Устройство для защиты от снежных лавин

 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для защиты от снежных лавин при строительстве и эксплуатации железных и автомобильных дорог, а также других инженерных сооружений в лавиноопасных районах. Сущность изобретения: устройство содержит ограждение со стойками 7, сетчатую стенку 1 и растяжку 10, заанкеренную в грунте. Новым в устройстве является то, что стойки ограждения соединены горизонтальным вращающимся валом 8, на котором жестко установлен упорный зуб 9 и два ряда патрубков 2, в которые крепится сетчатая стенка и пальцевая гребенка 3 под углом 80 - 110° к рабочей поверхности сетчатой стенки, причем ограждение смонтировано с возможностью перемещения в вертикальной плоскости и фиксации посредством упорного зуба в плоскости склона. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к мерам защиты от снежных лавин и может быть использовано преимущественно при строительстве в лавиноопасных районах промышленных объектов и населенных пунктов.

В практике защиты от снежных лавин обычно используют различные лавинозащитные сооружения типа галерей, дамб, лавинорезов, тормозящих устройств, лавиноуловителей и др. Строительство таких сооружений связано со значительными объемами земляных работ.

Чаще в строительной практике применяют системы лавинозащитных сооружений, состоящие из сочетания отбойных дамб с искусственным выемками и тормозящими устройствами в виде холмов, железобетонных клиньев, что также сопряжено с выполнением значительных объемов строительных работ в труднодоступных горных районах.

Известно устройство для защиты от снежных лавин, которое включает ограждение, содержащее вертикальные стойки, установленные на лавиноопасном склоне, капроновую сетку, размещенную между стойками на пути схода лавины. Каждая стойка по обе стороны ограждения удерживается в двух уровнях растяжками, заанкеренными в склоне. Нижние концы растяжек закреплены к бетонным блокам в грунте на глубине в несколько метров, крепление сетки осуществлено на вертикальных стойках - пневмобаллонах, из которых через клапаны в момент удара лавины о сетку происходит выпуск воздуха.

Недостатком известного устройства является невысокая эксплуатационная стойкость конструкции. Применение резины с капроновым кордом для изготовления стоек пневмобаллонов не обеспечивает долговечность конструкции, при низких отрицательных температурах (-45 - 50^оС) резина теряет необходимые качества и при ударе лавиной ломается.

Сооружение растяжек в двух уровнях и заанкеривание их по обе стороны от ограждения существенно затрудняет механизированную уборку снега после схода лавины на площадке, где расположено защитное устройство.

Главным же недостатком известного устройства является то, что для удержания стоек защитного сооружения в рабочем положении на момент ударного воздействия снежной лавины, в конструкцию закладываются значительные запасы прочности, которые не обеспечивают надежную работу устройства.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности и эффективности противолавинной защиты.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для защиты от снежных лавин содержится ограждение со стойками, закрепленными в грунте, сетчатая стенка, размещенная между стойками, и растяжка, заанкеренная в лавинообразном склоне с нагорной стороной от ограждения, которое согласно изобретению снабжено разъемной пальцевой гребенкой, расположенной под углом 80-110^о к рабочей поверхности сетчатой стенки, а стойки ограждения соединены горизонтальным вращающимся валом, на котором жестко установлены упорный зуб и два ряда патрубков, размещенных симметрично относительно продольной оси вала и содержащих отверстия для входа и крепления сетчатой стенки с пальцевой гребенкой зажимными болтами, причем ограждение смонтировано с возможностью перемещения в вертикальной плоскости и его фиксации посредством упорного зуба в плоскости склона с низовой стороны от ограждения. Фиксация ограждения с нагорной стороны склона осуществлена посредством растяжки, охватывающей пальцевую гребенку в одном уровне и заанкеренной в почве с возможностью выдергивания анкера горизонтальной выдергивающей нагрузкой, определяемой из выражения q_B < q_r ≅ 1/10P_л где q_B - расчетное значение ветровой нагрузки на ограждение, установленное в рабочее положение, МПа; q_r - значение горизонтальной выдергивающей нагрузки на анкер, МПа; Р_л - расчетное значение максимального ударного давления лавины на ограждение, МПа.

Высоту сетчатой стенки принимают равной высоте слоя лавины, отношение высоты сетчатой стенки к высоте пальцевой гребенки соответственно равным 1: 0,8, а длину стоек и упорного зуба определяют из соотношений l₁ ≅ 1/2 H_л и l₂ > h_c , где Н_л - среднестатистическое значение высоты слоя ожидаемой лавины, м; l₁ и l₂ - соответственно длина вертикальных стоек и упорного зуба над поверхностью почвы, м; h_c - максимальная высота снежного покрова за многолетний период наблюдений, м.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что устройство для защиты от снежных лавин отличается тем, что стойки ограждения соединены горизонтальным вращающимся валом, на котором жестко установлены упорный зуб и два ряда патрубков, размещенных симметрично относительно продольной оси вала и содержащих отверстия для входа и крепления сетчатой стенки с пальцевой гребенкой, которые выполнены разъемными и крепятся в разных рядах патрубков под углом 80-110^о одна к другой, причем конструкция защитного устройства смонтирована с возможностью перемещения в вертикальной плоскости при ударе лавины и последующей фиксации с помощью упорного зуба в плоскости склона с низовой стороны от ограждения. Фиксация защитного устройства в рабочем положении осуществлена с нагорной стороны склона посредством заанкеривания растяжки, которая охватывает пальцевую гребенку в одном уровне, крепится анкером в почве с возможностью выдергивания анкера при расчетных динамических нагрузках.

Высоту сетчатой стенки принимают равной высоте слоя лавины, отношение высоты сетчатой стенки к высоте пальцевой гребенки соответственно 1:0,8 исходя из кинематики работы устройства, которое при ударе лавины о сетчатую стенку поворачивается на валу в вертикальной плоскости, а пальцевая гребенка при выведении ее в вертикальное положение задерживает оставшуюся, более низкую по высоте часть лавины.

Значения угла между плоскостью сетчатой стенки и пальцевой гребенки принимают в пределах 80-110^о в зависимости от морфологии склона и его крутизны. На более крутых склонах эти значения не должны быть менее 80^ос тем, чтобы в рабочем положении устройства при размещении пальцевой гребенки параллельно плоскости склона, а сетчатой стенки перпендикулярно к плоскости пальцевой гребенки, обеспечивался оптимальный угол атаки снежной лавины. При меньших значениях угла, например 60^о, чтобы обеспечить защиту от лавины необходимо увеличить высоту сетчатой стенки, эффективность же работы устройства снижается за счет того, что снежные массы после удара о сетчатую стенку будут концентрироваться в месте ее сопряжения с пальцевой гребенкой и затруднят поворот конструкции в вертикальной плоскости. На более пологих склонах значения угла между плоскостью сетчатой стенки и пальцевой гребенки 90-110^о обеспечивают оптимальный режим работы устройства, так как при больших значениях угла, например, 140^о, возрастает высота сетчатой стенки, а снежная лавина может по плоскости сетчатой стенки совершить прыжок через защитное устройство.

Длину стоек определяют с учетом ударного воздействия лавины, которое имеет максимальную величину на уровне середины высоты лавины и выше. В связи с этим длину стоек принимают равной половине высоты лавины или меньшей этой величины, чтобы не закладывать излишние запасы прочности в устойчивость стоек.

Длину упорного зуба определяют исходя из высоты расположения над склоном горизонтального вала, к которому крепится упорный зуб, и не меньшей, чем максимальная высота снежного покрова за многолетний период наблюдений с тем, чтобы упорный зуб и вал не вмерзали в снежную массу на склоне, а в момент выведения пальцевой гребенки в вертикальное положение упорный зуб прорезал толщу снега и внедрялся в грунт, оказывая тормозящее воздействие на конструкцию.

Сетчатая стенка в сочетании с пальцевой гребенкой, закрепление их под углом 80-110^о друг к другу с возможностью поворота всей конструкции в вертикальной плоскости и опирания конструкции на упорный зуб обеспечивают гашение скорости лавины в несколько этапов, использование ее кинетической энергии для повышения надежности работы конструкции.

На фиг. 1 показано устройство, вид сверху; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - устройство в момент схода лавины.

Устройство для защиты от снежных лавин содержит: разъемную сетчатую стенку 1 из капрона, рамка которой закреплена одним концом в первом ряду патрубков 2, и разъемную пальцевую гребенку 3, расположенную под углом 80-110^о к рабочей поверхности сетчатой стенки 1 и закрепленную одним концом во втором ряду патрубков 4, причем крепление сетчатой стенки 1 и пальцевой гребенки 3 осуществлено через отверстия 5 в патрубках 2 и 4 зажимными болтами 6, стойки 7 ограждения, соединяемые горизонтальным вращающимся валом 8, на котором установлены упорный зуб 9 и два ряда патрубков 2 и 4, размещенных симметрично относительно продольной оси вала 8. Ограждение смонтировано с возможностью его фиксации посредством упорного зуба 9 в плоскости склона с низовой стороны от ограждения после удара лавины и поворота сетчатой стенки 1 и пальцевой гребенки по направлению движения лавины.

Разъемная пальцевая гребенка 3 на другом конце фиксируется параллельно поверхности склона растяжкой 10 в одном уровне с помощью анкера 11, закрепленного в грунте, с возможностью выдергивания анкера 11 горизонтальной нагрузкой от удара лавиной.

Высоту сетчатой стенки 1 принимают равной высоте слоя лавины Н_л, отношение высоты сетчатой стенки 1 к высоте пальцевой гребенки 3 соответственно равным 1: 0,8, а длину стоек 7 ограждения и длину упорного зуба 9 определяют исходя из высоты лавины и высоты снежного покрова.

Устройство для защиты от снежных лавин содержит две вертикальные стойки 7 из железобетона на заглубленном на 1,3 м фундаменте, основание которого располагается ниже нормативной для данного района глубины сезонного промерзания грунтов. Высота стоек 7 над землей принята 1,75 м, из расчета не менее половины среднестатистического значения (за многолетний период наблюдений) высоты слоя ожидаемой лавины Н_л = 3,5 м. Стойки 7 соединяются на высоте 1,40 м, выше максимальной высоты снежного покрова (для данного района h_c = =1,10 м), горизонтальным металлическим вращающимся валом 8, на котором приваривают металлический упорный зуб 9 длиной l₂ равной 1,50 м (которая больше максимальной толщины снежного покрова), а также приваривают к валу два ряда патрубков 2 и 4, размещенных симметрично оси вала 8 с таким расчетом, чтобы упорный зуб 9 и патрубки 4 располагались на одной оси, а оси патрубков 2 и 4 располагались под углом 110^о одна к другой.

Изготавливают сетчатую стенку высотой 3,5 м, равной высоте лавины Н_л, посредством крепления капроновой сетки на металлической рамке. Пальцевую гребенку 3 изготавливают из дерева, высотой 2,8 м, исходя из принятых соотношений высоты стенки 1 и гребенки 3.

В патрубки 2 вставляют рамку сетчатой стенки 1, а в патрубки 4 - пальцевую гребенку 3 и закрепляют через отверстия 5 с помощью зажимных болтов 6. К другому концу пальцевой гребенки 3 крепят растяжку 10, устанавливают пальцевую гребенку 3 параллельно плоскости склона, закрепляют растяжку 10 с помощью металлического анкера 11 в почве на расчетную глубину, которую определяют с учетом значения горизонтальной выдергивающей нагрузки q_г на анкер 11 следующим образом.

Расчетное значение ветровой нагрузки q_В на ограждение определяли по СНиП 11-6-74 , 6,1-6,16 c учетом нормативного значения статической и динамической составляющей ветровой нагрузки, скоростного напора на высоте до 10 м равного 27 кгс/м², коэффициента, учитывающего изменение скоростного напора, и аэродинамического коэффициента для расчетной конструкции ограждения.

При расчетах получено критическое значение ветровой нагрузки, равное 0,06 МПа, выше которого горизонтальные усилия, воздействующие на растяжку 10, приводят к выдергиванию анкера из почвы с глубины 0,8 м.

Максимальное расчетное значение ударного давления лавины Р_л высотой 3,5 м вычисляли по формулам. Полученное значение составило 1,3 МПа. Следовательно, расчетное значение горизонтальной выдергивающей нагрузки q_г на анкер 11 при ударном воздействии лавины на защитное сооружение должно находиться в пределах 0,06 МПа < q_г < 0,13 МПа.

С учетом полученного значения горизонтальной выдергивающей нагрузки регулируют глубину закрепления анкера 11, которая для рассматриваемого случая составила 1,0 м.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ СНЕЖНЫХ ЛАВИН, содержащее ограждение со стойками, закрепленными в грунте, сетчатую стенку, размещенную между стойками и растяжку, заанкеренную в лавиноопасном склоне с нагорной стороны от ограждения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности противолавинной защиты, ограждение снабжено разъемной пальцевой гребенкой, расположенной под углом 80 - 110^o к рабочей поверхности сетчатой стенки, а стойки ограждения соединены горизонтальным вращающимся валом, на котором жестко установлены упорный зуб и два ряда патрубков, размещенных симметрично относительно продольной оси вала и содержащих отверстия для входа и крепления сетчатой стенки с пальцевой гребенкой зажимными болтами, причем ограждение смонтировано с возможностью перемещения в вертикальной плоскости и фиксации посредством упорного зуба в плоскости склона с низовой стороны от ограждения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что растяжка охватывает пальцевую гребенку в одном уровне и заанкерена в почве с возможностью выдергивания анкера горизонтальной выдергивающей нагрузкой.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что высота сетчатой стенки соответствует высоте слоя лавины, соотношение высоты стенки и пальцевой гребенки соответственно 1 : 0,8, а длину стоек и упорного зуба определяют соответственно из соотношений l₁ ≅ 1 / 2H_л ; l₂ >> h_с ,
где H_л - среднестатистическое значение высоты слоя ожидаемой лавины, м;
h_с - максимальная высота снежного покрова за многолетний период наблюдений, м;
l₁ и l₂ - соответственно длина вертикальных стоек и упорного зуба над поверхностью почвы, м.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3