УДК 625.768.5

 

Базанова И.А. – д.т.н, профессор (Алматы, ЦАУ)

Байнатов Ж.Б.– д.т.н, профессор (Алматы, Каз НТУ)

Атагельдиева Л.Ж.-к.т.н., доцент(Алматы, ЦАУ)

 

КОНСТРУКЦИИ ЛАВИНОТОРМОЗЯЩИХ ХОЛМОВ

 

На практике часто применяют сборные и монолитные тормозящие устройства с дискретным расположением (рисунок 1.). Этот класс сооружений защищает отдельно стоящие объекты и гасит кинетическую энергию лавины [1,2].

Тормозящие сооружения-лавиногасители задерживают также окружающий снежный покров, препятствуя его соскальзыванию по склону.

Лавиногасители обычно применяют на склонах, крутизна которых менее 20-25°. Их можно сооружать и на более крутых склонах, но это обходится значительно дороже. Высота устройства должна быть не менее высоты лавинного потока, т. е. не менее 5 м.

В качестве тормозящих устройств себя хорошо оправдали крупные земляные холмы (рисунок 1.,а) и железобетонные клинья (рисунок 1.,б). Попытки использовать надолбы из рельсов, бревен и железобетонных свай, мелкие холмы и «пирамиды» были, как правило, неудачны как за рубежом, так и в СНГ. Они не могли быть серьезным препятствием для быстрых лавин.

Земляные холмы устраивают в шахматном порядке в 3-4 ряда в промежутке между конечным участком зоны транзитного движения и началом лавинного конуса. Высота холмов от 5 до 8 м. Диаметр у основания 15-25 м, у вершины 3 м. Расстояние между осями холмов от 18 до 24 м (в зависимости от их высоты). Сухие лавины просачиваются в промежутках между холмами и, как правило, останавливаются в конце защищенной холмами зоны. Мокрые лавины задерживаются первым же рядом холмов. На пе­ревале Роджерс-Пасс Канадской широтной автомагистрали тормозящие холмы применялись особенно часто вследствие их малой стоимости.

 

а - земляные холмы; б - железобетонная стена; в – железобетонный клин; г – щит

 

Рисунок 1 - Тормозящие устройства

 

Железобетонные клинья делают из сборных железобетонных элементов и размещают на склоне в несколько рядов в шахматном порядке. Высота клиньев соответствует высоте лавинного потока. Угол наклона режущей грани к поверхности склона - 45°. Если высота клина равна НТ, то расстояние между ними равно - 4НТ  а между рядами-6НТ. Тормозящие устройства целесообразно сочетать с нижерасположенными отбойными дамбами.

Теория тормозящих сооружений, по-видимому, очень сложна и до настоящего времени не создана. Кроме того, нет никаких экспериментальных данных, характеризующих процесс торможения лавин холмами или клиньями. Поэтому тормозящие устройства следует проектировать, руководствуясь пока только имеющимся опытом в Канаде, Швейцарии и других странах.

В инструкции СН 517-80 [3] дается выражение для снижения ско­рости лавины тормозящими устройствами в виде

,                                                   (1)

где - снижение скорости при проходе одного ряда тормозящих устройств, м/с; F' - миделевое сечение одной преграды, м2; п - число преград в ряду; . - ширина и высота лавинного  тела, м.

Формула (1) выведена очень некорректно из приближенного выражения 2-го закона Ньютона для изолированного твердого те­ла с массой m, движущегося в жидкости со скоростью   при квадратичном сопротивлении:

,                                                       (2)

где С -коэффициент лобового сопротивления, S - площадь миделевого сечения  тела  (проекция тела на плоскость, нормальную к направлению движения),- некоторая фронтальная часть массы лавинного тела, длина которой равна .

Производная заменяется отношением  конечных разностей.

Безосновательно считается, что данное выражение справедливо и для системы «n» тел, т. е. S = F'n. Имеем:          

После подстановок                                    (3)

Выражение (2) получим, если = хотя никаких оснований для этого приравнивания нет при полной неопределенности величины . Поэтому формула (2) не имеет физического смысла и не может применяться для практических расчетов.

 

 

Рисунок 2 – Лавинотормозящие щитовые ограждения

 

Наиболее важной расчетной характеристикой дамб является их высота, которую согласно СН 517-80 [3]определяется по формуле

,                                                 (4)

где: V - скорость лавины; h - толщина лавинного потока.

При очень высоких скоростях лавин необходимы очень высокие дамбы. Поэтому противолавинные  дамбы рекомендуется строить там, где скорость лавин не превышает 25 м/с или принимаются меры, снижающие скорость, которые заключаются в устройстве на пути лавины различных тормозящих сооружений.

В Казахстане наибольшее применение нашли лавинозадерживающие щиты. Расположенные рядами на крутых участках горных склонов щиты как бы разделяют снежную массу на отдельные участки, не давая возмож­ности сдвига больших по площади снежных массивов. Конструктивно, щиты представляют собой жесткую конструкцию из металла или деревянных брусьев, укрепленную на склоне. Фронтальная часть щита решетчатая, также выполнена из деревянных брусьев (рисунок 2).

Металлический щит представляет из себя стальную решетчатую конструкцию, которая крепится перпендикулярно склону в зонах зарождения лавины высота составляет от 2 до 4 м (рисунок 3). Крепление к склону осуществляется с помощью системы стальных канатов толщиной до 18 мм, которые, в свою очередь, крепятся к грунту специальными анкерами.

В Алматинском регионе такие заграждения установлены на трех лавиносборах вдоль автодороги Медеу - Шымбулак, суммарное количество снегозадерживающих щитов в них - около 400.

 

Рисунок 3 – Современные конструкции решетчатых и сетчатых снего и лавиноуловителей применяемых зарубежом

Нами разработаны заменители холмов, кустообразные щитовые устройства.

 

а - один из двух элементов  устройства; б – схематическая сборка конструкции; в – форма металлического блока – ежи «перекати-поле»; г- шахматное расположение блоков

 

Рисунок 4  - Холмообразные лавинозащитные устройства

 

Железобетонные щитовые устройства представляют собой крестообразно расположенный блок, состоящий из двух решетчатых секций одинаковой формы. Элементы секций входят в замковую часть друг друга, образованную двумя выступами (рисунок 4 а). Во время эксплуатации на выступающие части  щита надеваются автопокрышки для смягчения удара и для создания объемности, а также между наружными стойками могут быть натянуты сетки.

Крестообразно расположенные железобетонные рамные конструкции воспринимают удар лавин или камней с воздействия любых сторон. Имеют высокий процент снегозадержания и просты при монтаже на любой сложной поверхности склона, не опрокидываются и не оседают.

Второй вариант. Противолавинные холмы, работающие по принципу «перекати-поле» состоят из пяти взаимоскрепленых металлических стержней (рельсов) (рисунок  4 в). Все элементы соединяются между собой по середине сваркой и хомутами. При взаимодействии с лавинами конструкция «перекати-поле» совершает сдвиги и опрокидывания, таким образом, происходят гашения энергии потока.

В плане элементы удара обоих устройств располагаются дискретно в шахматном порядке. Наиболее распространенным защитным сооружением являются  галереи. В Казахстане несколько галерейных сооружений построены вдоль р. Иртыша для защиты железной дороги «Защита - Зыряновск» от снежных лавин, камнепадов и оползней. 

Продолжительность эксплуатации железных дорог в горных и предгорных лавинно- и селеопасных районах Республики в значительной степени зависит от удачного выбора конструкции защитного сооружения с учетом морфологии русла и протяженности горных склонов вдоль дороги как на равнине, так и на перевалах, а также мощности и частоты возникновения снежных лавин.

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Тушинский Г.К. Защита автомобильных дорог от лавин // СоюздорНИИ. - М.: Автотрансиздат, 1960. – 153 с.

2. Байнатов Ж.Б., Исаенко Э.П. Защита автомобильных дорог от снежных лавин.- М.: Информавтодор, 1993. -73 с.

3. Инструкция по проектированию и строительству противолавинных защитных сооружений. СН 517-80. - М.: Стройиздат, 1980.- 16 с.