Методические рекомендации по защите и очистке автомобильных дорог от снега. часть 3
Страницы: 1 | 2 | 3 | 4
е) Временные снегозащитные устройства
В случае невозможности размещения на прилегающих к автомобильной дороге землях постоянных средств снегозащиты или при невозможности усиления существующих, а также во всех случаях, когда это экономически оправдано, следует использовать временные снегозадерживающие устройства: снегозадерживающие щиты, траншеи, снежные стенки и т.д.
Они могут применяться в качестве защиты дорог от снежных заносов и как средство усиления посадок или заборов.
Снегозадерживающие щиты изготавливают из дерева с разреженной решеткой в нижней части. Конструкции переносных щитов показаны на рис.9.
Рис.9. Переносные решетчатые щиты
Рис.9. Переносные решетчатые щиты (размеры даны в мм)
Конструктивные данные и рекомендуемые условия их применения приведены в табл.8.
Таблица 8
Характеристика снегозадерживающих щитов
| Тип щита | Высота, м | Просветность, % | Скорость ветра, при которой можно применять щиты, м/с | Объем снегоприноса, при котором целесообразно применять щиты, м /м | ||
| общая | нижней части | верхней части | ||||
| I | 2,0 | 50 | 60 | 40 | Более 20 | Более 100 |
| II | 1,5 | 50 | 60 | 40 | Более 20 | Менее 100 |
| III | 2,0 | 60 | 70 | 50 | 20 и менее | Более 100 |
| IV | 1,5 | 60 | 70 | 50 | 20 и менее | Менее 100 |
Расстояние от бровки земляного полотна до ряда щитов следует назначать в зависимости от объема снегоприноса равным: при объеме снегоприноса до 25 м/м — 30 м; до 50 м/м — 40 м; до 75 м/м — 50 м; более 75 м/м — 60 м.
Щиты устанавливают сплошной линией параллельно оси дороги, без зигзагов и изломов. При косых ветрах (дующих под острыми углами к дороге) их рекомендуется ставить через 60 м перпендикулярно к основной щитовой линии короткие звенья щитов с таким расчетом, чтобы концы их подходили к дороге не ближе чем на 10-15 м или устанавливают звенья щитов перпендикулярно к направлению метелевых ветров (рис.10, 11).
Рис.10. Косые звенья щитов
Места перехода из выемки в насыпь ограждают по схеме, приведенной на рис.11.
Рис.11. Ограждение мест перехода из выемки в насыпь
Щиты по возможности следует ставить по верху возвышений (бугров, валов), избегая понижений.
Щиты устанавливают, привязывая их к кольям мягкой отожженной проволокой, веревкой или другим прочным материалом.
Колья должны иметь диаметр 6-8 см и длину, превышающую на 1 м высоту щита. При установке колья забивают в предварительно просверленные отверстия на глубину 0,5 м. Расстояние между кольями должны быть равны 1,9 м.
Щиты следует привязывать к кольям так, чтобы между грунтом и ножками щитов оставалось 5 см, для исключения примерзания к грунту.
Для повышения снегосборной способности щитов при отработке их переставляют на вершину образующегося около них снежного вала или поднимают по кольям, когда:
высота снежного вала в местностях с интенсивной метелевой деятельностью достигает уровня, составляющего 2/3 высоты щита, а в местности с неинтенсивной метелевой деятельностью — полной высоты щита;
толщина слоя снега у щитовой линии достигает 50 см;
необходимость перестановки щитов устанавливают по тому признаку, который наступает раньше.
В районах с длительными и интенсивными метелями, во время которых перестановка щитов затруднена, щитовые линии ставят в два, три и более рядов. Расстояние между рядами принимают равным 30 высотам щита, причем первый, ближний к дороге ряд, ставят на расстоянии 20 высот щита от бровки земляного полотна.
При устройстве многорядных щитовых линий достаточно переставлять только полевой ряд щитов.
Количество снега, задерживаемого одной щитовой линией, можно определить по формуле
многорядной щитовой линией:
где — количество задерживаемого снега, м/м;
— число рядов защиты;
— коэффициент, учитывающий влияние смежного ряда (1-2);
— высота щита, м.
Оптимальное расстояние между рядами щитов 30-40 . Расстояние ближнего к дороге ряда не должно быть меньше 20 высот щита, считая от бровки земляного полотна.
Многорядные щитовые линии целесообразно формировать из щитов разной просветности. Ближайшие к полю линии формируются из щитов с менее густой решеткой (тип III), а ближайший к дороге ряд — из щитов с более густой решеткой (тип I).
Объем снега, который может задержать однорядная щитовая защита при 
2 м — 36 м/м, двухрядная — до 96 м/м, трехрядная — до 160 м/м, двухрядная с перестановкой — до 300 м/м.
Если объем снегоприноса от расчетной метели меньше объема снега, задерживаемого защитой (однорядной, двухрядной и т.д.), то производится перестановка щитов в течение зимнего периода при исчерпании их снегосборной способности.
В районах с интенсивными метелями (при объемах снегоприноса до 120 м/м) целесообразно применять устройства с изменяющейся просветностью, плотность конструкции которых увеличивается пропорционально силе ветра при метели. Устройства с изменяющейся просветностью высотой 2,0 м размещаются на расстоянии 40 м от бровки земляного полотна и параллельно дороге.
При объемах снегоприноса до 75 м/м можно применять временные пространственные снегозащитные средства (ВПС), изготавливаемые из полимерных материалов (рис.12) и сетки на полимерной основе (рис.13).
Рис.12. Временные пространственные снегозащитные средства (ВПС):
а — рулонное заполнение; б — листовое заполнение (уголковый профиль);
в — листовое заполнение (криволинейный профиль)
Рис.13. Снегозадерживающие полиэтиленовые сетки:
а — тип I на стойках металлических труб; б — тип II на деревянных кольях; в — размещение кольев;
1 — стопорная шайба 150х5 с отверстием 33 мм; 2 — упор; 3 — крепление для сетки 5 мм;
4 — стальная труба 33 — 24 мм; 5 — деревянные колья 80-100 мм; 6 — сетка
ВПС устанавливают параллельно оси дороги на расстоянии 30 высот от бровки земляного полотна.
Сетка на полимерной основе крепится к кольям (стойкам) на высоте 25 см над уровнем земли. Снегозащитное устройство из сетки должно находиться на расстоянии 60 м от бровки земляного полотна.
ж) Защитные устройства из снега
Большое распространение при защите автомобильных дорог от снежных заносов получили устройства из снега.
Наиболее распространенными видами устройств, создаваемых из снега, являются снежные траншеи.
Траншеи могут применяться как самостоятельное средство защиты — на дорогах IV-V категорий или в сочетании с другими средствами (насаждениями, заборами, щитами), чтобы усилить снегозадерживающее действие и повысить надежность снегозащитных линий на дорогах I, II, III категории.
Первую со стороны дороги траншею при отсутствии других средств защиты размещают не ближе 30 м и не дальше 100 м от бровки земляного полотна. Если траншеи служат дополнительным средством защиты к имеющимся лесополосам, щитам или заборам, то ближайшую к дороге траншею размещают с полевой стороны имеющихся снегозащитных линий на расстоянии 20-30 м от них. Полная снегосборная способность траншей приведена в табл.9.
Таблица 9
Снегосборная способность снежных траншей
| Конструкция защиты | Высота снежного покрова, м | Расстояние между траншеями, м | Ширина траншеи, м | Снегозадерживающая способность, м /м, при глубине траншей, м | |||
| 0,3 | 0,5 | 0,8 | 1,0 | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Одиночная | 0,2 | — | 4 | 2,56 | 4,00 | — | — |
| 0,3 | — | 4 | — | 4,50 | 6,00 | — | |
| 0,5 | — | 4 | — | — | 7,60 | 8,90 | |
| Система из двух траншей | 0,2 | 8,0 | 4 | 6,00 | 8,88 | — | — |
| 0,3 | 8,0 | 4 | — | 10,02 | 14,34 | 17,22 | |
| 0,5 | 8,0 | 4 | — | — | 17,20 | 20,10 | |
| Система из трех траншей | 0,2 | 8,0 | 4 | 9,40 | 13,80 | — | — |
| 0,3 | 8,0 | 4 | — | 15,50 | 22,00 | 26,30 | |
| 0,5 | 8,0 | 4 | — | — | 26,18 | 30,50 | |
| Система из четырех траншей | 0,2 | 8,0 | 4 | 12,88 | 18,64 | — | — |
| 0,3 | 8,0 | 4 | — | 21,06 | 29,70 | 35,46 | |
| 0,5 | 8,0 | 4 | — | — | 35,19 | 40,90 | |
| Система из пяти траншей | 0,2 | 8,0 | 4 | 16,32 | 23,52 | — | — |
| 0,3 | 8,0 | 4 | — | 26,58 | 37,38 | 44,58 | |
| 0,5 | 8,0 | 4 | — | — | 44,10 | 51,30 | |
| Система из шести траншей | 0,2 | 8,0 | 4 | 19,76 | 28,40 | — | — |
| 0,3 | 8,0 | 4 | — | 32,10 | 45,06 | 53,70 | |
| 0,5 | 8,0 | 4 | — | — | 53,06 | 61,70 | |
| Система из семи траншей | 0,2 | 8,0 | 4 | 23,20 | 33,28 | — | — |
| 0,3 | 8,0 | 4 | — | 37,62 | 52,74 | 62,82 | |
| 0,5 | 8,0 | 4 | — | — | 62,02 | 72,10 | |
| Система из восьми траншей | 0,2 | 8,0 | 4 | 26,64 | 38,16 | — | — |
| 0,3 | 8,0 | 4 | — | 43,14 | 60,72 | 71,94 | |
| 0,5 | 8,0 | 4 | — | — | 70,98 | 82,50 | |
| Система из девяти траншей | 0,2 | 8,0 | 4 | 30,08 | 43,04 | — | — |
| 0,3 | 8,0 | 4 | — | 48,66 | 68,10 | 81,06 | |
| 0,5 | 8,0 | 4 | — | — | 79,94 | 92,90 | |
| Система из десяти траншей | 0,2 | 8,0 | 4 | 33,52 | 47,92 | — | — |
| 0,3 | 8,0 | 4 | — | 54,18 | 75,78 | 90,18 | |
| 0,5 | 8,0 | 4 | — | — | 88,90 | 103,3 | |
С целью повышения эффективности работы траншей после заполнения их снегом до половины глубины производят их восстановление по старому следу.
Прокладывать и возобновлять траншеи следует по возможности в тихую, безветренную погоду (в промежутках между метелями) или при слабом ветре, когда перенос снега не препятствует видимости.
При устройстве и возобновлении траншей на прилегающих к дороге полях, занятых озимыми, на дне траншей должен быть оставлен снег слоем около 10 см во избежание вымерзания и повреждения озимых проходящими механизмами. В остальных случаях дно траншеи после прохода механизма должно быть свободным от снега.
Траншеи прочищают до тех пор, пока толщина снегоотложений в них не достигнет 1,0-1,5 м. В этом случае прокладывают новые траншеи параллельно имеющимся на расстоянии 12-15 м от них и на таком же расстоянии друг от друга.
Целесообразные условия применения различных снегозадерживающих устройств приведены в табл.10.
Таблица 10
Целесообразные условия применения различных снегозадерживающих устройств
| Вид защиты | Характеристика | Снегозадерживающая способность, м /м |
| Снегозащитные лесные полосы | Одна | 25-200 |
| Две | 250-300 | |
| Снегозадерживающие заборы | Однорядные | 100-200 |
| Двухрядные | 500-800 | |
| Переносные щиты | Высота 2 м | 30-120 |
| Устройство с изменяющейся просветностью | Один ряд | 20-90 |
| Два ряда | 90-120 | |
| Три ряда | 140-170 | |
| Два ряда с перестановкой | 250-300 | |
| Сетка из полимерных материалов | Высота 2 м | 10-75 |
| Снежные траншеи (валы) | Один ряд | до 10 |
| Два ряда | 10-20 | |
| Четыре ряда | 20-40 | |
| Шесть рядов | 40-60 | |
| Восемь рядов | 50-80 | |
| Десять рядов | 70-100 |
з) Защита дорог в горной местности (лавины)
В горных районах, где выпадает много снега, часто происходят снежные обвалы (лавины) с крутых склонов.
Различают сухие и мокрые лавины. Сухие лавины образуются в периоды морозов. Лавины от мокрого снега образуются весной или во время сильных оттепелей.
По характеру движения снежной массы различают три типа лавин:
осовы, при которых вся масса снега на склоне равномерно смещается по склону без строго фиксированного русла;
лотковые лавины, при которых снег со снегосборного бассейна скользит по логу (каналу стока);
прыгающие лавины, которые вначале смещаются по каналу стока, а затем, когда он образует горизонтальную площадку или уклон его увеличивается, слетают с уступа и обрушиваются на дно долины.
Основными причинами, вызывающими сход лавин, являются:
спокойные снегопады и снегопады с ветром, приводящие к накоплению снега на лавиноопасных участках;
постоянно протекающий внутри снежной толщи процесс перекристаллизации, в результате которого в нижней части появляются слабо связанные между собой частицы снега, что приводит к обрушению всего слоя снега;
наступившая оттепель.
При изысканиях горных дорог необходимо установить участки, опасные в отношении снежных обвалов. Наиболее опасны в отношении лавинообразования склоны с крутизной 20-45°, на которых может накапливаться большое количество снега, постепенно приходящего в неустойчивое состояние. На крутых склонах с уклоном более 60° больших накоплений снега не бывает, так как он осыпается постепенно.
При сходе лавин несколько раз в год лавинные лотки четко выработаны, отсутствуют травяной покров и кустарники. В местах конусов выноса лавин снег сохраняется до июня — конца июля, здесь появляется влаголюбивая растительность.
Если лавины повторяются один раз в несколько лет, на склонах развивается угнетенный стелющийся кустарник и сохраняются поваленные и сильно наклоненные тонкоствольные деревья лиственных пород с вертикальными ветками.
Если лавины образуются редко, 1 раз в несколько лет, в лавинных лотках и на верхней части конусов выноса может развиваться лиственный лес со следами повреждений.
При изысканиях дорог следует избегать пересечения дорогой лавиноопасных мест. Если обойти лавиноопасное место не представляется возможным, дорогу располагают:
над дном долины на такой высоте, чтобы ее не закрывали завалы от скатывающихся лавин;
или дорогу следует прокладывать через участки каналов стока, где легче всего построить снегозащитные галереи и они будут иметь наименьшую длину.
Дорожно-эксплуатационные организации должны иметь перечень участков дорог, на которых когда-либо были зарегистрированы лавины. Для чего ведется специальный журнал регистрации схода лавин с указанием года, месяца и числа их схода, места схода, примерной толщи отложений снега над дорогой и на дороге, если лавина ее достигла.
На лавиноопасных участках, в зависимости от местных условий, осуществляют защиту дорог от лавин следующими способами:
пропуск лавин над или под защищаемым объектом;
искусственное обрушение снега на лавиноопасных участках;
уменьшение накопления снега в лавиносборных бассейнах;
удержание снега на склонах, не допуская его соскальзывания;
отвод лавин в сторону от объекта.
На участках дорог с интенсивным движением лавины пропускают над защищаемым объектом, для чего сооружают железобетонные или каменные галереи и навесы.
Если условия данного участка не позволяют пропустить лавину под дорогой (узкие, глубокие ущелья), тогда следует на данном участке строить закрытую галерею, типа тоннеля, и лавина до момента таяния остается над этой галереей.
Галереи и навесы являются дорогими сооружениями и должны строиться по специальным проектам.
Если сразу нельзя построить долговременное сооружение на участках, где наблюдаются осовы, допускается постройка деревянных навесов. На участках с лотковыми и прыгающими лавинами деревянные навесы не устраивают.
На участках с небольшой интенсивностью движения, где допустима задержка движения, разрешается искусственный сброс лавин с временным закрытием движения и последующей уборкой снега. Такой сброс целесообразнее всего производить обстрелом из минометов.
Накопление снега в лавиносборных бассейнах предупреждают установкой сплошных щитов, каменных стен, железобетонных заборов, террас, надолбов, канав, рвов, плетней и других преград, которые задерживают снег на подходах к лавиносбору. Все эти снегозадерживающие устройства располагаются таким образом, чтобы задержать снег на подступах к лавиносборам и не допустить его переноса в лавиносборные бассейны.
Под защитой этих сооружений выращивают крупные, способные произрастать в данном месте деревья.
Надолбы делают из бревен диаметром 15-20 см и длиной около 2 м. Их зарывают в землю вертикально на глубину 50-60 см в шахматном порядке на расстоянии 1 м друг от друга и соединяют проволокой в секции по 10 штук. Каждую секцию крепят оттяжками к скалам. Если грунт не позволяет врыть надолбы, ставят пирамиды из бревен, связанные проволокой. Пирамиды размещают также в шахматном порядке на расстоянии 2 м одна от другой и заваливают у основания камнем.
Плетневые изгороди делают высотой 1,5 м в виде секций длиной по 10 м, размещая их на склоне в шахматном порядке. Вместо плетневых изгородей можно использовать проволочные сетки, натянутые на колья.
Щиты для удержания снега на склонах делают высотой до 3,5 м из досок толщиной 70 мм и устанавливают на рельсовых опорах. Расстояние между опорами 2,5-3,0 м. Глубина заложения опор определяется расчетом. На крутых склонах щиты следует дополнительно закреплять оттяжками.
Отвод лавин в сторону от защищаемого объекта осуществляют при помощи лавинорезов — бетонных или каменных треугольных дамб, обращенных своим режущим ребром навстречу лавине. Лавинорезы строят по специальным проектам.
Страницы: 1 | 2 | 3 | 4
Способы защиты от снежных заносов, виды снегозадерживающих устройств
Под снегозаносимостъю понимают подверженность дорог образованию снежных заносов. Количественной характеристикой снегозаноси-мости является отношение объема снега, отложившегося на дорожном полотне, к общему количеству снега, принесенного метелями к дороге.
Снег из снеговетрового потока выпадает там, где по каким-либо причинам снижается скорость потока и уменьшается транспортирующая способность в приземном слое. Если скорость потока перед преградой и1; а за преградой v2, причем vx > v2, то уменьшение транспортирующей способности насыщенной метели за преградой
(10.9)
Эта часть переносимого снега выпадает из потока около преграды. Чем сильнее тормозится ветер над насыпью, выемкой или у какой-либо преграды, тем вероятнее отложение снега. На принципе замедления скорости и уменьшения транспортирующей способности снеговетрового потока основана работа снегозадерживающих устройств.
Главнейшим фактором, от которого зависит снегозаносимость дороги, является ее поперечный профиль. Чтобы обеспечить снегонезаносимость дороги, необходимо выполнить два основных требования к поперечному профилю: земляное полотно должно быть аэродинамически обтекаемым для ветра без образования вихревых зон; скорость ветра над всей поверхностью дороги должна быть достаточной для сдувания попадающего на нее снега. Возникающие около земляного полотна или преград зоны завихрения оказывают тормозящее действие на движение приземного слоя снеговетрового потока и способствуют увеличению снежных отложений. Дорога представляет собой препятствие, у которого возникает зона затишья, называемая ветровой и аэродинамической тенью.
Любые препятствия и неровности на поверхности земляного полотна и проезжей части могут вызвать снежные отложения. Поэтому нельзя допускать неправильной снегоочистки. Наличие снежных валов, колей, несвоевременное удаление снегопадных отложений, применение снегоочистителей с малой дальностью отбрасывания ухудшают обтекаемость
дороги и усиливают ее снегозаносимость. Движущийся поток автомобилей по дороге во время метели также способствует снегоотложениям. По степени заносимости все участки делят на снегонезаносимые и снегозаносимые. К снегонезаносимым относят участки, пересекающие лесные массивы, а также сады и кустарники, если их ширина не менее 100-250 м с каждой стороны дороги; выемки глубже 8,5 м при годовом снегоприносе до 100 м3 на 1 м дороги; участки, пересекающие крупные населенные пункты с застройкой по обеим сторонам дороги; насыпи высотой не меньше требуемой по снегозаносимости.
Снегозаносимые участки делят на три категории: слабозаносимые — насыпи, высота которых равна или больше толщины снежного покрова Нп, но не больше высоты снегонезаносимой насыпи Ни; насыпи с барьерами безопасности; пересечения в одном уровне; среднезаносимые — раскрытые выемки; полувыемки-полунасыпи; нулевые места и невысокие насыпи (ниже НП); пересечения в разных уровнях; участки, проходящие через небольшие населенные пункты в районах с интенсивными общими метелями; сильнозаносимые — нераскрытые выемки, подветренный откос которых не может вместить снег, приносимый метелями и выпадающий при снегопадах; все выемки на кривых в плане.
Способы защиты дорог от снежных заносов.Заносимые участки можно защитить от снежных заносов тремя путями: задержать переносимый метелью снег на подступах к дороге и вызвать образование снежных отложений на безопасном расстоянии или в заранее подготовленном месте; увеличить скорость снеговетрового потока над дорогой и предотвратить снежные отложения на дороге; полностью укрыть дорогу от снега с помощью специальных сооружений.
Практическое использование получили два первых способа. Строительство сооружений, полностью защищающих дорогу от попадания снега, кроме противолавинных галерей, еще только начинает находить применение в мировой практике. По продолжительности службы все снегозащитные сооружения и устройства делят на постоянные и временные.
К постоянным относят средства защиты, которые устраивают при строительстве, реконструкции или ремонте дороги на весь срок ее службы: снегозащитные лесонасаждения, совершенствование форм и параметров земляного полотна, аккумуляционные полки в выемках; железобетонные или деревянные снегозадерживающие и снегопередувающие заборы; навесы, галереи и т.д.
К временным относят средства защиты, которые ежегодно устраивают или устанавливают осенью или вначале зимы: снежные валы и снежные траншеи; деревянные переносные щиты; сетки, полотна и ленты из полимерных или бумажных материалов и др.
По принципу работы снегозадерживающие устройства могут быть разделены на две группы: работающие как сплошные (глухие) преграды и как преграды с просветами (решетчатые). Снегогасящие свойства преград характеризуют проницаемостью и просветностью. Проницаемость преграды оценивают коэффициентом r = v1/v2(где vx-средняя скорость ветра за преградой; v2—
к преграде).
Просветность оценивают коэффициентом р = S1/S2, где S1-площадь просветов; S2 — общая площадь преграды (для сплошных преград р = 0 и г = 0).
Большое влияние на работу снегозадерживающих преград оказывают вихревые зоны, возникающие около препятствий при прохождении ветрового потока. Обратные течения воздуха в вихревых зонах сгоняют снег к преграде, которая заносится с образованием обтекаемой поверхности отложившегося снега. За сплошной преградой формируется мощная вихревая зона (рис. 10.2).
При просветности 0,4-0,5 эта зона практически отсутствует, а снежный вал за преградой растянут значительно больше, чем за сплошным забором.
У сплошных преград снег сначала откладывается с наветренной стороны. Достигнув высоты вала, равной 2/з Н, снег начинает откладываться с подветренной стороны. Когда высота отложений достигнет высоты преграды (преграда зарабатывается), поток свободно обтекает препятствие. Откосы с наветреной стороны имеют крутизну 1:5-1:8, с подветрен-ной-1:8-1:10.
У преграды с просветностью снег вначале задерживается в виде слоя высотой до 15 см с наветренной стороны.
Далее снеговетровой поток, проходя с повышенной скоростью через просветы, проносит снег за преграду, где скорость ветра внезапно снижается и возникают отложения. В дальнейшем происходит одновременное образование снежного вала с обеих сторон до полной заработки преграды, при которой крутизна откосов с наветренной стороны составляет 1:8-1:10, а с подветренной — 1:9-1:12. Поскольку длина отложений у преград с просветами больше, чем у сплошных преград, они задерживают- больше снега. Объем снегоотложений при полной заработке преграды называют снегоемкостью защиты. Ее можно определить по приближенной формуле (м3/м)
W=(1 n)H2, (10.10)
где п- коэффициент (для сплошных преград равен 7-9, для преград с просветностью — 8-12).
Исследования проф. А. К. Дюнина и канд. техн. наук Г. В. Бялобжеского показали, что оптимальные снегозадерживающие устройства должны быть проницавшими без завихренных зон c просветностью 0,4-0,5. Расстояние от снегозащитных преград до дороги не должно быть меньше 15 Я, иначе шлейфы отложений достигнут дороги.
Постоянные снегозащитные средстваи сооружения.Самым надежным и экономичным постоянным средством снегозащиты являются снегозащитные лесонасаждения — основной вид защиты автомобильных и железных дорог от снежных заносов. Однако и они обладают рядом недостатков: для их размещения вдоль дорог необходимы значительные земельные площади; лесные насаждения медленно растут и вступают в работу; они требуют постоянного ухода.
Совершенствование формы и размеров земляного полотна.Одна из причин образования снежных заносов — нарушение требований снегозаносимости к параметрам и форме земляного полотна на стадии проектирования или отступления от проектных решений при строительстве; особенно часто эти нарушения и отступления встречаются на участках выемок, поэтому служба эксплуатации дорог в процессе ремонта выполняет работы по приданию земляному полотну обтекаемого профиля, уполаживанию откосов, поднятию насыпей и др.
Главными мерами, обеспечивающими незаносимость насыпей, являются подъем земляного полотна до незаносимой отметки и придание поперечному профилю дороги очертания, обтекаемого для снеговетрового потока. Высота незаносимой насыпи (м)
НН = НП ΔН, (10.11)
Нп — расчетная высота снежного покрова с вероятностью превышения 5%, м;
ΔН — возвышение над снежным покровом, обеспечивающее незаносимость насыпи, м (принимают по СНиП 2.05.02-85).
Для улучшения обтекания земляного полотна снеговетровым потоком особенно на пересечениях дорог следует по возможности уменьшать число ограждений, ориентирующих столбиков и других препятствий, которые могут задерживать снег, переносимый метелью. На участках выемок чаще всего уполаживают откосы, устраивают аккумуляционные полки или полости. При этом исходят из того, что выемки с крутыми откосами незаносимы, если объем снегоприноса к дороге меньше объема снега, который может разместиться на подветренном откосе выемки. Условие незаносимости выемок с крутыми откосами (м3/м)
Wот≥Wi Wп, (10.12)
Wt —объем снега, попадающего на откос при снегопадах, м3/м;
Wn—объем снега, поступающего к откосу с поля, м3/м.
Обычно в выемках глубиной от 1 до 6 м откосы уполаживают от 1:4 до 1:6. Чтобы обеспечить незаносимость выемок глубиной до 1 м, их раскрывают или разделывают под насыпь.
Исследования канд. техн. наук Е. П. Андрулиониса показывают, что в начале зимы, когда поперечный профиль раскрытых выемок не искажен отложениями, значительная часть переносимого метелями снега действительно проносится через выемки. Однако в процессе очистки поперечный профиль раскрытых выемок неизбежно искажается и количество задерживающегося в них снега быстро растет, пока пронос не прекращается полностью. С этого времени раскрытые выемки превращаются в сильно заносимые. По указанным причинам такие выемки везде ограждают средствами снегозащиты. В процессе ремонта рекомендуется доводить параметры выемок до следующих профилей:
профиль 1 -раскрытая выемка глубиной до 1 м. Откосы таких выемок разрешается запахивать, причем уклон их назначается от 1:7 до 1:10. Выемки с таким профилем должны ограждаться снегозащитой;
профиль 2-выемка с крутыми откосами. Их устраивают при глубине более 1 м в любой местности, кроме случаев, для которых целесообразен профиль 3. Если объем снегоприноса больше снегоемкости неветренного откоса, выемки с таким профилем надо ограждать снегозащитой;
профиль 3- выемка глубиной до 6 м с дополнительной полкой для проезда снегоочистителей и глухой преградой переменной высоты (рис. 10.3)
.
Рекомендуется для участков с особенно ценными сельскохозяйственными землями, где экономически нецелесообразно размещать на полях вдоль дорог снегозащитные устройства постоянного типа или насаждения. В таких выемках с обеих сторон (или с одной, если метелевые ветры имеют устойчивое одностороннее направление) устраивают полки-резервы шириной 4 м и более. Такие полки называют аккумуляционными. Размеры их назначают так, чтобы снег, приносимый за наиболее интенсивную метель, разместился в пределах полок и откосов, а его отложения не выходили за проезжую часть [5, 18].
После метели снег из пределов полок удаляют роторными снегоочистителями.
Снегоемкость откосов выемки уменьшается по направлению от наиболее глубокого места к входам и выемку. Чтобы избежать уменьшения снегоемкости откосов, грунт, полученный при разработке выемки, отсыпают в виде кавальеров, высота которых нарастает по направлению к входам в выемку (рис. 10.4).
Участки дорог, где нельзя уменьшить снегозаносимость совершенствованием форм земляного полотна, защищают от снежных заносов лесонасаждениями, заборами или другими средствами. Надежным средством защиты дорог от снежных заносов являются высокие снегозадерживающие заборы: двухпанельные с просветностью решетки 50% и однопанельные с просветностью решетки до 70% (рис. 10.5).
Однопанельные заборы в основном применяют для вторых и третьих рядов многорядных линий заборов, двухпанельные — при устройстве заборов в один ряд или в ближайшем к дороге ряду многорядных линий заборов. Заборы бывают из дерева или сборные из железобетона.
В зависимости от направления господствующих метелевых ветров и рельефа местности заборы устанавливают на расстоянии h = (15 ÷25) Н3 от дороги (где Н3—высота забора). Высоту забора определяют исходя из объема снегоприноса к дороге (м)
(10.13)
Где Wc.д.— объем снегоприноса, м3/м, из расчета 7% обеспеченности;
Нп – средняя многолетняя наибольшая высота снежного покрова в данной местности, м.
Заборы выше 5 м по технико-экономическим соображениям делать не рекомендуется. Если по расчету требуется большая высота, то устраивают два, три и более рядов заборов. Общая снегосборная способность заборов, поставленных в несколько рядов (м3/м),
W3 = 0,8 ( n-1) Нзl 8H32, (10.14)
где n -число рядов заборов; H3—высота забора, м; l-расстояние между рядами заборов, м, которое следует принимать равными ЗОH.
Заборы снегопередуеающего действия (рис. 10.6) составляют особую группу снегозащитных устройств.
Их работа основана на увеличении скорости снеговетрового потока в момент прохождения над дорогой, что предотвращает образование на ней снежных отложений. Заборы снегопередувающего действия рекомендуются при одновременном соблюдении следующих условий: господствующие ветры направлены под постоянным углом от 50 до 90° к оси дороги; сухой и легкоподвижный снег; объем снегопереноса более 300-350 м3/м.
Защищать заборами снегопередувающего действия можно выемки глубиной до 5 м, низкие насыпи и нулевые места. Для защиты полувыемок-полунасыпей заборы снегопередувающего действия следует применять, если уклон косогора не превышает 45°. Заборы снегопередувающего действия могут быть из дерева или сборные из железобетона и керамзитбетона.
Снегоизолирующие постоянные сооружения (рис. 10.7) предназначены для полной защиты дороги от снегопадов и метелей.
Конструктивно такая снегозащита выполняется в виде галерей в горных районах. Для защиты от метелей и снегопадов можно устраивать легкие ограждающие конструкции на наиболее опасных по снегозаносимости участках в виде навесов из полиэтиленовых пленок, надувных навесов или других легких материалов и конструкций.
Временные снегозадерживающие устройства.Простейшие из них снежные стенки или валы высотой 0,5-0,8 м, которые устраивают снегособирателями (риджерами). Лучше работают стенки с разрывами или из отдельных столбов и пирамид. Снежные валы можно устраивать, когда толщина снегового покрова не менее 20 см.
Наиболее распространенным видом защитных устройств из снега являются траншеи, которые выкатывают с помощью двухотвальных снегоочистителей или бульдозеров. Снегосборная способность траншеи при глубине 1,5 м и ширине 3-4 м, . создаваемой за один проход двух-отвального тракторного снегоочистителя, составляет около 12 м3/м. Снегозащитные траншеи прокладывают в несколько рядов параллельно дороге. Число траншей, которое необходимо одновременно иметь для надежной защиты дороги, зависит от объема снегоприноса:
Объем снегоприноса до 100 м3/м траншей не менее 3
Объем снегоприноса до 200 м3/м траншей не менее 4
Объем снегоприноса >200 траншей не менее 5
Оптимальное расстояние между осями соседних траншей составляет 12-15 м. Ближайшая траншея должна быть расположена от дороги не
ближе 30 м и не дальше 100 м. После заполнения траншей снегом до половины глубины их прочищают машинами. Когда толщина снегоотложений в траншеях достигнет 1,0-1,5 м, их не возобновляют, а на расстояниях 12-15 м от старых траншей прокладывают новые.
Переносные деревянные щиты — маневренное средство снегозащиты — могут применяться в качестве самостоятельного средства защиты дорог от снежных заносов и как средство усиления посадок или заборов. Значительно меньше заносятся снегом щиты с неравномерно распределенным заполнителем, при котором решетка сгущена в верхней части и разрежена в нижней.
Применяются четыре типа щитов с разреженной нижней частью (рис. 10.8):
Тип I -щиты высотой 2 м с общей просветностью 50%, просветностью нижней половины 60%, верхней-40%;
тип II-щиты высотой 1,5 м с общей просветностью 50%, просветностью нижней половины 60%, верх-ней-40%;
тип III-щиты высотой 2 м с общей просветностью 60%, просветностью нижней части 70%, верхней-50%;
тип IY-щиты высотой 1,»5 м с общей просветностью 60%, просвет-ностью нижней части 70%, верхней-50%.
Щиты типа I применяют в районах с объемом снегопереноса более 100 м3/м и скоростью ветра более 20 м/с; щиты типа II — врайонах с объемом снегопереноса менее 100 м3/м и скоростью ветра более 20 м/с; щиты типа III — при объеме снегопереноса более 100 м /м в районах со скоростью ветра менее 20 м/с; щиты типа IY — при объеме снегопереноса менее 100 м3/м в районах со скоростью ветра менее 20 м/с.
Наряду с деревянными снегозащитными устройствами начинают использовать щиты из пластмассовых материалов. Щиты привязывают к кольям. Расстояние от дороги до щита назначают равным 15-20 высотам щита, между рядами в многорядных щитовых линиях, равным 25-30 высотам щита.
Щитовые линии в один -три и более рядов обычно располагают параллельно дороге, если преобладают косые ветры (дующие под острыми углами к дороге), рекомендуется ставить короткие звенья щитов перпендикулярно к основной щитовой линии с таким расчетом, чтобы концы этих звеньев подходили к дороге не ближе чем на 10-15 м.
По мере отработки щиты переставляют на вершину образующегося около них снежного вала. Перестановку нужно производить, когда высота вала составит от 2/з до 3/4 высоты щита.
При объемах снегоприноса до 75 мэ/м можно применять временные пространственные снегозащитные средства, предложенные канд. техн. наук В. А. Коломийцем. Они могут иметь рулонное или листовое заполнение (рис. 10.9).
Их устанавливают параллельно оси дороги на расстоянии ЗОН от бровки земляного полотна.
В зарубежной практике широкое применение находит сетка на полимерной основе, которая крепится к кольям (стойкам) на высоте 30 см над уровнем земли. Снегозащитное устройство из сетки должно находиться на расстоянии 60 м от бровки земляного полотна защищаемой дороги. Рекомендуемая просветность сетки 55%, размер ячеек 30 х 30 мм и перемычек 10 мм при ширине рулона 1300-1500 мм. Для удобства эксплуатации рекомендуются рулоны длиной 20-30 м.
Эффективны снегозадерживающие заборы (рис. 10.10),
просветность которых непрерывно изменяется в зависимости от скорости ветра, позволяя значительно увеличить объем задерживаемого снега. Конструкция такого забора разработана в Гипродорнии.
Комплексная снегозащита дорог. Широко применяется комплекс временных и постоянных средств защиты дорог от снежных заносов. Общая снегоемкость комплексной снегозащиты
(10.15)
W=WBP Wnoc,
где Wвp-суммарная снегоемкость временной снегозащиты; Wnoc— суммарная снегоемкость постоянной снегозащиты.
Простейший вид комплексной защиты — сочетание снежных валов и траншей с переносными решетчатыми щитами. При неоднократной перестановке щитов и устройстве траншей за зиму это позволяет задерживать до 200 м3/м. Некоторые варианты комплексной снегозащиты из простейших средств приведены в табл. 10.4.
Оптимальный комплекс средств защиты определяют на основе расчета общей (абсолютной) и сравнительной экономической эффективности.
§
Снегозащитные насаждения являются наиболее надежным экономичным и долговечным методом постоянной снегозащиты. К их недостаткам относят : размещение на значительных земельных площадях вдоль дорог, длительный срок посадки до включения в полную работу, необходимость постоянного ухода.
Различают снегозащитные насаждения в виде одно и двухрядных живых изгородей, многорядных лесных полос и кулисных лесонасаждений.
Живые изгороди – это одно или двухрядные густые посадки высотой 2-3 метра работающие по принципу плоской просветной преграды. Живые изгороди создают из одной породы кустарников или низкорослых деревьев, которые легко переносят стрижку для придания ряду кустарников определенной формы. Таких например как боярышник, акация, сирень, можжевельник и др.
При болшом протяжении живой изгороди через некоторый промежуток одну породу кустарников или деревьев заменяют другой, чтобы избежать массового поражения грибковыми заболеваниями или вредными насекомыми, а так же монотонного вида изгороди.
Различают живые изгороди однополосные однорядные, однополосные двухрядные и двухполосные четырехрядные.
Канд. Техн. Наук В.А. ПастернАЦКИЙ разработал схемы снегозадерживающих еловых изгородей снегоемкостью от 50 до 150 м3/пог. М (см рис1) Опыт эксплуатации показал их высокую эффективность. Посадка изгородей осуществляется саженцами ели с комом земли. Высота саженцев 0,8-1м. Изгороди создаются по изреженной схеме: расстояние между рядами 3м, между саженцами в ряду 1,5м.
Рис1. Схемы снегозадерживающих еловых изгородей
Этот способ посадки еловых изгородей позволил в 1,5-2 раза снизить затраты на устройство таких защит, улучшить их аэродинамические свойства и механзировать уход за насаждениями. Применение саженцев высотой 0,8-1 м на 7-8 лет ускоряет срок вступления изгородей в работу по снегозадержанию. При размещении изгородей на расстоянии 30-35 м от бровки ЗП полностью используется снегоемкость еловых защит и исключается угроза отложения шлейфа вала, задержанного изгородью, на дорогу.
Снегоемкость однополосных живых изгородей из кустарников:
Qп=7H2,м3/пог.м.
Снегоемкость однополосных двурядных изгородей:
Qп=7H2, 0,8H*b м3/пог.м., где
Н-высота деревьев,м;
b- расстояние между рядами, равно 2-3 м.
Опыт показывает, что практически снегоемкость однорядных живых изгородей составляет 25-40 м3/пог.м, двухрядных около 50 м3/пог.м и двухполосных четырехрядных до 100м3/пог.м.
Надежность работы любого снегозащитного насаждения N определяют отношением его снегоемкости (Qп м3/пог. м) к максимальному объему снегоприноса к ограждаемой стороне дороги (Wсд м3/пог. м), то есть:
N=Qg/Wсд
При N>1 участок дороги считается полностью защищенным от снежных заносов.
Снегозащитная лесная полоса представляет собой объемную преграду для снеговетрового потока, состоящую из нескольки рядов деревьев и двурядной кустарниковой опушки, размещенной параллельно дороги на определенном расстоянии. Лесные полосы формируют из нескольких видов растений: низких кустарников высотой до 2 м; высоких кустарников высотой до 4 м; низкокронных деревьев высотой до 15м; высококронных деревьев высотой до 25м. Общее число рядов
В лесной полосе состовляет от4 до 9 рядов
По законам аэродинамики в поперечном профиле лесная полоса должна быть обтекаемой, с наружной (наветренной) стороны высота деревьев плавно увеличивается, с внутренней (подветренной) стороны высота деревьев резко уменьшается.
Снегозадерживающая способность и снегоемкость зависят от ширины лесополос и высоты деревьев. Чем выше деревья и больше их плотность тем больше отлагается снега в лесополосе. Однако при снежных отложениях более 2,5 м в лесополосах деревья и кустарник начинают ломаться под тяжестью снега. С увеличением рядов деревьев возрастает объем отложений снега непосредственно в лесополосе и в подветренном шлейфе. Чтобы полностью задержать снег приносимый к дороге Wсд лесополоса должна иметь ширину:
B=Wсд/hср-8*hср, м, где
hср – средняя высота снегоотложений в лесополосе, принимаемая от 1 до 2,5м.
Расстояния от бровки ЗП до придорожной лесной полосы определяют в зависимости от объема снегоприноса
L=20 0,25*Wсд
Правильный выбор расстояния от бровки ЗП до лесополосы имеет особое значение. Если это расстояние меньше чем длина снежного шлейфа, дорога будет занесена снегом при метели большой интенсивности. Удаление многорядных посадок от дороги на большое расстояние приводит к не эффективному использованию земель.
Расстояние между рядами деревьев и кустарников в лесной полосе должно быть одинаковым и в благоприятных лесорастительных условиях принимается в размере 2,5 м, а в тяжелых условиях 3-3,5 м. Расстояние между растениями в ряду кустарников допускается в пределах 0,5-1м; в ряду деревьев 1-2м. При большой длине снегозащитной лесной полосы расположенной на с/х угодьях, необходимо устраивать технологические разрывы (по 10-15м) через каждые 800-1000м для прохода с/х машин.
Типовые схемы снегозащитных насаждений рекомендуемые для применения на а/д при объеме снегоприноса до 250 м3/м показаны на рисунке2. При объеме снегоприноса до 25м3/м применяется двухрядная посадка в виде живой изгороди. При больших объемах снегоприноса применяют лесные полосы со следующим числом рядов: при снегоприносе до 50м3/м — четырех рядные; до 75 м3/м – пятирядные; до 100м3/м — шестирядные; до 125м3/м – семирядные; до 150 м3/м – восьмирядные; до 200 м3/м – девятирядные; до 250м3/м – две шестирядных полосы с разрывом между ними. В каждой лесной полосе первый ряд со стороны поля создается из низких кустарников, второй ряд из высоких кустарников, остальные ряды из древесных пород.
При объеме снегоприноса до 350м3/м и до 500м3/м Казанский филиал Союздорнии рекомендует применять (соответственно) двухполосные и трехполосные снегозащитные насаждения с увеличенными межполосными разрывами и расстоянии от дороги. Рекомендуемые значения расстояний и число рядов деревьев и кустарников показаны на рисунке3.
Конструкция полосы определяется типовой схемой снегозащитных насаждений (см рис2) на основе которой выбирается рабочая схема полосы для кждого конкретного случая. Рабочую схему составляет проектная организация. Она определяет состав древесных и кустарниковых пород, их размещение по рядам, а так же количество рядов, ширину междурядий и размещение растений в рядах.
Рис.2 Типовые схемы снегозащитных лесных насаждений вдоль автомобильных дорог при объеме снегоприноса (м3/м): а)-до25; б) – до 50; в) – до 75; г) – до 100; д) – до 125; е) – до 150; ж) – до 200; з) – до 250
Рис.3 Схемы снегозащитных насаждений при объеме снегоприноса до: а) – 350м3/м; б) – 500м3/м
Расстояние от бровки ЗП до придорожной снегозащитной полосы, ширина лесных полос и величина разрывов между полосами при объемах снегоприноса до 250 м3/м опредеяется по рисунку 2 и таблице 1
В связи с возможностью переноса снега под углом по отношению к оси дороги снегозащитные полосы устраивают длиннее защищаемого участка на 50-100м. В условиях снегоприноса более 100м3/м эта величина должна быть обоснована расчетом для ветров под углом более 30 градусов с учетом расстояния между полосой и защищаемым участком дороги.
Для обеспечения видимости на пересечениях и примыканиях а/д в одном уровне снегозащитные полосы размещают в соответствии с рисунком 4. Расчетные расстояния видимости поверхности дороги Lα, Lg должны соответствовать расчетным скоростям движения на пересекающихся дорогах и принимаются по таблице 2, а ширина примыкающей к дороге полосы, обеспечивающая боковую видимость Lδ должна составлять 25 м (от кромки проезжей части) для дорог I-III категорий и 15м для IV и V категорий.
Таблица1
Рис. 4 Схема расположения лесных полос для обеспечения видимости на пересечениях а/д.
Подбор древесных и кустарниковых пород осуществляют с учетом их снегозащитных свойств, биологических особенностей, а так же лесорастительных условий местности. Из этих свойств наиболее важным являются густое ветвление и плотность крон в зимнее время, неподверженность снеголому, интенсивное возобновление побегов после рубки и обрезки, хорошее порослевое возобновление, быстрый рост в первые годы посадки. Вместе с тем следует учитывать солевыносливость и газоустойчивость подбираемых пород.
§
Очистка дорог от снега. Различают следующие виды снегоочистительных работ: патрульная очистка; удаление валов; расчистка снегопадных отложений и снежных заносов небольшой толщины; расчистка снежных заносов значительной толщины; расчистка лавинных завалов.
Патрульная снегоочистка — систематическое удаление снега с проезжей части в течение снегопада или метели путем непрерывного патрулирования. Цель такой очистки — не дать снегу накопиться на проезжей части. Патрульную очистку необходимо начинать дежурными снегоочистительными машинами сразу с начала снегопада. Если ее начинать с опозданием, то рыхлый снег под колесами автомобилей превращается в накатанный слой, практически не снимаемый при патрульной очистке.
Снегоочистительные машины должны работать на скорости не менее 30—35 км/ч с целью повышения производительности и дальности отбрасывания снега за пределы дорожного полотна. Слой выпадаемого снега толщиной до 3-5 см снегоочистительные машины сбрасывают на расстояние l от центра очистки в зависимости от скрости движения.
V, км/ч …. 30 35 40 45 50 60
/, м…. .6,7 9,2 10,2 12,1 12,8 17,0
Однако скорость ограничивается толщиной слоя. С увеличением толщины слоя снега на проезжей части от 0,1 до 0,3 м скорость снегоочистительных машин снижается с 50 до 35 км/ч. Для патрульной снегоочистки применяют в основном одноотвальные автомобильные снегоочистители.
При патрульной снегоочистке необходимо обеспечивать расчистку cразу полосы движения, для этого работает отряд машин, которые движутся в одном направлении в 30- 60 м друг от друга и с перекрытием следа на 0,3-0,5 м. За один проход снег смещается со всей полосы движения.
Таблица 10.4
Двухполосные дороги при отсутствии сильного бокового ветра расчищают от оси к обочинам (рис. 10.11) последовательными круговыми проходами одноотвальных снегоочистителей от наветренной обочины к подветренной.
При этой технологии необходимы очистители с поворотным отвалом, который в конце захватки переставляют., В местности с интенсивными метелями, где на дорогах регулярно образуются снежные косы и переметы, в отряд включают двухотвальный плужный снегоочиститель, который идет посередине дороги, пробивая косы и переметы, а идущие за ним одноотвальные снегоочистители сдвигают снег к обочинам, расчищая дорогу на полную ширину.
Снежные валы удаляют с помощью роторных снегоочистителей. Если валы сдвинуты на кюветы, для их удаления применяют роторные снегоочистители на гусеничном ходу или валоразбрасыватели с выносным рабочим органом. При отсутствии таких машин для удаления валов, расположенных над кюветами, применяют автогрейдеры или универсальные бульдозеры в комплекте с роторными снегоочистителями на колесном ходу: автогрейдер сдвигает снег из вала на дорожное полотно, а роторный снегоочиститель отбрасывает его в сторону.
При удалении снежных валов сигнальные столбики и ограждения, установленные на обочинах, создают препятствия для перемещения машин. Снег в таких местах можно убрать в сторону откоса специальным навесным оборудованием. Для беспрепятственного движения снегоочистительных машин при уборке снега с обочин необходимо устанавливать сигнальные столбики с отгибами (см. гл. 14).
Для ликвидации снежных заносов применяют весь комплекс снегоочистительных машин. Снежные заносы небольшой толщины (0,2-0,3 м) расчищают плужными автомобильными снегоочистителями, которые работают вместе с роторным снегоочистителем, следующим за отрядом плужных снегоочистителей, удаляя создаваемые ими снежные валы. При заносах средней толщины (до 1 м) применяют двухотвальные и роторные снегоочистители. Первый проход осуществляет двухотвальный плужный тракторный снегоочиститель, расчищая полосу на 3,5 м и обеспечивая проезд автомобилей в одну сторону. Вслед за плужным движется роторный снегоочиститель и убирает снег из образовавшегося вала, одновременно расширяя полосу проезда. За второй проход двухотвальный плужный снегоочиститель расширяет полосу одной стороной отвала до ширины, необходимой для двустороннего проезда транспортных средств.
Расчистка заносов большой толщины (более 1 м) выполняют бульдозерами с поворотным отвалом. Они последовательными проходами перемещают снег к обочине, откуда роторными снегоочистителями перебрасывается за пределы полотна. При отсутствии снегоочистителей
применяют бульдозеры с неповоротным отвалом, которые расчищают снежные отложения поочередными проходами в одну и другую сторону от дороги под острым углом к ее оси. Снег сдвигают на 15-20 м от бровки земляного полотна.
При очень больших заносах, когда проезжая часть полностью занесена снегом слоем 2-3 м и более, для расчистки можно использовать лишь фрезерно-роторные снегоочистители на шасси трактора. Они могут последовательными проходами расчищать самостоятельно полосы по ярусам высотой, определяемой рабочим органом-(до 1,2 м). Вначале расчищают траншею для однопутного движения и примерно через каждые 0,5 м устраивают объезды. Далее траншею уширяют до двухпутного движения. Для очистки пересечений в одном и разных уровнях необходимо составлять специальные схемы движения снегоочистительных машин.
Занесенные выемки при большой толщине отложений (более 2 м) расчищают роторными снегоочистителями на гусеничном ходу; снег удаляют послойно последовательными проходами вдоль выемки (рис. 10.12).
Если отсутствуют роторные снегоочистители на гусеничном ходу, снежные отложения в выемке разрабатывают бульдозерами совместно с роторными снегоочистителями на шасси автомобиля. Снежные завалы, образуемые лавинами на дорогах в горной местности, расчищают различными способами (см. п. 13.2).
Особенности зимнего содержания автомобильных магистралей. Значительная ширина земляного полотна, наличие разделительной полосы, большого числа различных обустройств дороги и плотный многорядный транспортный поток создают помехи для переноса снега, способствуют его отложениям на дороге и усложняют организацию очистки автомобильной магистрали от снега и ликвидации гололеда. Существенные трудности возникают при зимнем содержании автомобильных магистралей многополосных или имеющих несколько разделительных полос, которые являются препятствием для переноса снега и способствуют его отложению на проезжей части. Снег с разделительной полосы нужно убирать, так как он приводит к увеличению заносимости проезжей части и переувлажнению земляного полотна в период таяния. Однако периодичность удаления снега с разделительных полос может отличаться от очистки проезжей части. В зонах с невысокой интенсивностью и частотой метелей снег с разделительной полосы можно удалять один раз перед началом таяния.
На некоторых многополосных автомобильных магистралях, расположенных в районах с интенсивными снегопадами и метелями, интенсивность движения автомобилей зимой снижается во много раз и уровень загрузки становится очень низким. В этих случаях может оказаться целесообразным эксплуатировать зимой не всю ширину проезжей части, а только по две полосы в каждом направлении.
Однако снег, оставляемый на неработающих полосах проезжей части, должен быть хорошо спланирован и удален перед началом снеготаяния. Особенности зимнего содержания автомобильных магистралей изучены еще недостаточно. Установлено, что даже на снегозаносимых по высоте насыпях, где имеются барьеры безопасности, происходит интенсивный занос во время метелей. Поэтому автомобильные магистрали рекомендуется защищать от снежных заносов на всей протяженности, где возможен снегоперенос.
К зимнему содержанию автомобильных магистралей применимо большинство мероприятий по зимнему содержанию дорог, но с учетом более жестких требований к уровню содержания и срокам ликвидации снежных и ледяных отложений.
Четырехполосные дороги целесообразно расчищать от оси к обочине и от оси к разделительной полосе (рис. 10.13).
Такая технология обусловлена необходимостью убирать снег с большой площади. Большие отложения снега с разделительной полосы убирают роторными снегоочистителями.
Особые сложности возникают на труднодоступных участках, где невозможно применить патрульную снегоочистку. К таким участкам относятся места установки ограждений, направляющих столбиков, участки, проходящие по длинным эстакадам и под ними, по мостам и т. д. На таких участках снег с проезжей части плужными снегоочистителями перемещают на обочину, затем от ограждения автогрейдером сдвигают к обочине, в результате формируется снежный вал, который шнекороторный снегоочиститель или валоразбрасыватель выбрасывает за пределы земляного полотна, или с помощью погрузчика снег грузят в автомобиль и вывозят.
Сложно убирать снег на пересечениях в разных уровнях, особенно на левоповоротных съездах с малыми радиусами поворота. На внутренней части кривых таких съездов в районах с частыми метелями целесообразно устанавливать съемные ограждения и направляющие столбики, которые перед наступлением зимы убирают. Снег с проезжей части сдвигают внутрь кривой плужными снегоочистителями или автогрейдерами.
§
Виды зимней скользкости. Зимняя скользкость включает в себя все виды снежно-ледяных образований на поверхности дороги, приводящие к снижению коэффициента сцепления: различные виды естественного обледенения, которые в метеорологии объединяют понятием гололедицы, и искусственное обледенение в виде снежного наката.
Формирование зимней скользкости на автомобильных дорогах зависит от метеорологических условий и теплофизических свойств дорожной одежды. Частота ее появления зависит от климатических условий и колеблется от 5 до 50 случаев в году. Наиболее общим случаем является! образование гололеда на покрытии в результате замерзания капель дождя, мороси, тумана непосредственно на покрытии или в приземном слое воздуха, в котором при пониженной температуре содержится паровоздушная смесь в состоянии, близком к насыщению. Ледяная корка образуется в зимний период при температуре воздуха от 4 до — 20 °С: 55% случаев приходится на период 0…-5°С; 80% на период 2… …-6°С; 90% на период 2… … — 15 °С. Относительная влажность воздуха со оказывает важное влияние на формирование условий льдообразования. Гололед на покрытиях в 95% случаев возникает при W = 70 — 100%, 90% случаев при W = 80 -100%.
При высокой влажности и отрицательной температуре в приземном воздухе до — 5 °С еще содержится незамерзшая вода в виде капель диаметром около 2 мм. Чем холоднее воздух, тем меньше диаметр незамерзших частиц: при tB = — 10 °С в воздухе находится морось -незамерзшая парообразная вода диаметром частиц около 0,3 мм; при tB = — 30 °С парообразная влага представляет собой переохлажденный туман.
По характеру образования различают пять групп обледенения поверхности автомобильных дорог. К первой группе относят все виды обледенения, возникающие с понижением температуры воздуха и замерзания имеющейся на покрытии воды. Это гидратационный тип гололедообразования, который возникает от внезапного снижения температуры воздуха до 00С и ниже, когда замерзает вода, находящаяся на покрытиях после дождя, таяния снега, поверхностного стока. Осадки при этом могут отсутствовать. Другой путь обледенения мокрого покрытия – выпадение мокрого снега или дождя при положительной температуре воздуха и дальнейшее замерзание при понижении температуры до отрицательных значений. Область образования льда зависит от толщины плёнки воды, отрицательной температуры воздуха tB, скорости ветра Vв, теплового сопротивления дорожной конструкции R. Время промерзания или время льдообразования в этом случае
T=ahvR/tBKB, (10.16)
где а — коэффициент, учитывающий гидрофобные свойства покрытия; hr— толщина гололеда; Кв— коэффициент, учитывающий скорость ветра, возрастающий с увеличением vB.
Скорость гололедообразования зависит от тепловых свойств одежды и полотна. Чем «теплее» дорожная конструкция (больше R), тем медленнее остывает покрытие после внезапного похолодания, тем продолжительнее время промерзания воды на покрытиях. Толщина слоя льда в этом случае может быть от 1 мм до 2-3 см и зависит от микрошероховатости и ровности покрытий, слоя воды. Этот тип гололедицы характерен очень низким коэффициентом сцепления (около 0,08-0,15), однородностью стекловидного льда, однородностью структуры по всей толщине ледяного слоя. Плотность льда достигает 0,9 г/см3.
Ко второй группе относят те виды обледенения, которые образуются на сухой поверхности в результате кристаллизации водяного пара из воздуха и образования инея при радиационном охлаждении покрытия ниже температуры точки росы. Температурный диапазон образования инея от — 7 до — 40 °С. Образование инея возможно при относительной влажности воздуха 80-100% в ясную безветренную погоду, при которой имеет место отрицательный баланс тепла. Осадки при этом отсутствуют.
К третьей_группе относят виды скользкости, возникающие при замерзании осадков, выпадающих на покрытие, охлажденное ниже температуры замерзания воды, в результате чего образуется твердый налет. Различают налет зернистый и ледяной. Зернистый налет возникает при намерзании на переохлажденное покрытие влаги из тумана в начале оттепели, создается ледяная корка с шероховатой поверхностью. Ледяной налет образуется из-за замерзания капель воды при кратковременном дожде или мороси на охлажденном покрытии, когда температура воздуха не более — 2… — 3 °С. Длительный дождь приводит к прогреванию верхних слоев покрытия, и капли воды не замерзают.
К четвертой группе относят те виды обледенения, которые возникают при выпадении на покрытие переохлажденных капель влаги. Жидкая фаза на сухом или мокром покрытии образуется засчет выпадения капель переохлажденной жидкости из приземного слоя. Переохлажденные дожди наблюдаются при температуре до — 5 °С, а переохлажденная морось-до — 10 °С.
Температура переохлажденных капель в зависимости от их диаметра может изменяться от — 1 до — 10 °С. 148
Крупные капли воды (диаметром более 2-3 мм) при ударе о покрытие быстро растекаются и промерзают, образуя практически однородную структуру ледяной корки. Мелкие капли (диаметром 1-2 мм и менее) с меньшей температурой промерзания медленнее садятся на покрытие, они удлиняют период льдообразования. Однако скорость образования гололеда высокая-1-5 ч. Льдообразование возникает сразу на больших территориях. Толщина корки льда небольшая — обычно 1-3 мм, реже до 5 мм, плотность льда 0,7-0,9 г/см3. Это гидратационное гололедообразование. К этой же группе относят конденсационный тип гололедообразования, когда на покрытие оседают не переохлажденные капли жидкости, а кристаллы льда и мороси.
Покрытия имеют микропоры, которые сорбируют водяной пар, в результате образуются вогнутые мениски. Давление водяного пара над такой поверхностью меньше, чем над плоской, что способствует сорбции пара в менисках и конденсации в пленочную воду. Высокая влажность воздуха способствует этому процессу. Возникающие переохлажденные капли создают очаги последующей конденсации-агрегаты, которые кристаллизуются.
Подобные конденсационные процессы возникают и в приземном слое воздуха при tB= 4… — 6 °С и © = 70 -г- 95%. Переохлажденные капли сорбируют водяной пар и морось. Такие агрегаты в кристаллизационном состоянии оседают и одновременно с конденсационными агрегатами, возникающими непосредственно в микропорах покрытий, образуют конденсационный тип гололеда, имеющий специфические особенности: матово-белый цвет, неоднородную рыхлую слоистую структуру льда, малую плотность (0,5-0,7 г/см ), большую неоднородность толщины (3-10 мм), более высокий коэффициент сцепления (0,15-0,20).
Характерная особенность метеорологических условий для этого типа гололеда: оттепель после дли тельных морозов; слабоморозная погода (tn= — 1.. .6 °С) и туманы; низкая положительная температура (гв = 4… 1 °С) и туманы при температуре дорожных покрытий
tпок== — 1 … — 5 С.
Пятую группу составляют те виды скользкости, которые образуются от уплотнения на покрытии слоя снега, т.е. искусственная скользкость. Снег обладает свойством изменять свои физические характеристики (плотность, прочность) под воздействием колес движущегося автомобиля. Процесс формирования снежного наката включает три стадии: ———
1) механическое уплотнение снега, в результате образуется накат плотностью 0,35-0,5 г/см3. При этом коэффициент сцепления колеса с покрытием может достигать 0,20-0,25;
2) постепенное формирование льда на его поверхности в результате периодического замерзания и оттаивания верхнего слоя наката. Тонкая пленка воды образуется от трения колес автомобиля по поверхности уплотненного снега; затем происходит кристаллизация ее в лед за счет большой теплоемкости снежных отложений. Плотность такого отложения 0,6-0,65 г/см3;
3) дальнейшее уплотнение и промерзание наката до превращения его в сплошной лед плотностью 0,9 г/см3. Коэффициент сцепления снижается до 0,1-0,15.
На процесс образования данного вида обледенения влияет температура воздуха: если она ниже —10 °С, уплотнение снега замедляется. Быстрее всего формируется слой наката при температуре воздуха, близкой к 0°С. При малой скорости ветра снег откладывается на проезжей части, если скорость выше 6 м/с, имеет место перенос снега, что препятствует его отложению на дороге. Быстрому уплотнению снега способствует высокая интенсивность движения. Водная пленка на снежной или ледяной поверхности образуется в период оттепелей, когда на покрытии плотный снежный накат или
гололедица. При этом коэффициент сцепления достигает минимальных значений — 0,03-0,15.
Сцепные качества покрытий снижаются не только из-за образования снежного наката, но и отложения на них рыхлого, особенно влажного снега, когда коэффициент сцепления может составлять всего 0,1-0,2. Большое разнообразие условий образования зимней скользкости на дорогах существенно усложняет разработку методов ее прогнозирования и технологии ликвидации.
Методы борьбы.Все мероприятия по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах можно разделить на три группы по целевой направленности: мероприятия, направленные на снижение отрицательного воздействия образовавшейся зимней скользкости (повышение коэффициента сцепления колеса с дорогой путем россыпи фрикционных материалов); мероприятия, направленные на скорейшее удаление с покрытия ледяного или снежного слоя с применением химических, механических, тепловых и других методов; мероприятия, направленные на предотвращение образования снежно-ледяного слоя или ослабление его сцепления с покрытием. Это профилактические методы борьбы с зимней скользкостью.
В практике зимнего содержания для борьбы с зимней скользкостью применяют фрикционный, химический, физико-химический и другие комбинированные методы.
Фрикционный метод является основным методом снижения отрицательного воздействия зимней скользкости. Суть его состоит в том, что по поверхности ледяного или снежно-ледяного слоя рассыпают песок, мелкий гравий, отходы дробления, золу, шлак и другие абразивные материалы размером частиц не более 5-6 мм без примеси глины. Россыпь производится пескоразбрасывателями или другими машинами. Наибольшее применение получил песок. На неопасных участках дорог нормы расхода песка от 200 до 700 г/м2, или около 0,3-0,4 м3 на 1000 м2 порытая, на опасных — спусках, перекрестках, кривых малого радиуса — нормы расхода удваивают. Преимущество метода в простоте, однако, у него много недостатков. Рассыпанный абразивный материал повышает коэффициент сцепления до 0,3, но задерживается на проезжей части короткое время (не более 0,5 ч), сносится завихрениями после прохода автомобилей, разбрасывается колесами, сдувается ветром. Для восстановления сцепных свойств требуются частые посыпки и большое количество пескораспределителей. Для повышения эффективности распределяют подогретый абразивный материал, который проникает в ледяную корку и после примерзания придает поверхности некотору шероховатость.
Значительно большее распространение получил комбинированный химико-фрикционный метод, когда рассыпают фрикционные материалы смешанные с твердыми хлоридами NaCl, СаС12. Песчано-солевую смесь приготавливают на базах путем смешивания фрикционных материалов с кристаллической солью в отношении 90:10 (по весу соответственно). U Белорусской ССР при химико-фрикционном способе борьбы с зимней скользкостью применяют смесь хлористого натрия в виде поваренной соли или соли силъвинитовых отвалов с песком в соотношении 1:4 Достоинство песчано-солевых смесей в том, что они не смерзаются и не слеживаются.
На неопасных участках нормы расхода песчано-солевых смесей от 100 до 400 г/м2, или 0,1-0,2 м3 на 1000 м2 покрытия, а на опасных -0,3-0,4 м3. Песчано-солевые смеси распределяют пескоразбрасывателями или комбинированными дорожными машинами с универсальным оборудованием типов КДМ-130, ЭД-403. Такие смеси эффективнее, чем чисто абразивные Однако этот метод требует большого объема распределяемых материалов и большого числа машин для распределения, приводит к значительной коррозии автомобилей. В СССР он нашел большое распространение из-за своей простоты.
Комбинированный химико-механический метод состоит в распределении по снежному накату твердых или жидких хлоридов, которые расплавляют и ослабляют снежно-ледяной слой, после чего рыхлую массу убирают плужными или плужно-щеточными очистителями, а при их отсутствии — автогрейдерами. Расход твердых хлоридов на I мм слоя замерзшей воды колеблется от 15 до 90 г/м2, жидких хлоридов -от 0,08 до 0,15 л/м2 в зависимости от вида |хлорида и температуры воздуха.
Для повышения эффективности и уменьшения расхода хлоридов инж. И. В. Филиппов предложил устраивать в снежном накате продольные канавки глубиной до 2-5 см и шириной 6 см на расстоянии 2 см автогрейдером, к ножу которого приварены зубья. Распределенные твердые или жидкие хлориды в основном собираются в канавках и быстро разрушают накат, который затем убирают плужно-щеточными машинами.
Расход хлоридов сокращается на 30-40%.
Химический способ борьбы с зимней скользкостью заключается в пpименeнии для плaвлeния снега и льда твердых или жидких химических веществ, содержащих хлористые слои.
Физическая сущность взаимодействия хлористых солей с ледяной поверхностью состоит в гидратации ионов хлора молекулами воды. Этот самопроизвольный процесс сопровождается тепловыми явлениями и протекает до наступления динамического равновесия при данной температуре воздуха. Интенсивность процесса взаимодействия характеризуется плавящей способностью хлоридов q, т. е. количеством расплавленного льда 1 г соли при данной отрицательной температуре воздуха. Плавящая способность вначале возрастает во времени Ть, а по мере наступления динамического равновесия -стабилизируется
q = aTb, (10.17)
где а = 1 ÷ 5 — коэффициент, зависящий от вида хлорида; b = 0,25 ÷ 0,75 — коэффициент, зависящий от температуры воздуха.
С понижением температуры воздуха плавящая способность хлоридов снижается и норму их расхода увеличивают.
Кроме того, при плавлении льда образуются растворы, которые могут замерзнуть и стать причиной нового обледенения покрытия. Температура замерзания раствора зависит от его концентрации и вида хлоридов. Так, раствор хлористого натрия 23%-ной концентрации замерзает при t = 21 °С, а раствор хлористого кальция 30%-ной концентрации-при / = — 50 °С (рис. 10.14).
Однако концентрация раствора может быть значительно меньшей. Поэтому минимальные температуры воздуха, при которых допускается применять твердые хлориды, ограничены от — 10 до — 20 °С, жидких -от -5 до -15°С.
4.4.1. Для предупреждения образования или ликвидации зимней скользкости проводят следующие мероприятия:
— профилактическую обработку покрытий противогололедными материалами до появления зимней скользкости или в начале снегопада, чтобы предотвратить образование снежного наката;
— ликвидацию снежно-ледяных отложений с помощью химических или комбинированных ПГМ;
— обработку снежно-ледяных отложений фрикционными материалами.
4.4.2. Профилактический способ позволяет снизить затраты дорожной службы на борьбу с зимней скользкостью, обеспечить допустимые сцепные качества покрытий и безопасность движения в зимний период, уменьшить вредное воздействие ПГМ на окружающую среду за счет применения рациональной технологии и минимально-допустимых норм распределения ПГМ. Однако эффективность этого способа возможна лишь при обеспечении зимних работ специализированными прогнозами образования зимней скользкости.
Профилактическую обработку покрытий осуществляют при:
— прогнозировании образования на покрытии стекловидного льда;
— ожидании снегопада и метелей с возможным образованием на покрытии снежного наката.
4.4.2.1. При получении информации о погодных условиях с возможным образованием на покрытии ледяных отложений (стекловидного льда) необходимо провести предварительную обработку покрытия химическими ПГМ в количестве 5 — 15 г/м2.
Предварительная обработка может производиться за 1 — 2 ч до прогнозируемого явления погоды.
Для предварительной обработки на дорогах могут быть использованы твердые, жидкие хлориды, а также смоченная соль.
Сухие соли эффективно применять только в том случае, если на поверхности дорожного покрытия имеется достаточное количество влаги для ускорения действия химических ПГМ. Если покрытие сухое или на нем недостаточное количество влаги, то целесообразно использовать смоченные соли.
При температуре воздуха выше -5 °С более эффективно использовать растворы солей или природные рассолы, которые могут распределяться и на сухое покрытие перед выпадением осадков для предотвращения образования скользкости.
Если выпадение осадков продолжается, то для предотвращения замерзания раствора ПГМ производят дополнительную обработку покрытия. При этом норму распределения дополнительной обработки принимают равной норме, приведенной в табл. 4.1 и 4.2, за вычетом произведенного предварительного распределения (5 — 15 г/м2).
4.4.2.2. Технология работ с целью предупреждения образования снежного наката в период снегопада предусматривает распределение химических или комбинированных ПГМ непосредственно во время снегопада, пока свежевыпавший снег еще не уплотнился в результате движения автомобилей. К распределению ПГМ (твердых или жидких) приступают после того, как на проезжей части образуется слой снега, достаточный для закрепления в нем химических ПГМ. Это позволяет сохранить выпавший на покрытие снег в рыхлом состоянии. После прекращения снегопада необходимо полностью удалить снег с дорожного покрытия с помощью снегоуборочных машин.
4.4.2.3. Нормы внесения в снег ПГМ зависят от температуры воздуха и интенсивности выпадения осадков. Для предварительной обработки, предотвращающей уплотнение снежных отложений на покрытии, рекомендуется использовать твердые или смоченные соли с нормой расхода 5 — 15 г/м2.
Норма дополнительной обработки устанавливается по табл. 4.1 и 4.2 с учетом количества ПГМ, распределенных при предварительной обработке.
4.4.2.4. Для предотвращения образования снежного наката при прогнозируемом резком понижении температуры воздуха патрульную снегоочистку начинают сразу после получения сообщения от Росгидромета. Работы не прекращают до полной уборки снега.
4.4.2.5. Технология работ по предотвращению образования снежного наката во время снегопадов предусматривает следующие этапы: выдержку, обработку свежевыпавшего снега ПГМ, интервал, очистку покрытия от снега.
4.4.2.6. Выдержка — промежуток времени от начала снегопада до момента распределения химических ПГМ. Продолжительность выдержки зависит от интенсивности снегопада и температуры воздуха. При этом распределение ПГМ по покрытию производится в тот момент, когда на нем уже имеется некоторое количество снега. В период снегопада интенсивностью 1 — 3 мм/ч и выше к распределению противогололедных материалов приступают через 15 — 20 мин после начала снегопада. При слабом снегопаде интенсивностью 0,5 — 1 мм/ч противогололедные материалы распределяют через 30 — 45 мин после его начала.
Если после окончания указанного цикла, включающего предварительное распределение ПГМ, выдержку, дополнительное распределение ПГМ, интервал, снегоочистку, снегопад продолжается, последующее распределение ПГМ и соответствующие операции цикла должны повторяться необходимое количество раз до полной уборки снега с дорожного покрытия.
4.4.2.7. Интервал, устанавливаемый с момента распределения ПГМ до начала снегоочистки, повторяемость снегоочистки и последующих обработок должны устанавливаться с учетом интенсивности снегонакопления и химической активности ПГМ.
4.4.2.8. Очистка проезжей части от снега и шуги должна производиться с таким расчетом, чтобы снегоочистка осуществлялась на высокой скорости и на ширину покрытия, предусмотренную принятым уровнем содержания дороги. После окончания снегопада необходимо произвести удаление оставшихся снежно-ледяных отложений или завершающее подметание.
4.4.3. В случае образования снежного наката его ликвидируют следующим образом. Сначала распределяют химические противогололедные материалы по поверхности вновь образовавшегося наката согласно установленным нормам для данного вида скользкости (см. табл. 4.1, 4.2). После распределения ПГМ необходимо сделать выдержку до тех пор, пока отложения, вследствие частичного их плавления химическими ПГМ, не разрыхлятся в резуль. воздействия колес автомобилей. Образовавшаяся разрыхленная масса должна быть незамедлительно убрана с проезжей части дороги.
4.4.4. При образов-ии на дорожном покрытии стекловидного льда работы по ликвидации этого наиболее опасного вида скользкости заключ. лишь в распредел-ии химического ПГМ по поверхности ледяной корки с учетом норм, приведенных в табл. 4.1.
4.4.5. Ликвидацию зимней скользкости с помощью комбинированных ПГМ осуществляют аналогично химическим материалам с той лишь разницей, что нормы распределения принимают в соответствии с указаниями п. 4.3.7.
4.4.6. При фрикционном способе обработку снежно-ледяных отложений осуществляют с целью повышения шероховатости поверхности дорожного покрытия. Для этого по покрытию распределяют песок, высевки, шлак, подогретые фрикционные материалы. Этот метод временно повышает сцепные качества (коэффициент сцепления) покрытий за счет наличия на нем абразивных материалов. Повторную и последующие обработки покрытий осуществляют при смещении 50 % фрикционных материалов с проезжей части.
Нормы распредел-я более 200 г/м2 производят за 2 приема.
Для лучшего закрепления на поверхности снежно-ледяных отложений фрикционных материалов их предварительно разогревают до температуры от 80 до 100 °С и распределяют по обледеневшему покрытию.
§
Для устранения снежно-ледяных отложений применяют твердые и жидкие хлориды, различные отходы промышленности.
Техническая поваренная соль NaCl — наиболее распространенная в природе соль (каменная, cамоосадочная) в виде минералов галита и сильвинита. Из сырья поваренной соли выпускают пищевую, содержащую более 93-99,7% NaCl, и техническую соль, содержащую более 93% NaCl. Для борьбы с зимней скользкостью используют молотую соль крупностью от 1,2 до 4,5 мм.
Техническая соль силъвинитовых отвалов КС1, NaCl — кристаллический продукт, отход производства калийных удобрений. Этот продукт, накопленный в огромных количествах в отвалах калийных комбинатов содержит от 90 до 95% в основном хлористого натрия, 2-3% хлористого калия и 0,5-1% хлористого магния. Частицы соли сильвинитовых отвалов имеют крупность до 4 мм при наличии включений крупностью до 10 мм. Недостатки этого продукта — высокая влажность (8-12%), слеживаемость при положительной температуре и смерзаемость при низкой отрицательной температуре.
Хлористый кальций СаС12 – побочный продукт содового производства. Частицы его похожи на чешуйки диаметром около 15 мм и толщиной 1 мм, поэтому он называется чешуи-рованным и содержит 67% хлористого кальция.
Хлористый кальций фосфатированный (ХКФ) — смесь чешуированного хлористого кальция с ингибитором (суперфосфатом). Добавка 5-7% ингибитора (от массы соли) существенно снижает коррозионное действие хлоридов.
Стоимость хлористого кальция намного выше, чем хлористого натрия. Кроме этого, СаС12 более дефицитный и агрессивный материал, поэтому создают смеси оптимального хлоридного состава, применяемые при более низких температурах, чем чистая соль NaCl. Исследования Гипродорнии показали, что оптимальны смеси состава NaCl: CaCl2 как 88:12 при условии применения чешуированного хлористого кальция.
Крупный недостаток твердых хлоридов — их слеживаемость, так как при определенных влажностно-температурных условиях она адсорбирует (поглощает) влагу из воздуха. Способность соли впитывать воду называется гигроскопичностью. Увлажнение соли происходит только тогда, когда влажность воздуха выше гигроскопического порога для данной соли. Этот порог составляет для хлористого натрия 75% относительной влажности воздуха, для хлористого кальция и ХКФ-22%. Это означает, что СаС12 и ХКФ практически всегда впитывают воду из воздуха. На поверхности каждой частицы образуются новые кристаллы соли, которые служат как бы спайками между зернами соли, что и приводит к ее омоноличиванию. Поэтому. СаС12 и ХКФ можно перевозить только в полиэтиленовых мешках или другой закрытой таре и хранить в закрытых складах.
Жидкие хлориды для борьбы с зимней скользкостью широко применяют в виде естественных и промышленных рассолов, а иногда и искусственно приготавливаемых растворов. Жидкие хлориды пригодны только с концентрацией солей более 150 г/л, т. е. с содержанием основного вещества более 15%. Нельзя проводить работы по борьбе со скользкостью при температуре воздуха ниже температуры замерзания жидкого хлорида, т.е. от — 10 до — 17°С для рассолов различного вида и концентрации.
Жидкие естественные рассолы широко распространены на территории СССР. Они залегают на глубине 800-1000 м в артезианских бассейнах (пластовые воды), содержатся в соленых озерах и лиманах. Естественные рассолы многокомпонентны с преобладанием ионов кальция, натрия, магния. Добычу рассолов производят из скважин, которые могут эксплуатировать сами дорожные организации. Примером организации такой добычи может служить опыт дороги Москва-Ленинград, которая по предложению Гипродорнии заказала бурение скважины глубиной 1300 м, из которой ежедневно можно получать до 100 м3 природного рассола с содержанием солей более 200 г/л. Пластовые воды с высоким содержанием хлоридов часто получают на нефтяных месторождениях как отходы при добыче нефти. Кроме того, жидкие хлориды получают в виде отходов химического и других промышленных производств.
Помимо перечисленных материалов, для борьбы с зимней скользкостью применяют такие природные материалы, как зубер, бишофит, сильвинит, карналит, каинит, а также другие твердые или жидкие продукты, являющиеся отходами промышленности и содержащие не менее 25% хлориды натрия, кальция и магния. На применение местных материалов нужно получить разрешение санитарно-эпидемиологической станции.
Учитывая большое разнообразие твердых и жидких химических реагентов, разработаны каталоги, нормы и условия их применения. Пример таких норм приведен в табл. 10.5.
Для распределения твердых и жидких хлоридов применяют комбинированные дорожные машины с универсальным оборудованием. Летом их используют для мойки и очистки покрытий, зимой с их помощью распределяют смеси и очищают покрытия. Оборудование этой машины позволяет выполнять: снегоочистку шириной захвата 3 м; распределять песчано-соляные смеси в объеме до 3 м3 при ширине посыпки до 8,5 м; подметать покрытия шириной захвата 2,2 м; поливать и мыть покрытия при расходе воды до 6 м3; распределять жидкие противогололедные материалы (рассолы) при ширине захвата 7 м, рабочая скорость до 40 км/ч. Перспективен распределитель твердых хлоридов ЭД-403 на базе ЗИЛ-133 объемом бункера 5 м3 и шириной распределения 10 м. Кроме того, готовится к серийному производству дорожная машина многоцелевого назначения МАШ-100, которая сможет распределять твердые и жидкие противогололедные материалы.
Агрессивные свойства хлоридов.Твердые и жидкие хлориды, применяемые для борьбы с зимней скользкостью, обладают агрессивной химической способностью: разрушают металлические поверхности автомобилей, поверхность цементобетонных покрытий в раннем возрасте, бордюры, железобетонные элементы мостов, ливнестоки; отрицательно влияют на рост деревьев, зерновых культур и другую придорожную растительность. Поэтому нормы применения хлоридов для борьбы с зимней скользкостью строго ограничены. Зарубежный и отечественный опыт показывает, что установленные в табл. 10.5 нормы ниже предельно допустимых по требованиям охраны природы и окружающей среды. Превышение этих требований происходит при распределении хлоридов значительно больше установленных норм или при нарушении правил хранения, погрузки и транспортировки хлоридов.
Попытки отказаться от хлоридов для борьбы с гололедом предпринимались во многих странах, однако стоимость зимнего содержания при этом увеличивалась в 3 раза и более вместе с увеличением числа дорожно-транспортных происшествий [4].
Для снижения интенсивности коррозии металлов в хлоридную среду добавляют замедлители коррозии-ингибиторы. Исследованиями Гипродорнии [29] выявлены наиболее доступные ингибиторы, которые целесообразно применять при борьбе с зимней скользкостью: гексаметафосфат натрия, одно- и двухзамещенный фосфат натрия и суперфосфат. Все эти добавки нетоксичны, не вредят зеленым насаждениям, не влияют отрицательно на свойства дорожных покрытий. В твердые хлориды добавляют 2-3% однозамещенного фосфата натрия или 5-7%
двух-замещенного или простого суперфосфата. При использовании жидких рассолов нормы ингибиторов снижают: 0,5-1% одно- или двух-замещенного фосфата натрия или гексаметофосфата.
Многочисленные наблюдения в СССР и за рубежом показали агрессивное влияние хлоридов только на цементобетонные покрытия, причем в раннем возрасте-до 3 лет. Агрессивность проявляется в нарушении прочности поверхности дорожных плит (монолитных или сборных), шелушении и возникновении раковин. Пока не разработаны эффективные методы устранения химической коррозии цементобетона. Частичный эффект достигается при применении воздухововлекающих добавок около 0,1 % к весу цемента (мылонафт, абиетиновая смола, сульфитно-спиртовая барда и др.).
Поэтому применять хлориды для борьбы с зимней скользкостью можно на цементобетонных покрытиях, построенных с воздухововлекающими добавками, в том случае, если такие покрытия имеют возраст не менее одного года, а на цементобетонных покрытиях, построенных без воздухововлекающих добавок, когда их возраст более трех лет
§
4.1.1. К противогололедным материалам (ПГМ) относятся:
а) химические
· твердые сыпучие (кристаллические, гранулированные или чешуированные);
· жидкие (растворы или рассолы химических реагентов);
б) фрикционные
· мелкий щебень;
· песок;
· песчано-гравийная смесь (ПГС);
· шлак;
· золы уноса;
в) комбинированные
· смесь фрикционных и химических материалов (рис. 4.1).
4.1.2. Фрикционные ПГМ должны повышать коэффициент сцепления со снежно-ледяными отложениями на покрытии для обеспечения безопасных условий движения; иметь высокие физико-механические свойства, препятствующие разрушению, износу, дроблению и шлифованию ПГМ, и обладать свойствами, препятствующими увеличению запыленности воздуха и загрязнения придорожной полосы.
*ППС — пескосоляная смесь.
**ПГС — песчано-гравийная смесь.
Рис. 4.1. Классификация противогололедных материалов
Фрикционные материалы должны применяться в сухом, рассыпчатом состоянии с влажностью, не превышающей безопасную, в отношении смерзания. Безопасная влажность для некоторых фрикционных ПГМ приведена в приложении З.
Наиболее распространенным фрикционным материалом является природный песок, наибольшая величина частиц которого не должна превышать 5,0 мм. Оптимальным является песок с модулем крупности от 2 до 3,5. В нем не допускается содержание пылеватых глинистых и других загрязняющих примесей более 3 %, а также отдельных крупных камней или щебня.
В качестве фрикционного материала может быть использован отсев от дробления щебня (дробленый песок). Размер фракций до 5,0 мм.
Для предотвращения смерзания и придания сыпучести в мелкий щебень добавляют сухой песок 20 % по объему или 5 % — 10 % — по массе (технический хлористый натрий).
Шлаки не должны содержать обломков металла и агрессивных химических веществ. В связи с тем, что топочный шлак легко крошится, применять его в населенных пунктах не рекомендуется.
4.1.3. Комбинированные ПГМ обладают одновременно функциями фрикционных и химических материалов и состоят, как правило, из смеси песка и химических ПГМ.
В качестве химических добавок используют твердые соли: технический хлористый натрий, соль сильвинитовых отвалов и хлористый кальций.
Из жидких хлоридов пригодны для этих целей высококонцентрированные растворы хлоридов натрия, кальция и магния. Они могут применяться как каждый в отдельности, так и смешанными между собой в различных пропорциях. Наилучший эффект достигается при использовании насыщенных растворов или растворов, близких к ним по концентрации.
Комбинированные ПГМ должны иметь в своем составе не менее 10 % химически чистых солей. Эффективность борьбы с зимней скользкостью повышается с увеличением количества соли в смеси.
При использовании в смеси высококонцентрированных жидких хлоридов их количество, в качестве добавки, определяется с учетом концентрации растворенных химически чистых солей. Добавляя раствор, нельзя допускать переувлажнения ПГМ до состояния, при котором он начинает расплываться.
Пескосоляную смесь приготавливают на базах ПГМ путем тщательного перемешивания компонентов смеси.
Целесообразно заготовку смеси производить в сухое время летнего или осеннего периода и по возможности в объеме, достаточном для предупреждения и ликвидации зимней скользкости в течение всего зимнего периода на обслуживаемом участке дороги.
4.1.4. Химические ПГМ применяют в твердом, жидком и смоченном виде. Сырьем для получения этих материалов чаще всего являются природные запасы бишофита, галита или отходы промышленности (сильвинитовые, карнолитовые отходы и др.).
С целью снижения расхода твердых ПГМ (чаще всего хлористого натрия), повышения плавящей способности и увеличения адгезии к поверхности покрытия их обрабатывают растворами солей с пониженной точкой эвтектики (кристаллизации). Наибольшую эффективность смоченные таким образом соли приобретают при обработке их раствором хлористого кальция (магния) 20 — 25 %-ной концентрации в количестве 20 — 30 % по массе.
Все химические ПГМ, применяемые для борьбы с зимней скользкостью на дорогах и улицах, должны обладать следующими общими свойствами:
· Понижать температуру замерзания раствора.
· Обеспечивать таяние снежно-ледяных отложений на дорожных покрытиях.
· Проникать сквозь слои снега и льда, разрушая межкристаллические связи, и снижать силы смерзания слоев отложений с дорожным покрытием.
· Не увеличивать скользкость обработанных покрытий, особенно при использовании ПГМ в виде растворов.
· Быть технологичными при хранении, транспортировке и применении.
· Быть экологически безопасными и не оказывать вредного влияния на природную среду (растения, вода, почва и др.), металл, бетон, кожу и резину.
По химическому составу ПГМ этой группы разделяют на четыре подгруппы.
Первая подгруппа — хлориды. К ней относятся ПГМ на основе NaCl, CaCl2 и MgCl2.
— ХКМ — хлористый кальций модифицированный, ингибированный. Выпускается в жидком виде по ТУ 2149-026-13164401 -98 «Жидкий противогололедный состав ХКМ».
— Биомаг-модифицированный хлористый магний (Бишофит-MgCl2×6H2O), выпускается 4-х марок в твердом и жидком виде по ТУ 2152-001-53561075-02 «Противогололедный материал Биомаг — ХММ».
— ХКФ — хлористый кальций фосфатированный выпускается по ТУ 2152-057-05761643-2000.
— Технический хлористый натрий карьерный выпускается в твердом виде по ТУ 2152-067-00209527-95 «Натрий хлористый технический карьерный».
— Противогололедный материал на основе хлористого натрия выпускается в твердом виде по ТУ 2152-082-00209527-99 «Материал противогололедный».
— Природные рассолы. Природные рассолы по химическому составу чаще относятся к хлористо-натриевым или хлористо-кальциево-натриевым жидким материалам. Распространены в основном в Европейской части России и используются как местные ПГМ.
§
4.2.1. При зимнем содержании автомобильных дорог применяют химический, комбинированный, фрикционный и физико-химический способы борьбы с зимней скользкостью.
4.2.2. Химический способ основан на использовании химических материалов, обладающих способностью при контакте со снежно-ледяными отложениями переводить их в раствор, не замерзающий при отрицательных температурах.
4.2.2.1. При химическом способе распределяют чистые ПГМ в твердом (техническая соль, ХКФ, Биомаг и др.) или жидком (ХКМ, Нордикс, Антиснег и др.) виде, с целью предупреждения (профилактический метод) образования зимней скользкости или ликвидации уже образовавшихся снежно-ледяных отложений (снежный накат, стекловидный лед).
4.2.2.2. Применяют химический способ в различных регионах на дорогах I — II категорий, а также с учетом народнохозяйственного и социального значения дороги.
4.2.3. Комбинированный способ (химико-фрикционный) предусматривает совместное применение химических и фрикционных ПГМ.
Комбинированный способ применяют при необходимости ликвидации снежно-ледяных отложений и повышения коэффициента сцепления на них. При применении этого способа результат борьбы с зимней скользкостью получается такой же, как и при использовании химических ПГМ.
4.2.4. Фрикционный способ применяют на дорогах (участках) III — IV — V категорий, а также на дорогах, расположенных в регионах с продолжительными и устойчивыми низкими температурами (ниже -20 — -25°С), или где использование отдельных химических ПГМ запрещено.
4.2.5. Физико-химический способ заключается в придании противогололедных свойств асфальтобетонному покрытию путем введения в асфальтобетонную смесь антигололедного наполнителя «Грикол», который на поверхности покрытия создает гидрофобный слой, снижающий адгезию снежно-ледяных отложений к покрытию или предотвращающий их образование.
Применяют этот способ на участках дорог, подверженных частому гололедообразованию (участках в горной местности, у водоемов, ТЭЦ, на мостах, путепроводах, эстакадах и др.).
«Грикол» представляет собой тонкодисперсный порошок от светло-серого до темно-серого цвета, растворимый в воде, спирте, не смешивается с углеводородами. По своим физико-химическим показателям должен удовлетворять ТУ 5718-003-052-04773-95 «Антигололедный наполнитель «Грикол».
Технология приготовления и укладки асфальтобетонных смесей с наполнителем «Грикол» приведена в «Методических рекомендациях по применению наполнителя «Грикол» в составах асфальтобетонных смесей для устройства покрытий с антигололедными свойствами», утвержденных распоряжением Росавтодора от 27.06.02 № ОС-564-Р.
§
Способы предупреждения образования и профилактики зимней скользкости включают гидрофобизацию покрытий, введение в верхний слой покрытия хлоридов (физико-химический способ) и профилактическую россыпь или розлив хлоридов.
Гидрофобизация заключается в нанесении водоотталкивающих веществ на покрытие. На гидрофильной поверхности вода растекается и замерзает в виде сплошного слоя льда, который прочно скрепляется с поверхностью покрытия (рис. 10.15).
Это сцепление увеличивается за счет образования льда в микротрещинах. На гидрофобной поверхности угол растекания жидкости значительно больше, вода быстро стекает с покрытия и лед вообще не образуется или образуется в виде отдельных капелек. Сцепление такого льда в 3-4 раза меньше, чем на гидрофильной поверхности и его легко удалить щеточным механизмом.
Для гидрофобизации асфальтобетонных покрытий Гипродорнии предложил использовать пасту на основе кремнийорганических веществ с добавлением растворителя (керосина). Расход пасты 150-200 г/м2. Для цементобетонных покрытий в МАДИ канд. техн. наук С. В. Суханов предложил гидрофобную кремнийорганическую жидкость ГКЖ-10 (расход 200-400 г/м2). Однако оба состава недолговечны и дороги.
Новым и достаточно надежным является способ обработки поверхности сборных цементобетонных плит, разработанный в МАДИ канд. техн. наук В. В. Плужниковым. Он состоит в нанесении на поверхность плит гидрофобизирующих водных эмульсий на основе кремнийорганических соединений. Эмульсию наносят пульверизатором в момент изготовления плит на заводе (расход эмульсии 200-300 г/м2). При этом адгезия льда снижается в 7 раз, т. е. гололед практически не образуется. Срок службы обработки около 5 лет. Создание эффективных и экономических водоотталкивающих защитных пленок на поверхности покрытий требует дальнейших исследований и разработок.
Физико-химический метод заключается в придании поверхности покрытия гидрофобных свойств путем введения в состав материала соответствующих химических веществ. В США, Канаде, ФРГ, Швейцарии и других странах начали строить асфальтобетонные покрытия с добавкой верглимита, изготовленного на основе хлористого кальция. Такие смеси представляют собой антиобледенители. Покрытия, построенные с добавкой верглимита, плавят снег и лед [4].
В Гипродорнии кандидаты техн. наук А. В. Михайлов и В. П. Расников разработали технологию строительства верхнего слоя покрытия из асфальтобетонной смеси, в которую добавляют твердый хлористый натрий-до 5% массы вяжущего. При этом температура смерзания льда с покрытием снизилась до — 18 °С, а прочность сцепления льда с покрытием снизилась до 10 раз.
В МАДИ проф. И. В. Королев и канд. техн. наук А. К. Касымов разработали состав асфальтобетонной смеси, в которую добавляют водорастворимый шлак (отход производства вторичных алюминиевых сплавов) как противогололедную добавку-до 7% массы асфальтобетона. Адгезия льда уменьшается в 2-5 раз. Недостаток таких покрытий -их повышенная пористость, а также наличие влажной поверхности летом. Кроме того, износостойкость таких покрытий может сократиться за счет шелушения.
Однако создание гололедобезопасных покрытий весьма перспективно для борьбы с гололедом на дорогах. Перспективна поверхностная обработка покрытий из шламов с крем-нийорганическими или другими добавками, снижающими адгезионные свойства льда. Другое направление в создании гололедобезопасных покрытий состоит в придании верхнему слою упругих свойств. В этом случае лед, образовавшийся на покрытии, будет быстро разрушаться под действием проходящих автомобилей, произойдет самоочистка покрытия. Для этих целей в МАДИ проф. Н. В. Горелышев и инж. Э. И. Янчевская разработали составы песчаных резино-битумных смесей, в которых от 2 до 7% резиновой крошки. Слой износа из этих смесей делают толщиной 2 см, он обладает высокими сцепными качествами во влажном состоянии и значительно облегчает борьбу с гололедом.
Профилактический метод борьбы со скользкостью заключается в распределении противогололедных материалов до образования на проезжей части гололедицы или уплотненного снежно-ледяного слоя (наката). Он подразделяется на профилактику образования гололедицы и снежного наката. В первом случае за 30-60 мин до начала образования гололедицы по поверхности покрытия распределяют твердые или жидкие хлориды (расход от 5 до 20 г/м2). Соединяясь с влагой из воздуха, хлориды образуют соляной раствор, который препятствует образованию гололедицы. Метод очень экономичен, поскольку требуется минимум противогололедных материалов. Однако реализация этого метода требует точного прогноза о возможном появлении гололедицы за 1-2 ч до начала ее образования, чтобы успеть обработать поверхность хлоридами. Для такого прогноза разработаны приборы и сигнализаторы гололедицы, которые пока не отличаются высокой точностью. Автоматизированные системы распределения противогололедных материалов по данным сигнализаторов гололедицы применяются на сложных развязках, отдельных мостах и опасных участках в ряде зарубежных стран.
Важным условием эффективности профилактического метода борьбы с гололедицей является наличие машин, способных распределять хлориды очень малыми дозами (около 5-10 г/м2). Для этих целей в СССР разработан распределитель с нормой распределения. 10 г/м2 и выше.
В отдельных случаях для борьбы с зимней скользкостью применяют тепловой способ двух разновидностей: конвентивный, когда плавление льда осуществляется тепловой струей, обогревающей поверхность покрытия, и кондуктивный, когда покрытие обогревается теплоносителем, заложенным в дорожную одежду [23]
§
Для эффективной борьбы с зимней скользкостью необходимы специализированные базы хранения, переработки и погрузки противогололедных материалов. Базы устраивают для химических реагентов, для фрикционных материалов, комбинированные (на которых хранятся и те и другие материалы). Объем хранения зависит в основном от климатических условий и значения обслуживаемых дорог. Базы химических противогололедных реагентов рассчитывают на следующие объемы хранения: на 700 т для дорог I—III категорий в сильногололедных районах (до 100 посьшок за сезон); на 500 т- для дорог I—III категорий в среднегололедных районах (до 50 посыпок за сезон) и для дорог IV и V категорий в силъно-гололедных районах; на 350 т — для дорог IV и V категорий в средне-гололедных районах. На дорогах I категории расстояние между базами должно быть не более 20 км, на ‘стальных дорогах эти расстояния оставляют 40-50 км. Базы химических реагентов размещают у источников получения (железнодорожных станций, пристаней, скважин для добычи рассолов) или непосредственно Дорог. Базы фрикционных материалов размещают у карьеров или коло дорог (на указанных выше расстояниях). Объем хранения на придорожных базах: в сильногололедных районах-до 2000 м3, в среднегололедных районах-до 1000 м3 фрикционных материалов. Кроме того на опасных участках создают через каждые 50-100 м места хранения небольших объемов фрикционных материалов, защищенных от попадания снега, намокания и смерзания. Этими материалами могут воспользоваться сами водители автомобилей. Особенно это важно на крутых подъемах и спусках, на подходах к мостам и путепроводам и на пересечениях в разных уровнях.
По техническому уровню сооружений, организации хранения, транспортных и погрузочных операций базы могут быть капитальными высокомеханизированными или упрощенного типа с передвижными средствами механизации.
Твердые химические реагенты хранят в закрытых помещениях в деревянных или кирпичных складах, хлористый натрий навалом, хлористый кальций — в бумажных или полиэтиленовых мешках. Пол склада делают бетонным и покрывают асфальтобетоном или пластмассой. Металлические конструкции перекрытия окрашивают, чтобы защитить от коррозии.
Жидкие хлориды хранят в цистернах или бетонных резервуарах. Цистерны вместимостью 50 т устанавливают на площадках с твердым покрытием, соединяя несколько цистерн (до 8-10 и более) в единую батарею с помощью трубопроводов, позволяющих производить перекачку из одной цистерны в другую, а также подавать рассол в распределители жидких хлоридов.
На базах противогололедных материалов, помимо хранения и погрузки, выполняются также операции по приготовлению материалов и улучшению их свойств. Фрикционные материалы приходится смешивать с солью, а химические реагенты — между собой и с ингибиторами. На базах упрощенного типа операции по смешиванию выполняют на открытых площадках с помощью бульдозеров, экскаваторов, автогрейдеров, самоходных погрузчиков и других машин. Базы капитального типа имеют комплекс стационарного оборудования для выполнения всех необходимых операций.
Высокомеханизированная база комбинированного типа для фрикционных и химических противогололедных материалов имеет два склада: теплый и холодный (рис. 10.16).
Смешивание песка с солью в нужной пропорции или различных солей между собой осуществляется через дозаторы бункеров и отсеков складов при подаче на нижний конвейер.
Базу можно использовать для борьбы с зимней скользкостью как при химическом, так и при фрикционном способе.
На простейшей базе временного типа на косогоре (рис. 10.17) песчано-соляную смесь готовят осенью с добавкой солей.
Норма солей (от 3 до 8%) должна обеспечить несмерзаемость чистого предварительно просеянного песка. Перемешивание бульдозерами, автогрейдерами и другими средствами создает хорошее качество смеси. Штабель ограждают от увлажнения поверхностным стоком, сверху закрывают полиэтиленовой пленкой. Хлориды хранят под навесом или в деревянном складе закрытого типа в бумажных или полиэтиленовых мешках, вскрываемых по мере надобности. Во избежание слеживаемости мешки складывают в штабеля высотой до 10 шт. Подача смеси осуществляется бульдозером в накопительный бункер. 158
Контроль за количеством выдаваемой смеси осуществляется взвешиванием.
На базе жидких противогололедных материалов (рис. 10.18) технологический процесс организован следующим образом.
Рассол (раствор NaCl) и жидкий хлористый кальций подвозят автоцистернами и заливают в резервуары-хранилища. В мешалке приготавливают нужную смесь из компонентов: ингибированный рассол, ингибированный жидкий хлористый кальций или жидкую смесь (NaCl СаС12 ингибитор). При отсутствии жидкого хлористого кальция можно завозить на базу кристаллический хлористый кальций и использовать его для обогащения рассола. На базах должны быть бытовые помещения для обогрева рабочих, принятия пищи, а также лабораторный пост контроля качества выдаваемых смесей.
§
Под нагрузкой от колес автомобиля дорожная одежда прогибается, затем постепенно восстанавливается (рис, 5.1, а). Прогиб от колеса тяжелого грузового автомобиля распространяется во все стороны, образуя чашу прогиба радиусом до 3 – 4 м, которая перемещается по ходу движения автомобиля. Чаши прогиба частично перекрывают друг друга, охватывая всю ширину полосы движения. При этом в слоях одежды возникают напряжения сжатия, растяжения, изгиба и сдвига (рис. 5.1. б). Чрезмерные напряжения от транспортных нагрузок приводят к возникновению деформаций.
Рис. 5.1. Схема образования чаши прогиба и разрушения нежестких дорожных одежд под колесом автомобиля:
1 – колесо; 2 – прогиб дорожной одежды; 3 – сжатие шины; 4 – дорожная одежда; 5 — земляное полотно; 6 – чаша прогиба; 7 — зоны растяжения и трещины в одежде; 8-выпирание грунта; 9-направление сжатия грунта
Напряженно-деформированное состояние дорожных одежд зависит от их конструктивных особенностей, структуры и свойств материалов, прочности грунта земляного полотна, загружения дороги. Слои одежды имеют структуру контактного, коагуляционного или кристаллизационного типов.
При структуре контактного типа, характерном для слоев щебня, гравия и песка, минеральные частицы взаимодействуют непосредственно. Такие слои не обладают связностью и практически не проявляют вязких свойств.
При структуре коагуляционного типа минеральные частицы покрыты пленками воды или органического вяжущего. К таким материалам относят грунты, связные и укрепленные органическим вяжущим, битумоминеральные смеси и асфальтобетон. Материалы, обработанные органическим вяжущим, отличаются повышенной связностью и под действием нагрузки проявляются как упругие, так и вязкие свойства.
Кристаллизационный тип структуры характерен для цементобетонов, каменных материалов и грунтов, укрепленных цементом и другим минеральным вяжущим. Связь между частицами материала осуществляется через спайки, образованные кристаллами вяжущего. Для таких материалов характерна повышенная жесткость и прочность, упругие свойства выражены достаточно четко. Для слоев одежды из монолитных материалов наиболее опасны растягивающие напряжения, возникающие в слое при изгибе, а для слоев из слабосвязных материалов (зернистых) – напряжения сдвига (касательные).
Для слоев и покрытий с контактным типом структуры наиболее характерны просадки за счет доуплотнения и дезинтеграции фракций, истирания, а на покрытиях – волнистость, выбоины, износ. При каждом прогибе дорожной одежды отдельные зерна каменных материалов истираются, раскалываются, размельчаются. В частицах мельче 0,071 мм, образующихся при размельчении щебня, может наблюдаться капиллярное поднятие и длительное удержание воды. Превращаясь во влажную пластическую массу между твердыми зернами, мелкие частицы вместе с водой облегчают перемещение зерен, увеличивая размеры прогиба одежды под колесами автомобилей и ускоряя дальнейшее измельчение материалов. При этом повышается суммарная поверхность зерен и вяжущего становится недостаточно. Кроме того, происходит старение вяжущего, покрытие становится более жестким. Сначала образуются волосные, затем более широкие трещины, в которые проникает вода, замерзающая зимой, и покрытие постепенно разрушается. Для слоев с коагуляционным типом структуры наиболее характерны усталостные и температурные трещины, деформации в виде сдвигов и наплывов. Физико-механические свойства материалов, обработанных битумом, определяются особенностями связей, возникающих между отдельными зернами, и зависят от свойств битума, толщины его пленки, а со временем – от изменения его химического состава.
При старении материала типа асфальтобетона под действием воды и кислорода воздуха выявляются три стадии (рис. 5.2).
Рис. 5.2. Влияние старения битума на долговечность покрытия:
1 – изменение когезионной прочности битума; 2 — изменение прочности покрытия; К, С – точки резкого падения прочности
На первой стадии длительное время нарастает прочность, водоустойчивость, уменьшаются деформативные свойства материала. Это происходит за счет уменьшения количества масел, увеличения смол, особенно асфальтенов, повышения вязкости и когезии битума в результате взаимодействия битума с минеральным материалом. На второй стадии старения снижается водо- и морозоустойчивость битумоминерального материала без заметного изменения его прочности. Третья стадия сопровождается резким снижением прочности материала, повышением его водонасыщения, набухания и уменьшением водо- и морозоустойчивости. Это приводит к коррозии покрытия, усиленному выкрашиванию минеральных частиц и образованию выбоин и разрушений.
При одном прогибе дорожной одежды, минеральный материал которой обработан органическим вяжущим, эти изменения могут быть бесконечно малыми. Однако за период службы одежды число прогибов измеряется миллионами, поэтому остаточные деформации возрастают. Механизм усталостного разрушения состоит в следующем. Хотя максимальные растягивающие напряжения при проходе одного автомобиля значительно меньше критических, из-за неоднородности материала локальные напряжения мо-гут существенно отклоняться от среднего значения. В местах, где они превышают предел упругости плёнок битума, связи рвутся. Повторяющиеся приложения нагрузки приводят к накоплению разорванных связей. В результате через определенное число циклов приложения нагрузки в нижней части покрытия по полосам наката появляются продольные тонкие трещины, объединяющиеся затем в большие, образуется сетка трещин, которые растут одновременно в двух направлениях: вверх и по длине. При дальнейших нагружениях трещина проходит сквозь покрытие и становится видимой на поверхности.
Разрушение асфальтобетона зависит от скорости нагружения и температуры и может носить как хрупкий, так и вязкий характер. Критическим периодом работы покрытия является весенний, когда в результате снижения прочности грунта земляного полотна прогиб дорожной одежды максимальный, а температура покрытия часто колеблется от 0 до 10°С.
С повышением скорости автомобилей время действия растягивающего напряжения в покрытии сокращается, вместе с этим уменьшаются повреждения от транспортных средств. Однако это происходит только на розных покрытиях. При наличии неровностей возникают разрушения из-за динамического воздействия нагрузки. Горизонтальные (тангенциальные) сжимающие и растягивающие напряжения служат причиной пластических деформаций, а также разрушений в верхних слоях дорожной одежды (сдвигов, волн, наплывов и поперечных трещин по следам наката).
Такие деформации особенно часты на тонких покрытиях — толщиной менее 8 см. При большей толщине покрытий сдвиговые деформации бывают реже, так как напряжения, вызываемые в дорожной конструкции тангенциальными усилиями, приложенными на поверхности покрытия, сравнительно быстро затухают по глубине (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Эпюра распределения касательных напряжений по глубине
Для слоев и покрытий кристаллизационного типа более характерны восстанавливающиеся деформации и разрушения (трещины, проломы, шелушение, истирание).
В цементобетонных покрытиях напряжения возникают под влиянием нагрузки и температуры воздуха. При нагревании и охлаждении покрытие изменяет размеры, но из-за трения нижней поверхности покрытия (или основания) о грунт появляются температурные напряжения. К ним также относят напряжения, возникающие в результате равномерного распределения температур по толщине покрытия и приводящие к короблению. Температурными условно можно считать также напряжения от неравномерного поднятия покрытия в процессе зимнего вспучивания земляного полотна. Температурные напряжения совместно с напряжениями от нагрузок транспортных средств приводят к образованию и развитию трещин в бетоне.
Деформации и разрушения земляного полотна и водоотводных сооружений.Для земляного полотна типичны осадки, просадки, пучины и деформации обочин, расползание насыпей, сползание и размывы откосов, выдувание обочин и откосов из несвязных и слабосвязных грунтов (рис. 5.4).
Рис. 5.4. Характерные деформации и разрушения земляного полотна:
а — осадка: б — просадка; в — сползание насыпи; г — то же откоса.
Осадки возникают вследствие недостаточного уплотнения или переувлажнения грунтов, особенно часто в местах повышенного увлажнения, при применении недоброкачественных грунтов для высоких насыпей.
Просадки насыпей образуются на участках со слабыми подстилающими грунтами – на болотах, просадочных грунтах, карстах и т. д.
Сползание происходит на косогорных участках из-за недостаточного сопротивления сдвигу основания насыпей или на оползневых участках. Причинами этих деформаций являются недоброкачественная подготовка основания (отсутствие уступов, недостаточное уплотнение), наличие в основании слабопрочных грунтов, повышенное увлажнение и недоуплотнение нижних слоев насыпи.
Оползание откосов наблюдается при применении слабых грунтов, их переувлажнении и недоуплотнении, чаще всего из-за отсутствия укреплений и, интенсивного увлажнения атмосферными осадками или поверхностной водой. Кроме того, сползание может быть из-за превышения норм крутизны откосов, присыпки земляного полотна при уширении без устройства уступов или с недостаточным уплотнением.
Размывание и выдувание обочин и откосов происходит вследствие водной и ветровой эрозии, когда земляное полотно возведено из несвязных или слабосвязных грунтов при недостаточно эффективном укреплении откосов и обочин.
Для обочин характерны деформации в виде колей и выбоин, возникающих от наезда автомобилей на неукрепленные обочины, особенно увлажненные и недостаточно уплотненные. К деформациям обочин относят образование обратного уклона, особенно там, где установлены парапеты, ограждения и сигнальные столбики, мешающие планировке обочин в процессе содержания.
Деформации и разрушения водоотводных сооружений различны по характеру и причинам возникновения.
Грунтовые канавы и лотки подвергаются размыву в первую очередь в местах больших продольных уклонов, заиливаются и зарастают при малых уклонах.
Канавы и лотки, укрепленные плитами, каменными и другими материалами, могут размываться водой в местах стыков плит, разрушений укрепляющих устройств к т.д.
Дренажные и подземные водосточные трубы засоряются грунтом и случайно попавшими предметами (соломой, травой, корягами), из-за чего прекращается их работа.
Для водопропускных труб характерны раковины, выщелачивание раствора, вымывание грунта из тела насыпи, трещины, сдвиги звеньев, деформации оголовков, отделение оголовков от тела трубы, просадки, засорение.
Раковины и выщелачивание-разрушение материала конструкции вследствие выветривания наружных слоев бетона под действием грунтовой и поверхностной воды, частично растворяющих и вымывающих вяжущие.
Вымывание грунта из насыпи происходит при нарушении изоляции стыков между звеньями в образовавшиеся щели вода выносит грунт, образуя пустоты за трубой.
Трещины в бетоне и сдвиги звеньев возникают при неравномерном, иногда одностороннем давлении грунта на трубу. Условия работы трубы под нагрузкой ухудшаются при образовании пустот в насыпи из-за вымывания грунта.
Деформации оголовков в отделении их от трубы могут быть вызваны неравномерной осадкой фундаментов оголовков и звеньев, их подмывом, увеличением горизонтального давления на оголовки при переувлажнении грунта насыпи и сползании откосов.
Просадки – вертикальные неравномерные смещения звеньев вследствие неодинакового давления насыпи по длине трубы (большее давление на средние звенья). Этому обстоятельству способствует применение при возведении насыпи слабопрочных грунтов (торфяных, илистых) и вымывание грунта в основании звеньев.
§
Под деформацией понимают изменение размеров или формы тела без уменьшения его массы и потери сплошности, разрушение – изменение размеров и формы тела с изменением (уменьшением) его массы или с потерей сплошности.
Под совместным воздействием многократно повторяющихся нагрузок от автомобилей и природных факторов в дорожной конструкции возникают напряжения и деформации, которые, постепенно накапливаясь, могут привести к ее разрушению. При деформациях и разрушениях земляного полотна неизбежно деформируется и разрушается дорожная одежда.
На правильно спроектированной, построенной и эксплуатируемой дороге не должно быть разрушений (кроме износа покрытия), но могут возникать деформации в допустимых пределах под влиянием эксплуатационных и природно-климатических факторов, проектных и строительных недостатков.
Воздействие автомобилей на дорожную одежду. Это главная причина их деформаций и разрушений. При движении по горизонтальному участку с ровной поверхностью колеса автомобилей передают на дорожную конструкцию вертикальные (нормальные) и горизонтальные (касательные) усилия. При ровном покрытии дорожные одежды испытывают давление колес как кратковременную статическую нагрузку. Продолжительность ее действия колеблется от 0,01 до 0,5 с в зависимости от скорости. При высоких интенсивности и скорости нагрузки от колес грузовых автомобилей могут повторяться через каждые 1,5 – 6 с.
На неровной поверхности давление колес на покрытие то возрастает по сравнению со статическим, то убывает. Отношение напряжения (деформации), вызванного динамическим действием нагрузки, к напряжению, вызванному статическим действием той же нагрузки, называют коэффициентом динамичности нагрузки. При движении по ровному покрытию коэффициент динамичности не выходит за пределы 1,15. На неровной проезжей части с повышением скорости до 80 км/ч этот коэффициент возрастает до 3, при дальнейшем росте скорости остается почти постоянным. Характер нагружения дорожной одежды зависит от интервалов действия нагрузки. Особенно большое влияние оказывает состав транспортного потока (доля в нем тяжелых автомобилей).
Для оценки разрушающего действия автомобилей с различной осевой нагрузкой проф. Б. С. Радовский предложил формулу суммарного коэффициента приведения m
Kсумм = Σ(Gi /Gp)4,4, (5.1)
i=1
где т — число осей; Gi — нагрузка на ось; Ср—расчетная нагрузка на ось.
Установлено, что проезд одного автомобиля МАЗ-500А с осевой нагрузкой 100 кН равноценен 5,2 проезда автомобиля ЗИЛ-130 с осевой
§
Деформации и разрушения могут быть только покрытий и всей дорожной одежды в целом. К первым относит износ, шелушение, выкрашивание, выбоины, сдвиги, волны, гребенки и трещины покрытия (рис. 5.5), ко вторым – пучины (см. гл. 4), просадки, проломы, колеру и разрушения кромок дорожных одежд
.
Рис. 5.5. Деформации и разрушения дорожных покрытий:
а — шелушение; б — выкрашивание; в — выбоины; г — сдвиг; д — волны; е — гребенка
Шелушение — отделение чешуек и частиц материала и разрушение поверхности покрытия под действием колес автомобилей, воды и отрицательной температуры воздуха с образованием микронеровностей глубиной до 5 мм.
Выкрашивание — отделение зерен минерального материала из покрытия и образование мелких раковин глубиной от нескольких миллиметров до 20 мм. Постепенно развиваясь, выкрашивание распространяется на значительную площадь и является признаком начала поверхностного разрушения покрытия.
Выбоины — местные разрушения покрытия глубиной от 20 до 100 мм и более с резко очерченными краями. Они возникают прежде всего из-за недостаточной связи между минеральными и органическими материалами, недоуплотнения покрытия, загрязнения, использования недоброкачественных материалов (пережог асфальтобетонной смеси, попадание необработанного щебня или песка в смесь и т.д.).
Особенно активно процесс образования выбоин развивается в весенний период, чему способствует чередование положительных и отрицательных температур воздуха и покрытия, наличие воды в порах покрытия. Проникая в раковины и микротрещины покрытия, вода оказывает расклинивающее действие, которое значительно увеличивается при ее замерзании. Связи между частицами материала ослабляются, и под влиянием колес автомобиля образуется выбоина, которая может быстро увеличиться.
Наезжая на выбоину, колесо получает толчок, что приводит к повторному динамическому удару на некотором расстоянии за выбоиной (рис. 5.6).
Рис. 5.6. Динамика развития выбоин на покрытии:
I, 2 – трещины или раковины при выкрашивании; 3 – расклинивающее действие воды и льда и образование трещины в зоне повторного удара; 4 — вторичный удар колеса; 5, 6 – развитие смежных выбоин и их объединение
При многократном повторении этой нагрузки образуется следующая раковина или трещина, которые затем сливаются в одну большую выбоину [11].
Сдвиги – неровности, вызванные смещением материала покрытия при устойчивом основании; чаще всего образуются в местах торможения автомобилей (остановки, перекрестки). Под действием касательных сил происходит сдвиг верхнего слоя либо его сдвиг по поверхности нижнего слоя с образованием поперечных трещин на полосах наката. Этому способствует повышенная пластичность верхнего слоя (избыток вяжущего или недостаточная теплоустойчивость при высокой температуре). Смещаемый колесом поверхностный слой образует складки и наплывы.
Волны и гребенки – неровности в виде поперечных гребней и впадин с пологими краями. Закономерно чередуясь вдоль покрытия, они формируются, как и сдвиги, в местах торможения автомобилей практически на всех типах покрытий, кроме цементобетонных. Основная причина волнообразования — излишняя пластичность материала, избыток вяжущего или низкая теплоустойчивость смеси, недостатки уплотнения, а также систематическое воздействие на покрытие автомобилей одинаковой массы при одинаковой скорости. На покрытиях переходного типа, преимущественно гравийных, поперечные волны образуют гребенку — правильные четко выраженные поперечные выступы, чередующиеся с углублениями.
Трещины на покрытиях бывают различных размеров и формы (рис. 5.7). На асфальтобетонных и других покрытиях, построенных с применением органического вяжущего, трещины могут быть одиночные поперечные, продольные, косые и в виде сетки.
рис. 5.7. Трещины и разрушения покрытия:
1 — продольные по оси дороги; 2 — поперечные; 3 — косые; 4 — частые поперечные на всю ширину; 5 — продольные по полосам наката; 6 — сетка трещин по полосам наката; 7 — сетка трещин на пучинистых участках; 8 — обломы кромок
Трещины поперечные сквозные на всю ширину покрытия (температурные) возникают осенью и в начале зимы вследствие резких перепадов температуры воздуха и недостаточной сопротивляемости температурным напряжениям. Они располагаются по проезжей части на определенном расстоянии друг от друга (5-10м).
Продольные трещины, расположенные через 20-40 см друг от друга на полосах наката, в сочетании с поперечными трещинами через 1-4 м на всю ширину проезжей части бывают на покрытиях, содержащих органическое вяжущее, построенных на непрочных основаниях из грунтов или каменных материалов, укрепленных минеральным вяжущим (цемент, известь, золы уноса).
Продольные трещины на асфальтобетонных покрытиях часто появляются на стыке двух полос укладки покрытия при плохом сопряжении. Продольные трещины на полосах наката образуются под интенсивным движением автомобилей из-за недостаточной прочности отдельных слоев одежды и грунтового основания (недоуплотнение, переувлажнение), превышения нагрузок и интенсивности движения по сравнению с расчетными. Трещины продольно-косые возникают вследствие недостаточной прочности дорожной одежды, недоуплотнения грунтов полотна и их последующей осадки, особенно на высоких насыпях, а также над трубами.
Сетка трещин с мелкими ячейками на полосах наката размером сторон 10-20 см бывает на покрытии, как правило, при недостаточной прочности основания на участках оттаивания переувлажненного грунта в весенний период и период пучинообразования. Главная причина большинства трещин – усталость дорожных одежд, их недостаточная прочность.
Трещины на цементобетонных покрытиях бывают поперечные сквозные, продольные и косые сквозные, поверхностные и волосные усадочные. Поперечные сквозные трещины образуются при больших расстояниях между швами и в тех случаях, когда произошло сцепление бетонных плит с основанием, и они не могут перемещаться при температурных изменениях. Продольные сквозные трещины возникают при неоднородно уплотненном земляном полотне, когда края, уплотненные меньше, начинают давать осадку. Косые сквозные трещины появляются над пустотами, осадками земляного полотна и при недостаточно прочном покрытии. Наличие сквозных трещин в цементобетонных покрытиях обычно служит признаком недостаточной прочности и начала разрушения. Поверхностные, неглубокие трещины возникают из-за неравномерного распределения температуры по толщине плиты, вызывающего ее коробление.
Разрушение стыков — обламывание кромок и выбивание заполняющей мастики. Основными причинами являются удары колес автомобилей, недоброкачественная цементобетонная смесь, неудовлетворительная нарезка и отделка швов.
Просадки — впадины глубиной 50-100 мм и более с пологой поверхностью, но без выпучивания и образования трещин на прилегающих участках. Они возникают в местах пониженной прочности слоев одежды и грунта при увлажнении. Просадки могут быть в первые годы эксплуатации дороги при неблагоприятных грунтово-гидрогеологических условиях, вследствие недостаточного уплотнения грунтов земляного полотна и слоев одежды, а также при проявлении тяжелых автомобилей, на которые дорожная одежда не была рассчитана.
Проломы – разрушения одежды в виде более или менее длинных прорезей глубиной до 100 мм по полосам наката и выпучиваний сбоку проломов высотой 50-100 мм. Мокрые проломы образуются вследствие переувлажнения и пластического течения материала слоев основания и грунта, сухие – вследствие прорезания всех слоев одежды под действием вертикальной силы при недостаточной толщине конструкции и слабом уплотнении слоев и грунтов земляного полотна.
Колеи – деформации и разрушения дорожной одежды в виде небольших углублений по полосам наката. При интенсивном тяжелом движении колеи могут превратиться в проломы; Колеи образуются при накоплении пластических деформаций в слоях дорожной одежды, а также усиленном износе верхнего слоя покрытия. В реальных условиях оба процесса колееобразования суммируются.
Разрушение кромок — отдельные трещины и сетки трещин вдоль кромок, откол, искажение поперечного профиля прикромочных полос. Разрушение кромок происходит вследствие пониженной прочности прикромочных полос проезжей части (заниженная толщина слоев одежды у кромок, повышенная влажность грунта основания под кромкой) и отсутствия укрепленных полос со стороны обочин. Наличие деформаций и разрушений чаще всего свидетельствует о недостаточной прочности дорожной конструкции, о превышении фактической интенсивности движения над расчетной.
Износ покрытий и его причины.На износ покрытий наибольшее влияние оказывает движущиеся автомобили. Под нагрузкой шина деформируется, в зоне контакта с покрытием сжимается, а вне контакта расширяется (рис. 5.8).
рис. 5.8. Схема истирания покрытия шиной: А — зона сжатия; Б — зона растяжения 
Путь точки на шине в плоскости контакта l1 меньше, чем вне его l, точка перемещается с ускорением, большим по сравнению с движением до входа в контакт с покрытием. В то же время угловая скорость α в секторах практически одинаковая. Поэтому точка проходит по покрытию путь определенной длины с проскальзыванием вместо одного качения. Под воздействием этих усиленных касательных напряжений в плоскости следа истираются покрытие и шины. Наибольшие касательные усилия и наибольший износ возникают при торможении автомобиля. Износ от грузовых автомобилей примерно в 2 раза больше в сравнении с легковыми. Чем больше прочность, тем меньше и равномернее износ покрытия по ширине.
На покрытиях из малопрочных материалов интенсивность износа значительно выше, чаще образуются колеи и выбоины.
Средний износ по всей площади покрытия (мм)
hср = Khн, (5.2)
где К — коэффициент неравномерности износа (в среднем К = 0,6 ÷ 0,7); hн – износ в полосе наката, мм.
Износ усовершенствованных покрытий измеряют в миллиметрах, а покрытий переходного типа также и по объему потери материала.
Особенности износа шероховатых покрытий.Их износ проявляется в уменьшении высоты и шлифовании неровностей макрошероховатости.
Уменьшение макрошероховатости покрытий под действием колес автомобилей происходит в два этапа. На первом этапе сразу после окончания строительства шероховатость покрытия уменьшается за счет погружения щебня в нижележащий слой покрытия. Размер этого погружения зависит от интенсивности и состава движения, крупности щебня и твердости покрытия, которую оценивают глубиной погружения иглы твердомера; асфальтобетонные покрытия могут быть очень твердые – 0-2 мм, твердые – 2-5 мм, нормальные – 5-8 мм, мягкие – 8-12 мм, очень мягкие – 12-18 мм. Цементобетонные покрытия обладают абсолютной твердостью.
По данным канд. техн. наук М. В. Немчинова общее уменьшение макрощероховатости может быть описано уравнением [12]
Rср = ae –bм c, (5.3)
где м – число прошедших автомобилей; а, b, с – коэффициенты, зависящие соответственно от размера щебня, твердости покрытия и состава транспортного потока.
Определение износа покрытий расчетом.Среднее значение уменьшения толщины покрытий в год вследствие износа можно определить по формуле проф. М. Б. Корсунского [18]
h = a bB(5.4)
h = a bN/1000, (5.5)
где а — параметр, зависящий в основном от погодоустойчивости покрытия и климатических условий; b – показатель, зависящий от качества (в основном прочности) материала покрытия, степени его увлажнения, состава и скорости движения; В-грузонапряженность движения, млн. т брутто в год; N -интенсивность движения, авт./сут (N ≈ 0,001 В).
Износ покрытия за Т лет с учетом изменения состава и интенсивности потока в перспективе по геометрической прогрессии
(5.6)
где N1-интенсивность движения в исходном году, авт./сут; К = 1,05 ÷ 1,07 — коэффициент, учитывающий изменения состава потока; q1– показатель ежегодного роста интенсивности движения
В последние годы для повышения устойчивости движения автомобилей стали применять шины с шипами и цепями. Асфальтобетонные покрытия при эксплуатации с цепями и шипами изнашиваются в 2-3 раза быстрее. Даже на покрытиях из высокопрочного литого асфальтобетона на автомобильных магистралях ФРГ, где используют шины с шипами, через одну — две зимы образуются колеи по полосам наката глубиной до 10 мм. Поэтому в условиях СССР использование шин с шипами и цепями противоскольжения на дорогах общего пользования должно быть строго ограничено.
В качестве критерия предельного состояния покрытия по износу можно принять размер допустимого износа Яи для покрытий: асфальтобетонных —10-20 мм; щебеночных (гравийных), обработанных органическим вяжущим,-30-40 мм; щебеночных из прочного щебня — 40-50 мм; гравийных — 50-60 мм.
Измерение износа.Ежегодный износ цементо-, асфальтобетонных и других монолитных покрытий измеряют при помощи реперов, закладываемых в толщу покрытия, и износомера [18]. При этом способе измерения износа в покрытие предварительно закладывают реперы-стаканчики из латуни. Дно стаканчика служит поверхностью, от которой выполняют отсчет. Износ определяют также с помощью пластин (марок) трапецеидальной формы из известняка или мягкого металла, заделываемых в покрытие и истирающихся совместно с ним.
Для определения износа покрытий можно использовать различного рода электрические приборы для измерения толщины слоев в слоистых полупространствах. Например, в ФРГ используют электромагнитный прибор стратотест, основанный на отражении электромагнитных волн. Подобный прибор разработан также в Ленинградском филиале Союздорнии.
