ГОСТ Р 59983-2022 Дороги автомобильные общего пользования. Сооружения противоналедные. Правила проектирования.

    ГОСТ Р 59983-2022

 

 НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

 

 Дороги автомобильные общего пользования

 

 СООРУЖЕНИЯ ПРОТИВОНАЛЕДНЫЕ

 

 Правила проектирования

 

 Automobile roads of general use. Anti-ice structures. Design rules

ОКС 93.080.01

Дата введения 2022-03-01

 

 Предисловие

     

1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью "ГЕО-ПРОЕКТ" (ООО "ГЕО-ПРОЕКТ")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 418 "Дорожное хозяйство"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 января 2022 г. N 12-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

 

      1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на проектируемые противоналедные сооружения на автомобильных дорогах общего пользования, предназначенные для обеспечения их сохранности, непрерывного функционирования и повышения безопасности дорожного движения.

Настоящий стандарт устанавливает правила проектирования противоналедных сооружений на автомобильных дорогах общего пользования в местах негативного влияния наледей на автомобильную дорогу и дорожные сооружения на ней.

 

      2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 17.1.3.13 Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к охране поверхностных вод от загрязнения

ГОСТ 27751 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения

ГОСТ 32836 Дороги автомобильные общего пользования. Изыскания автомобильных дорог. Общие требования

ГОСТ 32847 Дороги автомобильные общего пользования. Требования к проведению экологических изысканий

ГОСТ 32868 Дороги автомобильные общего пользования. Требования к проведению инженерно-геологических изысканий

ГОСТ 32869 Дороги автомобильные общего пользования. Требования к проведению топографо-геодезических изысканий

ГОСТ 32955 Дороги автомобильные общего пользования. Лотки дорожные водоотводные. Технические требования

ГОСТ 33068 Материалы геосинтетические для дренажных систем. Общие технические требования

ГОСТ 33100 Дороги автомобильные общего пользования. Правила проектирования автомобильных дорог

ГОСТ 33149-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Правила проектирования автомобильных дорог в сложных условиях

ГОСТ 33177 Дороги автомобильные общего пользования. Требования к проведению инженерно-гидрологических изысканий

ГОСТ Р 21.101 Система проектной документации для строительства. Основные требования к проектной и рабочей документации

СП 33-101-2003 "СНиП 2.01.14-83 Определение основных расчетных гидрологических характеристик"

СП 35.13330 2011 "СНиП 2.05.03-84 Мосты и трубы"

СП 103.13330.2012 "СНиП 2.06.14-85 Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод"

СП 104.13330.2016 "СНиП 2.06.15-85 Инженерная защита территории от затопления и подтопления"

СП 116.13330.2012 "СНиП 22-02-2003 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения"

СП 445.1325800.2018 Водопропускные трубы и системы водоотвода в районах вечной мерзлоты. Правила проектирования

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов (сводов правил) в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

 

      3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 гололедное воздействие: Воздействие нарастающего гололеда, рассматриваемое как нагрузка от собственного веса гололеда.

3.2

 

системы инженерной защиты территории от затопления и подтопления: Гидротехнические сооружения различного назначения, объединенные в единую систему, обеспечивающую инженерную защиту территории от затопления и подтопления.

 

[СП 104.13330.2016, статья 3.12]

 

3.3 тепловой пояс: Сооружения, предназначенные для перехвата подземной или грунтовой воды и ее безналедного отвода от ограждаемого объекта в течение морозного периода.

3.4

 

каптаж: Колодец или приемная камера для сбора подземных родниковых вод в местах их выхода на поверхность.

 

[ГОСТ 33149-2014, пункт 3.7]

 

3.5 клетчатка вероятностей: Специальные клетчатки с прямоугольной системой координат, построенные таким образом, что на них спрямляются (полностью или частично) различные кривые обеспеченности.

3.6

 

наледи: Слоистые ледяные массивы на поверхности земли, льда или инженерных сооружений, возникшие при замерзании периодически изливающихся природных или техногенных вод.

 

[ГОСТ 33149-2014, пункт 3.14]

 

 

      4 Общие положения

 

      4.1 Общие принципы проектирования

4.1.1 Автомобильные дороги, расположенные в I дорожно-климатической зоне и районах распространения вечной мерзлоты, подвержены опасным природным или техногенным процессам и явлениям на этапах строительства, реконструкции, капитального ремонта, ремонта и эксплуатации.

4.1.2 При проектировании автомобильных дорог в таких районах согласно регламенту [1] необходимо предусматривать защиту конструктивных элементов автомобильной дороги от возможных рисков, в том числе и от наледных процессов.

4.1.3 При проектировании автомобильных дорог в случае невозможности или нецелесообразности обхода участка потенциального наледеобразования следует разработать комплекс конструктивно-технологических решений, предусматривающий устройство противоналедных мероприятий и сооружений с целью предотвращения или устранения отрицательных воздействий наледей на автомобильную дорогу.

4.1.4 Противоналедные сооружения и устройства, предназначенные для защиты автомобильной дороги, должны обеспечивать защиту, предотвращать снижение прочности, обеспечивать устойчивость конструктивных элементов дороги при воздействии установленных внешних и внутренних нагрузок на всех этапах жизненного цикла.

4.1.5 Противоналедные мероприятия и сооружения необходимо проектировать в комплексе с инженерными сооружениями автодороги, так как строительство дорожных сооружений нарушает естественный режим протекания речных и грунтовых вод и способствует возникновению наледного процесса. При этом должны учитываться геологические, гидрологические и геокриологические условия местности, оказывающие влияние на развитие процессов наледеобразования.

4.1.6 При проектировании противоналедных сооружений следует учитывать интенсивность развития наледей в зависимости от запасов подземных вод и поверхностных вод весенне-летнего периода, глубины промерзания сезонно-талого слоя и других природных факторов по 4.2.

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

4.1.8 Решения по устройству определенных противоналедных сооружений должны быть приняты на основе технико-экономического обоснования и расчетов.

4.1.9 При проектировании комплекса дорожных, транспортных и других сооружений на наледных участках следует учитывать необходимость исключения или существенного сокращения вредного воздействия наледного процесса на эксплуатационную надежность автодороги согласно ГОСТ 27751.

 

      4.2 Прогноз наледеобразования

4.2.1 Прогнозирование расчетных параметров наледей при проектировании является основной частью определения основных параметров сооружений (приложение А). К ним относятся: объем наледи, ее толщина (средняя и максимальная), ширина, длина и тип прогнозируемой наледи (смешанного питания; от грунтовых вод рыхлой толщи; от подземных вод глубоких горизонтов; поверхностных вод и ключевых наледей; потенциально наледных речных водотоков; бугров пучения).

4.2.2 Исходными данными для выбора и проектирования противоналедных мероприятий и устройств являются:

- по поверхностным водотокам: расход и температура воды в осенне-зимний период, скорость потока, ширина, глубина и уклон русла, предполагаемые изменения теплового и ледового режимов водотока при строительстве и степень влияния этих изменений на наледный процесс по ГОСТ 33177;

- по подземным водам, вскрываемым выемками, канавами и карьерами: ожидаемый приток и температура воды, мощность и протяженность вдоль пути водоносного слоя, возможные изменения режима вод в связи со строительством;

- по гололедным воздействиям: предполагаемые степени обледенения конструкций в районе строительства;

- по всем природным наледям: генетический тип наледи, время ее формирования (начало и окончание), линейные размеры, площадь и объем наледи, возможные изменения в режиме наледи в связи со строительством, степень опасности наледи для проектируемых сооружений.

Перечисленные данные включают в пояснительную записку, в которой, кроме того, приводятся описания общих физико-геологических условий района согласно ГОСТ 32836, ГОСТ 32868, ГОСТ 33177, необходимые для прогнозирования наледей и выбора основных проектных решений.

4.2.3 В задачи прогноза наледей входит установление следующих качественных и количественных характеристик:

- объем наледи, ее толщина (средняя и максимальная), ширина и длина;

- изменения во времени наледного процесса в местах отложений природных наледей;

- изменения режима и размеров природных наледей в результате строительства транспортных и других сооружений;

- вероятность возникновения искусственных наледей при строительстве дороги;

- степень воздействия наледей на проектируемые объекты.

4.2.4 Прогноз наледей необходимо осуществлять на основе процесса наледеобразования, обусловленного взаимодействием природных факторов (климатических, гидрогеологических, геологических и гидрологических, приложение А).

4.2.5 В районах с отрицательной среднегодовой температурой воздуха возникновение искусственных наледей следует ожидать:

- в выемках, карьерах, а также в местах закладки канав и резервов, вскрывающих водоносные слои или способствующих частичному или полному промерзанию последних;

- на участках размещения открытых канав и лотков, используемых для пропуска водотоков;

- в местах стеснения водоносных слоев фундаментами сооружений, а также высокими насыпями, возводимыми из глинистых грунтов;

- на переходах малых и средних водотоков, имеющих в осенне-зимний период года температуру воды 0,2°С и ниже, в случаях пропуска водотока через мосты и трубы типовой конструкции;

- на участках водотоков с перекатами, порогами, конусами выносов, островами; на устьевых участках рек и их притоков;

- на склонах логов и речных долин северной экспозиции;

- на участках размещения построечных притрассовых автомобильных дорог в пределах косогоров, на которых выявлены выходы или неглубокое залегание уровня грунтовых вод;

- в местах расположения отапливаемых зданий на водоносных грунтах основания.

4.2.6 Степень опасности наледи следует устанавливать в зависимости от типа наледи, ее размера, длительности действия, места и близости расположения наледи от проектируемого объекта, с учетом особенностей возможного воздействия наледи на условия движения транспортных средств и устойчивость транспортных и других сооружений.

 

      4.3 Методы и средства противоналедной защиты. Выбор противоналедных мероприятий и сооружений

4.3.1 Методы и средства противоналедной защиты

4.3.1.1 Противоналедные сооружения по принципу работы разделяют на пять групп, таблица 1.

4.3.1.2 Безналедный пропуск сооружениями обеспечивается снижением удельных потерь тепла водным потоком и компенсацией этих потерь за счет дополнительных энергетических источников.

Таблица 1 - Принцип работы противоналедных сооружений

 

 

 

 

 

Группы противоналедных сооружений

Безналедного пропуска

Свободного пропуска

Удерживающие

Ограждающие

Дренажно-каптажные

открытые или утепленные лотки

подогрев воды электронагревательными устройствами

грунтовые, снежные противоналедные валы в комплексе с затвором, каменными отмостками, противофильтрационными экранами

мерзлотные пояса

подземные трубные или беструбные дренажи

водоотводные канавы

паро-водяные котлы на твердом и жидком топливе

заборы различной конструкции: высотой до 1,5 м - щиты; каркасные рамки, обтянутые толем, временные заборы из шпал, а при более 1,5 м - из досок, бруса, горбыля

канавы, траншеи, рвы

каптажные приемники, фильтрующие выпуски

трубчатые подземные или утепленные наземные водоводы

подача более теплой воды из аккумулирующих прудов

мерзлотные пояса

устройство противофильтрационных экранов

дренажно-водоот-водные лотки

трубчатые дренажи с перфорациями или трубофильтры

источники глубинных подземных вод

льдонакопительные рвы и траншеи

бермы из скального или другого грунта с
>75 м/сут применяют при защите насыпей и конусов мостов
 

трубчатые или беструбные дренажи

теплоаккумулирующие пруды

водозаборные скважины

наледные пояса

деревянные или железобетонные противоналедные заборы

водопонижающие скважины

аккумулирующие емкости для вертикальных дренажей

мосты-эстакады

посредством устройства отмосток из камня; плит для распластывания потока воды

деревянные щиты, шандоры, шторки, устанавливаемые на входных оголовках труб, бермы из скального или другого фракционного грунта, обвалование (СП 116.13330.2012)

каптажные приемники

незамерзающие водовыпуски

мосты тоннельного типа

установка металлических сеток, решеток, пластинчатых конструкций

поднятие насыпей земляного полотна на расчетную высоту для защиты от наледного подтопления

фильтрующие выпуски

-

-

устройство навесов

-

-

 

4.3.1.3 Сооружения свободного пропуска наледей представляют собой мосты-эстакады с расчетными длинами пролетов, обеспечивающих свободный пропуск наледи, а также мосты с использованием гофроконструкций диаметром более четырех метров, водопропускные трубы расчетного диаметра с массивными стенками. Мосты следует устраивать на пересечении русловых наледей различных генетических типов. Расчет параметров мостов и водопропускных труб при этом производят согласно СП 35.13330.2011.

4.3.1.4 Принцип работы удерживающих сооружений направлен на формирование искусственной наледи на безопасном расстоянии от инженерного сооружения путем активизации наледного процесса за счет увеличения площади и интенсивности теплообмена водного потока с охлаждающей средой.

4.3.1.5 Мерзлотный пояс активизирует наледный процесс в результате ускорения промерзания верхнего водоносного горизонта (грунтового, надмерзлотного) и рассредоточенной разгрузки этого горизонта перед мерзлотным поясом. Рассредоточенная разгрузка водоносного горизонта может быть обеспечена вскрытием его канавой, траншеей или рвом.

4.3.1.6 Дренажно-каптажные противоналедные сооружения включают:

- подземные трубные или беструбные дренажи;

- каптажные приемники, фильтрующие выпуски;

- дренажно-водоотводные лотки;

- водопонижающие скважины.

4.3.1.7 Основной принцип работы дренажно-каптажных сооружений заключается в понижении уровня грунтовых и подземных вод ниже глубины промерзания для исключения пучинообразования. При условии недопущения пучинообразования противоналедные дренажно-каптажные сооружения должны обеспечивать дополнительное понижение подземных вод ниже глубин сезонного промерзания грунтов. При разработке конструкций дренажей и каптажных устройств необходимо предусматривать мероприятия, направленные на предотвращение замерзания воды в смотровых колодцах, отводных трубах и на выходе из них. С этой целью отводные трубы закладывают на глубине не выше нижней трети глубины сезонного промерзания, а низ трубы на выходе размещают выше поверхности земли на 1,0 м и более. На пологих склонах местности следует применять утепленные оголовки отводных труб.

4.3.1.8 Противоналедные устройства, применяемые как элементы или конструкции транспортных, а также непосредственных противоналедных сооружений, разделяют на три группы:

- ограждающие;

- безналедного пропуска;

- обеспечения пропуска наледных и талых вод.

4.3.1.9 Ограждающие устройства назначаются с целью защиты от скопления наледного льда в отверстии водопропускных труб в случае формирования небольших наледей на периодических водотоках, они снижают или полностью исключают влияние наледи на устойчивость земляного полотна и водопропускных сооружений. К ограждающим устройствам относят: деревянные щиты, шандоры, шторки, устанавливаемые на входных оголовках водопропускных труб, бермы из скального или другого фильтрующего грунта, содержащего пористую среду, обвалование при защите насыпей и конусов мостов (СП 116.13330.2012).

4.3.1.10 Устройства в виде каналов во льду наледи применяют для обеспечения пропуска наледных и талых вод с целью снижения или прекращения роста наледи и отвода талых вод в весенний период через водопропускные сооружения, отверстия которых заполнены льдом.

4.3.1.11 Устройства для обеспечения безналедного пропуска являются элементами противоналедных сооружений и могут применяться самостоятельно для компенсации потерь тепла наледными водами при отводе их за пределы защищаемого участка (объекта или сооружения) путем установки утепленных щитов, шторок, матов на входе и выходе водопропускной трубы и применением оборудования подводящих и отводящих лотков.

4.3.1.12 Помимо перечисленных противоналедных сооружений, возможны комбинированные сооружения, элементы которых работают по определенному принципу ограниченную часть периода с отрицательной среднесуточной температурой воздуха.

4.3.2 Выбор противоналедных сооружений

4.3.2.1 Выбор противоналедных сооружений осуществляют на основе прогнозной оценки по материалам инженерно-геологического, инженерно-геодезического, гидрологического и геокриологического обследований наледных участков (4.2).

4.3.2.2 Выбор способа защиты при проектировании зависит от размера наледи и характера ее развития, мерзлотно-гидрологических условий, рельефа местности, типа и конструкции проектируемого искусственного сооружения и технико-экономических показателей.

4.3.2.3 Для активного регулирования термическим режимом водотоков в период отрицательных температур необходимо в проектах конструкций земляного полотна и водопропускных сооружений предусматривать мероприятия, позволяющие обеспечивать его оптимальный тепловой режим.

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

4.3.2.5 При выборе противоналедных сооружений и устройств предпочтение следует отдавать тем из них, которые исключают активизацию природных и возникновение искусственных наледей при строительстве автомобильных дорог. В случаях невозможности или нецелесообразности использования таких мероприятий и устройств необходимо предусматривать применение средств, обеспечивающих защиту автомобильных дорог от непосредственного воздействия наледей.

4.3.2.6 Противоналедные сооружения и устройства необходимо предусматривать не только на участках наледей, выявленных в период изысканий, но и в местах вероятного возникновения наледей: переходы малых поверхностных водотоков, выемки, канавы и другие выработки, вскрывающие подземные воды в районах, склонных к наледеобразованию.

4.3.3 Типы и конструкции противоналедных сооружений и устройств. Область их рационального применения

4.3.3.1 По срокам службы противоналедные мероприятия, сооружения и устройства разделяют на:

- постоянные;

- временные.

4.3.3.2 Временные мероприятия и устройства требуется применять для ограждения автомобильных дорог от наледей, возникающих в результате изменения естественных условий в период строительства, при внезапных появлениях наледей, снижающих безопасность движения транспорта и устойчивость сооружений.

4.3.3.3 К временным (сезонным) мероприятиям относятся:

- выколка и удаление наледного льда из отверстий водопропускных сооружений и кюветов вручную и механизированным способом с использованием бульдозеров и рыхлителей;

- резка наледного льда механическими пилами и буровыми механизмами, а также его растопление.

4.3.3.4 Постоянные противоналедные устройства необходимо применять на участках действия природных наледей и в местах, где вероятно возникновение техногенных наледей, которые могут вызвать нарушение устойчивости конструкций и сооружений или создать опасность для движения транспорта.

4.3.3.5 К постоянным защитным мероприятиям относятся:

- поднятие проектной отметки бровки земляного полотна
. Она зависит от максимальной высоты подъема наледного льда
у земляного полотна на участке наледного подтопления (рисунок 1), а также от размеров земляного полотна, физических свойств слагающих его грунтов, климатических условий в районе строительства и определяется по отдельной методике;
 

 

 

 

1
- очертание насыпи после реконструкции;
2
- верх наледи до реконструкции;
3
- очертание насыпи до реконструкции;
B
- ширина проезжей части;
- отметка максимальной высоты подъема наледного льда на откосе земляного полотна;
- величина проектной отметки бровки земляного полотна;
а
- высота отсыпки насыпи для защиты от максимального подъема наледного льда
 
Рисунок 1 - Поднятие проектной отметки бровки земляного полотна
на расчетную высоту
 

- уширение выемок на наледных участках с целью размещения в них заграждающих противоналедных устройств временного и постоянного типа (рисунок 2);

 

 

 

1 - очертание выемки до реконструкции; 2 - очертание выемки после реконструкции; 3 - верх наледи после уширения выемки и строительства противоналедного забора; 4 - верх наледи до реконструкции дороги; 5 - забор; 6 - выходы наледных вод

Рисунок 2 - Уширение выемок на наледных участках с целью размещения в них заграждающих противоналедных устройств временного и постоянного типа

а) перенос отдельных участков дорог с устройством постоянных обходов;

б) строительство дополнительных водопропускных труб;

в) замена водопропускных труб и малых мостов на свайно-эстакадные мосты;

г) замена отдельных водопропускных труб на фильтрующие прорези;

д) замена водопропускных труб и малых мостов на специальные противоналедные водопропускные сооружения с необходимыми отверстиями для свободного пропуска наледей;

е) поднятие отметок выемки или переустройство выемки в насыпь (рисунок 3).

 

 

 

1 - уровень верха наледи до реконструкции; 2 - очертание выемки после реконструкции; 3 - уровень верха наледи после уширения выемки; 4 - очертание выемки после постройки дороги; 5 - выходы наледных вод

Рисунок 3 - Превращение выемки в насыпь (с уширением выемки для размещения средств противоналедной борьбы)

4.3.3.6 Для противоналедной защиты необходима установка водопоглощающего устройства, которое предназначено в основном для защиты от наледей, возникающих при таянии снега (стоковых), на больших площадях, имеющих асфальтобетонное или бетонное покрытие. Водоотводящие бордюрные камни представляют собой своеобразные сборные лотки из железобетона, имеющие водоприемные отверстия, которые могут не только поглощать, но и отводить наледную воду как в продольном, так и в поперечном направлении. Их выполняют в виде блоков из дренирующего морозостойкого бетона либо пластбетона (рисунок 4). При необходимости они могут иметь вверху сменный блокфильтр, под которым помещается нагревательный элемент. Наиболее целесообразно применять эти устройства в населенных пунктах или на горных дорогах, имеющих уклоны.

4.3.3.7 К специальным противоналедно-водопропускным сооружениям, предназначенным одновременно для безналедного пропуска постоянно и периодически действующих водотоков, относятся специальные водопропускные сооружения и искусственные сооружения со свободным пропуском наледей (приложение Б):

- мосты-эстакады, а также мосты тоннельного типа, которые применяются на пересечении русловых наледей различных генетических типов;

- свайно-тоннельные водопропускные сооружения (4.3.3.8);

- противоналедные мосты-трубы (рисунок 5; см. 4.3.3.9);

- комбинированные фильтрующие насыпи с любым количеством водопропускных труб по СП 445.1325800.2018;

- эстакадные мосты с подземными водовмещающими и водопропускными каналами (рисунок 6).

 

 

 

1 - водоотводящие бордюрные камни; 2 - водоотводный лоток с нагревательным элементом; 3 - крышки из дренирующего бетона; 4 - поперечный профиль дороги

Рисунок 4 - Водопоглощающее устройство с водоотводящими бордюрными камнями на автодорогах

 

 

 

1 - уровень подруслового потока; 2 - граница аллювия

Рисунок 5 - Противоналедный мост-труба

 

 

 

     1 - поверхность наледи до постройки водовмещающего канала; 2 - подземный водовмещающий канал

Рисунок 6 - Эстакадный мост с подземным водовмещающим каналом

4.3.3.8 Свайно-тоннельные водопропускные сооружения представляют собой конструкцию, расположенную в нижней части насыпи в виде тоннельной полости или прорези необходимых размеров, образованную рядами свай с плитами-насадками и заборными стенками-плитами, служащих для беспрепятственного пропуска водотока с постоянно действующей наледью.

4.3.3.9 Противоналедные мосты-трубы являются аналогами свайно-тоннельных водопропускных сооружений. Они состоят из свай, насадок, плит перекрытия, стеновых плит и лоткового элемента с утеплителем.

4.3.3.10 Эстакадные мосты с подземными водовмещающими каналами, устраиваемыми под мощением русла и служащими для пропуска подрусловых потоков без их промерзания и без образования наледей (рисунок 6).

4.3.3.11 В качестве каналов могут быть использованы продольные траншеи с дренажом из крупноглыбового скального грунта. Подземные лотки должны начинаться и заканчиваться каменной фильтрующей кладкой с защитой входа от заиливания.

4.3.3.12 Отверстия искусственных сооружений на водотоках с наледями определяют расчетом на пропуск по поверхности наледи расчетного паводка. При гидравлическом расчете отверстия не учитывают срезку и размыв, напорный и полунапорный режимы для труб не допускаются. Отверстия должны быть не менее 2 м для круглых и прямоугольных труб и 15 м для мостов (за исключением засыпных мостов). Для труб, сооружаемых в комплексе с фильтрующей насыпью, отверстие может быть назначено 1,5 м.

Малые мосты рекомендуется проектировать, как правило, на свайных опорах. При невозможности погружения свай забивкой можно применять бурообсадные или буроопускные сваи.

4.3.3.13 Мероприятия, активизирующие наледный процесс, для задержания наледей в местах, удаленных от полотна дороги, включают:

- наледные пояса и активные противоналедные валы для наледей поверхностных водотоков;

- мерзлотные пояса для наледей грунтовых вод.

4.3.3.14 Заграждающие противоналедные мероприятия и устройства бывают постоянными и сезонными. К сезонным средствам относятся сезонные русловые и грунтовые мерзлотные пояса, снеговые и снежно-ледовые валы, щитовые, дощатые и шпальные заборы, заграждения из промороженной мешковины.

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

4.3.3.16 Сезонные русловые и грунтовые мерзлотные пояса (рисунок 7 и 8) представляют собой участки местности у ограждаемых сооружений, с которых удаляют растительный покров, лес и кустарник, а в начале зимнего периода и снег, который также периодически очищают зимой. Их применение основано на создании водонепроницаемых экранов на пути русловых и грунтовых водных потоков за счет ускоренного промерзания русел рек и грунтов деятельного слоя с последующим образованием наледей в удалении от ограждаемых дорожных сооружений. Мерзлотные пояса в виде канав применяют и для борьбы с речными наледями. Их прокладывают поперек всей речной долины на расстоянии от 80 до 100 м выше моста.

 

 

1 - мерзлотный пояс; 2 - вал из снега, льда или грунта; 3 - ось дороги

Рисунок 7 - Сезонные русловые мерзлотные пояса

 

 

 

1 - очертание деятельного слоя после устройства пояса; 2 - граница деятельного слоя до устройства пояса; 3 - выходы надмерзлотных вод после устройства поясов; 4 - мерзлотный пояс; 5 - наледь после устройства пояса; 6 - нагорная канава; 7 - наледь до устройства пояса; 8 - вечная мерзлота; 9 - уровень надмерзлотных вод

Рисунок 8 - Сезонные грунтовые мерзлотные пояса

4.3.3.17 Снеговые и снежно-ледовые валы служат для борьбы с грунтовыми и смешанными (руслово-грунтовыми) наледями (рисунок 9). Противоналедные валы целесообразно применять для задержания наледей на малых и средних водотоках. Вал устраивают из грунта со щитом из досок или железобетонных плит, а также с плоским утепленным лотком, вымощенным камнем или бетонными плитами. Действие активного противоналедного вала основано на том, что плоский лоток в качестве наледного пояса вызывает растекание потока волн тонким слоем, способствует его интенсивному охлаждению, зарождению и развитию наледи перед валом раньше, чем она может возникнуть у водопропускного сооружения, расположенного по руслу ниже вала. Возникновение наледи в пределах плоского лотка будет способствовать заполнению водопропускной канавы и щели под щитом. После этого наледь, задерживаемая щитом и валом, станет развиваться вверх по руслу. Размеры водопропускной канавы и щели под щитом следует определять с учетом пропуска весенних вод без разбора щита. Разбор щита необходимо предусматривать только в случаях, когда по прогнозу ожидается особо высокий паводок.

 

 

 

1 - уровень вечной мерзлоты; 2 - уровень воды; 3 - граница промерзания в первую половину зимнего периода; 4 - слой снега; 5 - выходы наледных вод; 6 - наледь; 7 - снеговой вал

Рисунок 9 - Снеговые (снежно-ледовые) валы, совмещенные с мерзлотными поясами

4.3.3.18 Водонепроницаемые экраны с валами из грунта следует применять в целях отдаления от ограждаемого сооружения места выхода грунтовых вод, образующих наледь. В районах со снежными заносами во избежание свободного прохода подземных вод под снегом экран следует размещать за пределами снежного отложения, возникающего у вала.

4.3.3.19 Сборно-разборные заборы из досок, бревен или переносные щиты из досок, а также заграждения из промороженной мешковины следует применять для защиты от наледей грунтовых или поверхностных вод, имеющих непостоянный характер или меняющих положение в разные годы. Также возможна установка щитовых и дощатых заборов (рисунок 10).

 

 

 

1 - уровень воды; 2 - наледь; 3 - щитовой забор

Рисунок 10 - Щитовой забор

4.3.3.20 Для отвода из выемок грунтовых вод с ограниченным периодом действия следует применять лотки закрытого типа взамен кюветов. Для осушения местности, перехвата и отвода грунтовых и надмерзлотных вод на значительное расстояние следует применять полуоткрытые водоотводные лотки.

4.3.3.21 Осушение местности открытыми канавами целесообразно предусматривать на участках с неглубоким залеганием грунтовой воды и поверхности вечномерзлых грунтов, в том числе в случаях, когда верхний защитный слой представлен глинистыми грунтами с включением дресвы, а поток грунтовой воды имеет малый дебит и перемерзает зимой. Размеры канав и способ укрепления откосов назначают в зависимости от притока и глубины залегания грунтовых вод, площади осушаемой территории, скорости течения воды в канаве в летнее время и других инженерно-геологических условий в пределах наледного участка. При наличии грунтовых вод, не перемерзающих зимой, целесообразно применять канавы в сочетании с неглубоким лотком, например из половины асбоцементной трубы, втопленной на глубину ниже дна канавы.

4.3.3.22 Для успешного применения таких средств противоналедной борьбы можно также рекомендовать использовать на водоотводных участках сборные железобетонные лотковые элементы в виде полуколец с откидными крышками со слоями эффективного утеплителя, например из пенопласта (рисунок 11).

 

 

 

1 - откидывающаяся крышка с теплоизоляцией; 2 - снег; 3 - железобетонное полукольцо; 4 - слой теплоизолирующего материала; 5 - шарнир

Рисунок 11 - Конструкция водоотводной канавы и лотка из железобетонных полуколец с утеплителем

4.3.3.23 Осушительные устройства и сооружения в качестве средств противоналедной борьбы разделяют на дренажные и каптажные.

При разработке конструкций дренажей и каптажных устройств необходимо предусматривать мероприятия, направленные на предотвращение замерзания воды в смотровых колодцах, отводных трубах и на выходе из них.

4.3.3.24 Дренаж и каптаж целесообразно применять на участках с наличием и возможным развитием наледей подземных вод и четко выраженными водоносными слоями грунтовых вод. Каптаж целесообразно применять на наледных участках при наличии источников подземных вод, выходящих на склоне выше дороги.

4.3.3.25 К каптажно-осушительным противоналедным устройствам относятся каптажные противоналедные устройства, пластово-откосные каптажные устройства засыпного или сборного типа из плит фильтрационного бетона. Каптажные противоналедные устройства представляют собой весьма эффективное средство противоналедной борьбы. Общим признаком разнообразных конструкций этих устройств является наличие на пути подземных вод, питающих наледи, каптажной стенки из камня, каменной выкладки на мху или засыпки из крупного галечника с валунником.

4.3.3.26 Пластово-откосные каптажные устройства из сборных плит представляют собой слой фильтра из песчано-гравийной смеси, насыпаемой на спланированную поверхность откоса выемки земляного полотна с многочисленными рассеянными выходами горизонтов подземных вод, на который укладывают сборные плиты из фильтрационного бетона. В нижней части откоса устраивают дренажную траншею, в которую укладывают длинномерные дренажные элементы, принимающие подземные воды и отводящие их за пределы ограждаемого участка регуляционных противоналедных мероприятий.

4.3.3.27 К дренажным противоналедным устройствам относится открытый дренаж в виде осушительных канав и лотков, а также закрытые:

- дренажи-преградители с водонепроницаемыми экранами и перфорированными трубами с засыпным фильтром;

- с трубофильтрами из фильтрационного бетона;

- из дренажных экранных плит и фильтрационного бетона;

- из сборных шпунтовых дренажных элементов и фильтрационного бетона;

- из сборных экранных электроосмотических элементов криогенной конструкции.

4.3.3.28 Открытый дренаж в виде осушительных канав и лотков (рисунок 12) следует применять на сильно заросших таежной растительностью бортах речных долин и горных склонах с наличием заболоченных террас, подстилаемых элювиально-делювиальными отложениями, где дренажи закрытого типа не всегда могут поглотить все горизонты подземных вод или необходимо устраивать несколько ярусов.

 

 

 

     1 - поверхность наледи до устройства открытых дренажных канав; 2 - осушительные канавы

Рисунок 12 - Открытый дренаж в виде осушительных канав и лотков

Открытые дренажи особенно эффективны в условиях смешанного питания наледей поверхностными и подземными водами, выходящими на поверхность из глыбово-россыпных отложений склонов и вновь поглощаемыми ими.

4.3.3.29 Закрытые дренажи с водонепроницаемыми экранами (рисунок 13, 14) традиционно применяют для борьбы с наледями грунтовых вод. Они представляют собой перфорированные керамические, асбоцементные или пластиковые трубы со слоем фильтра и дренирующей засыпки, укладываемые в траншеи глубиной 2-4 м. Основной особенностью этих дренажей является наличие со стороны защищаемого сооружения водонепроницаемого экрана из мятой глины или дощатых шпунтовых щитов с наклеенными на них слоями гидроизоляции на битумной мастике или геомембраны. Расчет закрытых дренажей см. в приложении Г.

 

 

 

     1 - поверхность наледи до устройства дренажа; 2 - перфорированные трубы

Рисунок 13 - Закрытый дренаж с водонепроницаемыми экраном, перфорированными трубами с засыпным фильтром

 

 

 

1 - экран из плотного бетона с оклеенной гидроизоляцией со стороны ограждаемого объекта; 2 - уровень наледи до устройства дренажа

Рисунок 14 - Конструкция закрытого дренажа с трубами из фильтрационного бетона (фильтр - многослойная часть из крупнопористого бетона и песчаного пластбетонного фильтра)

4.3.3.30 К противоналедным мероприятиям конструктивного типа, способным значительно ослабить и/или полностью ликвидировать наледи, относятся отепляющие мероприятия:

- нанесение на стенки и днища лотков, каналов, канав защитных теплоизоляционных покрытий;

- установка навесных щитовых теплоизоляционных крышек над каналами, лотками и канавами;

- перевод зимнего расхода на подземный сток переключением его в специально устраиваемые коллекторы и каналы;

- устройство краткосрочных подпоров воды для образования ледяных кровель над водными потоками;

- устройство отепляющих настилов над канавами, лотками и руслами открытых водных потоков;

- концентрация водных потоков пропуском их в узких лотках.

4.3.3.31 Установка теплоизоляционных щитов и крышек над водоотводными канавами, лотками и каналами позволяет снизить тепловые потери в атмосферу, щиты и крышки рекомендуется устраивать против образования русловых наледей. Их изготовляют из теплоизоляционных материалов в виде легких навесных конструкций, устанавливаемых в рабочее положение в начале зимнего периода.

4.3.3.32 Отепляющие настилы над канавами, лотками и каналами устраивают из жердей, укладываемых поперек водотока, и слоя веток хвойных деревьев, быстро заносимых снегом и завершающих конструкцию такого противоналедного устройства (рисунок 15).

 

 

 

     1 - жерди; 2 - слой снега; 3, 4 - теплоудерживающие материалы

Рисунок 15 - Конструкция отепляющего настила

 

      5 Правила проектирования противоналедных сооружений

 

      5.1 Общие требования

5.1.1 Противоналедные сооружения и устройства на автомобильных дорогах следует проектировать с учетом зимнего стока заданной обеспеченности на стадии изысканий по СП 33-101-2003 и требований пункта 5.23 СП 35.13330. 2011:

1:100 (1%) для автомобильных дорог IA, IБ, IB, II и III категорий;

1:50 (2%) для автомобильных дорог IV и V категорий.

5.1.2 Исходными данными для выбора вида и типа противоналедных мероприятий и устройств на этапе подготовки задания на проектирование являются:

- по поверхностным водотокам - расход и температура воды в осенне-зимний период; скорость потока, ширина, глубина и уклон русла; предполагаемые изменения теплового и ледового режимов водотока при строительстве и степень влияния этих изменений на наледный процесс;

- по подземным водам, вскрываемым выемками, канавами и карьерами, - ожидаемый приток и температура воды, мощность и протяженность вдоль пути водоносного слоя, возможные изменения режима вод в связи со строительством;

- по всем природным наледям - генетический тип наледи, время ее формирования (начало и окончание), линейные размеры, площадь и объем наледи, возможные изменения в режиме наледи в связи со строительством, степень опасности наледи для проектируемых сооружений.

5.1.3 Рабочие чертежи противоналедных мероприятий и устройств разрабатывают согласно ГОСТ Р 21.101, а также на основе уточненных данных по всем наледным участкам, в том числе:

- описания рельефа, геологической, гидрогеологической обстановки и мерзлотно-грунтовых условий;

- расхода и температуры воды наледных водотоков в осенне-зимний период, их теплового и ледового режимов, скорости потока;

- ширины, глубины и уклона русел;

- климатических показателей, необходимых для теплотехнических расчетов;

- показателей природных наледей, их генетического типа, линейных размеров, площади и объема наледного льда, периода формирования наледей;

- прогнозирования степени опасности наледи;

- рекомендуемых проектных решений с использованием графических материалов, в том числе плана наледного участка (масштаба 1:500-1:2000) геологических разрезов по ГОСТ 32869, ГОСТ Р 21.101;

- опросных данных или журналов наблюдений за наледями на существующих сооружениях.

5.1.4 При проектировании вариантов трасс автомобильных дорог в наледных районах направление необходимо выбирать с таким расчетом, чтобы исключить или сделать минимальным образование наледей у искусственных сооружений и земляного полотна дороги согласно ГОСТ 33100, ГОСТ 33149.

5.1.5 Размещение трасс автомобильных дорог следует производить с учетом следующих особенностей физико-географических условий:

- наиболее благоприятными для размещения трассы являются водораздельные участки, склоны антиклинальных долин, борта моноклинальных долин с падением слоев пород в глубь склона, верхние части склонов, сложенных породами с горизонтальным залеганием слоев, южные склоны и поверхность речных террас, сложенных дренирующими грунтами;

- менее благоприятными являются речные долины с синклинальным залеганием пород и субсеквентные долины в зонах тектонических разломов, являющихся путями выхода на поверхность подземных вод, способствующих образованию больших и гигантских наледей;

- неблагоприятными участками являются: в пределах Сибирской платформы зоны контакта водоносных песчано-известковистых пород с водоупорными аргиллито-мергиллистыми толщами, в Якутии и горных системах Забайкалья - неотектонические зоны разломов с нисходящими источниками подземных вод;

- особо неблагоприятными являются участки с выходами грунтовых родников (трещино-карстовых, пластовых или связанных с зонами тектонических нарушений) и склоны северной экспозиции с распространением вечномерзлых грунтов, имеющих надмерзлотные воды. При трассировании линии целесообразно рассматривать варианты обхода таких мест с нагорной стороны или переноса трассы на склоны южной экспозиции.

5.1.6 Водотоки рекомендуется пересекать на прямых участках с концентрированным руслом, избегая перекатов, островов, конусов выноса, устьевых участков рек и их притоков.

5.1.7 Рекомендуется рассматривать варианты обхода наледных участков, производя их технико-экономическое сравнение с учетом строительства постоянных противоналедных сооружений и эксплуатационных затрат на борьбу с наледями.

5.1.8 Проектирование земляного полотна на территориях, подверженных наледеобразованию, осуществляется с учетом требований ГОСТ 33149-2014, пункты 7.3.3.1 и 7.3.3.9.

5.1.9 На участках природных наледей земляное полотно следует проектировать с учетом условий 5.5.5:

- в насыпях с возвышением бровки над расчетной отметкой поверхности наледи более чем на 1 м;

- в насыпях с бермой, устраиваемой с нагорной стороны;

- совместно с противоналедными устройствами.

5.1.10 Земляное полотно совместно с противоналедными устройствами (земляные валы или заборы) следует проектировать на участках действующих ключевых наледей, когда можно каптировать источники и отвести их по утепленным лоткам и канавам за пределы земляного полотна.

5.1.11 На участках прогнозируемых наледей в районах глубокого сезонного промерзания и островного распространения вечномерзлых грунтов земляное полотно следует проектировать с таким расчетом, чтобы глубина промерзания под насыпью не превышала промерзания грунтов в естественных условиях.

5.1.12 В районах сплошного распространения вечномерзлых грунтов земляное полотно должно быть запроектировано совместно с мерзлотным грунтовым поясом (широкая, но мелкая канава) или с водонепроницаемым экраном, активизирующими наледный процесс в удалении от полотна дороги.

5.1.13 В районах глубокого сезонного промерзания грунтов при вскрытии водоносных слоев выемками перехват и отвод грунтовых и надмерзлотных вод следует осуществлять глубокими полуоткрытыми лотками или удерживать наледь выше по склону. Когда применение указанных мероприятий затруднено, следует предусматривать уширение выемок и устройство противоналедных заборов.

5.1.14 На участках природных наледей, образующихся по руслам водотоков, следует проектировать:

- преимущественно мосты вместо труб;

- мосты с увеличенными отверстиями;

- мосты и трубы совместно с утепленными лотками;

- мосты со спрямленными и углубленными руслами;

- засыпные мосты.

5.1.15 В местах возможного образования наледи в виде исключения может быть допущено применение прямоугольных железобетонных труб (шириной не менее 3 м и высотой не менее 2 м) в комплексе с постоянными противоналедными сооружениями.

 

      5.2 Особенности изысканий в пределах наледных участков

5.2.1 При изысканиях наледи необходимо рассматривать как опасное физико-геологическое явление. Гидрогеологические обследования на наледеопасных водотоках следует проводить осенью или в начале зимнего периода, когда могут быть получены необходимые данные об осенне-зимних расходах, подрусловых и грунтовых водах по ГОСТ 33177.

5.2.2 Инженерно-геологические и топографические работы по обследованию наледных участков выполняют согласно ГОСТ 32868, ГОСТ 32869 в общем комплексе проектно-изыскательских работ при изысканиях трасс новых дорог; они включают:

- изучение общих физико-геологических условий наледных участков;

- улучшение ледового и термического режимов поверхностных водотоков источников и водоносных слоев подземных вод, попадающих в зону воздействия строительства.

5.2.3 Содержание и объем работ по обследованию наледных участков должны обеспечивать получение данных, необходимых как для проектирования противоналедных сооружений и устройств, так и для прогнозирования наледного процесса и разработки проектных мероприятий по предотвращению активизации наледного процесса после строительства дороги.

5.2.4 На водотоках с прогнозируемыми наледями кроме работ по изысканиям переходов в обычных условиях должны быть проведены специальные гидрогеологические обследования и собраны дополнительные данные, которые необходимы для проектирования искусственных сооружений и противоналедных мероприятий. При обследовании водотоков необходимо зафиксировать все источники подземных вод, а также поверхностные ручьи и грунтовые воды, определить степень заболоченности склонов, их уклоны и положение водоупоров.

5.2.5 Топографическая и инженерно-геологическая съемка логов водотоков должна охватывать всю площадь наледной поляны и места выхода источников подземных вод, питающих наледь, с прилегающими участками местности: вниз от оси перехода 100 м, вверх от начала наледной поляны 300 м и по сторонам 50 м от границ наледной поляны. Должен быть составлен план лога в горизонталях, поперечных и продольных, геологических разрезов в указанных границах съемки. Масштаб выбирают в зависимости от размеров наледи в пределах 1:500-1:2000. Определяют местонахождение и тип подземных источников, характер излива, режим источников (дебит, температуру, химический состав воды).

5.2.6 Определение максимальных объемов наледи следует проводить в марте-апреле с целью определения размеров наледей и прогнозирования их расчетных параметров при проектировании искусственных сооружений.

5.2.7 При обследовании наледеопасных участков и определении параметров наледи рекомендуется использовать данные дорожно-климатической зоны.

5.2.8 При обследовании наледного участка (проектируемой или эксплуатируемой автомобильной дороги) должны быть выявлены: места выходов подземных вод; протяжение наледи вдоль трассы (с привязкой участка к ее километрам и пикетам); отметка поверхности наледного массива в конце зимы; группа и тип наледи (по классификации); температура воды и ее химический состав в конце зимы; коэффициент фильтрации водоносного слоя на уровне водоупора; средняя глубина межени действующего водотока.

5.2.9 Для косогоров, а также долин при бортовом питании наледей вычерчивают схематический разрез склона (долины), а также русловой части с указанием состава подстилающих (почву) пород и характера их напластования. Грунтово-геологический разрез составляют на основе данных бурения 3-4 скважин глубиной до водоупора, заложенных по оси искусственного сооружения.

 

      5.3 Проектирование дренажно-водоотводных сооружений и устройств

5.3.1 К типу дренажно-водоотводных сооружений относятся:

- дренаж горизонтальный;

- дренажвертикальный (водопонижающие и водопоглощающие скважины);

- комбинированные сооружения, представляющие систему горизонтальных и вертикальных дренажных устройств;

- лучевые дренажи;

- дренажно-каптажные сооружения.

5.3.2 К дренажным устройствам, используемым при строительстве горизонтального дренажа, относятся:

- открытые дрены (канавы, траншеи, лотки);

- закрытые трубчатые дренажи;

- беструбчатые, дренажные галереи;

- пристенные дренажи.

5.3.3 Открытые дрены глубиной до 1,5 м (канавы) и до 5,0 м (траншеи) применяются в устойчивых грунтах и в районах со снежным покровом более 1,5 м, для отвода воды поверхностного стока при расходах не менее 5 л/с, понижения уровня и перехвата выходов подземных вод для их организованного и безналедного пропуска. При необходимости устройства дрен (канав) в неустойчивых грунтах их дно и откосы защищают фильтрующим материалом из одного или двух слоев, располагаемых по принципу устройства обратных фильтров. Для первого слоя пригрузки используют песчаные, гравийные и щебенистые грунты, для второго слоя - обломочный скальный или гравийно-галечниковый грунт. Продольный уклон дрен не менее 5‰.

5.3.4 Лотки следует применять в стесненных условиях, где затруднено устройство открытых канав или их текущее содержание, а также в случаях, когда при типовых конструкциях канав или кюветов не обеспечивается безналедный пропуск потока.

5.3.5 Железобетонные лотки прямоугольного сечения следует применять в соответствии с ГОСТ 32955 для закладки и отвода воды из глубоких водоносных слоев грунта до 1,5 м.

5.3.6 Для изготовления элементов прямоугольных лотков следует применять бетон марки по морозостойкости F300. При гидравлических расчетах коэффициент шероховатости дна лотков принимают 0,013.

5.3.7 Горизонтальные трубчатые дренажи (приложение В) используют для безналедного пропуска грунтовых вод и предупреждения образования наледных пучин. Устройство трубчатого дренажа при сливающейся мерзлоте допускается в частных случаях и дополнительном обогреве воды в дренажном коллекторе. Закрытые трубчатые дренажи устраивают в траншеях, они состоят из осушающей линии - дрены (или системы дрен) и отводной линии, заканчивающейся выпуском. Дреной служат перфорированные трубопроводы (дренажные трубы) или трубофильтры с обратным фильтром из нетканого материала или дренирующей обсыпки. Выше дренирующей обсыпки траншеи засыпают местным грунтом. Для отводной линии используют трубопроводы, допускающие работу в напорном режиме в период внутреннего оледенения трубы на выпуске.

5.3.8 Выпуск воды из дренажа может быть открытого (канава) или закрытого (поглощающий колодец, траншея) типа. Выпуск воды из дренажа размещают на участках отрицательного перелома рельефа. Длину выпуска воды из горизонтальных трубчатых дренажей в условиях вечной мерзлоты определяют по результатам теплотехнического расчета (приложение Г).

5.3.9 Глубину траншеи для устройства трубчатого дренажа определяют из условия недопущения перемерзания воды в дренажной трубе с учетом глубины сезонного промерзания грунта при наличии или отсутствии слоя теплоизоляции. Другими основными параметрами, обусловливающими глубину траншеи трубчатого дренажа, являются требуемая глубина дренирования и радиус влияния дренажа. Ширину траншей по дну принимают в зависимости от ширины и вида фильтрующей обсыпки трубчатого дренажа с запасом в обе стороны до 0,7 м. Крутизну откосов траншей глубиной до 5 м принимают в соответствии с СП 445.1325800.2018.

5.3.10 Диаметр дренажных труб устанавливают гидравлическим расчетом. Наибольшую расчетную скорость движения воды в дренажных трубах принимают 1,5 м/с при устройстве дренажа в мелкозернистых и 4 м/с в крупнообломочных грунтах. Минимальные скорости движения воды в дренажных трубах принимают 0,15-0,2 м/с при устройстве дренажа в глинистых и 0,3-0,35 м/с - в песчаных грунтах. Степень наполнения труб водой принимают не более 0,6-0,8. Минимальный уклон дренажного коллектора следует принимать 5‰ с целью недопущения заиливания труб и дренажной обсыпки.

5.3.11 Фильтрующие обсыпки дренажных труб могут иметь трапецеидальную, ромбическую и другие более сложные формы (рисунок 16, а, б, в). В случае слоистого строения дренируемого водоносного пласта второму слою фильтрующей обсыпки придают одну или две шторы, преграждающие движение грунтового потока над трубчатым дренажем и транспортирующие дренажную воду в последний.

 

 

 

а - в выемке; б - на открытом пространстве; в - со шторой; 1 - дренажная труба; 2 - фильтрующая обсыпка из щебня; 3 - фильтрующая обсыпка из песка; 4 - откосная штора из местного фильтрующего грунта; 5 - депрессионная кривая уровня подземного потока; 6 - контур защищаемого сооружения

Рисунок 16 - Поперечные сечения фильтрующих обсыпок

5.3.12 В качестве материала фильтрующих обсыпок (рисунок 16) следует применять отмытый песок и гравий или песчано-гравийные смеси, а также продукты дробления изверженных или прочных осадочных пород с удельным весом не менее 20 кН/м
(2 тс/м
). Гранулометрический состав песчано-гравийной обсыпки, число слоев и их толщину следует подбирать исходя из требований СП 103.13330.2012. Пригодность материалов (грунтов), используемых для фильтрующих обсыпок, должна быть обоснована расчетом.
 

5.3.13 На трубчатых дренажах сооружают смотровые и перепадные колодцы, сбросные коллекторы с устьевыми устройствами и дренажные насосные станции.

5.3.14 Для предотвращения промерзания водоотводной трубы, исключения ее подпора наледным льдом, на выпуске дренажа предусматривают теплоизоляцию трубы и использование нагревательных установок.

5.3.15 При небольшом расходе дренируемых подземных наледных вод в условиях близкого залегания скальных пород рекомендуется применять беструбный дренаж в виде дренажно-водоотводного канала, устраиваемого буровзрывным способом. Размер (сечение) зон рыхления скальных пород при устройстве дренажа следует определять расчетом (приложение Д).

5.3.16 Для защиты от наледей выемок, размещаемых в скальных водоносных породах, при заложении подошвы откосов ниже уровня грунтовых вод, следует применять вертикальный дренаж. Размеры водоаккумулирующей емкости для устройства вертикального дренажа следует определять расчетом (приложение Е).

5.3.17 Во избежание кольматажа дренажно-водоотводных устройств (лотков, дренажей, фильтрующих насыпей и обсыпок различного назначения) наряду с дренирующим материалом следует использовать в качестве обратного фильтра геотекстиль, волокнистые, тканые и нетканые материалы в соответствии с ГОСТ 33068 (рисунок 17).

 

 

 

а, б - трубы дренажа; в - трубы фильтровой обсыпки в дренаже; г - трубы в дренажной прорези; 1 - щебень или гравий фракции 70 мм; 2 - геотекстиль толщиной не менее 4 мм; 3 - асбоцементная труба диаметром d=150-300 мм; 4 - кривая депрессии; 5 - местный грунт (гравелистый или крупный песок); 6 - слой изолирующего материала; 7 - утрамбованный глинистый грунт; 8 - мелкие пески с коэффициентом фильтрации меньше 5 м/сут

Рисунок 17 - Схемы конструкции дренажа с использованием геотекстиля, предотвращающего заиливание

5.3.18 При устройстве водонепроницаемых экранов требуется выполнить мероприятия по гидроизоляции и постоянной тепловой изоляции для предупреждения замерзания воды в горизонтальном трубчатом дренаже.

5.3.19 Дренаж-каптаж предназначен для перехвата поверхностных (русловых), подземных и грунтовых вод, питающих наледь, их отвода в низовую сторону за ограждаемое сооружение. Дренаж-каптаж состоит из каптажного приемника, перехватывающего поверхностные (русловые) воды, дренажной части (крыльев), перехватывающей подземные или грунтовые воды, и коллектора (лотка), обеспечивающего отвод каптированных вод в низовую сторону. Схема устройства дренажа-каптажа показана на рисунке 18.

Гидравлический расчет каптажного приемника предусматривает определение геометрических размеров его живого сечения, величины уклона дна, скорости течения воды, водопропускной способности. Для расчета дрен и отводящего лотка из дренажа-каптажа рекомендуется методика, приведенная в приложение Г.

 

 

 

1 - водонепроницаемая стенка (экран); 2 - каменный заполнитель каптажного приемника; 3 - каптажная камера; 4 - водоотводящий коллектор; 5 - разделительный слой из геотекстиля; 6 - засыпка из утеплителя; 7 - засыпка из местного грунта

Рисунок 18 - Схема устройства дренажа-каптажа

 

      5.4 Проектирование сооружений для безналедного пропуска водотоков

5.4.1 Безналедный пропуск водотоков обеспечивают путем:

- концентрации и спрямления русел водотоков при протекании их в полосе отвода дороги, а также в пределах мостов и труб;

- устройства обычных и утепленных лотков, коллекторов и выпусков;

- подогрева воды различными установками.

5.4.2 Необходимую степень концентрации водотока определяют климатическими условиями района, температурой наружного воздуха, величиной снежного покрова, а также характеристикой потока - расходом в осенне-зимний период, температурой воды, уклоном русла.

5.4.3 Расчетное отверстие моста или трубы
B
, при котором не будет происходить образование наледи, определяют по безналедному пропуску с учетом теплового баланса водотока, см. график (рисунок 19). Для расчета необходимо знать расход водотока
Q
, м
/с, уклон русла
и величину снежного покрова
, см. расчетную температуру наружного воздуха
t
, °С.
 

 

 

 

Рисунок 19 - График для определения ширины водотока при безналедном пропуске (цифры на прямых означают температуру наружного воздуха (-20°С); произведение расхода потока
Q
и уклона дна русла
(0,001)
 

      5.5 Проектирование противоналедных ограждающих сооружений и устройств

5.5.1 Ограждающие сооружения следует устраивать в комплексе, включающем устройства, обеспечивающие резкое охлаждение водотока: наледные и мерзлотные пояса, спланированный участок для растекания наледной воды и накопления льда и сооружения, удерживающие наледь, противоналедный вал или забор.

5.5.2 Наледный пояс и плоские лотки представляют собой участок искусственно выполненного плоского уширенного русла, укрепленный одиночным мощением, бетонными плитами или каменной наброской.

5.5.3 Наледный пояс как самостоятельное сооружение можно применять при осеннем расходе водотока до 20 л/с. При больших расходах его устраивают в комплексе с удерживающим валом, плоским лотком, расположенным непосредственно у вала или несколько выше его по течению водотока (рисунок 20). Размеры наледного пояса или плоского лотка определяют из условия: после протекания водотока по этому участку его температура должна быть понижена до 0°С.

 

 

 

1 - участок, обеспечивающий резкое нарушение водно-теплового режима и охлаждение малого водотока (наледный пояс); 2 - площадь растекания наледи перед удерживающими сооружениями; 3 - удерживающие сооружения; 4 - отмостка (плоский лоток); 5 - автомобильная дорога; 6 - искусственное сооружение

Рисунок 20 - Схема расположения удерживающих противоналедных сооружений

5.5.4 Длину
наледного пояса можно определить по формуле
 
,                                                                   (1)
 
где
- расход водотока в осенне-зимний период (определяют по данным инженерно-геологических наблюдений), м
/сут;
 
- удельная теплоемкость воды, кДж/(кг·°С);
 
- объемная масса воды, кг/м
;
 
- температура воды в осенний период, °С;
 
- теплопотери с открытой поверхности, кДж/(м
·сут);
 
- ширина наледного пояса, м.
 
5.5.5 Расчетную площадь растекания воды
перед удерживающим сооружением определяют из условия: толщина слоя воды
, удерживаемой перед сооружением за рассматриваемый промежуток времени ожидаемого действия наледи
, должна быть меньше или равной возможной толщине нарастания наледи
, определяемой по формуле
 
, м.                                                             (2)
 
Принимая
,
и
можно определить по формулам:
 
, м
;                                                             (3)
 
, м
,                                                            (4)
 
где
- скрытая теплота, выделяемая при переходе воды в лед, принимают 80 ккал/кг (336 кДж/кг);
 
- рассматриваемый промежуток времени ожидаемого действия наледи, сут;
 
- объем воды, накапливаемый перед удерживающим сооружением за рассматриваемый промежуток времени ожидаемого действия наледи, м
.
 
5.5.6 Прогнозируемый объем наледи
определяют с учетом расхода водотока в осенне-зимний период
, времени ожидаемого действия наледи
и наличия снежного покрова:
 
, м
;                                               (5)
 
, м
,                                                         (6)
 
где