РУКОВОДСТВО
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ, СТРОИТЕЛЬСТВУ И ЭКСПЛУАТАЦИИ
ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
НА ВОДОТОКАХ С НАЛЕДЯМИ

РАЗРАБОТАНО в отраслевой научно-исследовательской дорожной лаборатории Воронежского инженерно-строительного института на основе исследований наледей у искусственных сооружений, выполненных в течение ряда лет на дорогах Магаданской обл., ЯАССР и БАМе, а также опыта борьбы с наледями Ушосдора Северовостокзолото, Якутдортранса, БАМа и Тувавтодора Минавтодора РСФСР. При составлении Руководства использованы материалы исследований Омского филиала Союздорнии, Ленгипротранса и ВНИИ транспортного строительства.

Руководство разработал канд. техн. наук В.А.Дементьев.

Программы для ЭВМ составлены м.н.с. Л.А.Черниговской. В работе принимали участие ст. инж. С.Е.Щербинина и инж. М.Г.Дорожкина.

УТВЕРЖДЕНО зам. министра автомобильных дорог РСФСР А.А.Надежко 3 июня 1988 г.

Изложены причины образования наледей, их классификация и вредные воздействия на искусственные сооружения, основные требования к выбору мест переходов через водотоки с наледями и их инженерно-геологическому обследованию. Подробно изложена методика прогнозирования параметров наледей с применением ЭВМ. Указаны принципы проектирования, рекомендуемые типы сооружений, особенности строительства и требования по эксплуатации. В приложениях даны примеры прогнозирования наледей и проектирования противоналедных устройств.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Руководство содержит требования к изысканиям, проектированию, строительству и эксплуатации искусственных сооружений автомобильных дорог на водотоках с наледями. Оно распространяется на искусственные сооружения автомобильных дорог I-V категорий в районах образования наледей.

1.2. Наледью называют ледяное тело, образовавшееся в результате вытекания на твердую поверхность речных, подземных, снеговых, ледниковых или морских вод, их растекания  и послойного замерзания.

1.3. Наледи речных и подземных вод образуются поздней осенью и зимой при промерзании потока речных или грунтовых вод или разгрузке подземных вод. Когда в основании водотока залегает неглубоко водоупор в виде вечной мерзлоты или водонепроницаемых пород и живое сечение при промерзании сужается, поток становится напорным, вода через трещины изливается на поверхность и образует наледь.

Наледи снеговых и ледниковых вод образуются при смене оттепелей морозами, а наледи морей - при нагонах и замерзании морской воды.

1.4. На образование наледей, кроме природных факторов, большое влияние оказывает строительство дорожных сооружений, которое нарушает естественный режим протекания речных и грунтовых вод, что часто приводит к возникновению наледного процесса.

1.5. Наледи распространены на территории азиатской части СССР в районах с суровым климатом, неглубоким залеганием водоупоров в руслах рек и фильтрационных потоков грунтовых вод, в местах разгрузки подземных вод.

Наиболее широко наледи распространены в Магаданской обл., Якутской, Бурятской АССР, в областях Читинской, Амурской  и Иркутской, северных районах Красноярского края, Тувинской АССР, Алтайском крае. Встречаются наледи в Западной Сибири и на Урале.

Классификация наледей

1.6. Наледи классифицируют по типу наледеобразующих вод, происхождению, месту отложения, размерам, степени опасности, длительности существования.

По типу наледеобразующих вод различают наледи: 1) поверхностных вод (речных); 2) подземных вод (грунтовых вод рыхлой толщи, подземных вод глубоких горизонтов); 3) смешанных вод.

По происхождению наледи разделяются на природные, которые возникают и развиваются в природных условиях, и техногенные, возникающие от нарушения водно-теплового режима водотоков и грунтов при дорожном строительстве.

По месту отложения наледи разделяются на русловые, логовые, косогорные, откосные, террасовые, конусов выноса.

По размерам наледи классифицируются на малые объемом до 1 тыс. м; средние от 1 до 10 тыс. м; большие от 10 до 100 тыс. м; очень большие от 100 тыс. м до 1 млн. м и гигантские - более 1 млн. м.

Таблица 1. Генетическая классификация наледей (для дорожно-строительных целей)

Примечание. - расход поверхностных или грунтовых вод выше стесненного участка; - расход ниже стесненного участка; - наледный расход; - глубина водотока до водоупора выше стесненного участка; - глубина воды на стесненном участке; - глубина промерзания за пределами стесненного участка; - глубина промерзания на стесненном участке; - глубина потока на стесненном участке; - глубина уровня грунтовых вод; - высота переката.

По степени опасности наледи разделяют на следующие виды: неопасные, не оказывающие вредного воздействия на инженерные сооружения; опасные, которые вызывают нарушение нормальной работы сооружений; очень опасные, представляющие непосредственную угрозу движению транспорта и устойчивости сооружений.

По длительности существования наледи бывают: сезонные, стаивающие летом полностью, и многолетние, часть которых не успевает растаять летом и переходит на следующий зимний се

зон.

1.7. Сложные природные условия, в которых развиваются наледи, в сочетании с дополнительным влиянием на их развитие дорожных сооружений, обусловливают многообразие наблюдаемых в полосе дороги наледей. Генетические типы наледей, их морфологические характеристики и ледотермический режим приведены в табл.1.

Вредные воздействия наледей на искусственные сооружения

1.8. Наледи оказывают значительные вредные воздействия на искусственные сооружения и часто создают затруднения при их эксплуатации. Наледи могут:

1) закупоривать льдом отверстия малых искусственных сооружений и затруднять пропуск весенних вод;

2) затоплять проезжую часть подходов к искусственным сооружениям и затруднять движение транспорта;

3) деформировать искусственные сооружения при образовании около них наледных бугров;

4) создавать условия для размыва конусов и земляного полотна подходов, а также изменения конфигурации русла водотока при стоке весенних вод по наледному льду.

2. ИЗЫСКАНИЯ И ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОБСЛЕДОВАНИЯ
ПЕРЕХОДОВ ЧЕРЕЗ ВОДОТОКИ С НАЛЕДЯМИ

     
Особенности изысканий

2.1. Места переходов через малые и средине водотоки, где наледи оказывают наибольшие воздействия, определяются рациональным положением трассы, которая должна иметь высокие транспортно-экономические показатели. Однако при изысканиях автомобильных дорог необходимо стремиться выбирать такое направление трассы, которое без существенного ее ухудшения в плане и продольном профиле позволяет обходить участки с большим количеством наледей. Технико-экономическое сравнение вариантов трассы должно учитывать затраты на постройку противоналедных сооружений, удорожание строительства на наледных участках искусственных сооружений с увеличенными отверстиями и более высокими подходами, а также затраты на борьбу с наледями при эксплуатации.

2.2. Наледеопасными участками являются: склоны северной экспозиции с неглубоким залеганием вечномерзлых грунтов, имеющие надмерзлотные воды; групповые выходы родников подземных вод; сильно заболоченные склоны; устья водотоков, особенно места слияния нескольких водотоков; водотоки с распластанными руслами, малыми глубинами и выступающими из воды грядами галечника; перекаты со скальными выступами и валунами; порожистые участки.

2.3. Не опасны в отношении наледеобразования и благоприятны для прокладки трассы водораздельные участки, склоны антиклинальных долин, борта моноклинальных долин с падением пластов в глубь склона, сухие склоны и террасы южной экспозиции, водотоки с глубокими узкими руслами, заросшими растительностью.

2.4. На водотоках с наледями, кроме работ по изысканиям в обычных условиях, необходимо производить специальные мерзлотно-гидрологические обследования и съемки наледных полян, необходимые для прогнозирования наледных процессов и проектирования искусственных сооружений и противоналедных мероприятий. В связи с этим изыскания переходов через водотоки с наледями проводят в три этапа: 1) подготовительный период; 2) полевые летне-осенние работы на стадии составления  рабочего проекта; 3) ледомерные съемки.

2.5. В подготовительный период перед основными полевыми работами по литературным данным и фондовым материалам изучают геологические, геокриологические, гидрогеологические, гидрологические, климатические и другие особенности будущей трассы и пересекаемых ею водотоков. Собирают сведения о наледях, температуре воздуха, осадках, толщине снежного покрова и др. Если наледей на трассе много, производят аэровизуальное обследование и аэрофотосъемку водотоков с вертолета или самолета в апреле - начале мая после схода снежного покрова, когда наледи хорошо видны. На основе собранных сведений в подготовительный период составляют программу и график работ по обследованию наледных участков при полевых работах.

Полевые летне-осенние работы при изысканиях

2.6. При полевых летне-осенних работах по изысканиям на стадии составления рабочего проекта дороги, кроме установленного нормативными документами перечня работ для обычных условий, на водотоках с наледями выполняют следующие работы.

1. Производят топографическую и инженерно-геологическую съемку логов водотоков. Съемкой охватывают 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. Масштаб выбирают в зависимости от размеров наледи от 1:500 до 1:2000.

При съемке разбиваются поперечники: у сооружения в сечении с наибольшей толщиной наледи и в характерных местах. По поперечникам производят нивелирование ложа наледной поляны, определяют осенние уровни воды в реке и зеркало грунтовых вод на поймах или в реке, если нет поверхностного зимнего стока.

По следам, оставленным наледью на деревьях и земной поверхности, определяют уровень верха наледи. С помощью старожил устанавливают год ее образования и особенности развития.

2. Составляют план лога в горизонталях, поперечные и продольный грунтово-геологические разрезы в границах съемки, указанных в п.1. На поперечных и продольном разрезе показывают границу водоупора (вечной мерзлоты, скальных пород и др.).

3. Определяют местонахождение и тип подземных источников, характер излива, режим источников (их дебит, температуру, химический анализ воды.)

4. Производят тщательное обследование и описание морфологии русла, характерных его участков (перекатов, плесов и др.), берегов, пойм, террас, склонов долины, растительности, налетов солей нa деревьях и камнях, микрорельефа, заболоченности.

5. Наряду с традиционными буровыми работами и выработками при мерзлотно-гидрологических исследованиях наледных участков рекомендуется применять электрометрические методы: вертикальное электрозондирование (ВЭЗ) и электропрофилирование (ЭП), которые  позволяют  определять глубину и границы залегания вечной мерзлоты, тектонические нарушения, толщину рыхлых отложений и др.

Ледомерные съемки и определение размеров наледей

2.7. Ледомерные съемки следует производить в марте-апреле, когда наледи достигают максимального развития. Их производят с целью определения размеров наледей и прогнозирования их расчетных параметров при проектировании искусственных сооружений.