Строительство автомобильных дорог

Образование снежного покрова на автомобильных дорогах происходит не только при снегопадах, но при возникновении метелей. Причем метели создают более сложную обстановку на автодорогах. Под действием ветра снежные частицы поднимаются над поверхностью снежного покрова и снова откладываются там, где скорость ветра снижается. Так называемые низовые метели сметают снег на незащищенную дорогу с близко расположенных полей. Причем перенос рыхлого (сухого) снега начинается при скорости ветра более 3—5 м/с. Мелкие снежные частицы размером 0,2—0,5 мм смешиваются с приземным движением воздуха и образуют турбулентный снеговетровой поток. Выпадающие из этого потока снежинки разрушают целостность снежной поверхности, способствуя дополнительному насыщению снеговетрового потока снежинками.
Теория переноса и отложения снега объясняет отрыв снежинок от снегового покрова возникновением подъемной силы ветра, превышающей силы, удерживающие снежинки, т. е.: 
РП>РХ + Р2 + РЪ9 (12.1)
где Рп — подъемная сила ветра; Рх — сила тяжести снежинки;
Р2 и Ръ — соответственно силы трения и сцепления между сне­жинками.
Движение снега при низовой метели происходит при толщине снежного покрова более 10 см и отсутствии на снежной поверхно­сти ледяной корки. Подъемная сила ветра зависит от его скорости. Скорость ветра влияет на характер метели. Так, если при скорости ветра менее 10 м/с метель считается слабой, то при скорости ветра 10—30 м/с метели называются вьюгами или бурями, а метели со скоростью ветра более 30 м/с — буранами или ураганами.
Встречая препятствия в виде дорожной насыпи (рис. 12.1), снеговетровой поток начинает обтекать ее сверху. Скорость дви­жения снеговетровых струй над препятствием возрастает, так как им приходится проходить через меньшее сечение. Перед дорожной насыпью создается зона несколько повышенного давления, в которой выпадают переносимые у самой поверхности земли крупные частицы снега. За препятствием снеговетровой поток расширяется. Срыв струй у граней препятствия (у бровки дороги) вызывает завихрения и образование зоны с пониженным атмосферным давлением, в которой оседают наиболее мелкие снежинки, перенесенные через насыпь. С течением времени возле препятствия (насыпи) образуется снеговой вал, через который снег переносится беспрепятственно.
При обтекании дорожного полотна в неглубоких выемках с по­логими откосами (рис. 12.2) снеговетровой поток расширяется и скорость его уменьшается. При сильном ветре в глубоких выемках с крутыми откосами (рис. 12.3) могут возникать воздушные вихри, выносящие из них снег. Однако при слабых ветрах снег отлагается в выемке по большей части с наветренной стороны.
Основной характеристикой метели является удельный твердый расход qx (г/м2 • с), т. е. масса снега, переносимого в единицу вре­мени через единицу вертикальной плоскости, перпендикулярной направлению ветра. Общий расход метели или максимальное ко­личество снега, переносимого за единицу времени через 1 м фронта метели на всю ее высоту, может быть определен по формуле

где Н — высота снеговетрового потока, м.
Фронтом метели называют линию, проведенную по поверхности земли перпендикулярно направлению ветра. Интенсивность снегопереноса или фактическое количество снега, переносимого в единицу времени через 1 м фронта метели на всю ее высоту, является важной для практических расчетов величиной. Средняя интенсивность горизонтального переноса определяется по формуле Д.М. Мельника (м3/пог. м • ч) 
Y = C-vl, (12.3)
где С — коэффициент пропорциональности, зависящий от плотности снега в сугробах; иф— скорость ветра на высоте флюгера, м/с. Снегопереносом называется масса снега или его объем, пе­ренесенный метелью за определенное время, м3/пог. м, который определяется по формуле
JV = Y-t = C^'tl9 (ПА)
где t — продолжительность метели.
В практике зимнего содержания используется величина снего-приноса, а не снегопереноса. Снегопринос или количество снега, приносимого метелями к дороге в течение зимы ветрами одного направления (м3/пог. м), определяется по следующей формуле:
^=sinaj^.//5 (12.5)
/=i
где п — число метелей различной скорости данного направления в течение зимы;
a — угол между направлениями дороги и ветра, град.; Y; — интенсивность снегопереноса для /-й скорости ветра, м3/(пог. м • ч);
// — продолжительность метелей с /-й скоростью ветра, ч. Общий объем снегоприноса к дороге со всех направлений ветра за зиму определится по формуле
Wt = Wal+Wa2 + ... + lV„. (12.6)
При проектировании снегозадерживающих сооружений важное значение имеет общий объем снегоприноса к одной наиболее заносимой стороне дороги. Для его определения используют метод расходов или суммарных приносов, предложенный Д.М. Мельником. Определяется снегопринос к одной стороне дороги за зимний период по формуле
^=^^"1 IaV-5)3.sin<v4 , (12.7)
у с /=1 k=q
где ус — плотность снега в отложениях у дороги, т/м3; п — число метелей в течение зимы;
m — число случаев изменения направлений ветра при каждой метели; иф — скорость ветра по флюгеру во время метели, м/с; an — углы между направлением ветра и дорогой во время метели, град.;
tk — продолжительность действия метели, ч.
Данные по ветровому режиму берутся на ближайшей метео­станции за последние 10—15 лет и по формуле (12.7) определяется w0qm за каждый год. Затем из полученных значений составляется статистический рад и находится расчетное значение снегоприноса с заданной обеспеченностью по следующей формуле:
wf = w^ + a-x, (12.8)
где wo6m — среднее арифметическое значение снегоприноса к данной стороне дороги за 10—15 лет, м3/пог. м; a — среднеквадратичное отклонение;
x — коэффициент, принимаемый равным 2,0 для дорог I категории и 1,5 — для дорог II—IV категорий, т. е. учитывающих соот­ветственно 95%- и 90%-ную обеспеченность.
Среднеквадратичное отклонение определяется по формуле
/V (w -w y
_ / / А общ общ/ /и Q\
a = V-N-' ( 9)
где N — число зим, за которые производится расчет снегоприноса.
Под снегозаносимостью дорог понимается образование на них снежных заносов. Количественной характеристикой снегозано-симости является отношение количества снега, отложившегося на дорожном полотне, к общему количеству снега, принесенного метелями к дороге.
Снегозаносимость дороги зависит от ее поперечного профиля. Чтобы предотвратить снезаносимость дороги, необходимо выпол­нить два основных требования:
• земляное полотно должно быть аэродинамически обтекаемым для ветра, т. е. без образования вихревых зон;
• скорость ветра над всей поверхностью дороги должна быть достаточна для сдувания попадающего на нее снега.
Автомобильная дорога с насыпью представляет собой препят­ствие, у которого возникает зона затишья, называемая ветровой или аэродинамической тенью. Любые неровности на самой поверхности дороги могут вщзвать снежные отложения. Поэтому нельзя допускать неправильной снегоочистки с остатками. Наличие снежных валов, колей, несвоевременное удаление снегопад-ных отложений, применение снегоочистителей с малой дальностью отбрасывания снега ухудшают обтекаемость и усиливают ее снегозаносимость.
По степени снегозаносимости участки дорог делятся на снего-заносимые и снегонезаносимые. Снегозаносимые участки дорог делятся на три категории:
• слабозаносимые — насыпи, высота которых равна или больше толщины снежного покрова Яп, но не больше высоты снегонезаносимой насыпи Ян; насыпи с барьерами безопас­ности; пересечения в одном уровне;
• среднезаносимые — раскрытые выемки; полувыемки — по­лунасыпи; нулевые места и невысокие насыпи высотой ниже Яп; пересечения в разных уровнях; участки дорог, проходя­щие через небольшие населенные пункты в районах с интен­сивными метелями;
• сильнозаносимые — нераскрытые выемки; подветренный откос которых не может вместить снег, приносимый метелями и выпадающий при снегопадах; все выемки на кривых в плане.
Заносимые участки дорог можно защитить, вызвав искусственное отложение снега перед дорогой (рис. 12.4, 12.5), увеличить скорость снеговетрового потока над дорогой (рис. 12.6) или пол­ностью укрыть дорогу от снега с помощью специальных сооруже­ний (рис. 12.7).

В практике защиты дорог от снежных заносов получили рас­пространение первые два способа. Снегозащитные сооружения и устройства могут быть постоянные и временные. К постоянным относятся в первую очередь совершенные формы и параметры земляного полотна, аккумуляционные полки в выемках (см. рис. 12.4), снегозащитные лесонасаждения, железобетонные или деревянные снегопередувающие и снегозадерживающие заборы, навесы, галереи и др. К временным относятся средства защиты, устанавливаемые с началом зимнего периода.
Более совершенны и экономичны придорожные насаждения из деревьев и кустарников. В практике нашли применение два вида насаждений — живые изгороди и снегосборные лесополосы. Живыми изгородями называют одно- или двухрядные посадки высотой 2-3 м и более. Густые посадки создают из одной породы низкорослых деревьев или кустарников, которые легко переносят стрижку для придания ряду кустарника определенной формы. Живые изгороди, пропуская через себя снеговетровой поток, вызывают гашение скорости ветра и образование снеговых отложений аналогично действию снегозащитных ограждений. Живые изгороди высаживают на расстоянии от бровки не ближе 20—25 м.
Снегозащитные (снегосборные) лесные полосы представляют собой объемную преграду для снеговетрового потока, состоящую из нескольких рядов деревьев и двухрядной кустарниковой опушки, размещенных параллельно дороге на определенных расстояниях. Формируют лесные полосы из нескольких групп растений: низкорослых кустарников высотой до 2 м; высоких кустарников высотой до 4 м; низкорослых деревьев высотой до 15 м; высоко­рослых деревьев высотой до 25 м.

Возле стандартных барьерных ограждений, имеющих высоту Н = 0,8 м и высоту просвета h = 0,5 м, динамика отложения онега при метелях носит своеобразный характер. Отложения снега около преград с просветами со стороны ветра начинается на наиболее вероятном расстоянии, примерно равном 5Н или около 4 м, возле преграды с подветренной стороны образуется зона полного выду­вания снега на расстоянии 1,5—2,0 Н, т. е. 1,2—1,6 м. Первые отло­жения снега с подветренной стороны начинают образовываться на расстоянии примерно 5Н или 4,0 м, а затем заполняется вся зона шириной 10—15 Н или 8—12 м.
При очистке дороги просветность под барьерными ограждениями заполняется снегом, и такое барьерное ограждение работает уже как сплошная преграда для переносимого метелью снега.