Наледью называется скопление льда, образовавшееся в результате вытекания на поверхность речных, грунтовых или подземных вод и их послойного замерзания. Наледи образуются поздней осенью и зимой при промерзании потока речных и грунтовых вод, когда на их пути встречаются различные сопротивления — мерзлотные перемычки, закупорки донным льдом. Если в основании имеется водоупор, например, в виде многолетнемерзлых грунтов, то создается напор этих вод, под действием которого образуются бугры пучения, происходит их растрескивание, периодическое вытекание воды на поверхность, ее растекание и замерзание. Совокупность этих явлений называется наледным процессом. В нашей стране наледи распространены главным образом на Северо-Востоке и в Восточной Сибири, в районах с суровым климатом.
На образование наледей, кроме природных факторов, большое влияние оказывает строительство искусственных сооружений на дорогах, в результате чего нарушается естественный режим протекания речных или грунтовых вод.
Наледи на трубах образуются, например, на участках русел и логов при стеснении подруслового потока фундаментом трубы после промерзания грунта до зеркала грунтовых вод (рис. 73).
Рис. 73. Схема образования наледи:
1 — прорыв грунтовых вод; 2 — наледь; 3 — пробка и наледь в отверстии трубы; 4 — труба; 5 — фундамент;6 — промерзший грунт основания
131
Наледи оказывают вредные воздействия на искусственные сооружения и, в частности, закупоривают отверстия водопропускных труб, нарушая тем самым нормальные условия их гидравлической работы. Кроме того, наледи создают условия, способствующие развитию деформаций сооружений. Скалывая наледь у труб, нередко повреждают защитный слой бетона, при этом обнажается арматура, происходит ее коррозия, в результате чего сокращается срок службы сооружения.
Наледи можно классифицировать по следующим признакам: по источникам питания (речные, грунтовые, ключевые); по происхождению (природные, вызванные искусственно); по месту отложения (русловые, лотовые, косогорные); по степени опасности (неопасные, опасные, очень опасные); по размерам (малые, средние, большие, гигантские).
Основными параметрами наледей, которые используются при проектировании искусственных сооружений и противоналедных устройств, являются: мощность (средняя по участку, средняя максимальная и наибольшая), длина, площадь и объем наледи. Расчетные значения параметров наледей устанавливают с учетом генетики наледи и инженерно-геологических условий для наиболее неблагоприятной зимы.
Конструкции водопропускных труб
На водотоках с наледями
На водотоках с наледями трубы должны быть запроектированы так, чтобы наледи не оказывали на них вредного воздействия и не создавали условий, затрудняющих их нормальную эксплуатацию в течение всего периода службы. Все это достигается применением рациональных конструкций труб, максимальным сохранением природных условий, организацией зимнего стока, строительством противогололедных сооружений и проведением мероприятий по борьбе с наледями в период эксплуатации.
Наиболее часто в практике строительства в районах, где возможно образование наледей, применяют круглые и прямоугольные железобетонные трубы с отверстием не менее 2 м. Напорные и полунапорные режимы гидравлической работы труб не допускаются.
При благоприятных грунтовых условиях трубы следует проектировать без фундаментов на гравийно-песчаных подушках или лекальных фундаментных блоках.
Целесообразность применения последних может быть оправдана в случае использования в качестве объединяющего конструктивного элемента труб короткомерных звеньев.
132
Рис. 74. Конструкция трубы из длинномерных железобетонных звеньев с теплоизолирующим поясом:
1 — длинномерное звено; 2 — теплоизолирующий слой; 3 —песчано-гравийная (щебеночная) подушка
В этом случае фундаментные блоки объединяют элементы и предотвращают просадку одного относительно другого. Наиболее целесообразно для круглых труб применять длинномерные звенья (рис. 74).
Для того чтобы глубина промерзания грунта под трубой не превышала глубину промерзания в бытовых условиях, в основании труб теплоизолирующий пояс устраивают так же, как для труб на многолетнемерзлых грунтах. Толщина теплоизолирующей подушки определяется соответствующим расчетом. Если при этом окажется, что подошва этой подушки располагается ниже зимнего уровня грунтовых вод (УГВ), то проектировать трубу с таким фундаментом не рекомендуется. В этом случае целесообразно применить свайно-щитовую трубу прямоугольного сечения (рис. 75).
Конструкция таких труб обеспечивает минимальное нарушение естественного мерзлотно-гидрологического режима водотоков. Кроме того, при отсутствии нижней бетонной плиты конструкция трубы удобна для устройства утепленного лотка и безналедного пропуска водотока.
Помимо упомянутых применяют и другие типы водопропускных труб на водотоках с наледями:
металлические из гофрированной стали;
многоярусные (прямоугольные) железобетонные.
Могут оказаться эффективными в этих условиях прямоугольные сборные трубы из клееных деревянных плитных элементов. В настоящее время в этом направлении ведутся экспериментально-теоретические исследования.
133
Рис. 75. Конструкция прямоугольной свайно-щитовой водопропускной трубы:
1 — гидроизоляция; 2 — плиты перекрытия; 3 — насадка; 4 — слой раствора; 5 — сваи; 6 —железобетонные щиты; 7 — крупный камень; 8 —мохо-торфяной слой; 9 — щебеночная подушка; 10 —верхняя граница вечной мерзлоты