МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ
РСФСР

 

Я.С. Файн

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
ПРОТИВОЛАВИННЫХ
ГАЛЕРЕЙ
НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ

Учебное пособие

 

 

 

Ростов-на-Дону

Редакционно-издательский отдел РИСИ

1979

 

 

В книге даны сведения о лавинах, освещаются вопросы размещения автономных галерей и комплексов противолавинных сооружений, подробно изложены вопросы проектирования сборных и сборно-монолитных галерей и расчеты их элементов с учетом сейсмических воздействий.

В книге учтены согласованные с Госстроем СССР нормы снеголавинных нагрузок, рекомендации ЦНИИСа Минтрансстроя СССР по проектированию галерей и приведен ряд новых конструкций сборных и сборно-монолитных галерей.

Книга предназначена в качестве учебного пособия студентам инженерно-строительных, автомобильно-дорожных и политехнических институтов специальностей «Автомобильные дороги», «Промышленный транспорт» и «Мосты и тоннели», а также может быть полезна инженерам-проектировщикам.

Отв. редактор канд. техн. наук Н.И. Бурминский

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЛАВИНАХ

Лавины широко распространены во всех крупных горных районах СССР.

Снежные массы, накапливающиеся на склонах гор, под действием составляющей силы тяжести стремятся сдвинуться вниз по склону. Сдвигу препятствуют силы статического трения и силы сцепления снежного пласта в его основании и на его границах (в продольных и поперечном сечениях, нормальных к поверхности снежного покрова).

С увеличением толщины снежного пласта сила сдвига может превысить сумму сил сцепления и трения, вследствие чего снежная масса соскальзывает или осыпается со склона. Такая движущаяся снежная масса называется снежной лавиной или просто лавиной.

Причиной возникновения лавин может быть также ослабление структурных связей в снежном покрове, вызываемое таянием частиц льда в контактных зонах или в припочвенном слое под действием проникающей солнечной радиации, фильтрацией поверхностных вод в основании снежного пласта и другими факторами.

Генетическая классификация лавин (по В.Н. Аккуратову) приведена в табл. 1 [1].

Таблица 1

Генетическая классификация лавин (по В.Н. Аккуратову)

По факторам лавинообразования и особенностям лавинного режима все районы СССР подразделяются на 6 типов (рис. 1) [2, 3].

Рис. 1. Районирование СССР по факторам лавинообразования и особенностям лавинного режима

Типы районов: I - районы 1 - 5; II - районы 6 - 12; III - районы 13 - 23; IV - районы 24 - 43; V - районы 44 - 51; VI - все остальные районы СССР

Лавины из свежевыпавшего снега сходят при обильных снегопадах, когда быстро возрастает высота снежного покрова и новый снег, ложась на поверхность старого, не удерживается и соскальзывает. Метелевые лавины возникают во время сильных метелей и сходят по поверхности старого снега.

Лавины сублимационного диафтореза возникают при больших температурных градиентах внутри снежной толщи, имеющей большую пористость и воздухопроницаемость. В этих условиях возникают мощные (0,5 м и более) горизонты глубинной изморози, по которым низвергаются лавины [3].

Инсоляционные лавины возникают под влиянием нагрева солнечными лучами рыхлой толщи снега, лежащего на ветровом насте или на ледяной корке. Их таяние приводит к появлению слоя водной смазки, создающей лавину.

Адвективные лавины возникают при адвекции теплого и влажного воздуха, когда происходит интенсивное таяние снежного покрова вне зависимости от экспозиции склона.

Границы лавиноопасных районов с указанием степени лавиноопасности, которые должны учитываться при размещении всех видов противоотвальных сооружений, показаны на карте лавиноопасных районов СССР (приложение 1 к [1]).

Карта составлена учреждениями Главгидрометслужбы СССР и географическим факультетом Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.

На карте выделены следующие районы:

- лавиноопасные со значительной опасностью (лавины встречаются часто, сходят ежегодно);

- лавиноопасные со средней опасностью (сеть лавин разрежена, лавины сходят не ежегодно);

- лавиноопасные со слабой опасностью (лавины встречаются в отдельных местах, сходят в многоснежные годы);

- потенциально лавиноопасные (в настоящее время безопасные, но могут стать лавиноопасными при вырубке лесов, выемке грунта на склонах и т.п.);

- нелавиноопасные.

Сход лавин наблюдался при толщине слоя снега более 30 см и крутизне склонов от 15 до 60° [1, 3, 5, 6].

Размеры лавин могут быть самыми различными: от небольшого снежного оползня до катастрофических снежных обвалов, проходящих путь в несколько километров.

Обычно лавины движутся со скоростью от 1 - 2 до 10 - 20 м/с, но достигают и 80 - 100 м/с.

По характеру движения в зависимости от морфологии подстилающей поверхности (склона) различают три типа лавин (табл. 2 и рис. 2):

1) осовы (О);

2) лотковые лавины (ЛЛ);

3) прыгающие лавины (ПЛ).

Таблица 2

Классификация лавин (по Г.К. Тушинскому) [1]

Примечание. О - осов; ЛЛ - лотковая лавина; ПЛ - прыгающая лавина.

Пример обозначения: лотковая мокрая лавина из деформированного кара - ЛЛ-3-М.

Осов представляет собой снежный оползень толщиной 30 - 40 см, не имеет строго фиксированного пути схода русла (канала стока) и сходит по всей ширине охваченного им участка ровного склона (обычно травянистого). После прохода осова у подошвы косогора на сотни метров образуется снежный вал. Надежной защитой от осовов служат навесы и щиты.

Лотковая лавина сходит по фиксированным лавинным лоткам - логам (рытвинам, бороздам). Склоны лотков имеют следы лавинной шлифовки, обычно лишены растительности. В поперечном сечении лотки часто имеют корытообразную форму.

К лавинному лотку сверху примыкает лавиносборный (снегосборный) бассейн, а снизу - конус выноса. Лавины - зона отложения снега и обломочного материала, выброшенного лавиной.

Лавиносборный бассейн, лавинный лоток и конус выноса лавины в совокупности условно называются лавинным очагом (рис. 2).

Рис. 2. Типы лавинных очагов в плане:

а - лотковые лавины; б - прыгающие лавины; 1 - снегосборный эрозионный врез; 2 - снегосборный бассейн типа денудационной воронки; 3 - снегосборный бассейн типа деформированного кара; 4 - линия отрыва лавины; 5 - лавинный лоток-канал стока; 6 - проектируемая дорога; 7 - обрыв; 8 - конус выноса лавины

Лотковые лавины в зависимости от морфологии лавиносборного бассейна подразделяются на три типа.

Лотковая лавина из эрозионного вреза (ЛЛ-1) начинается в пределах последнего. Эта лавина не достигает больших объемов, так как крутые склоны вреза (рытвины, борозды) не дают скапливаться большим массам снега, и сход лавины за зиму происходит несколько раз.

Лотковая лавина из денудационной воронки (ЛЛ-2) достигает больших размеров, так как верхняя часть лавиносборного бассейна представляет собой расширение в форме воронки, в котором снег может накапливаться в течение длительного времени. Разветвленная сеть второстепенных логов в воронкообразном лавиносборном бассейне является каналами, по которым снег низвергается в основной лог - лавинный лоток,

Лотковая лавина из деформированного кара (ЛЛ-3). Кар - чащеобразная впадина в верхних частях гребней хребтов, имеющая сравнительно плоское дно и отвесные заднюю и переднюю стенки. В ледниковую эпоху в карах лежали ледники, теперь они исчезли и плоское дно разрезано эрозийным врезом, т.е. кар деформирован эрозией. В таком лавиносборном бассейне скапливаются большие массы снега, которые могут создавать лавины объемом до 1 - 1,5 млн. м³, падающие с перерывом в несколько лет.

Прыгающие лавины (ПЛ) возникают из лотковых там, где в лавинном лотке имеются обрывы (отвесные стены) или участки резко возрастающей крутизны. Встретив крутой уступ, лавина отрывается от земли и продолжает движение по воздуху в виде огромной струи. Скорости прыгающих лавин особенно велики, а падение их наиболее часто сопровождается воздушной волной.

По морфологии лавиносборного бассейна прыгающие лавины, как и лотковые, делятся на три типа (ПЛ-1, ПЛ-2, ПЛ-3).

Все перечисленные лавины могут быть сухими, влажными или мокрыми (см. табл. 2), и движение их происходит по снегу (или ледяной корке), по воздуху, по грунту или же имеет смешанный характер (рис. 3).

Рис. 3. Типы снежных лавин (по проекту международной классификации)

§ 2. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГАЛЕРЕЙ, РАЗМЕРЫ ЛАВИН, РАЗМЕЩЕНИЕ ГАЛЕРЕЙ И КОМПЛЕКСОВ ПРОТИВОЛАВИННЫХ СООРУЖЕНИЙ

Для обоснования размещения проектируемых галерей и других противолавинных сооружений в состав проектов входят следующие материалы:

- топографические карты района планируемого строительства масштаба 1:25000 и крупнее с отмеченными на них лавинными очагами (местами зарождения лавин - лавиносборными бассейнами, пути схода лавин и конусами выноса);

- топографические планы масштаба 1:5000 и крупнее для строительных и примыкающих к ним участков с контурами лавиноопасной зоны (в лавиноопасных и потенциально лавиноопасных районах) и характеристиками лавиноопасных участков (растительность, задернованность, микрорельеф);

- характеристики снежного покрова и лавин, содержащие следующие данные:

а) максимальные и средние высоты снежного покрова в зонах возникновения лавин и в местах, подлежащих застройке;

б) средний по высоте объемный вес снежного покрова в местах определения его максимальной высоты;

в) тип лавин по качеству снега (непылевидного или пылевидного) на данном участке склона;

г) наибольшая глубина снежного потока в лавинах и наибольшая ширина лавин в намечаемых местах установки противолавинных сооружений;

д) сроки начала и окончания лавиноопасного сезона в данной местности, частота схода лавин, следы действия воздушной волны.

Источниками сведений о снежном покрове и лавинах являются периодические издания Главгидрометслужбы СССР, материалы Гидрометфонда СССР, изысканий и аэрофотосъемок.

Предварительные сведения о снежном покрове и лавинах берутся по каталогу [4].

Для практического использования проектировщиками и строителями служат лавинные карты-прогнозы, образец которых показан на рис. 4.

Карты-прогнозы составляются учреждениями Главного Управления Гидрометеослужбы СССР по запросам проектных организаций или совместно с последними, пользуясь руководством [1].

При изысканиях следует избегать пересечения дорогой лавиноопасных и потенциально лавиноопасных мест.

Однако лавины часто падают на обоих склонах долин (см. рис. 4), вследствие чего дорога неизбежно проходит по лавиноопасным участкам.

Рис. 4. Лавинная карта-прогноз с указанием типов лавин:

1 - снегосборный эрозионный врез; 2 - снегосборный бассейн типа денудационной воронки; 3 - снегосборный бассейн типа деформированного кара; 4 - лавинный лоток; 5 - конус выноса лавины; 6 - проектируемая дорога; 7 - постоянный водоток; 8 - озеро; 9 - ледник; 10 - песок; 11 - луг; 12 - болото; 13 - обрыв в рыхлых породах; 14 - скальный обрыв

При невозможности обхода дорогой лавиноопасных мест ее располагают выше концов выноса лавин, пересекая дорогой лавинные лотки, где потребуются противолавинные галереи меньшей длины.

Тщательное обследование и сравнение вариантов трассы дает возможность свести к минимуму число пересекаемых дорогой лавинных лотков.

На рис. 5 показаны два варианта трассы в районе со снежными лавинами. Первый вариант (сплошная линия) - трасса проложена с развитием линии в пределах всего склона, но при этом она несколько раз пересекает каждый лавинный лоток.

Рис. 5. Варианты трассы в лавиноопасном районе:

1 - лес; 2 - кустарник; 3 - альпийский луг; 4 - отвесный обрыв; 5 - конуса выноса лавин; 6 - граница распространения воздушной волны; сплошная линия - первый вариант трассы; пунктирная линия - второй вариант трассы; ЛЛ - лотковая лавина; ПЛ - прыгающая лавина

Во втором варианте (пунктирная линия) трасса развивается в пределах лесного массива, не подверженного опасности лавинных обвалов, и только 1 раз пересекает каждый лавинный лоток, где можно построить противолавинные галереи. Однако близкое расположение серпантин в лесу существенно ухудшает транспортные качества дороги [7].

Сход лавин сопровождается зоной снеговоздушного потока, которая в плане ограничивается двумя полосами, параллельными пути движения лавины и имеющими примерную ширину 30 м (в каждую сторону от боковой границы лавинного пути). Поперечное сечение в вертикальной плоскости потока воздуха, сопровождающего сход лавины, принимается близким к форме сегмента (рис. 6).

Рис. 6. Поперечное сечение лавины и сопутствующего ей снеговоздушного потока:

H_л - глубина снежного потока в лавине (толщина лавины), считая по вертикали; B_л - ширина лавинного лотка (ширина лавины); a = 30 м - примерная ширина действия снеговоздушного потока

Ширина a может быть и менее 30 м. Она уточняется на основании материалов изысканий по следам действия воздушных волн, вызванных лавинами.

Глубина снежного потока в лавине H_л при недостаточности сведений об этой величине в материалах изысканий принимается равной:

а) для непылевидных лавин H_л = 3 h_o;

б) для пылевидных лавин H_л = 5 h_o,

где h_o - максимальная высота снежного покрова на данном участке склона (в частности в местах зарождения лавин), способы определения которой указаны ниже в § 5.

Выбор типа противолавинных сооружений, системы их расположения на местности, расчет их устойчивости и надежность защиты производится исходя из максимально возможной высоты снежного покрова h_o для данного района. При этом необходимо учитывать, что в снегосборном (лавиносборном) бассейне, в котором накопление снега происходит за счет метелевого переноса, снегоудерживающие сооружения будут работать и как снегоаккумулирующие, что приведет к увеличению высоты снега по сравнению с расчетной или определенной из наблюдений.

Обычно применяются автономные противолавинные сооружения или их комплексы:

а) комплексы снегоудерживающих сооружений в снегосборном бассейне (рис. 7 и 8);

Рис. 7. Схемы отложений снега и снегозадерживающих сооружений [8]:

а - снежный карниз; б - защитная стенка, предотвращающая образование карниза; в - терраса в виде полувыемки-полунасыпи; г - терраса с подпорной стенкой; д - сквозной щит

Рис. 8. Система снегозадерживающих сооружений на одном из участков трансальпийской дороги [8]:

1 - снегозадерживающий щит; 2 - деревянная стена; 3 - каменная стена; 4 - плетень

б) снегоудерживающие сооружения в снегосборном бассейне, дополняемые тормозящими сооружениями, лавинорезами, удерживающими или направляющими дамбами на пути схода лавины;

в) автономная галерея (рис. 9, а);

г) галерея с тормозящими сооружениями на пути схода лавины (рис. 9, б);

д) галерея с направляющими дамбами - стенами на пути схода лавины (рис. 9, в);

е) галерея с лавинорезом на пути схода лавины (рис. 9, г);

ж) лавинорез с направляющими дамбами на пути схода лавины без галереи.

Рис. 9. Комплексы противолавинных сооружений с галереями:

а - автономная галерея; б - галерея с тормозящими сооружениями; в - галерея с направляющими дамбами-стенами; г - галереи с лавинорезом; 1 - галерея; 2 - тормозящие сооружения решетчатые или сплошные (бетонные блоки); 3 - направляющая дамба - стена; 4 - лавинорез; B_л - ширина лавины (лавинного лотка); L - длина галереи; v - скорость лавины

В качестве сооружений, препятствующих сползанию снега со склонов снегосборного (лавиносборного) бассейна, устраивают террасы на склонах, направляющие дамбы-стены, устанавливают сквозные щиты, снегозащитные решетки, плетни, проволочные сетки и рвы (см. рис. 7 и 8). Рвы и террасы служат лишь для борьбы с осовами.

Наиболее распространены сквозные щиты (см. рис. 7, д).

Высота снегоудерживающего сооружения h_с, измеряемая по нормали к склону, должна быть не меньше

h_c ≥ h_o cos α,

где h_o - максимальная высота снежного покрова, измеряемая по вертикали, м;

α - угол наклона участка склона, град.

Расстояние между рядами снегоудерживающих сооружений (в м) определяется по формуле

где φ - угол трения снега, принимаемый равным 23 - 27° для гладких, задернованных склонов и 30° для каменистых и прочих склонов.

Применение тормозящих сооружений решетчатых или сплошных в виде бетонных блоков (рис. 9, б) дает возможность существенно снизить скорость лавины (с v₁ до v на рис. 9, б) перед галереей и тем самым уменьшить ударное воздействие лавины на перекрытие галереи.

Расстояние между сооружениями одного ряда (см. рис. 10, в и 9, б)

l ≥ 4 H_л,

где H_л - глубина снежного потока в лавине (см. выше).

Нижний ряд тормозящих сооружений располагается так, что угол ψ ≤ 20°, чему соответствует расстояние между рядами сооружений S_i ≈ 5,5 (см. рис. 9, б).

Для уменьшения длины противолавинной галереи в отдельных случаях, при явно выраженном лотке лавины, резко расширяющемся у проектируемой галереи (от величины B_л до B′_л на рис. 9, в) могут применяться направляющие стены-дамбы. Плановое очертание направляющих стен должно обеспечивать пропуск лавины без стеснения живого сечения лотка (в плане раструб стен должен быть обращен в сторону галереи). Применение направляющих стен дает возможность уменьшить длину проектируемой галереи от величины L до L′ (см. рис. 9, в).

Минимальная высота противолавинной направляющей стены-дамбы, м,

H_ст = H_л + 0,05 v²,

где Н_л (в м) имеет прежнее значение, а v - скорость движения лавины у стены, м/с (определение величины v см. ниже в § 5).

Лавинорез у галереи (см. рис. 9, г) дает возможность взамен галереи длиной L применить две короткие галереи с суммарной длиной L′ + L″ < L.

В отдельных случаях путем устройства направляющих стен в сочетании с лавинорезом лавина может быть отклонена от дороги и тем самым отпадает необходимость в устройстве галереи.

§ 3. ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ, ПЛАН, ПРОФИЛЬ И ДЛИНЫ ГАЛЕРЕЙ

Противолавинные галереи особенно целесообразно устраивать в тех случаях, когда снегосборные бассейны имеют большую площадь, а на склоне лавины проходят по узким лоткам.

Длина противообвальной галереи назначается по условиям пропуска над ней полного объема снежной лавины; при этом порталы противолавинных галерей желательно располагать на менее заносимых участках местности.

Минимальная длина галереи (см. рис. 9, а и б)

L = B_л + 2 a,

где B_л - ширина лавинного лотка (ширина лавины);

a ≤ 30 м - ширина зоны действия снеговоздушного потока, сопровождающего сход лавины (см. выше § 2).

Способы укорочения галерей с помощью направляющих стен и лавинорезов приведены в § 2 и на рис. 9.

Специально установленных габаритов для противолавинных галерей на автомобильных дорогах пока не существует.

Поперечное сечение галереи проектируется в соответствии с габаритами, установленными для мостов в СНиП II-Д.5-72 и в проекте новой редакции СНиП II-Д.7 (с уменьшенной шириной предохранительных полос) [9].

Схема габарита приведена на рис. 10, а размеры по ширине - в табл. 3.

Рис. 10. Схема габарита приближения конструкций галерей на автомобильных дорогах:

П - предохранительная полоса; пв - проезжая часть - число полос и ширина полосы движения (размеры даны в см)

Таблица 3

Элементы поперечного профиля галерей с односторонним служебным тротуаром [9]

Габариты по высоте над поверхностью покрытия (H) в галерее принимают:

на дорогах I - III категорий.................................. H = 5 м;

на дорогах IV - V категорий................................. H = 4,5 м.

Продольный профиль и план галереи проектируют по нормам, установленным для проектирования открытых участков трассы (по СНиП II-Д.5-72), допуская любые сочетания профиля и плана.

При радиусах кривых в плане 1000 м и менее необходимо предусмотреть уширение проезжей части с внутренней стороны закругления в соответствии с табл. 9 СНиП II-Д.5-72 без уменьшения ширины предохранительных полос.

Расположение галерей в плане и по высоте склона должно по возможности обеспечивать снижение до минимума динамического воздействия на сооружение снежных лавин.

При движении лавины по склону на перекрытие галереи (рис. 11) действует давление Q_л, нормальное к поверхности перекрытия, и касательная сила трения Т_л, параллельная поверхности амортизирующей отсыпки, укладываемой поверх перекрытия галереи.

Рис. 11. Нагрузки Q_л и Т_л на галерею при движении лавины:

1 - верховая опора; 2 - низовая опора; 3 - перекрытие галереи; 4 - амортизирующая отсыпка из крупнообломочного грунта или песков (гравелистых, крупных или средней крупности) или других материалов.

Силы Q_л и Т_л зависят от толщины H_л лавины и скорости v подхода лавины к галерее.

Слагающие сил Q_л и Т_л, зависящие от скорости v, оказывают динамическое (ударное) воздействие на галерею.

Это динамическое воздействие зависит от величины угла β = α - α_от, где α - угол наклона поверхности косогора, а α_от - угол наклона поверхности отсыпки.

При β = 0, т.е. α = α_от, когда горный склон и отсыпка имеют одинаковые наклоны, динамические слагающие сил Q_л и Т_л равны нулю. Эти динамические (ударные) слагающие можно не учитывать и при β > 0 только в том случае, когда расстояние d от галереи до вершины A угла β (см. рис. 11) превышает 2 H_л или 15 м [10], где H_л - толщина лавины. Это положение не распространяется на воздействие пылевидных и прыгающих лавин.

При β > 0 и d < 2 H_л (или 15 м) лавина оказывает большое динамическое (ударное) воздействие на галерею.

Указанные соображения должны по возможности учитываться при размещении галерей на склонах.

Как правило, галереи следует располагать в непосредственной близости от склона, что уменьшает кубатуру и стоимость выемки и амортизирующей отсыпки (рис. 11).

Однако иногда (при крутом обрыве в лотке схода лавины) это приводит к прямому удару прыгающих лавин, наиболее сильно воздействующих на перекрытие галереи (рис. 12).

Рис. 12. Размещение галереи у склона с прыгающей лавиной

§ 4. ТИПЫ И КОНСТРУКЦИИ ГАЛЕРЕЙ

В конструктивных решениях, применяемых при проектировании противолавинных галерей, следует обеспечивать требуемую надежность и долговечность сооружения, высокую производительность труда при строительстве и минимальные затраты при эксплуатации, а также соблюдать требования ТП 101-70 по экономному расходу материалов, учитывать возможность максимального использования местных материалов и предусматривать индустриализацию строительства на базе современных средств комплексной механизации строительного производства.

При проектировании сборных конструкций надлежит предусматривать:

а) обеспечение надежности, требуемой плотности, водонепроницаемости и высокого качества выполнения монтажных стыков, сопряжений и опираний, удобства установки и быстрой выверки положения конструкции с учетом возможности монтажа передовыми методами при наименьших затратах труда;

б) изготовление на заводах (или полигонах) с использованием высокопроизводительного оборудования и передовой технологии с применением механизации и автоматизации;

в) сборку конструкции из блоков и элементов, размеры и вес которых допускают погрузку, беспрепятственное транспортирование и разгрузку.

При выборе системы галерей необходимо учитывать следующие их особенности:

а) балочные галереи позволяют полностью освободить низовые опоры от восприятия горизонтальных составляющих сил Q_л и Т_л, передаваемых на галерею при движении лавин (см. рис. 11), они наиболее просты в изготовлении и при монтаже. Однако с ростом расчетных нагрузок (лавины большей толщины и скорости движения, широкие габариты галереи) в балочных галереях резко возрастает кубатура перекрытия и, как правило, верховых опор;

б) рамные галереи позволяют сократить объем работ по перекрытиям и опорам, что особенно существенно при больших расчетных нагрузках. Однако в рамных галереях горизонтальная составляющая сил Q_л и Т_л обычно передается и на низовые опоры, а ответственные стыковые соединения, выполняемые при монтаже, усложняются;

в) в арочных галереях достигается существенное снижение расхода арматуры, однако их применение ограничено благоприятными топографическими и геологическими условиями. Низовые опоры арочных галерей воспринимают значительные горизонтальные силы от перекрытия, в связи с чем конструкция их усложняется.

Окончательный выбор системы галерей должен производиться путем технико-экономического сравнения вариантов.

Конструкции рамных и арочных галерей рассмотрены в учебных пособиях [8] и [11].

Наиболее распространены балочные галереи, типы и конструкции которых рассматриваются ниже [9], [10].

Балочная галерея состоит из следующих основных элементов:

а) перекрытие;

б) верховая опора;

в) низовая опора;

г) фундамент под верховую опору;

д) фундамент под низовую опору;

е) порталы;

ж) амортизирующая отсыпка;

з) гидроизоляция, водоотводные и дренажные устройства.

Перекрытия

При выборе типа сборных железобетонных перекрытий галерей балочного типа предпочтение следует отдавать конструкции из Т-образных бездиафрагменных блоков или пустотных плит (одно или двухъярусных). Там, где позволяют местные условия, и при технико-экономической целесообразности перекрытия рекомендуется выполнять с разгрузочными консолями с нагорной стороны (см. рекомендации [10] и проекты галерей Тбилисского филиала Союздорпроекта [9]).

Для перекрытий из обычного железобетона следует применять бетон марки не ниже 300, а из предварительно-напряженного железобетона - бетон марки не ниже 400 и стержневую арматуру класса не ниже А-IV.

Перекрытие, верховые и низовые опоры (включая фундаменты) делятся поперечными сквозными вертикальными швами на секции длиной от 6 до 15 м.

Блоки сборных перекрытий в пределах каждой секции галереи должны быть объединены между собой путем обетонировки поперечных швов с арматурными выпусками, путем сварки закладных деталей или шпоночными соединениями, а также устройством защитного слоя с арматурной сеткой поверх укладываемой гидроизоляции.

Верховые и низовые опоры

При выборе типов верховых опор галерей предпочтение следует отдавать сборным железобетонным конструкциям из крупноразмерных элементов или конструкциям с использованием бетонных блоков при условии надлежащего их замоноличивания с учетом требований сейсмостойкости (перевязка швов между блоками, устройство антисейсмических поясов, применение шпоночных соединений).

Для уменьшения объемов верховых опор рекомендуется применять опоры из железобетонных уголковых стен с контрдорсами или из бетонных поперечных стенок с закладными железобетонными плитами-брусьями.

Возможны также верховые опоры из монолитного бетона с разгружающими консолями или без них. При наличии скального косогора может быть применена анкеровка верховых опор.

Низовые опоры чаще всего проектируют в виде продольного ряда железобетонных колонн-стоек (обычно с шагом в 3 м), объединенных поверху железобетонной насадкой в виде неразрезной (в пределах секции) трех-пятипролетной балки или однопролетной с двумя консолями, длина которых равна половине длины пролета между стойками. Предпочтение следует отдавать однопролетным двухконсольным насадкам, в которых изгибающий момент посредине пролета от равномерной нагрузки равен нулю. Нижние концы стоек заделываются в фундаменте стыком стаканного типа.

Низовые и верховые опоры противолавинных галерей должны обладать продольной жесткостью для сопротивления, не учитываемым расчетом продольным составляющим лавинного воздействия, а также сейсмическим нагрузкам, направленным вдоль галереи.

Верховые сборные железобетонные опоры в пределах каждой секции должны быть объединены поверху продольными обвязками или сваркой закладных деталей.

Для железобетонных опор следует применять бетон марки не ниже 300, а для бетонных блоков - не ниже 200.

Соединения перекрытий с опорами (опорные части) должны рассчитываться на восприятие горизонтальных составляющих от прохождения снежной лавины, а также не срезающие или выдергивающие усилия от сейсмической нагрузки.

Стойки низовых опор в поперечных к оси галереи гранях должны иметь вертикальные пазы для закладных железобетонных плит, предотвращающих занос снега с низовой стороны в галерею.

Фундаменты верховых и низовых опор

Фундаменты опор смежных секций галерей рекомендуется закладывать на одном уровне. В случае заложения фундаментов опор смежных секций на разных отметках переход от более углубленных к менее углубленным рекомендуется осуществлять уступами высотой не более 50 см. В скальных грунтах уступы могут устраиваться без ограничения по высоте.

Фундаменты низовых опор могут быть выполнены сборными из бетонных или железобетонных блоков или монолитными из неармированного бетона или бутобетона.

В соответствии с конфигурацией косогора сплошные монолитные фундаменты могут конструироваться в виде низовых подпорных стен переменной высоты.

Верхняя грань монолитных фундаментов может быть горизонтальной, ступенчатой или наклонной с уклоном, равным продольному уклону галереи.

Фундаментами верховых стен часто служат нижние горизонтальные плиты железобетонных уголковых контрфорсных стен или фундаменты выполняются из бетонных блоков монолитного бетона (бутобетона) или из бутовой кладки на растворе.

В случае монолитных фундаментов их конструкция должна предусматривать индустриальные способы производства работ (применение инвентарной опалубки, специальных бетоноукладчиков и т.п.).

Для железобетонных фундаментов следует применять бетон проектной марки не ниже 200. При устройстве монолитных фундаментов следует применять бетон марки не ниже 150 или бутовую кладку из камня марки не ниже 400 при растворе марки не ниже 100.

В нескольких грунтах между раздельными фундаментами рекомендуется устраивать железобетонные распорки вдоль галереи.

Для повышения сопротивления фундаментов опор галерей сдвигу подошве фундаментов рекомендуется придавить уклон в зависимости от свойств грунтов основания (в направлении поперек галереи).

Глубина заложения подошвы фундамента верховых и низовых опор при непучинистых наскальных грунтах в основании должна быть не менее 1 м, а при прочих грунтах должна, кроме того, не менее чем на 0,25 м превышать расчетную глубину промерзания грунта. При описании на скальные грунты глубина заложения подошвы-фундамента должна быть не менее 0,25 м.

Глубина заложения подошвы фундамента определяется для верховой опоры от отметки предохранительной полосы, расположенной сбоку проезжей части, а для низовой - от поверхности грунта (по нормали к ней). Допускается при грунтах в основании, подверженных пучению, проектировать фундамент такой же глубины, как и в случае непучинистых нескальных грунтов, при условии, что под подошвой фундамента до глубины, на 0,25 м превышающей глубину промерзания, устроена специальная подушка из утрамбованного песка или щебня.

К подверженным пучению грунтам относятся суглинки, супеси, пылевидные и мелкие пески, а также крупнообломочные грунты, содержащие частицы размером 0,1 мм в количестве 30 % по весу и более.

В соединениях стаканного типа глубину заделки стоек опор в фундаментах следует принимать не менее 1,1 наибольшего размера поперечного сечения стойки и не менее длины анкеровки стержней арматуры стойки в бетоне.

Толщину стенок стакана поверху следующей принимать не менее 25 см и не менее 0,75 высоты верхней ступени фундамента. Стенки стаканов рекомендуется армировать замкнутыми сварными хомутами или спиральной арматурой и проверять расчетом.

Минимальный размер зазоры между стенками стакана и стойки принимается 7,5 см поверху и 5,0 см понизу. Глубину стакана необходимо назначать на 5,0 см больше глубины заделки стойки.

Порталы

Вход в галерею отделывается декоративными колоннами и портальной стенкой, поставленной перпендикулярно оси галереи. Портальная стенка сопрягается с откосом выемки и поддерживает с торца галереи засыпку, расположенную за верховой опорой.

Для поддержания подошвы откоса амортизирующей отсыпки с фасадной стороны портала над крайней балкой перекрытия и над портальной стенкой устраивается парапет-карниз.

Портальная стенка и колонны выполняются из бетона с рустованной цементной штукатуркой, железобетона и кладки из искусственных или естественных камней. Они могут иметь облицовку из штучных камней или из циклопской кладки.

Амортизирующая отсыпка

Толщину амортизирующей отсыпки противолавинных галерей над низовыми опорами следует принимать не менее 0,3 м. Поверхности амортизирующей отсыпки необходимо придавать уклон из условия плавного сопряжения с косогором для снижения до минимума ударного воздействия лавины, зависящего от параметров α, β и α_от (см. рис. 11). При этом угол α_от, образованный поверхностью отсыпки с горизонтом рекомендуется принимать не менее 12 - 15°.

Как указывалось выше в § 3, динамическое воздействие лавины на галерею равно нулю при β = 0 и его можно не учитывать и при β > 0 только в том случае, когда расстояние от галереи до вершины A угла β (см. рис. 11) превышает удвоенную толщину лавины или 15 м.

С целью предотвращения разрушения низовая часть амортизирующей отсыпки должна быть укреплена мощением или выкладкой из железобетонных плит индустриального изготовления на ширину не менее 1,0 м и поддерживаться упором-карнизом соответствующей высоты, расположенным на перекрытии галереи.

Гидроизоляция, водоотвод и дренаж

Для перекрытия галереи могут быть применены следующие виды гидроизоляции:

а) термопластичная из одного или двух армирующих слоев стеклосетчатой ткани между двумя или тремя слоями битумной мастики, наносимой механизированным способом;

б) из битумных рулонных материалов на стеклосетчатой основе с безмастичной проклейкой (один или два слоя из утяжеленных рулонных материалов на стеклооснове, приклеиваемых к основанию и между собой оплавлением их поверхности пламенем горелки);

в) оклеечная из двух - трех слоев гидроизона между слоями горячей битумной мастики;

г) оклеечная из двух слоев битуморезиновых рулонных материалов между слоями холодной битуморезиновой мастики.

Для гидроизоляции перекрытия галерей, строящихся в северной строительно-климатической зоне, рекомендуется тиоколовая гидроизоляция из двух слоев тиоколовых двух- или трехкомпонентных мастик - герметиков, между которыми размещается стеклянная сетка.

Блоки перекрытия укладываются с поперечным в низовую сторону уклоном не менее 2 %.

Гидроизоляция перекрытия должна быть покрыта защитным слоем из бетона толщиной 3 - 4 см с тем же поперечным уклоном, желательно марки не ниже марки бетона блоков перекрытия, что, в частности, будет способствовать наиболее эффективному (обычно не учитываемому расчетом) включению защитного слоя в совместную работу на изгиб с балками перекрытия.

Поверхность защитного слоя после его отвердения покрывают битумным лаком (грунтовкой), а после его высыхания - слоем горячей битумной мастики.

Для отвода воды с защитного слоя устанавливают водоотводные трубки, проходящие сквозь карнизы, располагаемые на перекрытии галереи и служащие упорами для низа амортизирующей отсыпки (см. выше).

Поверхности подпорных стен (верховых опор и фундаментов низовых опор), соприкасающихся с грунтом (кроме подошвы фундамента), следует покрывать безрулонной обмазочной гидроизоляцией, из двух слоев горячей битумной мастики.

Изолируемые поверхности перед нанесением оклеечной или обмазочной изоляции должны быть прогрунтованы битумным лаком (за 2 раза).

Для обеспечения учитываемых в расчете сил трения между грунтом и боковыми поверхностями верховых подпорных стен эти поверхности следует делать неровными.

При бетонных и железобетонных стенах это можно достичь, смещая горизонтально расположенные соседние доски опалубки относительно друг друга на 0,5 - 1,0 см.

Для обеспечения водоотвода с поверхности амортизирующей отсыпки при пересечении водотоков должно быть предусмотрено устройство бетонных лотков, перепадов, консольных водосбросов, приемных колодцев и т.п. Длина консолей водосбросов-леек назначается из условия устранения возможности попадания воды в галерею с низовой стороны.

Для отвода талых вод, стекающих с косогора и образующихся в процессе таяния занесенного внутрь галереи снега, в верховом кювете у порталов и в пределах галереи следует устраивать водоприемные колодцы с решетками. Отвод воды из колодцев должен осуществляться с помощью поперечных труб или закрытых лотков, располагаемых под проезжей частью дороги перед порталами и внутри галереи.

Для отвода грунтовых вод, стекающих сквозь боковую засыпку к фундаментам верховой опоры с верховой стороны склона, должно быть предусмотрено устройство продольного непрерывного застенного дренажа, связанного с упомянутыми предпортальными водоприемными колодцами. В пределах длинных галерей продольный застенный дренаж должен быть разгружен путем устройства поперечных дренажей, связанных с упомянутыми водоприемными колодцами внутри галереи.

На рис. 13 - 16 приведены 8 типов технических решений сборных и сборно-монолитных конструкций балочных галерей, разработанных Тбилисским филиалом Союздорпроекта для автомобильных дорог II, III, IV и V категорий [9].

Рис. 13. Галерея с Т-образными блоками перекрытия с уголковой контрфорсной верховой стеной для дорог II - III категории:

а - поперечный разрез; б - фасад; в - разрез I-I; 1 - блок перекрытия; 2 - двухконсольная насадка-прогон; 3 - колонна стойка; 4 - блок фундамента; 5 - закладные плиты; 6 - уголковый контрфорсный блок стены; 7 - блок верхней обвязки; 8 - закладной блок; 9 - блок карниза; 10 - дренажная труба

Рис. 14. Галерея с Т-образными блоками перекрытия и верховой стеной в виде поперечных стенок с закладными блоками для дорог II - III категорий:

а - поперечный разрез; б - фасад; в - разрез I-I; г - вариант фундаментной плиты верховой стены для высоты засыпки h_зас = 5 м; 1 - блок перекрытия; 2 - двухконсольная насадка-прогон; 3 - колонна-стойка; 4 - блок фундамента; 5 - закладные плиты; 6 - верховая стена в виде поперечных стенок с закладными блоками; 7 - двухконсольный прогон-обвязка; 8 - закладной блок; 9 - блок карниза; 10 - дренажный лоток; 11 - фундаментная плита

Рис. 15. Галерея с одноярусными пустотными плитами перекрытия и верховой стеной в виде поперечных стенок c закладными блоками для дорог IV - V категорий:

а - поперечный разрез; б - фасад; в - разрез I-I; 1 - одноярусные пустотные плиты перекрытия; 2 - двухконсольная насадка-прогон; 3 - колонна-стойка; 4 - блок фундамента; 5 - закладные плиты; 6 - верховая стена в виде поперечных стенок с закладными блоками; 7 - двухконсольный прогон-обвязка; 8 - закладной блок; 9 - блок карниза; 10 - дренажный лоток; 11 - фундаментная плита

Рис. 16. Галерея с одноярусными пустотными плитами перекрытия и уголковой контрфорсной верховой стеной для дорог IV - V категорий:

а - поперечный разрез; б - фасад; в - разрез I-I; 1 - одноярусные пустотные плиты перекрытия; 2 - двухконсольная насадка-прогон; 3 - колонна-стойка; 4 - блок фундамента; 5 - закладные плиты; 6 - блоки контрфорсной верховой стены; 7 - блок верхней обвязки; 8 - закладной блок; 9 - блок карниза; 10 - дренажная труба

С целью сокращения числа типов заводских блоков принят габарит галереи Г-9,5 с полной длиной блоков перекрытия 12,5 м для дорог II и III категорий и габарит Г-7,5 с полной длиной блоков перекрытия 10,5 м для дорог IV и V категорий.

Для всех типов принят с низовой стороны один служебный тротуар шириной 75 см, отделенный от предохранительной полосы парапетным или барьерным ограждением толщиной 25 см. С верховой стороны предусмотрена полоска безопасности шириной 50 см, возвышающаяся над предохранительной полосой.

Габарит по высоте в свету между поверхностью покрытия в галерее и низом блоков перекрытия для всех габаритов и категорий дорог принят равным 5 м, что стандартизировало высоты верховых и низовых опор галерей.

Конструкции галерей разработаны для двух толщин засыпки над верховыми опорами h_зас = 2 и 5 м и для двух толщин лавин H_л = h_сн = 5 и 10 м.

Основные размеры низовых и верховых опор для районов с сейсмичностью не более 8 баллов и 9 баллов приведены в таблицах 4 - 7.

Таблица 4

Основные размеры галерей (в см), приведенных на рис. 13