Зимнее содержание участка автомобильной дороги

1. Определение расчетного объема снега, приносимого к дороге (снегоприноса)

Максимальный объем снегоприноса к автомобильной дороге устанавливается расчетным путем обработки данных многолетних наблюдений метелевого режима в зимний период в зависимости от географического региона, в котором эксплуатируется автомобильная дорога, скорости ветра, предполагаемого времени (длительности) и направления действия метели, температуры окружающего воздуха, высоты снежного покрова, направления трассы дороги в плане и других факторов. В основе расчета снегоприноса лежит зависимость:

W=it=cv³t,

где W — количество снега, переносимого за время метели определенного направления, мі/м;

iинтенсивность горизонтального переноса снега (i=cv³), мі/м-ч;

t — время действия метелевого ветра определенного направления, ч;

с — коэффициент пропорциональности, зависящий от плотности снега в метелевых сугробах, ч²/м;

v — скорость ветра на высоте флюгера, м/с.

Коэффициент пропорциональности С для многих районов России (кроме восточных и юго-восточных), где плотность снега равна 250 кгмі) принимается равным 0, 31 ч²/м.

Время действия метели t определяется из журналов наблюдения метеостанций для каждой метели в течение года за несколько лет. Время метелей устанавливается как среднестатическая величина за год:

T=24 N T_ср,

Где N — количество дней с метелями за зиму.

T_cр — средняя продолжительность одной метели.

Практически определение расчетного объема снегоприноса к автомобильной дороге производится в такой последовательности:

1. Определение произведения основных параметров метеливого режима по годам наблюдений

2. Определение объема переноса снега за зиму W_з каждого года наблюдений по основным направления ветра

W_зi= c t (a_i/100)

где W_зi — объем снегоприноса по i-му напрвлению, мі/м;

Сt — произведение из таблицы

V_i — средняя скорость ветра по i-му направлению, м/с

a_i -повторяемость i-го направления ветра, %

Ведомость объемов переноса снега за годы наблюдений по направлениям

3. Определение объемов снегоприносов с левой стороны участка дороги.

Объем снегоприноса с левой стороны дороги представляет собой геометрическую сумму расчетных объемов снегоприноса по всем румбам, относящихся к левой стороне дороги. Практически итоговые объемы переноса снега по направлениям ветра умножаются на коэффициенты, равные величине синуса угла подхода метелевых ветров к линии автомобильной дороги.

W_л=W_з sinЈ₁+Wcз sinЈ ₂+ Wc sinЈ₃ +WcвsinЈ₄

W_л=W_з sin64+W_cз sin19+ W_c sin26 +W_cвsin71

Объем снегоприноса с левой стороны дороги

4. Расчет статических показателей снегоприноса за ряд зим и оценка достоверности ряда наблюдений за объемами снегоприноса с левой стороны дороги.

Для каждого года из ряда наблюдений за объемами снегоприноса определяется обеспеченность вычисленных ранее величин снегоприноса

P=(m — 0,3) 100/(n+0,4)

где Р — обеспеченность величины снегоприноса, %

m — порядковый номер члена ряда величин снегоприноса W, расположенных в убывающем порядке

n-общее число членов ряда.

Определяется средняя величина снегоприноса за ряд зим

W₀=W_m/n=917,28/10=91,28

где W_m-объем снегоприноса за зиму с порядковым номером m в ряду зим, мі/м

N — общее количество зим, включенное в расчеты.

Для каждого года наблюдений (порядкового номера зимы) определяется модульный коэффициент К_m=W_m/W_o

По данным наблюдения за весь известный ряд зим (n) определяется коэффициент вариации C_v и средняя квадратическая ошибка среднего снегоприноса ?_w:

С_v==0,308

?_w =100 С_v/=100*0,308/3,16=9,74?30%

снегозащитный очистка дорога вал Ряд зим с общим количеством n считается достаточным для установления расчетной величины снегоприноса, если ?_w? 30%. В том случае, когда ?_w?30%, ряд зим удлиняется путем введения расчеты метеоданных по ветрому режиму за другие зимы. Если таких данных на метеостанции нет, то величина расчетного снегоприноса W_р устанавливается по имеющимся данным при ?_w?30%

Статические показатели снегоприноса с левой стороны дороги

5. Определение расчетного объема снегоприноса с левой стороны дороги методом математической статистики.

Снегозащитные сооружения, в том числе лесонасаждения, рассчитываются на задержание объема снегоприноса 10%-ной обеспеченности.

Объем снегоприноса с заданной обеспеченностью его задержания 10% называется расчетным объемом.

Расчетный объем снегоприноса определяется методом математической статистики по формуле

W_ст=(С_v Ф +1) W₀,

где С_v — коэффициент вариации.

Ф — коэффициент отклонения, устанавливаемый по прил I в зависимости отвероятности превышения расчетного объема снегоприноса (Р=10%) и коэффициента асимметрии Сs.

Сs==0,2571/(10*0,308³)=0,879

W_ст=(С_v Ф +1) W₀=(0,308*1,3+1)*91,728=128,46

6. Определение расчетного объема снегоприноса с левой стороны дороги графо-аналитическом методом.

Графо-аналитический метод предусматривает построение кривой обеспеченности объемов снегоприноса на клетчатке модульные коъффициенты Km на вертикальной оси клетчатки распеределяются равномерно (в постоянном масштабе). Для значений вероятности превышения Р используется неравномерная горизонтальная ось, на которой значения интервалов устанавливаются по прил. 2.

После построения кривой обеспеченности на клетчатку вероятности наносится главная кривая с наибольшим возможным охватом полученных точек.

Расчетный объем снегоприноса графо-аналитическим методом определяется по формуле

W_гр= К_гр W₀=1,35*91,728=123,83

где К_гр — модульный коэффициент, уставливаемый по клетчатке для вероятности превышения Р=10%;

W₀ — средняя величина объема снегоприноса за ряд зим, мі/м.

7. Оценка результатов расчета по определению объема снегоприноса с левой стороны дороги.

Результаты определения расчетного объема снегоприноса статическим и графоаналитическим методом оцениваются по формуле

(W_cт — W_гр) 100/ W_cт ?10%

Если расхождение превышает 10%, необходимо проанализировать расчеты и правильность построения клетчатки вероятностей.

За расчетный объем снегоприноса принимается максимальный из объемов W_cт и W_гр при соблюдения условия (W_cт — W_гр) 100/ W_cт ?10%

=3,6?10%

W_cт =W_рл=128,46

8. Определение расчетного объема снегоприноса с правой стороны дороги (W_пр).

Объем снегоприноса с правой стороны дороги представляет собой геометрическую сумму расчетных объемов снегоприноса по всем румбам, относящихся к правой стороне дороги. Практически итоговые объемы переноса снега по направлениям ветра умножаются на коэффициенты, равные величине синуса угла подхода метелевых ветров к линии автомобильной дороги.

W_л=W_в соsЈ₁+Wюв соs Ј ₂+ Wю соs Ј₃ +Wюз соs Ј₄

W_л=W_в соs 26+W_юв соs 71+ W_ю соs 64 +W_cз соs 19

Объем снегоприноса с правой стороны дороги

Расчет статических показателей снегоприноса за ряд зим и оценка достоверности ряда наблюдений за объемами снегоприноса с правой стороны дороги.

P=(m — 0,3) 100/(n+0,4)

W₀=W_m/n=4017,44/10=401,744

По данным наблюдения за весь известный ряд зим (n) определяется коэффициент вариации Cv и средняя квадратическая ошибка среднего снегоприноса ?_w:

С_v==0,302

?_w =100 С_v/=100*0,302/3,16=9,55?30%

Статические показатели снегоприноса с левой стороны дороги

Определение расчетного объема снегоприноса с правой стороны дороги методом математической статистики.

Сs==0,2315/(10*0,302³)=0,841

W_ст=(С_v Ф +1) W₀=(0,302*1,3+1)*401,744=559,468

Ф=1,3 (стр. 34)

Определение расчетного объема снегоприноса с правой стороны дороги графоаналитическом методом.

Расчетный объем снегоприноса графо-аналитическим методом определяется по формуле

W_гр= К_гр W₀=1,35*401,744=542,35

Оценка результатов расчета по определению объема снегоприноса с правой стороны дороги.

Результаты определения расчетного объема снегоприноса статическим и графоаналитическим методом оцениваются по формуле

(W_cт — W_гр) 100/ W_cт ?10%

=3,06?10%

W_cт =W_рп=559,469

2. Проектирование снегозащитных мероприятий

Мероприятий по защите автомобильных дорог от снежных заносов проектируются в соответствии с техническими правилами с целью педупреждения образования снегоотложений на проезжей части дорог.

В первую очередь необходимо установить, на каких участках автомобильной дороги требуется проектирование снегозащитных мероприятий. Для этого анализируются основные параметры земляного полотна.

Мероприятия по защите дороги от снежных заносов не предусматриваются:

— при расчетном объеме снегоприноса менее 10 мі/м для дорог всех категорий;

— при расчетном объеме снегоприноса менее 25 мі/м для дорог, расположенных на орошаемых или осушенных землях, пашне, земельных участках, занятых плодовыми насаждениями;

— для автомобильных дорог, расположенных в выемках глубиной более 8,5 м при расчетном объеме снегоприноса не более 100 мі/м.

— для дорог, расположенных на насыпях, если соблюдается условие Нн? Нс +ДН, Нн — высота насыпи, м Нс — расчетная максимальная высота насыпи снежного покрова, м ДН — превышение высоты насыпи под расчетной высотой снежного покрова, принимаемое для дорог IV и V категории равным 0,5 м, для дорог II и III категорий — 0,6 м, для I категории — 0,8 м.

При отсутствии данных метеорологических наблюдений за высотой снежного покрова расчетную максимальную высоту снежного покрова Н_с можно определить по следующей формуле:

Нс — Нгод m?_B/12?cy,

Нгод — количество осадков за год в виде слоя воды, образующегося при выпадении дождей и таянии снега (принимается ар СНиП 2.01.01−82);

m — количество месяцев в году со среднемесячной многолетней отрицательной температурой воздуха, принимаемое по СНиП 2.01.01−82;

?_B — плотность воды, равная 1000 кг/мі;

?cy — средняя плотность с учетом его самоуплотнения в течение зимы, принимаемая равной 200−400 (в среднем 300) кг/мі.

Нс = (0,614*6*1000)/(12*300) = 1,023 м.

Нн =1,023+0,6=1,623 м.

Решение о необходимости устройства снегозадерживающих сооружений, принятое на основе анализа исходных данных.

Расположение снегозадерживающих сооружений вдоль автомобильной дороги

При выборе снегозадерживающих сооружений должно соблюдаться условие:

Wз? Wр.

Слева на участках: 28−45 используем переносные щиты. Wр =128,46 мі/м.

Переносные щиты представляют собой маневренное средство снегозащиты. Они могут использоваться в качестве самостоятельного средства снегозащиты и для усиления лесных полос или заборов.

Определяем количество снега, задерживаемого многорядной щитовой линией:

Q = 8Ч[1+(n_p — 1) Че_c]ЧH₂,

где Q — количество задерживаемого снега, мі/м;

n_p — число рядов защиты = 2;

е_c — коэффициент, учитывающий влияние смежного ряда;

Н — высота щита, м.

Q = 8Ч[1+(4−1)Ч1]Ч2=128 мі/м.

Расстояние от бровки земляного полотна до ряда щитов назначают в зависимости от объема снегоприноса, принимаем — 30 м. Расстояние между рядами щитов 60 м.

Справа на участках: 0−15, 15−45, 28−45, 45−60 используем лесные полосы.

Wр = 559,469 мі/м.

Лесные полосы являются наиболее надежным, экологически оправданным видом защиты снегозадерживающего действия. Конструкция снегозащитной полосы определяется типовой схемой, на основе которой выбирается рабочая схема полосы для каждого конкретного случая.

Лесные полосы на снегозаносимых участках располагают параллельно оси дороги. Расстояние от бровки земляного полотна до лесонасаждений принимаем 65 м, ширину полос отвода земель для лесонасаждений — 19 м. Расстояние между соседними рядами деревьев и кустарников в лесной полосе принимается 2,5 м. Расстояние между растениями в ряду допускается в переделах 0,5−1,0 м.

В связи с возможностью переноса снега снегозащитные лесные полосы устраивают длиннее защищаемого участка на 100 м.

Слева на участке0−15, 15−45, 45−60 используем снегозадерживающие заборы.

Wр = 559,469 мі/м.

Высоту забора определяем по формуле:

Н_з = 0,34Чv (W_р) + Н_с = 0,34Ч23,65+ 1,023 =9,064. Принимаем 5 м.

Снегозадерживающая способность:

W_з = б Ч (n-1)Ч Н_зЧl + 8Ч Н_з2 =0,8*(2−1)*5*271,92+8*5=1127,68 мі/м.?559,46

n — количество рядов заборов, 2 ряд

l — расстояние между рядами заборов, м

l = 30 Ч Нз = 30Ч5=150

3. Технология очистки дороги от снега и удаления снежных валов

Для очистки дорог от снега применяют различные схемы, принимаемый с учетом метеливых условий (направление и скорость ветра, интенсивность снегопада) и ширины дорожного полотна. Очистку можно вести как одиночными машинами (толщина снега, накапливающегося на покрытии за 1 ч, не превышает 3−5 см), так и отрядом снегоочистителей. При работе отрядом одноотвальных снегоочистителей обычно снег перемещают от оси дороги к обочинам.

Снежные валы, образующиеся при патрульной снегоочистке на крайней полосе обочины и (или) над откосом земляного полотна, удаляют обычно роторными снегоочистителями или валоразбрасывателями с выносным рабочим органом, которые отбрасывают снег в сторону от дороги.

Установим количество плужно-щеточных снегоочистителей n, при котором они за один проход убирают снег с одной полосы проезжей части и обочины на ширину bз при ее перекрытии на величину bп:

n = (В/2 — (С_р-Х_п))/(С_р-Х_п)=15/2 — (2,52−0,3)/(2,3−0,3)=2,64

где В-ширина земляного полотна поверху, м;

С_р =2,52 — ширина полосы захвата шнеко-роторного снегоочистителя, м;

Х_п =0,3 — рекомендуемая минимальная величина перекрытия полосы захвата, м;

С_п =2,3 — ширина захвата отвала в рабочем положении плужно-щеточного снегоочистителя.

Ширина полосы захвата b_з и величина ее перекрытия b_п одним снегоочистителем устанавливаются:

b_з = (В/2 — (С_р-Х_п))/n_п =(7,5 — (2,52−0,3))/3=1,77 м, где n_п =3 — расчетное (округленное до целого) количество снегоочистителей для уборки снега с одной полосы проезжей части и обочины:

b_п=С_п-b_з = 2,3−1,77=0,53 м.

Общее максимальное число машин, необходимых для патрульной снегоочистки (плужных или плужно-щеточных снегоочистителей) в период интенсивного снегопада (метели), устанавливаем расчетом:

N_п = n_п Ч к_п= 3Ч11=33,

к_п — расчетное (округленное до целого) количество комплектов снегоочистителей, сгруппированных по nп штук, необходимых для патрульной снегоочистки участка дороги длиной 2L (L — длина участка дороги).

Количество комплектов кп устанавливаем округлением до целого числа в сторону увеличения (уменьшения) величины кп, определяемой по формуле:

к = 2L/lп = 2Ч60 000/11816=10,15,

где L=60 000 — длина дороги, обслуживаемой эксплуатационным участком;

l_п — расчетная длина участка дороги, очищаемого от снега одной машиной за максимально допустимый интервал времени между проходами снегоочистителей по одному следу tДИ, м,

l_п = 1000?_пк_и t_ДИ = 1000Ч20Ч0,7Ч0,844=11 816 м,

?_п =20 — максимальная рабочая скорость плужного (плужно-щеточного) снегоочистителя, км/ч;

к_и =0,7 — коэффициент использования машин в течение смены;

t_ДИ — максимально допустимый интервал времени между проходами снегоочистителей по одному следу, ч.

Интервал времени t_ДИ должен быть таким, чтобы толщина слоя снега, накапливающегося в этот период, не превышала предельно допустимой толщины слоя рыхлого снега h_Д:

t_ДИ = h_Д/ i_СН = 20/23,69=0,844 ч, где i_СН — интенсивность снегопада, мм/ч;

i_СН = h_см?_В/24?_СН = 91Ч1000/(24Ч160)=23,69 мм/ч,

h_см =91 — суточный максимум осадков, измеряемый толщиной слоя воды, образующегося в том числе при таянии снега, мм/сут;

?_В =1000 — плотность воды, кг/мі;

?_СН =160 — плотность рыхлого снега на покрытии, кг/мі.

t_ДИ < t_max;

0,844<4.

Установим время в течение которого один комплект машин, двигаясь с рабочей скоростью? п, очистит от снега половину поверхности участка дороги длиной L:

Т_п = L/ ?_п к_и = 60/(20*0,7)=2,1

Период времени, по истечении которого все комплекты машин начинают очищать снег с дороги:

Т_по = 2L/ ?_п к_и = 2* Тп =2*2,1=4,2

Расчетный интервал времени между проходами смежных комплектов плужных снегоочистителей:

Т_пи = 2L/ ?_п к_и к_п = Т_по/ к_п=4,2/11=0,38

Проверка: Т_пи? t_ДИ

0,38?0,844

Коэффициент загрузки плужных снегоочистителей при патрульной очистке дороги:

к_зп = 2L/ к_п l_п = Т_пи/ t_ДИ = 0,38/0,844=0,45

Расстояние, которое пройдет комплект машин за интервал Тпи:

L_пи = l_п к_зп = 11 816*0,45=5317,2

Общее количество роторных (шнеко-роторных) снегоочистителей при для уборки снежных валов с крайней полосы обочины Nр устанавливаем округлением до целого числа в основном в сторону уменьшения показателя N:

N = Q_об/Р_ТТ_Р = 68 227,2/(625*22,58)=4,83

где Q_об — общее количество снега, подлежащего уборке за период снегопада (метели),

Q_об = 10^-6LЧBЧ i_СНЧТ_срмЧ?_СН = 0,06*15*23,69*20*160=68 227,2

L — длина участка дороги, м;

В-ширина проезжей части и обочин, м;

i_СН — интенсивность снегопада, мм/ч;

Т_срм — длительность снегопада, ч;

?_СН — плотность рыхлого снега на покрытии, кг/мі;

Т_Р — время, за которое высота слоя снега на краях обочин, образующегося при патрульной очистке, достигнет максимально допустимой величины, ч;

Т_Р = 1000ЧН_ДОП/ i_СН Ч (1+К_пл/К_у) = 1000*1,5/(23,69*(1+23,69/1,2)=22,58

Н_ДОП — максимальная высота убираемого слоя снега, принимаемая в зависимости от марки машины;

К_у — коэффициент уплотнения снега при его перемещении плужными снегоочистителями от середины дороги к обочинам;

К_пл — коэффициент, учитывающий объем снега, перемещаемого плужными снегоочистителями на крайнюю полосу обочины:

К_пл = (В — 2 (С_р — Х_п/2))/2 (С_р — Х_п/2) = 15−2 (2,52−0,15)/2 (2,52−0,15)=2,164

Коэффициент загрузки роторных снегоочистителей при удалении снежных валов:

К_ЗР = N/ N_р = 4,83/4=1,21

Длина участка дороги, очищаемого одним роторным снегоочистителем за время Тпи:

l_РИ = Р_ТЧ Т_пиЧ К_ЗРЧ L/ Q_об = 625*0,38*1,21*60 000/68227,2=252,72

4. Мероприятия по борьбе с зимней сколькозтью

Выберем эффективные способы борьбы с зимней сколькозтью на автомобильной дороге, установим предполагаемые объемы потребления противогололедных материалов на зиму.

Для ликвидации зимней сколькозти на автомобильной дороге с усовершенствованным типом покрытия предпочтителен химический метод, характеризующийся высокой производительностью и экономичностью по сравнению с другими способами, включая применение нескольких смесей. При отсутствии местных природных жидких хлоридов в виде рассолов с высокой концентрацией солей рекомендуется применять твердые хлориды натрия и кальция. Для предотвращения коррозии металлических деталей автомобилей в такие соли добавляются ингибиторы — фосфаты в виде фосфатов натрия, простого суперфосфата, двойного суперфосфата.

Планируемый на зиму объем потребления химических противогололедных материалов для борьбы с зимней сколькозтью покрытия автомобильной дороги устанавливается расчетом Р_с=Lb_п

где L-длина участка дороги, м;

b_п — ширина проезжей части части, м;

m — количество месяцев со среднемесячной многолетней отрицательной температурой воздуха;

M_i-расчетная потребность в химических материалах на 1 мІ покрытия для i-го месяца борьбы с зимней сколькозтью, кг/мІ

M_i=h_i*q_i

h_i — среднемесячное многолетнее количество твердых осадков, за i-ый месяц, мм

q_i — норма расхода химических веществ в i-м месяце, соответствующая виду зимней сколькозти и средней температуре наружного воздуха, кг/мІ

Среднемесячное количество твердых осадков h_i для каждого месяца из числа m месяцев с отрицательной температурой воздуха принимается:

H_i=H_год*k_г*с_в/12с_н=614*0,1*1000/(12*500) =10,23

где H_год =614 — количество осадков за год в виде слоя воды, образующегося при выпадении дождей и таянии снега, мм;

k_г =0,1 — коэффициент, учитывающий неравномерность выпадения осадков по месяцам года и длительность эффекта от применения химических веществ;

с_в =1000 кг/мі - плотность воды;

с_н =500 — плотность снегав слое наката на поверхности покрытия, принимаемая равной 300−700 кг/мі

M_i=h_i*q_i=10,23*(0,07+0,07+0,04+0,02+0,04)=2,45

Р_с=Lb_п=60 000*7,5*2,45=1 102 500=1102 т.

Выбор вида химических веществ определяется их стоимостью, трудоемкостью хранения, использования и местными условиями. Обычно наиболее дешевым является хлорид натрия (техническая поваренная соль).

Технология работ по ликвидации зимней сколькозти химическим методом с использованием твердых химических веществ включает россыпь этих веществ по поверхности покрытия по нормам с последующим удалением размягченного ледяного слоя механической щеткой.

Количество машин (солеразбрасывателей), необходимых для ликвидации зимней сколькозти на обслуживаемом (опасном) участке дороги:

n_г = F_г/ f_г = Lb_п/К_иР_тt_дг =60 000*7,5/(0,8*212 000*4)=0,66

где Fг — площадь покрытия, обрабатываемая хлоридами, мІ;

f_г — площадь покрытия, которую может обработать одна машина;

L — длина участка дороги, м;

b_п — ширина проезжей части, м;

К_и — коэффициент внутрисменного использования машины;

Р_т — техническая производительность, принимаемая в зависимости от марки машины, мІ/ч;

t_дг — максимально допустимый срок ликвидации зимней скользкости.

Время, в течение которого разбрасыватели химических веществ (твердых хлоридов) в количестве Nг машин обеспечат уборку поверхности проезжей части на всей длине L обслуживаемого участка дороги:

T_Г = L b_п / К_и Р_т N_г = 60 000*7,5/(0,8*212 000*1)=2,65

Коэффициент загрузки разбрасывателей соле й:

К_ЗГ = n_г/ N_г = T_Г/ t_дг = 0,66/1=0,66

Размягченный ледяной слой, образующийся на покрытии в результате плавления льда в процессе его взаимодействия с хлоридами, удаляется плужно-щеточными снегоочистителями. При этом плотность отложений из твердого снега (наката) и льда, увеличивающих скользкость дорожного покрытия, до обработки покрытия хлоридами можно принять равной в среднем 600 кг/мі, а ледяного слоя, размягченного хлоридами, — 250 кг/мі.

1. ВСН 20−87. Инструкция по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах РСФСП. М.: Транспорт, 1988. 41 с.

2. ВСН 24−88. Технические правила ремонта и содержания автомобильных дорог / Минавтодор РСФСР. М.: Транспорт, 1989. 198 с.

3. ВСН 33−87. Указания по производству изысканий и проектированию лесонасаждений вдоль автомобильных дорог /Минавтодор РСФСР. М.: Транспорт, 1988. 95 с.

4. Зимнее содержание автомобильных дорог / Г. В. Баболжениский, А. К. Дюнин, Л. Н. Плакса др. М.: Транспорт, 1983. 197 с.

5. Ремонт и содержание автомобильных дорог: Справочник инженера-дорожника / А. П. Васильев, В. И. Баловнев, М. Б. Корсунский и др. М.: Транспорт, 1989. 287 с.

6. СНиП 2.01.01−82. Строительная климатология и геофизика / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1983. 136 с.

7. СНиП 2.05.02−85. Автомобильные дороги / Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. 56 с.