют для неразмываемых русел и для русел, допускающих размыв.

9.6Фильтрующие и переливные насыпи и лотковые сооружения

• напорные, когда горизонт верхнего бьефа выше верха входного отверстия и насыпь работает полным сечением, а движение потока в наброске равномерное;
• безнапорные , когда горизонт верхнего бьефа ниже верха каменной наброски; при этом фильтрующая насыпь пропускает поток со свободной поверхностью.

В направлении, перпендикулярном оси насыпи, форма поперечного сечения фильтрующей прослойки может быть прямоугольной, трапецеидальной, параболической или треугольной. Прямоугольную и трапецеидальную формы применяют в широких логах, причем в пологих логах нижнее основание трапеции больше верхнего, а в узких логах наоборот.

Все поперечные сечения сводят к прямоугольному и треугольному, а расчеты приводят применительно к этим поперечным сечениям.

• установление отметок уровней воды в верхнем и нижнем бьефах;
• определение длины участка перелива и напора над осью дороги и высотного положения;
• определение глубин и скоростей в характерных точках поперечного сечения полотна дороги;
• расчет сопряжения бьефов.

Водопропускные сооружения лоткового типа следует применять на автомобильных дорогах низших категорий по СП 34.13330 с периодическим дождевым стоком на вечномерзлых и многолетнемерзлых грунтах при отсутствии таликов.

9.7Расчет коротких водоотводов с постоянным уклоном дна

11.1Характер температурных полей

Предельному состоянию соответствует температурное поле в пределах водопропускного тракта, которое формируется в последний год расчетной продолжительности эксплуатации сооружения и его элементов.

Начальному состоянию соответствует температурное поле перед началом строительства, определяемое обычно по данным изысканий.

Временному состоянию соответствует температурное поле в процессе строительства и эксплуатации сооружения водопропускного тракта. Это промежуточное состояние между начальным и предельным.

• h - глубина от дневной поверхности (т. е. для опоры моста - от естественной поверхности грунта, для насыпи - от поверхности насыпи и т. п.), м.

11.2Расчетная температура

где t вр , t пр - температуры грунта при временном и предельном температурных состояниях соответственно, °C; t р - расчетная температура грунта, °C;

Δ t - температурная добавка, принимаемая для песчаных грунтов 0,5 °C, а для глинистых - 1,0 °C.

Расчетная температура должна быть выше, чем при временном и предельном состояниях.

11.3Стадии прогнозирования температурного режима

При определении границ зоны теплового влияния сооружения следует учитывать влияние соседних, смежных с сооружением территорий. Прогноз температурного режима больших в плане объектов следует выполнять в три стадии:

• оценка температурного режима территории до строительства с учетом имеющейся растительности, водотоков и водоемов и т. п.;
• оценка температурного режима территории после строительства с учетом изменения растительности, вырубки леса, переформирования видимых объектов, искусственных отсыпок и т. п.;
• расчет температурного режима конкретного объекта с учетом переменного фонового предельного температурного состояния.

12.1Общие положения

• требуемую несущую способность грунтов;
• устойчивость к нарушениям в результате действия непредвиденных природных или техногенных воздействий.

• климатические воздействия;
• мерзлотно-грунтовые условия в зоне мостового перехода;
• рельеф, растительность;
• различные физические процессы (например, фильтрация воды), имеющие место в зоне мостового перехода;
• возможные изменения природных и техногенных условий за время эксплуатации моста.

12.2Рекомендации к методике расчета

12.3Исходные данные

Расчетную величину среднемесячной приведенной температуры воздуха определяют по формуле

где t -среднемесячная температура воздуха, определяемая по климатологическим справочникам;

Δ t r и Δ t ε - поправки к среднемесячным температурам воздуха за счет солнечной радиации и испарения соответственно, °C, определяемые по формулам:

здесь r - среднемесячная сумма радиационного баланса для рассматриваемого элемента поверхности, ккал/(м² ·мес);

• α - коэффициент теплообмена на поверхности грунта, ккал/(м² ·ч·°C), приближенно вычисляемый по формуле

здесь V - скорость ветра, м/с; k - коэффициент, учитывающий характер поверхности, принимаемый в первом приближении равным 0,8 для естественной поверхности и 0,3 - для оголенной.

При отсутствии данных изысканий допускается к среднемесячным значениям температуры воздуха с апреля по сентябрь принимать поправки Δ t = 3 °C.

14.2Система мониторинга водопропускных сооружений

• систематический контроль за состоянием ПТС «водоотводное сооружение - земляное полотно», «водопропускное сооружение - земляное полотно - водоотводное сооружение» на начальном этапе, когда происходит процесс перехода из природного состояния в новое состояние всего грунтового массива, начавшееся (организованное) на этапе строительства. Начальный этап характеризуется динамичным изменением мощности сезонноталого слоя и физико-механических характеристик грунтов оснований от природного состояния к новому периодическому состоянию, зависящему от техногенных воздействий. По прошествии данного этапа, который может длиться несколько лет, выявляются направление и динамика основных изменений в конструкциях систем, их соответствие прогнозным теплотехническим расчетам;
• по результатам анализа начального этапа на этапе опытной эксплуатации следует, при необходимости, предусматривать усиление систем «водоотводное сооружение -земляное полотно», «водопропускное сооружение - земляное полотно - водоотводное сооружение» для обеспечения заданной скорости стабилизации с ликвидацией неравномерных осадок, проявлений термокарста, застоев воды, деформаций в конструкциях водопропускных сооружений и водопропускного тракта в целом.

1) Скорость деформаций ≤ 0 - безопасное состояние, отображаемое на табло зеленым цветом. Эксплуатация пути и сооружений на участке выполняется в штатном режиме, согласно регламентам плановопредупредительных осмотров, технического обслуживания и ремонтов.

2) Скорость деформации ≥ 0, но не более скорости за предыдущий период, то есть деформации продолжаются, но их интенсивность не возрастает. Это состояние отражается в отчете желтым цветом и сигнализирует о необходимости проведения более тщательных наблюдений в ходе мониторинга, и, возможно, разработки и принятия оперативных управляющих решений для обеспечения устойчивости сооружений водопропускного тракта. Вводятся ограничения в режим движения поездов и автомобильного транспорта на соответствующих участках в зависимости от угрозы активизации опасного события. Ограничения действуют до затухания деформаций по данным мониторинга. Вводится усиление контроля за состоянием сооружений и выявляется необходимость ремонтных работ по ликвидации деформаций. Выполняются работы по усилению защитных сооружений.

3) Скорость деформации возрастает по сравнению с предыдущим периодом измерений. Это состояние отражается в отчете красным цветом. Практически такое состояние является предаварийным, недопустимым и требующим незамедлительных управляющих решений для обеспечения устойчивости земляного полотна и защиты других объектов транспортной инфраструктуры. Прогнозируется реализация полномасштабного события в ближайшее время (сутки, часы). Вводится ограничение в режиме движения поездов и автомобилей (вплоть до закрытия движения) на период до ликвидации угрозы. При реализации события в полном объеме либо частично выполняют работы по ликвидации последствий, в том числе с организацией восстановления движения по временным схемам.

14.3Особенности теплофизического мониторинга

Режимы наблюдений (периодичность измерений температуры грунта) следует назначать с учетом инерционности процессов теплопереноса при фазовых переходах и исходя из закона необходимого разнообразия и достаточного объема информации для принятия оптимальных управляющих решений, имея в виду, что каждый избыточный бит информации сопряжен с непроизводительными затратами времени и материально-финансовых ресурсов.

• проведение наблюдений за работой охлаждающих систем и разработку предложений по их совершенствованию;
• поиск путей снижения затрат на проведение измерений температур;
• поиск путей снижения затрат на проведение анализа теплового состояния инженерных систем.

• контроль изменения теплобалансовых характеристик поверхностей и условий, определяющих теплообмен в грунтовых массивах водопропускного сооружения: снегоотложений, состояния растительных покровов, обводнения территории и др.;
• выборочные температурные наблюдения в окружающей зоне.

14.4Измерения температуры грунта при изысканиях и в процессе мониторинга

Термокаротажные измерения в скважинах следует проводить с переменным шагом по глубине скважин и синхронно с изменениями условий внешнего теплообмена.

А.1Схемы водопропускных сооружений

А.1.1 водопропускная труба: Инженерное сооружение, укладываемое в теле насыпи железной или автомобильной дороги для пропуска водного потока.

Водопропускные трубы могут быть металлическими, бетонными, полимерными. По поперечным сечениям выделяют трубы - прямоугольные, круглые, овальные; по количеству очков в сечениях -одноочковые, двухочковые, многоочковые; по работе поперечного сечения - безнапорные, полунапорные, напорные.

1 - откосные крылья входного оголовка трубы; 2 - то же, выходного; 3 - промежуточные звенья

Рисунок А.1 - Водопропускная труба

А.1.2 водоотводная канава: Сооружение в грунте, представляющее собой простейшего типа открытый водоотвод определенного поперечного сечения, предназначенный для защиты земляного полотна (чаще насыпей) от размыва или переувлажнения, сбора поверхностных (иногда и грунтовых) вод и отвода их в ближайший водоток.

а - укрепление железобетонными плитами; б - укрепление каменным мощением; в - укрепление одерновкой со щебневанием дна

Рисунок А.2 - Поперечные профили водоотводных канав с укреплением

А.1.3 фильтрующие прорези (фильтрующие насыпи): Насыпи, обладающие фильтрующей прорезью, отсыпанные частично из фильтрующих грунтов в зоне длительного подтопления для предохранения верхней части земляного полотна от переувлажнения.

Служат для пропуска небольших расходов воды в основании земляного полотна, устраиваются на логах или пониженных местах.

Различают простые фильтрующие насыпи, в которых водный поток фильтрует через пористую каменную призму, и комбинированные, в которых водный поток может фильтровать через пористую каменную призму и одновременно стекать через заложенную в ней трубу небольшого отверстия.

1 - земляное полотно; 2 - изоляционный слой; 3 - фильтрующая часть насыпи; 4 - укрепление основания; Н - допускаемая глубина потока перед насыпью

Рисунок А.3 - Напорные фильтрующие насыпи

А.1.4 нагорные канавы: Канавы, устраиваемые с нагорной стороны выемки, служащие для перехвата и отвода поверхностных вод, притекающих к полотну дороги, и отводящие их к ближайшему водопропускному сооружению или в пониженные места рельефа.

Выходы нагорных канав к искусственным сооружениям должны быть отведены от дороги возможно дальше, укреплены и расширены для предупреждения их размыва.

Рисунок А.4 - Схема водоотвода с использованием нагорной канавы

А.1.5 водоотжимная берма: Уступ земляного полотна, отодвигающий поток от земляного полотна либо отделяющий его от водоотводного сооружения.

Служит для отдаления от тела насыпи воды, текущей в водоотводной канаве или в путевом резерве, либо для отдаления от тела кавальера воды в нагорной канаве.

1 - несортированная горная масса, содержащая камень; ГВВ - горизонт высоких вод; ГМВ - горизонт меженных вод; a - ширина бермы; B - ширина основной площади насыпи

Рисунок А.5 - Конструкция укрепления подтопленного откоса насыпи несортированной горной массой в виде защитной призмы

А.1.6 кювет (боковая канава): Небольшая канава, выемка трапецеидальной (редко треугольной) формы вдоль обочины автомобильной или железной дороги.

Кювет может быть неукрепленным (грунтовым) и укрепленным, вымощенным камнем или полностью покрытым бетоном.

Кюветы устраивают в выемках и у насыпей с небольшими рабочими отметками: 1,5-2 м.

1 - бетонные плиты; 2 - щебень; 3 - дно кювета; 4 - насыпь

Рисунок А.6 - Кювет, укрепленный бетонными плитами

А.1.7 лоток: Придорожная канава небольшой глубины овального или поперечного профиля с пологими мощеными откосами.

Устраивается на пересечении периодически действующих водотоков с глубиной воды не более 0,2 м или для пропуска воды поверх проезжей части -перепускной лоток. Прикромочные лотки устраивают способом непрерывного формования из асфальтобетона или бетона или сборных бетонных элементов.

Рисунок А.7 - Водоотводный лоток эллипсовидного сечения

• А.1.8 водоразделительная дамба: Регуляционное сооружение, применяемое на мостовых переходах.

Регулирует пойменные потоки, разграничивает расход между сооружениями, расположенными в общей пойме.

1 - крепление откосов и гребня дамбы посевом трав по слою растительного грунта; 2 - отсыпка тела дамбы местным грунтом

Рисунок А.8 - Поперечный профиль дамбы

• А.1.9 защитная дамба: Гидротехническое сооружение для защиты территории и расположенных на ней сооружений от затопления при высоких уровнях вод в водотоке.

Может перегораживать все русло и пойму (плотины водохранилищ), пойму (подходы к мостовым переходам), рукава рек, часть русла (полузапруды), быть вытянутой вдоль русла (продольная дамба).

• А.1.10 водоотводные валики: Валики, устраиваемые с нагорной стороны от земляного полотна. Валики выполняют из недренирующего грунта с укреплением откосов.

Водоотводные валики применяют в условиях вечной мерзлоты при близком расположении сильнольдистых грунтов для минимизации нарушения их температурного режима.

1 - дренирующий грунт; 2 - укрепление; 3 - водонепроницаемое ядро

Рисунок А.9 - Водоотводный валик

А.1.11 перепад: Ступенчатое сопрягающее сооружение для перевода потока воды с высоких отметок местности на более низкие в целях гашения кинетической энергии потока, возводимое на участках со значительной разностью отметок местности.

Перепады выделяют одно- и многоступенчатые, а по форме поперечного сечения - прямоугольные и трапецеидальные.

Перепад состоит из входной части, ступеней перепада гасителя и выходного участка. а - ступенчатый перепад; б - консольный перепад

Рисунок А.10 - Перепады

А.1.12 быстроток: Искусственное сооружение (русло) с уклоном дна больше критического.

Примечания

1 Критический уклон - уклон, при котором заданный расход проходит по каналу в условиях равномерного движения с глубиной, равной критической.

2 Критическая глубина - глубина потока, при которой удельная энергия сечения для заданного расхода достигает минимального значения.

H h

1 - входная часть; 2 - водоскат (лоток); 3 - водобойная часть; 4 - выходная часть; Н - напор воды над порогом водослива; h - глубина потока; h кр - критическая глубина

Рисунок А.11 - Быстроток

А.1.13 дюкер: Напорный участок трубопровода, прокладываемый под руслом реки (канала), по склонам или дну глубокой долины (оврага), под дорогой, расположенной в выемке, работающий в напорном режиме.

При проектировании и строительстве магистральных нефтепроводов дюкером называют участок нефтепровода, прокладываемый на пересечении с искусственным или естественным препятствием: под руслом реки или канала, по дну глубокого оврага, под автомобильной или железной дорогой.

Рисунок А.12 - Дюкер

А.1.14 планировка поверхности: Придание поверхностям поперечных и продольных уклонов, величины которых должны обеспечить естественный сток поверхностных вод за пределы земляного полотна без его paзмыва.

Планировка откосов включает операции срезки основной массы грунта с погрузкой его в транспортные средства ковшом и операции зачистки откосов скребком. При холостом ходе скребок заглаживает неровности.

Рисунок А.13 - Планировка поверхности откоса ковшом

А.1.15 дренаж: Геотехническая конструкция, предназначенная для перехвата и отвода подземных и поверхностных вод. Дренаж может быть поверхностным (открытым) и подземным (закрытым).

На автомобильных дорогах существуют следующие виды закрытых дренажей:

• дренажный слой в толще земляного полотна;
• дренажные трубы.

К системе дренажа железной дороги относятся:

• вертикальная планировка поверхности земляного полотна и балластной призмы на станциях;
• кюветы и канавы;
• железобетонные лотки;
• сеть водостоков с дождеприемными колодцами, пескоуловителями и другими устройствами очистки;
• искусственные сооружения - трубы, мосты, быстротоки и т. д.

1 - песок; 2 - крупный щебень; 3 - труба; 4 - мелкий щебень; 5 - нетканый геотекстиль

Рисунок А.14 - Закрытый дренаж

А.1.16 сифон: Водопропускное сооружение закрытого типа, предназначенное для перепуска воды через насыпь.

Допускается использовать в зоне вечной мерзлоты, где верхний горизонт мерзлых грунтов является водоупором, в результате чего в равнинной местности вода скапливается около насыпи и оказывает негативное влияние на мерзлоту, растепляя ее.

1 - поверхность тундры; 2 - поверхность мерзлого грунта; 3 - заглушка трубы; 4 - тело насыпи; 5 -балластная призма; 6 - вертикальный отводок трубы; 7 - водоотводная труба; 8 - вода; 9 - укрепление зоны выпуска воды

Рисунок А.15 - Схема сифона

А.2Классификация водоотводных сооружений и водопропускных труб

А.2.1 Классификация водоотводных сооружений (таблица А.1)

Таблица А.1

А.2.2 Классификация водопропускных труб (таблица А.2)

Таблица А.2

Б.1Влияние обводнения территории на температурный режим грунтов оснований

• Б.1.1 Обводнение территории с точки зрения его влияния на температурный режим грунтов оснований может быть сезонным, имеющим место только в теплый период, и круглогодичным, которое формируется весь год. Сезонное обводнение на температурный режим влияет незначительно. Круглогодичное обводнение влияет существенно. Обводнение может привести к растеплению мерзлоты или к ее полной деградации.
• Б.1.2 Влияние круглогодичного обводнения можно оценивать по графикам рисунка Б.1 в зависимости от суммы градусо-дней с положительной (приведенной с учетом солнечной радиации и испарения с поверхности) температурой воздуха к среднегодовой температуре воздуха и глубине подтопления f . При этом глубину подтопления принимают на 1 октября (т. е. на момент окончания теплого периода года).

Климатический параметр f : абсолютная величина отношения суммы градусодней с положительной (приведенной с учетом солнечной радиации и испарения с поверхности) температурой воздуха к среднегодовой температуре воздуха данного региона

Рисунок Б.1 - Критические значения величины подтопления h , приводящие к деградации мерзлоты в основании земляного полотна ( а ) и приводящие к повышению на 50 % температуры грунта на глубине нулевых амплитуд ( б )

Б.2Учет снегопереноса в теплофизических расчетах

• Б.2.1 При прогнозировании температурного режима многолетнемерзлых грунтовых массивов следует учитывать влияние снегоотложений, как одного из основных факторов, определяющих условия теплообмена на поверхности.
• Б.2.2 Характер снегоотложений при отсутствии и наличии снегопереноса приведен на рисунках Б.2 и Б.3 соответственно, а расчетные характеристики приведены в таблицах Б.1 и Б.2.

На рисунках Б.2 и Б.3 величина δ соответствует толщине снежных отложений в ненарушенной зоне.

1 - естественная поверхность грунта; 2 - основная площадка насыпи; 3 - откос насыпи; 4 - ось симметрии насыпи

Рисунок Б.2 - Схема снежных отложений при отсутствии снегопереноса

Рисунок Б.3 - Схема снежных отложений при наличии снегопереноса

Таблица Б.1 Естественные уклоны i снегоотложений у препятствий в зависимости от величины Q снегопереноса

Таблица Б.2 Плотность Р снега для различных зон снегозаносов

В.1Учет влияния водного потока при пересечении насыпи водопропускной трубой

В.1.1 Следует учитывать, что поскольку лоток трубы расположен в уровне естественной поверхности грунта, грунтовые воды, проходящие в пределах деятельного слоя (т. е. в пределах разности отметок 1 и 2 на рисунке В.1), встречая уплотненный или промерзший грунт под телом трубы, поднимаются на поверхность и образуют обводнение 5 (рисунок В.1), которое, прогреваясь летом, способствует дополнительной просадке грунта и увеличению глубины обводнения.

В.1.2 Для предотвращения обводнения под телом трубы устраивают над деятельным слоем крупнопористую скальную наброску 8 . При этом следует предусмотреть переходные зоны между крупнопористой скальной наброской 8 и обычным грунтом на входе и выходе из трубы. Это достигается, например, удлинением крупнопористой скальной наброски 8 в обе стороны по осевой линии трубы. а б

1 - естественная поверхность грунта; 2 - водоупор; 3 - направление водного потока; 4 - массив уплотненного под насыпью грунта; 5 - верхний уровень воды; 6 - тело насыпи; 7 - водопропускная труба; 8 - крупнопористая скальная наброска под телом трубы

Рисунок В.1 - Характер движения грунтовых вод и распределение температур в грунте в летний период в зоне водопропускной трубы на вечной мерзлоте при наличии массива уплотненного грунта под трубой ( а ) и при наличии под трубой фильтрующей прослойки ( б )

0°

0°

0°

0°

В.2Схемы водопропускной трубы при снегопереносе

• В.2.1 Следует учитывать, что при сильном снегопереносе (150 м³ /м и более) оголовки труб заносятся снегом, и полость трубы становится зоной растепляющего влияния. В этом случае следует учитывать растепляющее влияние снега в прогнозных теплофизических расчетах либо разрабатывать техническое решение, при котором в зоне водопропускной трубы предусматриваются дополнительные меры по охлаждению.

В.2.2 Дополнительные меры по охлаждению рекомендуется предусматривать либо путем устройства охлаждающих установок типа термосифонов, либо созданием конструкции, которая сама обеспечивает охлаждение (рисунок В.2). В такой конструкции применяют уположение откосов насыпи и устраивают продухи и фильтрующие отсыпки из камня, замещающие массивы снега при снегозаносах. а а - разрез А-А; б - план; 1 - конфигурация откоса существующей насыпи; 2 - предлагаемая конфигурация откоса; 3 - существующая труба; 4 , 5 - дополнительные звенья трубы; 6 - фильтрующая каменная наброска; 7 - замкнутый продух; 8 - отверстия для пропуска воды через каменную наброску

Рисунок В.2 - Водопропускная труба для участков трассы с сильным снегопереносом

В.3Снегозаносимость охлаждающих устройств водопропускных труб

В.3.1 При отсутствии снегопереноса полость водопропускной трубы при теплофизических расчетах следует учитывать как зону охлаждения. При наличии снегопереноса оголовки труб заносятся снегом либо закрываются принудительно на зимний период. В этом случае для обеспечения охлаждения воздуха внутри полости трубы следует устраивать специальные продухи в виде труб, полости которых сообщаются с полостью трубы, а верх возвышается над уровнем снежных заносов.

• В.3.2 Продухи устраивают с возвышением над уровнем снежных заносов, но с замкнутой полостью. Охлаждение происходит за счет конвекции воздуха в замкнутой полости. Незамкнутые полости забиваются снегом и инеем и выходят из работы.

В.4Комбинированные системы

В ряде случаев целесообразно сочетать в единой системе два и более вида водопропускных сооружений. Тогда суммарный эффект оказывается выше суммы отдельных эффектов.

На рисунке В.3 приведен пример системы, которую следует использовать в горных условиях.

Рисунок В.3 - Комбинированное (металлическая труба и фильтрующая насыпь) наледезащитное водопропускное сооружение

В.5Водопропускные трубы в высоких насыпях

• В.5.1 При проектировании высоких насыпей рекомендуется учитывать особенности теплового состояния и НДС водопропускной трубы и прилегающих участков насыпи:
• а) при высоте насыпи до 3 м в конце теплого периода насыпь с трубой находится в талом состоянии, а в конце холодного - в мерзлом; по мере увеличения высоты насыпи ухудшается температурное состояние грунтов за счет подсекающего теплового эффекта с боковых сторон насыпи (температура грунтов оснований повышается, а зона растепленных грунтов увеличивается). В результате водопропускная труба оказывается в толще сильнодеформируемых грунтов (рисунок В.4, а ), что приводит к повышению напряжений и деформациям трубы; б) при высоте насыпи 6-10 м под трубой (рисунок В.4, б и в ) в течение первых лет эксплуатации может образоваться мерзлая зона, перераспределяющая нагрузку с основной площадки на основание трубы. Мерзлые стенки траншеи из талого грунта (рисунок В.4, в ) ограничивают деформации талой зоны вокруг трубы как в вертикальном направлении, так и в направлении продольной оси трубы; в) при высоте насыпи более 12 м над трубой и на соседних участках насыпи в процессе первых лет эксплуатации формируются другие зоны твердомерзлого грунта (перелетки) (рисунок В.4, г, д, е ). Перекрытие и стенки из мерзлого грунта в значительной степени воспринимают на себя вертикальную нагрузку в зоне трубы и передают ее на смежные участки насыпи. Соседние участки насыпи здесь могут уменьшить деформации трубы по сравнению с тем случаем, когда вся насыпь содержит только талый грунт. Мерзлая зона, расположенная над трубой и соседними участками насыпи, имеет внешний вид либо балки, либо арки, лежащих на упругом основании (на пластично-мерзлых грунтах). Они перераспределяют давление от веса грунта и временной нагрузки, уменьшая его в зоне трубы и передавая это давление на соседние участки насыпи.

В.5.2 Рекомендуется закладывать в проект принципиальное изменение мерзлотного состояния насыпи с трубой за счет применения теплоизоляции и охлаждающих установок глубинного типа (сезонных охлаждающих установок или термоопор). В этом случае твердомерзлые грунты рядом с трубой насквозь «прошивают» пластично-мерзлую зону. При этом мерзлотная траншея, мерзлотная балка или мерзлотная арка могут быть созданы гораздо раньше, чем они формировались бы естественным путем, и могут быть сформированы там, где их естественное образование было бы невозможно.

В.5.3 В таблице В.1 и на рисунке В.5 приведены численные значения параметров НДС водопропускных труб в высоких насыпях для приближенного учета в проектах. Для более точного определения показателей НДС высоких насыпей с перечисленными выше мерзлотно-грунтовыми образованиями следует использовать численные методы расчетов.

В.5.4 В проект должны быть включены схемы размещения контрольных термокаротажных скважин в насыпи рядом с трубой для наблюдения за работой и состоянием сооружения и его основания как в период строительства, так и в период эксплуатации, а также требования по периодичности их проведения, обработке и систематизации. Эти наблюдения следует проводить в целях сопоставления основных показателей работы сооружения и его основания с проектными и оценки эксплуатационной надежности.

Примечание а -е - см. в В.5.1.

Рисунок В.4 - Различные мерзлотно-грунтовые состояния высоких насыпей в зоне водопропускной трубы, возникающие в процессе эксплуатации

Таблица В.1 -Напряженно-деформированное состояние водопропускной трубы при различных мерзлотных состояниях

Рисунок В.5 - Напряженно-деформированное состояние водопропускной трубы при различных мерзлотных состояниях

В.6Фильтрующие водопропускные сооружения для специфических условий

При наличии местного камня применяют фильтрующие выемки (рисунок В.6), сущность которых сводится к замене грунта основания на слой каменной наброски (опорный массив 2 на рисунке В.6).

1 - балластная призма шириной b п; 2 - опорный массив высотой h о и шириной поверху и понизу b в и b н соответственно; 3 - откосы выемки; 4 - теплоизоляционный слой; 5 - защитный слой; 6 , 7 - верхний и нижний соответственно ярусы опорного массива 2 высотой h в и h н; 8 - грунт основания; 9 , 10 - прослойки из геотекстиля; 11 - положение ВГВМ на момент окончания теплого периода года

Рисунок В.6 - Конструкция фильтрующей выемки

В.7Водоотводные канавы самоуглубляющегося типа. Искусственнные полосы стока

На слаботочных марях рекомендуется устройство водоотводных канав самоуглубляющегося типа.

На первом этапе отрывают траншею глубиной 0,5-0,7 м, шириной 4,0-4,5 м и засыпают скальным грунтом, позволяющим дренировать транзитной воде в направлении естественного стока (рисунок В.7). В последующем за тричетыре года под засыпкой происходит уплотнение вытаивающих нижележащих слоев, что сопровождается прогибом поверхности насыпного грунта, с образованием русла для стока воды. После завершения формирования водоотвода засыпают местные провалы, а в местах вытаивания больших объемов льда проводят нарезку желоба бульдозером или грейдером на всей длине сооружения. Разновидностью водоотводных канав самоуглубляющегося типа являются искусственные полосы стока, которые рекомендуется применять на слабосточных маревых участках, характеризующихся наличием хотя бы незначительного продольного уклона местности. Суть способа состоит в том, что отсыпка на поверхность мари небольшого по мощности (0,2-0,3 м) слоя дренирующего грунта шириной 3,54,0 м всегда приводит к формированию под такими линейными сооружениями нового деятельного слоя, в два-три раза превышающего мощность слоя сезонного оттаивания грунтов в естественных условиях на мари. Процесс образования нового деятельного слоя под отепляющей отсыпкой сопровождается тепловой осадкой подстилающих грунтов, что в конечном итоге через два-четыре года приводит к образованию на месте отепляющей отсыпки полосы стока водоотводной канавы, которую можно содержать с использованием техники.

а -г - разные стадии процесса формирования самоуглубляющихся канав

Рисунок В.7 - Водоотводная канава самоуглубляющегося типа, построенная на моховой мари с наличием близко залегающего к дневной поверхности подземного льда в долине реки

В.8Бесканавный способ водоотвода

При наличии поперечного и продольного по отношению к насыпи уклонов местности водоотвод может быть осуществлен без сооружения канавы (рисунок В.8): вода отводится вдоль насыпи непосредственно у подошвы откоса, при этом для предотвращения размывов и протаивания сооружаются берма из каменной наброски и противофильтрационный замок.

а , б - различные варианты конструктивного исполнения; 1 - тело насыпи; 2 - грунт основания; 3 -естественная поверхность; 4 - технологическая отсыпка из крупнообломочного грунта; 5 - боковой противофильтрационный замок; 6 - нижний противофильтрационный замок; 7 - берма из скального фракционного грунта шириной b б ; 8 - направление потока поверхностных вод; 9 - поперечное сечение продольного водного потока шириной b п; 10 - положение ВГВМ на момент окончания теплого периода года; h б - высота бермы; h п - глубина потока

Рисунок В.8 - Бесканавный способ водоотвода

Г.1Особенности температурного режима в системе «земляное полотно - водоотводная канава - прилегающая территория»

Г.1.1 При проектировании системы водоотвода следует учитывать изменение расстояния между земляным полотном и водоотводной канавой, существенно изменяющее размеры зоны теплового влияния на ММГ оснований. Указанные расстояния устанавливают теплофизическими расчетами. На рисунках Г.1 и Г.2 приведены характерные примеры качественной картины такого влияния.

Г.1.2 На рисунке Г.1 приведена качественная характеристика влияния «тепловой полосы» различной ширины b на температурный режим грунтов оснований.

При неширокой водоотводной канаве ее тепловое влияние практически затухает уже на глубине 5 м. Поскольку под понятием «тепловая полоса» имеется в виду и насыпь, и выемка и др., то на графике рисунка Г.1 для сопоставления показано влияние насыпи шириной по подошве основания 15 м. Крутизна кривой существенно уменьшается, а тепловое влияние увеличивается по глубине. При увеличении ширины полосы до 40 м график качественно изменяет свой вид: по оси полосы до глубины 10 м будет иметь место одномерный тепловой процесс, определяемый лишь тепловыми параметрами самой насыпи. С глубины более 10 м сказывается влияние соседних с насыпью зон на окружающей территории.

Г.1.3 Качественная картина изменения температурных полей применительно к водоотводной канаве, удаляемой от насыпи, в пределах реального диапазона расстояний приведена на рисунке Г.2. Расчеты приведены для насыпи с шириной подошвы 15 м и водоотводной канавы общей шириной 5 м.

На рисунке Г.2 приведены результаты расчета четырех вариантов.

На рисунке Г.2, а , показан расчет только для насыпи шириной по подошве 15 м. На рисунке Г.2, б -г , показаны расчеты для насыпи той же ширины и водоотводной канавы шириной поверху 5 м, удаленной от насыпи на расстояние от 0 до 40 м.

а - схема «тепловые полосы»; б - график теплового влияния для различных b

Рисунок Г.1 - Тепловое влияние на различной глубине h «тепловой полосы» шириной b с резко отличающимися тепловыми граничными условиями по сравнению с окружающей территорией

Рисунок Г.2 - Положение нулевой изотермы после возведения насыпи и водоотводной канавы на момент окончания теплого периода года при различном взаимном положении насыпи и канавы через 5 ( 1 ) и 50 ( 2 ) лет

Е.1Общие положения

По причине возникновения наледи разделяются на два вида: а) природные наледи, ежегодно или реже возникающие в естественных условиях; б) вынужденные (прогнозируемые) наледи, возникающие вследствие нарушения мерзлотно-грунтовых условий в результате постройки сооружений.

К мероприятиям и устройствам, устраняющим или сокращающим причины возникновения вынужденных наледей и активизацию наледного процесса в местах действия природных наледей, относятся: дренаж, каптаж, осушение местности глубокими открытыми канавами и полуоткрытыми лотками, регуляция русел; сосредоточение потока, например посредством наледных поясов, полузапруд или применением лотков, на подходе и в пределах водопропускных сооружений; электротермические способы подогрева воды и грунтов. При наличии благоприятного сочетания рельефа, геологической, гидрогеологической обстановки и мерзлотно-грунтовых условий следует применять мерзлотные и тепловые пояса.

Е.2Особенности выполнения изысканий на наледеопасных участках

При изысканиях наледи необходимо рассматривать, как опасное физикогеологическое явление, подобно карсту и оползням, и укладывать трассу с расчетом на исключение или на снижение отрицательного воздействия наледей на проектируемые сооружения. Наиболее благоприятными по физико-геологическим условиям для размещения трассы являются водораздельные участки, склоны антиклинальных долин, борта моноклинальных долин с падением слоев пород вглубь склона, верхние части склонов, сложенных породами с горизонтальным налеганием слоев, южные склоны и поверхность речных террас, сложенных дренирующими грунтами. Менее благоприятными являются речные долины с синклинальным залеганием пород и субсеквентные долины, в зонах тектонических разломов, являющихся путями выхода на поверхность подземных вод, способствующих образованию больших и гигантских наледей.

Е.3Прогнозирование появления наледей в результате железнодорожного строительства

В результате строительства сооружений наледи появляются на участках с наличием водоносного слоя и, как правило, у низких насыпей, при вскрытии водоносных слоев выемками, у мостов и труб с массивными фундаментами, а также во всех случаях, когда при возведении сооружений в их зоне произошло глубокое изменение природных мерзлотно-грунтовых условий.

У земляного полотна наледи появляются при выполнении условий:

где h ест - глубина промерзания грунта в естественных условиях выше местоположения полотна; h в - расстояние от дневной поверхности до зеркала грунтовых вод на начало промерзания; h пр - глубина промерзания деятельного слоя под земляным полотном.

Величины h ест и h в устанавливают по данным изысканий. Величина h пр зависит от размеров земляного полотна, физических свойств слагающих его грунтов, климатических условий в районе строительства и определяется по отдельной методике. Таким образом, целенаправленно регулируя размеры земляного полотна и в первую очередь его высоты, можно в каждом конкретном случае уменьшить риск появления наледи.

Появления наледей у водопропускных труб и других подобных сооружений следует ожидать в тех случаях, когда

где h ф - мощность фундамента трубы; h тр - глубина промерзания грунта под фундаментом трубы.

Для прогнозирования величины h тр и обоснования предложений по конструированию фундаментов труб на наледных участках следует проводить теплофизические расчеты по определению температур в области передвижения границы раздела фаз при радиальном потоке тепла в трубе и теплопритоке снизу.

Е.4Противоналедные мероприятия и устройства

Е.4.1 Противоналедные мероприятия и устройства рекомендуется применять во всех случаях, где это возможно по инженерно-геологическим условиям, ледотермическому режиму водотоков и экономически целесообразно.

Противоналедные мероприятия и устройства необходимо принимать с учетом генетического типа наледи, дебита и температуры воды источника, питающего наледь, рельефа и инженерно-геологических условий в пределах наледного участка, а также в увязке с комплексом проектных решений по конструкциям земляного полотна и водопропускных сооружений.

При выборе противоналедных мероприятий и устройств предпочтение следует отдавать тем из них, которые исключают активизацию природных и возникновение техногенных наледей при постройке дорожных сооружений.

В случаях невозможности или нецелесообразности использования таких мероприятий и устройств необходимо предусматривать применение средств, обеспечивающих защиту дорожных сооружений от непосредственного воздействия наледей.

Е.4.2 Противоналедные мероприятия и устройства разделяют на постоянные и временные.

Постоянные противоналедные устройства необходимо применять на участках действия природных наледей и в местах, где вероятно возникновение техногенных наледей, которые могут вызвать нарушение нормальной работы рассматриваемого объекта или создать опасность для движения транспорта и устойчивости сооружения.

Временные мероприятия и устройства требуется применять для непосредственного ограждения рельсовой колеи от наледей, возникающих в результате изменения естественных условий в период строительства, при внезапных появлениях наледей, угрожающих безопасности движения транспорта и исправности сооружений, а также в случаях, когда для проектирования и строительства постоянных противоналедных мероприятий необходимо продолжительное время.

Для задержания наледей в местах, удаленных от полотна, рекомендуется применять мероприятия, активизирующие наледный процесс:

• наледные пояса и активные противоналедные валы для наледей поверхностных водотоков;
• мерзлотные пояса для наледей грунтовых вод.

Е.4.3 Наледные пояса целесообразно применять для задержания наледей, возникающих на небольших и периодически действующих водотоках. Они представляют собой участки расширяемого русла, покрываемые каменной отмосткой или бетонными плитами. Размеры поясов следует назначать на основе результатов теплотехнических расчетов.

При расчетах глубину потока в пределах пояса рекомендуется принимать равной от 2 до 5 см, а ширину пояса - не менее 1,0 м. В случаях значительного естественного уклона русла наледные пояса целесообразно выполнять с перепадами высотой до 0,5 м. Для повышения интенсивности охлаждения потока рекомендуется применять наледные пояса с повышенной шероховатостью.

Количество и расположение наледных поясов устанавливают с расчетом удержания полного объема наледи на необходимом расстоянии от выполненных объектов -земляного полотна или водопропускного сооружения.

Е.4.4 Активные противоналедные валы рекомендуется применять для задержания наледей на малых и средних водотоках.

Вал выполняется из грунта со щитом из досок или железобетонных плит, а также с плоским утепленным лотком, вымощенным камнем или бетонными плитами, размещаемым по руслу выше вала.

Действие активного противоналедного вала основано на том, что плоский лоток в качестве наледного пояса вызывает растекание потока волн тонким слоем, способствует его интенсивному охлаждению, зарождению и развитию наледи перед валом раньше, чем она может возникнуть у водопропускного сооружения, расположенного по руслу ниже вала. Возникновение наледи в пределах плоского лотка будет способствовать заполнению водопропускной канавы и щели под щитом. После этого наледь, задерживаемая щитом и валом, станет развиваться вверх по руслу.

Размеры водопропускной канавы и щели под щитом следует определять с учетом пропуска весенних вод без разбора щита. Разбор щита необходимо предусматривать только в случаях, когда по прогнозу ожидается особо высокий паводок.

Е.4.5 Мерзлотные пояса целесообразно применять для задержания в удалении от земляного полотна наледей, возникающих в определенных местах за счет выхода грунтовых вод с небольшим дебитом.

Мерзлотные пояса представляют собой полосы расчистки с валами из снега или грунта и водоотводными канавами. Из пределов полос расчистки необходимо удалять растительно-моховой покров и снег.

Вид мерзлотных поясов и их количество, размеры полос расчистки, валов и канав следует назначать из условий задержания всего объема наледи. Причем глубину канав требуется принимать не менее 0,6 м, а ширину вала по верху - от 1,0 до 3,0 м, в зависимости от способов производства работ.

Мерзлотные пояса следует размещать на расстоянии 50-100 м от ограждаемого участка земляного полотна и друг от друга с расположением в плане. Концы канав необходимо врезать в борта лога, дну канав - придавать продольный уклон не менее 0,002.

Тип укрепления откосов с нагорной стороны грунтовых валов, полосы вдоль его подошвы и водоотводных канав следует принимать в зависимости от скорости течения паводковых вод.

Мерзлотные пояса для задержания речных наледей следует применять на небольших водотоках при неглубоком залегании водоупора под руслом. Они представляют собой канавы шириной 2-4 м, вырубаемые во льду. Канавы располагают поперек долин водотоков на расстоянии 200-300 м от водопропускного сооружения на отмелях и перекатах, где водоток может быть проморожен быстрее. Канаву следует заглублять на 0,3-0,5 м ниже дна русла, а ее концы - врезать в берега на такое расстояние, чтобы предотвратить возможность прохода в береговых наносах вод, питающих наледь. Лед и грунт из канав необходимо укладывать в вал, располагаемый с низовой стороны канавы.

Е.4.6 Водонепроницаемые экраны с валами из грунта следует применять в целях отдаления от ограждаемого сооружения места выхода грунтовых вод, образующих наледь. Экраны представляют собой траншеи, заполненные водонепроницаемым грунтом, расположенные поперек движения потока грунтовых вод, питающих наледь. Низ экрана должен быть заглублен в водоупорные породы не менее чем на 0,25 м. Перекрытие экраном потока грунтовых вод должно быть полным, поэтому устройство экранов наиболее рационально в узких логах с неглубоким залеганием водоупорных пород. Высота вала определяется объемом задерживаемой наледи. Ширина вала по верху назначается не менее 3,0 м. Откос вала на 0,20 м выше расчетного горизонта воды от таяния наледи должен быть укреплен, исходя из условия недопущения размыва вала поверхностными и наледными водами в весенний период.

В районах со снежными заносами во избежание свободного прохода подземных вод под снегом экран следует размещать за пределами снежного отложения, возникающего у вала.

Е.4.7 Постоянные противоналедные заборы применяют для задержания вдали от дороги наледей различных типов, образующихся в одном и том же месте. Высоту забора следует назначать в зависимости от объема льда, но не более 4,0 м. При необходимости устраивают несколько заборов.

Е.4.8 Сборно-разборные заборы из досок или бревен или переносимые щиты из досок целесообразно применять для защиты от наледей грунтовых или поверхностных вод, имеющих непостоянный характер или меняющих положение в разные годы. Стенки заборов и щитов следует устраивать сплошными, без просветов. Заборы применяют в качестве временного дополнительного средства в комплексе противоналедных сооружений и устройств на участках со сложными инженерно-геологическими условиями при больших размерах наледей. Количество заборов, их высоту и длину определяют в зависимости от размеров задерживаемой наледи и рельефа местности.

Е.4.9 Для отвода из выемок грунтовых вод с ограниченным периодом действия следует применять лотки закрытого типа взамен кюветов. Дно лотков следует размещать ниже глубины сезонного промерзания, а в обоснованных случаях - на глубине не менее 80 % мощности деятельного слоя.

Осушение местности открытыми канавами целесообразно предусматривать на участках с неглубоким залеганием грунтовой воды и поверхности вечномерзлых грунтов, в том числе в случаях, когда верхний защитный слой представлен глинистыми грунтами с включением дресвы, а поток грунтовой воды имеет малый дебит и перемерзает зимой.

Размеры канав и способ укрепления откосов назначают в зависимости от притока и глубины залегания грунтовых вод, площади осушаемой территории, скорости течения воды в канаве в летнее время и других инженерногеологических условий в пределах наледного участка.

При наличии грунтовых вод, не перемерзающих зимой, целесообразно применять канавы в сочетании с неглубоким лотком, например из половины асбоцементной трубы, втопленной на глубину ниже дна канавы.

Для осушения местности, перехвата и отвода грунтовых и надмерзлотных вод на значительное расстояние следует применять полуоткрытые водоотводные лотки. Конструкция лотков данного типа обеспечивает минимальную потерю тепла водотоком и улучшает водно-тепловой режим грунтов. Весной лотки требуется очищать от снега и открывать. Осенью лотки необходимо закрывать на всю ширину досками.

Е.4.10 При разработке конструкций дренажей и каптажных устройств необходимо предусматривать мероприятия, направленные на предотвращение замерзания воды в смотровых колодцах, отводных трубах и на выходе из них. С этой целью отводные трубы закладывают на глубине не выше нижней трети глубины сезонного промерзания, а низ трубы на выходе размещают выше поверхности земли на 1,0 м и более. На пологих склонах местности следует применять отепленные оголовки отводных труб.

Дренаж и каптаж целесообразно применять на участках с наличием и возможным развитием наледей подземных вод и четко выраженными водоносными слоями грунтовых вод. Расположение дренажей и глубину их заложения следует назначать в зависимости от требуемой глубины осушения, мощности водоносного слоя и положения водоупора. Расчет дренажей и назначение их конструкции выполняют с использованием обычных методов, на основе данных специальных инженерно-геологических изысканий.

Каптаж целесообразно применять на наледных участках при наличии источников подземных вод, выходящих на склоне выше дороги. Каптаж может состоять из одного или нескольких колодцев, а также из коротких галерей, канав или лотков, собирающих воду, и отводных устройств.

Е.5Специальные противоналедно-водопропускные сооружения

Специальными противоналедно-водопропускными сооружениями являются:

• свайно-тоннельные водопропускные сооружения;
• противоналедные мосты-трубы;
• двух- и трехъярусные трубы со сквозными отверстиями между ярусами (для насыпей высотой более 6 м);
• комбинированные фильтрующие насыпи с любым количеством водопропускных труб.

Е.6Исходные данные для выбора и проектирования противоналедных мероприятий и устройств

Исходными данными для выбора и проектирования противоналедных мероприятий и устройств на стадии задания на проектирование являются: а) по поверхностным водотокам - расход и температура воды в осеннезимний период; скорость потока, ширина, глубина и уклон русла; предполагаемые изменения теплового и ледового режимов водотока при строительстве и степень влияния этих изменений на наледный процесс; б) по подземным водам, вскрываемым выемками, канавами и карьерами, - ожидаемый приток и температура воды, мощность и протяженность вдоль пути водоносного слоя, возможные изменения режима вод в связи со строительством; в) по всем природным наледям - генетический тип наледи, время ее формирования (начало и конец), линейные размеры, площадь и объем наледи, возможные изменения в режиме наледи в связи со строительством, степень опасности наледи для проектируемых сооружений.

Перечисленные данные включают в пояснительную записку, в которой, кроме того, приводят описание общих физико-геологических условий района, необходимое для прогнозирования наледей и выбора основных проектных решений; прилагают каталог и график наледных участков в районе трассы, а также паспорта больших природных наледей, в том числе планы масштаба 1:2000-1:5000.

Рабочие чертежи противоналедных мероприятий и устройств разрабатывают на основе уточненных данных по всем наледным участкам, в том числе:

• описания рельефа, геологической, гидрогеологической обстановки и мерзлотно-грунтовых условий;
• расхода и температуры воды наледных водотоков в осенне-зимний период, их теплового и ледового режимов, скорости потока;
• ширины, глубины и уклона русел;
• климатических показателей, необходимых для теплотехнических расчетов;
• показателей природных наледей, их генетического типа, линейных размеров, площади и объема наледного льда, периода формирования наледей;
• прогнозирования степени опасности наледи;
• рекомендуемых проектных решений, с использованием графических материалов - паспорта наледи, плана наледного участка (масштаба 1:5001:2000), геологических разрезов.

Е.7Проектирование насыпей на участках природных и прогнозируемых наледей

Проектирование насыпей на участках природных и прогнозируемых наледей имеет следующие особенности:

• а) на участках природных наледей:
• проектирование в высоких насыпях с возвышением поверхности земляного полотна над расчетной отметкой поверхности наледи не менее чем на 0,5 м;
• проектирование с нагорной стороны бермы, предохраняющей от переувлажнения грунты в теле насыпи;
• проектирование земляного полотна с противоналедными устройствами; б) на участках прогнозируемых наледей:
• в районах глубокого сезонного промерзания и островного распространения вечномерзлых грунтов проектирование насыпи такой высоты, при которой соблюдается условие h зп < h ест , где h зп - промерзание грунта основания под многослойной дорожной конструкцией; h ест -промерзание грунта в естественных условиях;
• в районах сплошного распространения вечномерзлых грунтов проектирование земляного полотна совместно с противоналедными устройствами, активизирующими наледный процесс в удалении от полотна.

Земляное полотно следует возводить из дренирующих грунтов, не нарушая при этом естественных мерзлотно-грунтовых условий.

Е.8Проектирование водопропускных труб на участках природных и прогнозируемых наледей

Выделяют следующие особенности проектирования водопропускных труб и мостов на участках природных и прогнозируемых наледей:

• а) на участках природных наледей:
• проектирование труб и мостов совместно с утепленными лотками, обеспечивающими пропуск наледной воды через зону искусственного сооружения;
• задержание наледи на удалении от искусственного сооружения;
• б) на участках прогнозируемых наледей:
• применение труб с облегченными или свайными фундаментами с воротниковыми оголовками или безоголовочных, предусматривая, при необходимости, отепляющие подушки;
• проектировать трубы совместно с дренажно-каптажными устройствами;
• использовать активизацию и задержание наледи в удалении от сооружения.

Е.9Безналедный пропуск водотока у водопропускных труб

Проектирование водопропускных труб, обеспечивающих безналедный пропуск водотока, осуществляется путем спрямления и углубления русла водотока, применения открытых лотков и канав - открытых и закрытых утепленных либо путем устройства искусственных таликов под сооружением.

Возможность осуществления безналедного пропуска водотока у водопропускной трубы и необходимые конструктивные решения (ширину, глубину заложения, длину, толщину и материал слоя теплоизоляции) следует определять теплофизическими расчетами на основе ледотермических данных потока. Методика теплофизических расчетов приведена в приложениях В и Г. При этом следует использовать полученную экспериментально зависимость

где t 1 и t 2 - температура воды в начале и конце водовода соответственно;

B , C и D - параметры, учитывающие расход водотока и его уклон, температуру грунта и окружающего воздуха;

L - длина водовода.

Е.10Проектирование мерзлотных и тепловых поясов

Выбор мерзлотного или теплового пояса в качестве противоналедного сооружения определяется совокупностью физико-климатических условий и в первую очередь -среднегодовой температурой воздуха и мощностью снежного покрова, в зависимости от которых принимают мерзлотные или тепловые пояса (таблица Е.1).

Таблица Е.1 Противоналедные мероприятия

Более высокие фильтрационные свойства, глубокое залегание водоупора и высокая температура подземной воды при прочих равных условиях являются основанием для применения теплового пояса. В случаях, когда по климатическим и физико-геологическим условиям возможно применение и мерзлотного, и теплового поясов, принимают во внимание, что тепловые пояса имеют ряд достоинств по сравнению с мерзлотными:

• обеспечивают переброску наледной воды за ограждаемый объект, что полностью исключает вредное влияние наледи на сооружение в период ее развития и таяния;
• позволяют использовать естественные факторы - энергию ветра, накопленное в грунте за летний период тепло, изолирующий эффект снежного покрова;
• способствуют ускорению процесса осушения наледного участка и понижению уровня подземных вод к началу зимы;
• имеют в большинстве случаев при равных условиях меньшие геометрические размеры и, следовательно, меньшую строительную стоимость.