УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ДОРОГ ОТ СНЕЖНЫХ ЗАНОСОВ

Полезная модель относится к дорожному строительству, а именно, к снегозадерживающим устройствам, возводимым в районах с большим снегопереносом.
В практике дорожного строительства широко используются в качестве защиты дорог и автомагистралей от снежных заносов посадка лесных полос вдоль дорог, установка переносных щитов, устройство постоянных заборов и др.
Однако при использовании лесопосадок функция защиты автодорог от снежных заносов реализуется только через несколько лет (5-7) после посадки, и в течение первых трех лет дорога подвержена интенсивным снежным заносам. Кроме того, лесопосадки в течение первых трех лет требуют постоянного ухода. Использование переносных щитов и заборов связано со значительными затратами на их установку.
Известно также устройство для защиты объекта, например автодороги, от снежных заносов, состоящее из снежного вала, устраиваемого для преграждения движения снежной массы. После выпадения снега нагребают снежный вал, например, продольными проходами бульдозера, подрезая подошву вала. При этом снежную массу по мере накопления перед валом разравнивают, утрамбовывают и перемещают на вершину вала [авторское свидетельство SU №1513074, МПК: E01F 7/02].
Однако использование снежного вала для преграждения движения снежной массы требует в течение зимнего сезона периодического проведения работ по формированию ограждения по мере накопления снега у его стенок, что является трудоемким и затратным. Кроме того, снежный вал не обеспечивает сохранение защитных свойств в течение всего зимнего периода из-за подверженности перепадам температур и атмосферным осадкам. Недостатком данного защитного устройства является также необходимость его возведения каждый год в течение зимнего периода.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является устройство для защиты от снежных заносов автодороги, содержащее снегозадерживающие элементы, расположенные вдоль дороги, представляющие собой траншеи, выполненные в откосах выемки, и расположенные перпендикулярно господствующим ветрам. Траншеи выполняют глубиной, соответствующей глубине выемки, шириной, устанавливаемой в зависимости от объема снегопереноса, но не менее 3 метров, позволяющей использовать
механизмы для очистки траншеи [авторское свидетельство SU №1645337, МПК: E01F 7/02].
Однако использование траншеи в качестве снегозадерживающих элементов требует ее периодической механической очистки от снега для восстановления защитной функции с применением специальной техники и механизмов. Во время метелей эффективность механической очистки очень низка и при интенсивном снегопереносе необходима частая очистка траншеи, что делает данное устройство затратным и трудоемким в использовании.
Задача заявляемой полезной модели заключается в создании устройства, обеспечивающего более надежную защиту автодорог и автомагистралей от снежных заносов при снижении эксплуатационных трудозатрат.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в обеспечении бесперебойного движения автотранспорта в зимнее время по автодорогам и автомагистралям, расположенным в районах с большим снегопереносом, за счет устройства защитной насыпи, параметры и расположение которой позволяют задерживать переносимый метелью снег на подступах к дороге с образованием снежных отложений на безопасном для дороги расстоянии. Кроме того, устройство такой защитной насыпи позволяет увеличить скорость разряженного снего-ветрового потока при прохождении над дорогой, что не только предотвращает образование снежных отложений на дорожном полотне, но и очищает дорожное полотно от снега.
рез
з.н.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для защиты дорог от снежных заносов, сооружаемом со стороны господствующих ветров, содержащем снегозадерживающие элементы, расположенные вдоль дороги, включающие защитную насыпь и боковой резерв, согласно предлагаемому решению, снегозадерживающие элементы выполнены из грунта, при этом расстояние L от бровки дороги до наветренной бровки защитной насыпи, ширину l бокового резерва по дну и высоту h определяют из следующих соотношений:
з.н.
рез.
дор.
рез.
L=6·(Н-Н)+m·(Н-Н), м
рез.
з.н.
рез.
дор.
рез.
l=L-1.5·(Н-Н)-m(Н-Н), м
з.н.
з.н.
зем
h=Н-Н, м
дор.
зем.
з.н.
рез.
дор.
в
з.н.
где Н, Н, Н, Н - высотные геодезические отметки бровки дороги, поверхности земли, подветренной бровки защитной насыпи и дна резерва, м, определяемые относительно условного уровня, Н h - глубина выемки, м, h - высота
бровки защитной насыпи относительно поверхности земли, м, m - коэффициент заложения откоса дорожного полотна, где 1.5≤m≤4.
Таким образом, защитная насыпь сооружается на расстоянии от бровки дорожного полотна из условия обеспечения соотношения 1:6 высоты бровки защитной насыпи относительно дна бокового резерва к расстоянию от бровки защитной насыпи до низа откоса дорожного полотна.
Соотношения были получены на основе теоретических и практических исследований с использованием знаний из области теории ветрового потока и метелей. Разработаны обтекаемые и продуваемые ветром поперечные профили земляного полотна автодороги. Расчет параметров поперечного профиля автодороги проведен по схеме плоской турбулентной струи ветрового потока между защитной насыпью и нижней частью откоса земляного полотна автодороги.
Заявляемое устройство для защиты дорог от снежных заносов поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлена схема поперечного профиля автодороги, расположенной в насыпи, с устройством защитной насыпи, на Фиг.2 - схема поперечного профиля автодороги, расположенной в выемке, с устройством защитной насыпи, на Фиг.3-схема отложения снега у автодороги.
На расчетных схемах Фиг.1, Фиг.2 обозначены:
В - ширина защитной насыпи по верху, м,
1:1,5 - заложение откоса защитной насыпи 2 с наветренной стороны (коэффициент m≥1,5),
L - расстояние от бровки дороги до наветренной бровки защитной насыпи, м,
з.н.
h - высота бровки защитной насыпи относительно поверхности земли, м.
На чертежах позициями обозначены:
1 - дорожное полотно,
2 - защитная насыпь,
3 - боковой резерв,
4 - откос дороги,
5 - дно бокового резерва,
6 - откос бокового резерва и защитной насыпи с подветренной стороны,
7 - бровка дороги,
8 - подветренная бровка защитной насыпи,
9 - точка пересечения откоса земляного полотна дороги с дном бокового резерва,
10 - точка пересечения общего откоса защитной насыпи и бокового резерва с дном резерва,
11 - поверхность земли,
12 - граница турбулентной струи,
13 - ось дороги,
14 - наветренный откос защитной насыпи,
15 - наветренная бровка защитной насыпи.
Данное устройство может быть применено как для обустройства существующих автодорог, так и для проектируемых новых автодорог. Устройство для защиты дорог от снежных заносов представляет собой снегозадерживающие элементы - защитную насыпь 2 и боковой резерв 3, образованный откосом дороги 4, дном бокового резерва 5 и откосом защитной насыпи 6. Снегозадерживающие элементы расположены параллельно дорожному полотну 1 с наветренной стороны. Защитная насыпь 6, например, трапециидальной формы, может быть выполнена из местного грунта, оставшегося от разработки бокового резерва дороги, или из привозного грунта. Геометрия защитной насыпи 2 и бокового резерва 3 дороги разработана для увеличения объема аккумулирующегося снега между откосом защитной насыпи 6 и откосом дороги 4 и определяется по соотношениям, указанным ниже.
Для определения геометрических размеров устройства для защиты дорог от снежных заносов на заносимом участке автодороги проводят инженерные изыскательские работы: определяют степень заносимости автодороги снегом, направление метелей по отношению к направлению трассы дороги, количество метелей и их продолжительность, объем снегопереноса. Выполняют по СНиП11-02-96, СП11-104-97 геодезическую съемку фактического очертания поперечных профилей дороги и придорожной полосы длиной по 100-150 м через каждые 50 м дороги.
На каждом поперечном профиле дороги проектируют предлагаемое защитное устройство, определяют геометрические параметры поперечного профиля снегозадерживающих элементов 2 и 3 по расчетным схемам.
рез.
з.н.
Расстояние L от бровки дороги 7 до наветренной бровки защитной насыпи 8, ширину бокового резерва по дну l и высоту защитной насыпи h определяют из следующих соотношений:
з.н.
рез.
дор.
рез.
L=6·(Н-Н)+m·(Н-Н), м
рез.
з.н.
рез.
дор.
рез.
l=L-1.5·(H-Н)-m(Н-Н), м
з.н.
з.н.
зем.
h=Н-Н, м
дор.
зем.
где Н, Н - высотные геодезические отметки бровки дороги и поверхности земли, м, определенные при каждом поперечнике геодезическими приборами при изысканиях, в принятой системе высот, например, в Балтийской системе высот.
рез.
рез.
Н - высотная геодезическая отметка дна резерва 5, определяемая по расчетной глубине резерва h, м из соотношения:
peз
дop.
peз.
h=Н-h
з.н.
Н - высотная геодезическая отметка подветренной бровки защитной насыпи 8, м, назначается на линии границы турбулентной струи 12 в зависимости от предполагаемой высоты защитной насыпи и объема аккумуляции снега в боковом резерве,
m - коэффициент заложения (крутизны) откоса дороги 4, по условию безопасности работы снегоочистительных машин и движения автотранспорта по дороге принимают m≥4.
1,5 - коэффициент заложения откоса бокового резерва и защитной насыпи с подветренной стороны 6, для увеличения объема аккумуляции снега в резерве принимают m=1,5.
6 - коэффициент заложения (крутизны) линии границы турбулентной струи 12, принят по рекомендациям [«Зимние очертания автомобильных дорог» Москва, «Транспорт», 1983].
рез.
На первом этапе проектирования определяют расчетную глубину бокового резерва относительно бровки дороги h, м, из соотношения:
рез.
s
h=h+Δh,
s
где h - наибольшая высота снежного покрова за несколько лет, м, определяют по Климатическому справочнику Управления гидрометеорологической службы России для района прохождения автодороги,
Δh - возвышение бровки дороги над снежным покровом, м, назначают по СНиП 2.05.05-85, п.6.33, 6.34 в зависимости от категории автодороги.
рез.
На втором этапе определяют высотную геодезическую отметку дна бокового резерва H, м, из соотношения:
peз
дop.
peз
Н=Н-h, м,
дор.
где Н - высотная геодезическая отметка бровки дороги в метрах, определяемая геодезическими приборами при проведении изысканий относительно какого-то условного уровня, принятого для рассматриваемого участка автодороги, например, в Балтийской системе высот.
рез
з.н.
з.н.
Проектируют положение устройства для защиты дорог от снежных заносов. По определенному значению h и коэффициенту m крутизны откоса 4 дорожного полотна 1 определяют положение точки 9 пересечения откоса земляного полотна дороги с дном 5 бокового резерва 3 и проводят линию 12 границы турбулентности струи снеговетрового потока с коэффициентом крутизны m=6. На линии границы турбулентности струи снеговетрового потока 12 определяют положение подветренной бровки 8 защитной насыпи 2, расположенной на высотной отметке Н. Установлено, что высота h расположения подветренной бровки защитной насыпи 8 должна находиться в пределах 1-3 м относительно поверхности земли 11.
з.н.
рез.
По значениям Н, Н и коэффициенту крутизны откоса 6 равном m=1,5 определяют положение точки 10 и соединяют ее с точкой 9, получив очертание бокового резерва: откос 6, дно 5, откос 4.
з.н.
По заданной ширине защитной насыпи, по условию безопасности работы землеройных механизмов принимают В≥3 м, коэффициенту крутизны откоса 14 равном m=1,5 и высоте h получают поперечный профиль защитной насыпи и в целом поперечный профиль дороги с наветренной стороны.
После определения размеров предлагаемого устройства проводят контроль и проверку размеров по следующему соотношению:
н
в
где знак «-» принимается для автодороги, проходящей в насыпи (h) (Фиг.1), знак «+» принимается для автодороги, проходящей в выемке (h) (Фиг.2).
Устраивают поперечный профиль автодороги с защитной насыпью 2 с учетом определенных параметров - расстояния от оси дороги 14 до подветренной бровки защитной насыпи 8, высоты защитной насыпи и коэффициента заложения общего откоса бокового резерва и защитной насыпи 6. Для этого, например, с помощью землеройных механизмов: бульдозеров, скреперов, экскаваторов и автосамосвалов выбирают грунт из бокового резерва 3 и используют его для формирования защитной насыпи 2. При необходимости используют также привозной грунт. После формирования защитного устройства его засаживают растениями для укрепления верхнего слоя почвы и насыпи. Растения дополнительно осушают защитную насыпь 2 после осадков и уменьшают воздействие на нее ветровой и других эрозий почв.
Пример.
Технический результат при использовании изобретения подтвержден при обустройстве защитных ограждений на автодороге Сызрань-Саратов-Волгоград в Саратовской области. По условиям рельефа местности некоторых снегозаносимых участков дороги разработаны поперечные профили земляного полотна с устройством защитной насыпи. Для автодороги III категории разработаны поперечные профили земляного полотна с защитной насыпью со следующими параметрами: глубина резерва от бровки дороги - 1,2 м, ширина резерва - 15 м, высота защитной насыпи - 2,5-3,1 м, ширина защитной насыпи 3-3,5 м, коэффициент заложения откоса дороги m=4, коэффициент заложения защитной насыпи и резерва - 1,5, коэффициент заложения внешнего откоса защитной насыпи - 1,5, коэффициент крутизны линии границы турбулентности снеговетрового потока - 6 от низа проектного откоса дороги, расстояние от бровки дороги до бровки защитной насыпи 27 м. Возведенное защитное ограждение значительно уменьшило насыщенность метелевого потока без снижения полевой скорости ветра над дорогой, что исключило метелевые отложения снега на проезжей части (фиг.3).
Устройство для защиты дорог от снежных заносов задерживает снег на подступах к дороге, как перед защитной насыпью, так и в боковом резерве. Это обеспечивает надежную защиту дорог от снежных заносов и повышает безопасность на дорогах, позволяет не только предотвращать образование снежных метелевых отложений на дорожном полотне, но также обеспечивает самоочищение дорожного полотна от снега, выпавшего в безветрие, за счет увеличения скорости ветрового потока, проходящего над дорожным полотном. Выполнение откосов дороги с отношением возвышения бровки дороги над дном бокового резерва к горизонтальной длине откоса 1:4 снижает вероятность опрокидывания транспорта при аварийном сходе с дороги, уменьшает вероятность размыва земляного полотна, а также позволяет максимально механизировать и сделать безопасной работу по содержанию дороги (окос и планировку откосов насыпи).
Устройство защитной насыпи в процессе ремонта или реконструкции дороги позволяет максимально уменьшить стоимость работ по защите снегозаносимых участков дороги с низкими насыпями. Заявляемое изобретение рекомендовано для различных районов, кроме районов вечной мерзлоты.