Приложение 4 (справочное). Определение несущей способности ледяного покрова

Приложение 4
Справочное

Определение несущей способности ледяного покрова

1. Влияние различных факторов, учитываемых в ПОС и ППР на несущую способность ледяного покрова

1.1. Несущая способность ледяного покрова зависит от его толщины и прочности, которая в свою очередь зависит от структуры льда, температуры воздуха, наличия трещин, времени нахождения груза на льду.

1.2. В проекте организации строительства и производства работ должна быть указана расчетная (допустимая) толщина ледяного покрова, определяемая по материалам инженерных изысканий.

Приведенная толщина ледяного покрова учитывает фактическую структуру и прочность отдельных слоев льда.

1.3. Толщина льда на реках и водоемах зависит от климатических условий района и гидрологических характеристик.

После ледостава до появления снега наращение льда идет в основном под влиянием отрицательных температур воздуха. Темп наращения льда замедляется пропорционально увеличению толщины снегового покрова.

На толщину льда влияет также скорость течения, характеристика дна реки или водоема, грунтовые воды. Ледяной покров тоньше на фарватере реки, при выходе рек из озера, на перекатах, возле ключей и родников, над торфяным дном, у болотистых берегов.

1.4. Механические свойства льда зависят главным образом от его структуры.

Наиболее прочным является прозрачный лед. При ударе топора он дает стекловидный раковистый излом с закругленными поверхностями. Весной он распадается сначала на столбчатые призмы, а в дальнейшем - на заостренные плоские пластины (иглы).

Мутный белесоватый лед имеет меньшую прочность. В период весеннего таяния он распадается, образуя рыхлую массу ноздреватого типа. Процесс разрушения мутного льда идет медленнее, чем прозрачного.

Слой снегового льда (наслуд), представляющий собой смерзшийся снеговой покров, пропитанный водой, имеет незначительную прочность, особенно весной.

1.5. Прочность льда зависит также от его температуры: при повышении температуры прочность льда уменьшается. Так, при повышении температуры от -10 до 0° прочность льда уменьшается примерно в 1,5 - 2 раза. Средние прочностные характеристики кристаллического льда приведены в табл. 1.

Таблица 1

Прочность льда, кгс/см
на сжатие	на растяжение	на изгиб	на срез	на перелом при динамических нагрузках
30-40	10-12	12-16	9-11	4-6

Наиболее резкое снижение прочности льда наблюдается весной и происходит как за счет нагрева его до температуры плавления, так и вследствие поглощения льдом лучистого тепла солнечной радиации. Разрушение льда, не покрытого снегом, в весенний период идет интенсивно, достигая в отдельные дни 10 - 15 см в сутки.

1.6. Трещины в ледяном покрове, которые в зависимости от температуры воздуха расширяются или сужаются, резко снижают несущую способность льда. Особенно большую опасность представляют мокрые сквозные трещины: при передвижении груза поперек трещин грузоподъемность снижается примерно в 4 раза.

2. Определение приведенной толщины льда

2.1. Приведенная толщина льда определяется как сумма толщин слоев льда: нижнего прозрачного и половины толщины верхнего мутного . Слой льда, образовавшийся из снегового покрова, пропитанного водой (наслуд), в расчет не принимается.

Приведенную толщину льда определяют из выражения

, (1)

где - замеренная толщина нижнего прозрачного слоя льда;

- замеренная толщина мутного слоя льда;

- коэффициент, зависящий от структуры льда;

- коэффициент, зависящий от структуры льда. При раковистой структуре , при игольчатой ;

- коэффициент, зависящий от температуры. При температуре воздуха ниже 0°С , при температуре выше 0°С .

2.2. Для определения приведенной толщины льда в местах предполагаемого размещения оборудования и движения транспорта устанавливают фактическую толщину льда и его состояние.

2.3. Толщину льда вдоль проектируемых трасс трубопровода и движения транспорта измеряют через каждые 20 м на реках и через 100 м на озерах. Для замеров прорубают лунки.

Перед пробивкой лунок поверхность льда необходимо очистить от рыхлого и смерзшегося снега (наслуда).

2.4. Для определения толщины и строения ледяного покрова образцы вырезают в наиболее характерных местах (на фарватере, у берегов, вблизи полыней). На образцах должна быть измерена толщина прозрачного и мутного льда.

При оттепели образцы необходимо испытать на излом ударом топора, чтобы выяснить, не приобрел ли лед игольчатую структуру.

2.5. Данные обследования трасс и замеров толщины льда наносят на план, на котором обозначают точки замеров, указывают толщины льда, местоположение трещин и прочих опасных мест ледяного покрова.

2.6. При мокрых сквозных трещинах размещение грузов и движение транспорта не допускается. Если же трещины сухие несквозные шириной меньше 3 - 4 см и глубиной не более 0,5 толщины льда, в формуле (1) приведенную толщину льда следует уменьшить на 50%.

3. Расчетная толщина ледяного покрова

3.1. Расчетная толщина льда определяется в зависимости от вида груза, массы, его расположения относительно прорези, а также температуры воздуха и прочности льда.

3.2. Расчетная толщина льда, необходимая для размещения груза на сплошном ледяном покрове (при отсутствии вблизи груза майны), может быть определена по формуле

, (2)

где - расчетная толщина прозрачного льда кристаллической структуры, м;

n - запас прочности, равный 2;

P - масса груза, установленного на лед, т;

- временное сопротивление льда на растяжение, т/м (среднее значение 140 т/м);

, - линейные размеры площади опоры груза, м;

K - температурный коэффициент, учитывающий среднесуточную температуру воздуха за последние трое суток, принимаемый по табл. 2.

Таблица 2

Средняя температура воздуха за 3 суток	-10°С и ниже	-5°С	0°С	Выше 0°С
Температурный коэффициент К	1,0	1,1	1,4	1,5 и выше

3.3. Расчетная толщина льда для размещения груза на ледяном покрове, имеющем прорезь (майну), может быть определена по формуле

, (3)

где - длина опоры, параллельной прорези, м (см. рисунок);

- длина опоры, перпендикулярной к прорези, м (см. рисунок).

Прочие обозначения аналогичны принятым для формулы (2). При размещении груза на ледяном покрове около прорези (майны) расстояние от опоры груза до края майны не должно быть меньше 2,0 м (см. рисунок).

3.4. Для предварительных расчетов толщину льда при отсутствии в ледяном покрове майн и трещин можно определять из выражения:

, (4)

где - толщина льда, м;

Р - масса груза, т.

3.5. При динамический нагрузках на лед (работающие экскаваторы, буровые станки и т.п.) толщина льда, определенная по формулам (2), (3) и (4), должна быть увеличена не менее чем в 2 раза.

3.6. Если трубопровод, подготавливаемый к опусканию со льда, находится около прорези, расчетную толщину льда определяют по формуле.

, (5)

где - расчетная толщина льда, м;

P - масса 1 м трубопровода, т;

- предел прочности льда на изгиб, т/м.

3.7. Время пребывания груза на льду должно быть ограничено во избежание его погружения в лед.

Максимально допустимое время пребывания груза на льду можно определить по формуле

, (6)

где Р - масса груза, находящегося на льду, т;

- допустимая нагрузка для льда данной толщины, определяемая по формуле

, (7)

- коэффициент, зависящий от условий работы и температуры воздуха (табл. 3);

, - линейные размеры площади опоры груза, м.

Таблица 3

Характер покрова и груза	Значение коэффициента
Стоянка груза на расчищенном от снега или покрытом водой льду при любой температуре. Стоянка долговременных сооружений (срубы, настилы и т.п.)	0
Стоянка грузов на расчищенном или частично расчищенном льду при температуре -5°	0
Стоянка грузов на расчищенном от снега льду при температуре ниже -5° и на частично расчищенном от снега льду при температуре -10°	1
Стоянка грузов на расчищенном от снега льду при температуре -10° и на частично расчищенном льду при температуре -15°	2
Стоянка грузов на расчищенном от снега льду при температуре ниже -15°	3

4. Методы усиления ледяного покрова

4.1. При недостаточной прочности льда следует увеличить его толщину намораживанием.

Прирост толщины льда в результате расчистки снегового покрова без полива дается в табл. 4.

Таблица 4

Температура воздуха, °С	Прирост толщины льда за 1 сутки (см) при ледяном покрове
	меньше 10 см	10 - 20 см	21-40 см
-5	4	1,5	0,5
-10	6	3,0	1,5
-15	8	4,0	2,0
-20	9	6,0	3,0

Усиление льда намораживанием производится при температуре воздуха не выше -5°С.

Коэффициенты увеличения грузоподъемности ледяного покрова приведены в табл. 5.

Таблица 5

Отношение толщины намороженного льда к толщине естественного льда	Коэффициент увеличения грузоподъемности естественного ледяного покрова
0	1,0
0,2	1,3
0,4	1,7
0,6	2,0
0,8	2,4
1,0	2,9

4.2. Намораживание льда можно производить:

поливкой водой с разбрызгиванием;

укладкой слоя ледяного щебня с последующей заливкой водой. Заливка водой с разбрызгиванием производится с перерывами, слоем воды 1 - 2 см.

4.3. Намораживание укладкой слоя ледяного щебня толщиной 10 - 15 см с последующей заливкой водой ускоряет наращение ледяного покрова и придает ему большую прочность. Каждый следующий полив производится после того, как предыдущий слой полностью промерзнет.