Откройте актуальную версию документа прямо сейчас
Если вы являетесь пользователем интернет-версии системы ГАРАНТ, вы можете открыть этот документ прямо сейчас или запросить по Горячей линии в системе.
Вход
Купить систему ГАРАНТ
Получить демо-доступ
Узнать стоимость
Информационный банк
Подобрать комплект
Семинары
- Главная
- Ведомственные строительные нормы ВСН 84-89 "Изыскания, проектирование и строительство автомобильных дорог в районах распространения вечной мерзлоты" (утв. письмом Министерства транспортного строительства от 13 марта 1989 г. N АВ-110) (документ не действует)
- Приложение 9 (рекомендуемое). Методика оценки наледной опасности и расчет параметров наледей
Приложение 9 (рекомендуемое). Методика оценки наледной опасности и расчет параметров наледей
Приложение 9
Рекомендуемое
Методика оценки наледной опасности и расчет параметров наледей
Оценка наледной опасности при изысканиях
1. При трассировании автомобильных дорог природные наледи следует выявлять по индикационным признакам, представляющим собой комплекс характерных внешних черт ландшафта.
Индикационные признаки могут быть прямыми и косвенными.
2. Косвенными признаками наледей подземных вод считают:
долины рек и межгорные впадины у подножья речных террас, места контакта горных пород различного состава, линии тектонических разломов и сейсмических швов ниже ригелей и морен, тектонические и ледниковые озера, самоизливающиеся скважины;
русла горных ручьев и рек, мелководные озера и лагуны;
берега рек, озер, морей и их ледяной припай;
склоны гор и холмов в местах выклинивания вечной мерзлоты или толщи рыхлых водоносных отложений, основания солифлюкционных и структурно-денудационных террас, сейсмогенные обвалы, оползневые цирки;
цепочки бугров пучения (гидролакколитов);
линейные инженерные сооружения, перегораживающие водоносные горизонты или способствующие глубокому промерзанию грунтов.
3. Развитие наледей подземных вод можно определять по фитоиндикационным признакам, к которым относятся:
наличие зарослей низкорослых кустарников и разнотравья среди леса; в высокогорных условиях - лужаек среди мохово-лишайниковой тундры; в засушливых районах - участков развития пышной луговой растительности;
сухие отбеленные (ошкуренные) стволы лиственниц или других деревьев с чередующимися кольцами накипных лишайников рыжевато-коричневого цвета;
расщепление или расплющивание пней деревьев или стволов кустарников;
наличие усохших и усыхающих стволов лиственниц, елей, тополей и пр., общая угнетенность, искривленность и массовая фаутность взрослых деревьев;
многоствольность и кущение верхней части подроста деревьев до высоты 1-2 м;
отсутствие ветвей на стволах деревьев до уровня, определяемого наледью (1,5-3,0 м);
наличие песка и ила на стволах деревьев и кустарников, в том числе между корой и под ней;
обрыв корневой системы и стеблей кустарников, кустарничков и трав в результате движения ледяных глыб при их подтаивании или в процессе формирования пластов инъекционного льда.
4. Прямыми признаками наледей подземных вод являются: образование наледных полян; налет соли на камнях, деревьях и кустарнике; наличие сезонных и постоянно действующих источников. Последние обычно находятся в хорошо разработанных цирках (родниковых воронках) или у массивов елового леса.
5. Наледные поляны представляют собой безлесную, относительно ровную поверхность, сложенную хорошо отмытым гравийно-галечниковым материалом; "развалы" коренных горных пород, рвы проседания и ложбины удара; термокарстовые трещины и просадки; ниши и террасы на уровне, превышающем высоту стояния высоких вод; бугры пучения и кратеры гидроэффузивов; земляные пирамиды и каменные мостовые; ровные площадки в разных уровнях, уплотненные льдом.
Размеры наледной поляны устанавливают при обследовании. Ее контуры отмечают на схематическом плане, а характеристику заносят в полевой журнал.
6. Наиболее вероятными участками развития наледей поверхностных вод следует считать перемерзающие перекаты, пороги и водопады, устьевые участки боковых притоков, ветвящиеся и мелководные русла рек, русла водотоков ниже полыней, зарегулированные участки рек (ниже плотин, шлюзов и пр.), русла рек, пересекаемые линейными инженерными сооружениями - мостами, трубопроводами и др., берега долго незамерзающих пресных и соленых водоемов, участки постоянных (становых) термических трещин в ледяном покрове крупных озер и морей, места складирования на льду грузов, штабелей леса и пр., участки ледяного покрова со снежными надувами и навалами льда.
Наледи на реке или водоеме легко выявляются благодаря темному цвету обнаженного льда и парению наледеобразующей воды.
7. Косвенными индикационными признаками наледей поверхностных вод являются: следы механического и термического воздействия льда на растительный покров; каменные мостовые, тянущиеся вдоль русел рек на уровне низкой и средней пойм; микротеррасы и ниши в береговых отложениях, сформировавшиеся в результате бронирования льдом аллювиальных отложений; остатки льда слоистой или зернистой структуры, нависающего над водотоками и водоемами или лежащего на их берегах; отсутствие снега или небольшая мощность снежного покрова на поверхности речного, озерного и морского льда по сравнению со смежными участками акватории; бугры пучения и трещины в ледяном покрове.
Расчет параметров наледей
8. Основными параметрами наледей, используемыми при проектировании и расчете противоналедных устройств и дорожных сооружений, являются их средняя по участку () и наибольшая (
) мощность, объем
и площадь
с обеспеченностью (повторяемостью), соответствующей капитальности сооружений.
9. Параметры природных наледей определяют по многолетним данным натурных измерений или рассчитывают, если известен хотя бы один из параметров наледи, а также имеются данные разовых измерений параметров наледи в момент наибольшего развития.
10. Параметры наледей, формирующихся в результате нарушения естественных условий при строительстве автомобильной дороги, определяют расчетом. Результаты расчета являются прогнозными и в дальнейшем подлежат уточнению путем сравнения с данными стационарных наблюдений.
11. Основой для расчета параметров наледей подземных вод при наличии достаточно продолжительного ряда наблюдений являются кривые обеспеченности, которые строят на клетчатках вероятности. Вероятность превышения процента эмпирических точек параметров наледей в момент их наибольшего развития определяют по формуле
, (1)
где m - порядковый номер члена ряда рассчитываемых величин, расположенных в убывающем порядке;
n - общее число членов ряда.
12. Параметры кривых обеспеченности определяют согласно СНиП 2.01.14-83. Среднюю мощность наледи заданной обеспеченности находят как частное от деления равнообеспеченных объема и площади.
13. Если продолжительность ряда наблюдений не позволяет определить параметры кривой обеспеченности с заданной точностью, эти параметры приводят к многолетнему периоду согласно СНиП 2.01.14-83 с помощью наледи-аналога. При выборе аналогов должны быть удовлетворены следующие условия:
одинаковые генезис наледей и механизм их образования;
сходство климатических условий;
синхронность колебаний параметров наледей во времени;
однородность условий формирования наледей, которая выражается в однотипности мерзлотно-гидрогеологических, мерзлотно-геоморфологических и гидрологических особенностей участка; в примерно одинаковой глубине залегания водоупора; в равных дебитах наледеобразующих источников и расходах воды водотоков; в покрытости местности растительностью в равной степени и однородности ее видового состава;
различие площади наледей не более чем в 2 раза, а коэффициентов их формы (отношение длины к средней ширине) - не более чем в 1,4 раза.
14. При наличии только результатов многолетних измерений площади наледи подземных вод (например, данных аэрофотосъемки) параметры кривой обеспеченности этой характеристики определяют в соответствии с п. 11 настоящего приложения. Рассчитывают значение заданной вероятности превышения , затем по данным геодезической съемки ложа наледи строят график зависимости объема наледного тела от его площади. При этом допускается, что поверхность наледи горизонтальна в каждом ее поперечном сечении, а продольный уклон назначается по результатам измерений в момент изысканий. С графика снимают значения
и
, соответствующие рассчитанным
и
. Аналогичным образом определяют и другие параметры наледи.
15. При отсутствии данных многолетних наблюдений основные расчетные характеристики наледей подземных вод находят в такой последовательности.
По ряду индикационных признаков, фиксируемых по периферии наледных полян, или на основе стереофотограмметрической обработки аэрофотоснимков определяют максимальную мощность наледи за многолетний период в отдельных точках. Эти точки наносят на план ложа наледи и соответствующие профили, проводят контуры наледи, после чего находят ее объем и площадь.
16. Если для проектирования требуются морфометрические характеристики наледи более редкой повторяемости или их средние многолетние значения, по данным топографической съемки строят график зависимости
. (2)
Затем подбирают региональное уравнение связи между средними многолетними объемами наледей и их площади
:
. (3)
Если для района изысканий региональные связи типа (2) не определены, то используют уравнение (3):
, (4)
где и
- соответственно в
и
.
Затем графическим способом совместно решают систему уравнений (2) и (3), в результате получают средние многолетние значения площади () и объема (
) данной наледи.
17. Параметры кривых обеспеченности и
рассчитывают по формулам:
где и
- соответственно в тыс.
и тыс.
.
Морфометрические характеристики наледи заданной обеспеченности рассчитывают по этим кривым распределения в соответствии с п. 11 настоящего приложения.
18. Параметры наледей речных вод при отсутствии материалов многолетних наблюдений определяют по данным о стоке ближайшего к участку наледеобразования гидрометрического поста на исследуемой реке или реке-аналоге. При этом средние многолетние значения и значения заданной обеспеченности рассчитывают только для средней и максимальной мощности наледи. Площадь наледи на участке находят как произведение его длины и средней ширины реки, а объем - площади и средней мощности.
19. Среднюю многолетнюю мощность наледи речных вод рассчитывают, используя модульные коэффициенты среднего за зимний период расхода воды
:
, (6)
где - средний многолетний расход воды за зимний период.
Модульный коэффициент , равный отношению измеренной мощности наледи к средней многолетней, зависит от числа членов ряда n (лет наблюдений), коэффициента
и определяется по формуле
, (7)
где ; (8)
- средняя глубина водного сечения реки в створе изысканий, м;
- средняя общая толщина льда в этом же створе, м.
Используя полученный ряд модульных коэффициентов , рассчитывают параметры кривой обеспеченности
и
по формулам:
;
. (9)
По ординатам этой кривой определяют среднюю на участке мощность наледи заданной обеспеченности. Таким же образом проводят расчет и максимальной на участке мощности наледного тела.
20. Параметры наледей, которые могут возникнуть в результате нарушения естественных условий при строительстве и эксплуатации автомобильной дороги, рассчитывают по формулам, учитывающим основные факторы, определяющие процесс наледеобразования. Количественную информацию об условиях, при которых возможно появление наледи, получают в результате изыскательских работ.
21. При обнажении водоносного горизонта образуется наледь, объем которой в большинстве случаев определяется дебитом истечения, а размеры и форма - особенностями процесса замерзания и рельефом поверхности растекания. Объем наледи рассчитывают по формуле
, (10)
где Q - дебит истечения, ;
- продолжительность периода наледеобразования, с.
Значение исчисляется с момента перехода средней суточной температуры воздуха через 0°С осенью и весной.
Полный дебит истечения оценивают по формулам:
для напорных подземных вод
; (11)
для безнапорного горизонта
, (12)
где K - коэффициент фильтрации, м/сут;
- мощность водоносного горизонта, м;
S - понижение пьезометрического уровня подземных вод, м; принимают равным напору водоносного горизонта в естественных условиях;
- радиус влияния возмущения при вскрытии горизонта и неустановившегося режима фильтрации, м;
; (13)
- коэффициент уровня пьезопроводности;
- условный радиус обнажения, м, равный 0,25 ширины обнажения;
- первоначальная мощность водоносного горизонта при безнапорной фильтрации, м;
- мощность водоносного горизонта на линии обнажения при его осушении, м.
Оценку дебита истечения проводят в расчетные моменты времени, определяя радиус влияния по формуле (12) настоящего приложения, после чего вычисляют средний дебит за период наледеобразования.
22. Объем наледи грунтовых вод, образующихся при глубоком промерзании водонасыщенных грунтов, рассчитывают в зависимости от соотношения глубин зaлeгания уровня подземных вод (м), нижней границы промерзания грунтов
(м) и водоупорного горизонта z (м) по следующим формулам:
при и
; (14)
при и
; (15)
при и
; (16)
при и
, (17)
где - коэффициент объемного расширения воды при переходе ее в лед, равный 1,1;
J - гидравлический уклон зеркала грунтовых вод;
- теплофизический параметр;
; (18)
- коэффициент теплопроводности мерзлого грунта,
;
- разность средней температуры воздуха и температуры слоя промерзшего грунта за период наледеобразования, °С;
- количество скрытой теплоты плавления льда в единице объема грунта,
.
23. Среднюю мощность наледи (м) определяют по формуле
, (19)
где - пoкaзaтeль, учитывающий характер движения потока грунтовых вод: при ламинарной фильтрации
, при турбулентной
;
- глубина промерзания грунта в естественных условиях, м;
- сумма атмосферных осадков за период наледеобразования, м;
- коэффициент, рассчитываемый исходя из следующих условий:
24. При сужении руслового потока, например, опорами моста расчет проводят отдельно для каждого пролета между опорами. Порядок расчета следующий.
Через заданные интервалы времени с момента замерзания реки определяют толщину ледяного покрова в течение всей зимы:
, (21)
где и
- коэффициенты теплопроводности льда и снега,
;
; (22)
- плотность снега на поверхности льда по данным изысканий,
;
- высота снежного покрова, м;
t - средняя за период температура воздуха, °С;
- толщина льда в начале расчетного интервала, м.
По характерному гидрографу реки определяют расходы воды в начале и конце расчетных интервалов времени и их приращения в каждом пролете расчетного створа.
По неравенству (23) исследуют гидрометеорологические и гидродинамические характеристики системы поток - ледяной покров в критических условиях, при которых происходит разрушение льда и образование наледей. Расчет проводят для каждого интервала времени по всем пролетам мостового перехода:
, (23)
где - глубина реки, м;
- отношение температуры поверхности снежно-ледяного покрова к температуре воздуха;
- плотность льда,
;
- скрытая теплота плавления льда,
;
- временное сопротивление льда на изгиб, равное
;
в - ширина потока по нижней поверхности льда, м;
- эквивалентная толщина льда, равная
; (24)
- коэффициент вязкости льда, вычисляемый по формуле
. (25)
Если Ф<1,то вычисления по формуле (23) продолжают до тех пор, пока не наступит момент, когда . Это указывает на начало наледеобразования. Для этого интервала времени определяют среднюю мощность наледи:
, (26)
где ,
- избыточный напор в результате роста соответственно ледяного покрова и водности потока;
; (27)
, (28)
- плотность воды,
;
g - ускорение свободного падения, .
Полученную мощность наледи суммируют с в формуле (20) настоящего приложения на момент расчета и продолжают вычисления по изложенной схеме.
25. Объем наледи талых снеговых вод рассчитывают в следующем порядке.
Определяют площадь водосборного бассейна, с которого поступают талые воды к проектируемому участку дороги. По крупномасштабным картам находят площадь водосбора , а по данным многомерной съемки - запас воды в снежном покрове.
Для периода с внутрисуточными переходами температуры воздуха через 0°С по данным изысканий или ближайшей метеостанции рассчитывают толщину слоя таяния за светлое и темное время каждых суток с положительной температурой. Расчет проводят отдельно для дневных и ночных часов по формулам:
; (29)
, (30)
где ,
- толщина слоя таяния соответственно за светлое и темное время суток, мм;
- средняя суточная температура воздуха, °С;
- максимальная суточная температура воздуха, °С;
,
- средняя положительная температура воздуха соответственно за светлое и темное время суток, °С;
- альбедо снежного покрова, доли единицы;
,
- средняя скорость ветра соответственно за светлое и темное время суток с положительной температурой воздуха, м/с.
Суммарную толщину слоя таяния за сутки определяют по формуле
. (31)
Каждые сутки рассчитывают толщину слоя водоотдачи из снежного покрова по формуле
, (32)
где - доля площади водосборного бассейна, покрытая снегом, от общей площади;
- количество осадков, выпавших на водосборный бассейн, мм.
Расчет проводят до тех пор, пока температура воздуха устойчиво не перейдет через 0°С в сторону повышения.
Определяют суммарную толщину слоя стаявшего снега за период с циклическими суточными переходами температуры воздуха через 0°С по формуле
, (33)
где n - количество принятых в расчет суток.
Объем наледи талых снеговых вод (
) находят из выражения
. (34)
Пример 1. Требуется определить объем и площадь наледи средние многолетние и 1%-ной обеспеченности с известной связью между этими характеристиками (кривая 2 на рисунке настоящего приложения).
По формуле (4) настоящего приложения в единой системе координат с графиком зависимости строят кривую
(см. рисунок). Координаты точки пересечения кривых 1 и 2 дают значения соответственно:
и
.
Графическое решение системы уравнений для определения средних многолетних значений площади и объема
наледи подземных вод: 1 -
; 2 -
Определяют параметры кривой обеспеченности по формуле (5) настоящего приложения:
;
;
;
;
;
;
;
.
По таблицам ординат биномиальной асимметричной кривой обеспеченности определяют модульные коэффициенты и
с вероятностью превышения 1%. С учетом этих коэффициентов определяют:
;
;
;
.
Пример 2. Требуется рассчитать среднюю на участке () и максимальную (
) мощности наледи за многолетний период и их значения 1%-ной обеспеченности. Имеется ряд наблюдений за стоком на гидрометрическом посту продолжительностью 15 лет (см. таблицу, гр. 2). По данным ледомерной съемки, выполненной при изысканиях, установлены:
средняя глубина водного сечения реки в створе изысканий м;
средняя общая толщина льда на этом же створе м;
средняя мощность наледи составляет 0,61 м, а наибольшая - 1,23 м.
Порядок расчета.
По формуле (6) настоящего приложения определяют модульные коэффициенты стока (см. таблицу, гр. 3).
Определяют коэффициент по формуле (8) настоящего приложения:
.
Находят значение (см. таблицу, гр. 4), его обратное значение
и сумму
(см. таблицу, гр. 5). По формуле (7) вычисляют
.
По этому выражению определяют модульные коэффициенты мощности наледи (см. таблицу, гр. 6).
Модульный коэффициент мощности наледи в год проведения изысканий равен 0,586. Определяют средние многолетние значения средней и максимальной мощностей наледи на участке ():
м;
м.
Вычисляют коэффициенты вариации и асимметрии (см. таблицу, гр. 7-9)
;
.
По таблице ординат биномиальной асимметричной кривой обеспеченности определяют среднюю и максимальную мощности наледи с вероятностью превышения 1%. Они оказались разными: м;
м.