Уровни содержания зимних дорог

Уровни содержания дорог и их характеристики были приведены в главе 6. В соответствии с ГОСТ Р50597-93 и “Временным руководством по оценке уровня содержания автомобильных дорог” [8] требования к эксплуатационному содержанию зимних дорог подразделяются на три уровня: допустимый, средний и высокий (см табл. 22).

Дефекты зимнего содержания дорог включают в себя снежный накат, снежный вал, зимнюю скользкость, гололед и рыхлый снег.

Снежный накат на поверхности дороги образуется при уплотнении рыхлого снега колесами транспортных средств.

Снежный вал появляется при накоплении снега на дороге в виде вала вдоль дороги, который образуется во время сдвига снега при его уборке с дорожного покрытия.

Зимняя скользкость представляет собой обледенение проезжей части, стоянок транспорта и площадок отдыха, вызванное образованием снежного наката, особенно во время буксования колес автомобилей.

Гололед – это пленка гладкого льда толщиной от 1 мм до 10 мм, появившаяся в результате замерзания жидких осадков в виде дождя, тумана и талой воды на поверхности дорожного покрытия.

Рыхлый снег представляет собой неуплотненный слой снега, который образуется после снегопада или метели. Неуплотненный слой может образоваться при перемешивании снега с хлоридами во время борьбы со скользкостью на дороге.

Зимние дороги, как и летние, подразделяются на пять эксплуатационных категорий Iэ, IIэ, IIIэ, IVэ, Vэ (см. табл. 23). На дороге Iэ интенсивность движения более 6000 авт./сут., а на дороге Vэ - меньше 200 авт./сут., поэтому требования к содержанию дороги для категории Iэ значительно выше, чем для категории Vэ.

В качестве примера и сравнения требований, предъявляемых к состоянию конструктивных элементов зимней дороги в зависимости от уровня ее содержания, в табл. 43 приведены требования к дороге категории IIэ, а в табл. 44 – к дороге категории Vэ.

Таблица 43

Показатели состояния конструктивных элементов	Уровни содержания
Допустимый	Средний	Высокий
Проезжая часть и земляное полотно
Ширина очистки проезжей части от снега (при допустимой толщине рыхлого снега во время снегопада и до окончания снегоуборки)	На всю ширину (не более 40 мм)	На всю ширину (не более 30 мм)	На всю ширину (не более 20 мм)
Ширина очистки обочин и разделительной полосы от снега (при допустимой толщине рыхлого слоя снега во время снегопада и до окончания снегоуборки)	На ½ ширины (не более 80 мм)	На всю ширину (не более 60 мм)	На всю ширину (не более 40 мм)
Толщина уплотненного слоя снега на проезжей части	Нет	Нет	Нет
Возвышение обочин и разделительной полосы с уплотнением слоя снега над проезжей частью	Нет	Нет	Нет
Наличие снежного вала на обочинах, а на участках с дорожными ограждениями – за ограждениями	Допускается до завершения снегоочистки	Допускается до завершения снегоочистки	Допускается до завершения снегоочистки
Нормативные сроки снегоочистки и ликвидации зимней скользкости	Не более 5 часов	Не более 4,5 часов	Не более 4 часов
Повреждения (выбоины) не более 15х60х5 см (длина х ширина х глубина) распространяются и на проезжую часть моста	Допустимы общей площадью до 3,0 м2 на 1000 м2 покрытия	Допустимы общей площадью до 3,0 м2 на 1000 м2 покрытия	Нет
Определение соответствия фактического уровня заданному при оценке действующих в зимний период съездов производится по требованиям, принятым для соответствующей по интенсивности категории дороги (по соответствующим конструктивным элементам)
Искусственные сооружения. Мосты
Ширина очистки проезжей части мостов от снега	На всю ширину	На всю ширину	На всю ширину

Таблица 44

Показатели состояния конструктивных элементов	Уровни содержания
Допустимый	Средний	Высокий
Проезжая часть и земляное полотно
Ширина очистки проезжей части от снега (при допустимой толщине рыхлого снега во время снегопада и до окончания снегоуборки)	На всю ширину (не более 70 мм)	На всю ширину (не более 60 мм)	На всю ширину (не более 50 мм)
Ширина очистки обочин и разделительной полосы от снега (при допустимой толщине рыхлого слоя снега во время снегопада и до окончания снегоуборки)	Не нормируется (не более 140 мм)	На ½ ширины (не более 120 мм)	На ½ ширины (не более 100 мм)
Толщина уплотненного слоя снега на проезжей части	Нет (не более 100 мм)	Нет (не более 90 мм)	Нет (не более 70 мм)
Возвышение обочин и разделительной полосы с уплотнением слоя снега над проезжей частью	Нет	Нет	Нет
Наличие снежного вала на обочинах, а на участках с дорожными ограждениями – за ограждениями	Допускается до завершения снегоочистки	Допускается до завершения снегоочистки	Допускается до завершения снегоочистки
Нормативные сроки снегоочистки и ликвидации зимней скользкости	Не более 6 (16) часов	Не более 5 (12) часов	Не более 4,5 (10) часов
Повреждения (выбоины) не более 15х60х5 см (длина х ширина х глубина) распространяются и на проезжую часть моста	Допустимы общей площадью до 7,0 м2 на 1000 м2 покрытия	Допустимы общей площадью до 6,0 м2 на 1000 м2 покрытия	Допустимы общей площадью до 4,5 м2 на 1000 м2 покрытия
Определение соответствия фактического уровня заданному при оценке действующих в зимний период съездов производится по требованиям, принятым для соответствующей по интенсивности категории дороги (по соответствующим конструктивным элементам)
Искусственные сооружения. Мосты
Ширина очистки проезжей части мостов от снега	На всю ширину	На всю ширину	На всю ширину

Сравнивая табл. 43 и 44 видно, что эксплуатационные требования к уровням содержания зимних дорог категорий II э и V э значительно различаются между собой. Например, нормативные сроки снегоочистки и ликвидации зимней скользкости для дороги категории II э в зависимости от уровня содержания составляют от 4 до 5 ч, а для дороги категории V э - от 4,5 до 6 ч, а на переходном покрытии – от 10 до 16 ч.

В зависимости от эксплуатационной категории дорог и уровней их содержания (допустимый, средний, высокий) и организуются работы по содержанию дорог в зимний период.

В Руководстве [8] приведены требования по содержанию зимних дорог и для других эксплуатационных категорий в зависимости от интенсивности движения и уровня их содержания.

Требуемый уровень содержания зимней дороги (или ее участков) устанавливается заказчиком и указывается в Договоре, который заключается с исполнителем. Объем финансирования работ зависит от уровня содержания дороги. При допустимом уровне содержания он меньше, а при высоком - больше. В Договоре приводится комплекс работ необходимый для зимнего содержания дороги. Если исполнитель не выполнит оговоренные в Договоре дорожные условия и это привведет к дорожно-транспортным происшествиям, то заказчик снижает объем финансирования работ.

16.3. Характеристика снежно-метельных отложений

Отложения снега на поверхности дороги образуются в результате снегопадов и снегоприноса ветром с территории, прилегающей к дороге.

Снегопад характеризуется спокойным выпадением рыхлого снега в безветренную погоду и равномерным его отложением на дороге. Рыхлый снег имеет небольшую плотность 0,07 – 0,15 г/см³ и малую толщину от 1 до 5 см. Обычно интенсивность снегопада не превышает 0,5 – 1,5 см/ч. В случае продолжительного интенсивного снегопада (интенсивность более 5 см/ч) на дороге в течение суток образуются большие снегоотложения высотой 10 - 30 см, а иногда до 50 см, которые могут затруднить или полностью прекратить движение.

В среднем продолжительность снегопада составляет 6 - 8 ч и редко 2 - 3 ч. Высота снежного покрова за год колеблется от 0,1 м на Кавказе и до 1 м на Камчатке, Сахалине, Алтае и Урале.

Число снегопадов за зиму доходит до 20-30 в равнинных районах, 30-50 в горных, до 100 на Сахалине, а на Камчатке до 250.

В связи со сравнительно небольшой глубиной снежного покрова от снегопадов борьба с ними на дорогах не представляла бы большого труда. Однако к объему снегопада прибавляется большой объем снега, приносимого ветром с прилегающей к дороге местности.

Поземка возникает, когда ветер метет снег с полей по поверхности снежного покрова при отсутствии снегопада. Снег над полем поднимается на небольшую высоту до 30 см. В результате на поверхности дороги образуется снежный занос в виде сплошного слоя или отдельных переметов.

Низовая метель в отличие от поземки характеризуется переносом снежной массы не только по поверхности снежного поля, но и в воздухе на высоте до 2 м и более. На дороге образуется плотный снежный слой снега.

Верховая метель бывает во время снегопада, когда дует слабый ветер и снежинки переносятся в воздухе, не отрываясь от снежного покрова. На дороге образуется неравномерный по толщине рыхлый слой снега сравнительно небольшой глубины.

Комбинированная или двойная метель наблюдается, когда верховая метель идет одновременно с поземкой или вместе с низовой метелью. В результате такой двойной метели на дороге образуются снежные заносы большой глубины и плотности (0,2 – 0,35 г/см³).

Буран действует при низкой температуре и очень сильном ветре (более 20 м/с), а при большой влажности воздуха возникает пурга. Дорога снегом заносится полностью.

Наибольшая масса снега (90 - 95%) при метелях переносится в нижнем слое на высоте 2 - 30 см над снежным покровом. При отсутствии снегопада объем переносимого ветром снега на высоте 2 м очень мал и не оказывает заметное влияние на занос дороги.

Рис. 41. Снежные отложения на дороге от снегопада и метелей (ветер дует попеременно с разных сторон)

Таким образом, в зимний период дорога заносится в результате идущего снега и приноса снежной массы ветром во время метелей (рис.41). Для того, чтобы защитить дорогу от метелей, нужно знать количество приносимого к дороге снега. В зависимости от объема приносимого снега решаются вопросы по снегозащите дороги.

16.4. Расчет объема снегоприноса к участкам дороги

Количество снега, приносимого к дороге за зиму в результате действия метелей, называется объемом снегоприноса. Снегопринос представляет собой только часть объема от общего снегопереноса, поэтому между снегоприносом Q_п и снегопереносом Q_пер существует зависимость

Q_п = Q_пер sin α, (80)

где α – угол между метелевым ветром и дорогой.

Если ветер дует параллельно дороге, то снегоприноса к ней не будет, хотя в поле наблюдается перенос снега. Кроме того, еще происходят потери снега по длине зоны снегопереноса.

Первые работы в области изучения переноса снега были выполнены на основе законов термодинамики Н.Е. Жуковским, а математическое обоснование выполнено С.А. Чаплыгиным. Дальнейшие исследования проводили А.К. Дюнин, Д.М. Мельник, А.А. Комаров, Г.В. Бялобжеский [14] и многие другие. В результате были установлены законы переноса снега и предложены формулы для расчета снегоотложений у препятствий.

Общая масса снега, которая переносится в единицу времени через 1м фронта метелевого потока, называется полным расходом.

Полный расход измеряется в г/м·с. Его можно определить с некоторым приближением по формуле предложенной Д.М. Мельником

q = сV³_в, (81)

где q – полный расход ветроснегового потока, г/м·с;

с – коэффициент пропорциональности;

V_в – скорость ветра по флюгеру метеостанции, м/с.

Для определения объема снегоприноса воспользуемся способом расходов, который разработал Д.М. Мельник [11]. Сущность способа заключается в том, что суммарное количество снега, принесенное к одной стороне дороги в течение зимы Q_п, равно объему снега, принесенного всеми метелями за зиму, дувшими с этой стороны дороги. В свою очередь, в образовании объема снега, принесенного к дороге за одну метель, принимают участие все ветры, дующие по направлению к дороге в течение действия метели. С учетом сказанного снегопринос к одной стороне дороги за зиму может быть вычислен по следующей формуле:

Q_п = (82)

где Q_п – объем снегоприноса за зиму к одной стороне дороги, м³/м

α – угол (углы) между направлением метелевого ветра и дорогой (снегозащитными сооружениями) во время метелей, в градусах;

q – полный расход ветроснегового потока, г/м·с;

t – продолжительность метелей (ч) с расходом q;

n – число снежных метелей за зиму (количество дней, в течение которых дует ветер) при различном расходе q;

γ – плотность снега в отложениях у дороги, г/м³.

Плотность свежего принесенного к дороге снега может быть принята γ = 250000 г/м³, тогда левая часть формулы (82) примет вид:

тогда

Q_п = 0,12sinα . (83)

Полный расход ветроснегового потока можно найти по формуле (81), где величина коэффициента пропорциональности с = 0.0215 (по исследованиям Д.М. Мельника), тогда

q = 0,0215 V³_в (84)

Эта формула дает хорошие результаты при скорости ветра V_в от 8 до 20 м/с. С учетом полученного значения q формула (83) запишется в следующем виде:

Q_п = 0,12sinα (85)

В этом виде формула более удобна для расчетов.

Господствующие ветры по отношению к дороге определяются по розе ветров и направлениям участков дороги (румбам). Для этого через центр розы ветров проводятся под заданным румбом направления участков дороги. Румбы участков берутся по карте или на продольном профиле. Затем находятся углы дующих ветров к дороге справа и слева от нее (рис. 42). На рисунке участок дороги имеет румб СЗ 60⁰. Северо-западный ветер дует по отношению к этому участку дороги под углом α_сз = α_д-α₁. Северо-восточный ветер направлен к дороге под углом α_св = α₂-α₃. Аналогично вычисляются углы, под которыми направлены другие ветры справа и слева по отношению к дороге.

По исследованиям Г.В. Бялобжеского, опасность заноса дороги отсутствует, если ветер дует под углом меньше 20 - 30⁰. С учетом этого, ветры направленные к дороге под углом меньше 30⁰, можно не принимать во внимание.

Для всех ветров, дующих под одним румбом, принимается один угол, α средний для данного румба. На метеостанции берут данные по ветровому режиму за последние 10 или больше лет и затем по формуле (85) определяют объем снегоприноса Q_п за каждый год.

Рис. 42. Определение углов дующих ветров по направлению к дороге: АБ – направление участка дороги; α_д – румб дороги (С 360⁰); α₁ – румб дующего с северо-запада ветра; α_сз – угол, под которым дует на дорогу северо-западный ветер; α₃ – румб, дующего с северо-востока ветра; α₂ – угол между севером и направлением дороги

Затем из полученных значений Q_п составляют статистический ряд

Q_п¹ = Q_са + σt,

где Q_са –среднеарифметическое значение снегоприноса к данной стороне дороги за 9 - 15 лет, м³/м;

σ – среднее квадратичное отклонение Q_са за N лет:

σ = .

Здесь t – коэффициент, равный 1,5 для дорог II - IV категорий, и равный 2 для дорог I категории, т.е. соответственно учитывается 90 %-ная и 95%-ная обеспеченность.

При определении углов дующих ветров по направлению к дороге был использован способ вычисления по восьми румбам (см. рис. 42). Для получения еще более точных результатов можно, по предложению Д.М. Мельника, считать суммарный принос снега по 16 румбам (рис.43).

Рис. 43. Схема 16 румбов для определения углов дующих ветров к дороге

Методика расчета углов дующих ветров по направлению к дороге по 16 румбам аналогична расчету углов по 8 румбам. Только вычислений делается в два раза больше, и за счет этого точность получается выше.