УКА3АНИЯ
ПОРАСЧЕТУ СНЕГОЛАВИННЫХ НАГРУЗОК ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СООРУЖЕНИЙ

ВСН02-73

ГЛАВГИДРОМЕТСЛУЖБА

Утверждены

Главгидрометслужбой (июнь 1972 г.),МПС СССР (октябрь 1972 г.), Минтрансстроем СССР (декабрь 1972 г.), МинавтодоромРСФСР (июль 1972 г.)

Согласованыс Госстроем СССР (сентябрь 1973 г.)

МОСКОВСКОЕОТДЕЛЕНИЕ ГИДРОМЕТЕОИЗДАТА

МОСКВА- 1973

СОДЕРЖАНИЕ

Указания по расчетуснеголавинных нагрузок при проектировании сооружений разработаны Высокогорнымгеофизическим институтом и Среднеазиатским региональнымнаучно-исследовательским гидрометеорологическим институтом Главгидрометслужбы.

Прилагаемая карта лавиноопасныхрайонов СССР составлена учреждениями Главгидрометслужбы и Географическимфакультетом Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова(редакторы: профессор, д-р геогр. наук Г.К. Тушинский и канд. геогр. наук В.И.Кравцова).

Указания предназначены дляобязательного применения в учреждениях Главгидрометслужбы, Министерства путейсообщения СССР, Министерства транспортного строительства СССР, Министерствастроительства и эксплуатации автомобильных дорог РСФСР.

Срок введения1 января 1974 г.

1. ОБЩИЕПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Указанияраспространяются на проектирование всех сооружений (промышленных, транспортных,гидротехнических, коммунальных и других), строительство или реконструкциякоторых намечается в лавиноопасных районах СССР.

1.2. Границы лавиноопасныхрайонов с указанием степени лавиноопасности, которые должны учитываться приразмещении всех видов сооружений, показаны на прилагаемой карте (приложение 1).

На территории СССР применительнок задаче учета лавинной опасности при проектировании сооружений выделеныследующие лавиноопасные районы:

- лавиноопасные со значительной,средней и слабой опасностью;

-потенциально лавиноопасные.

1.3. Во всехлавиноопасных и потенциально лавиноопасных районах имеются зоны воздействиялавин и воздушных волн от лавин и безопасные от воздействия лавин зоны, которыеопределяются на основе специальных изысканий.

Размещение жилых и промышленныхзданий и сооружений в лавиноопасных и потенциально лавиноопасных районах должнопроизводиться вне зоны действия лавин, границы которой устанавливаются путемизысканий и расчета дальности пути лавин (пункты 3.2-3.3).

1.4. При размещении жилых,промышленных и других зданий и сооружений в лавиноопасных районах, обязательнопроводятся специальные изыскания, которые имеют своей целью в лавиноопасныхрайонах получение сведений для определения границ зон воздействия лавин ивоздушных волн, вызываемых лавинами. Изыскания выполняются в соответствии со«Строительными нормами СН 210-62» и «Руководством по снеголавинным работам»(Гидрометеоиздат, 1965).

Главной целью специальныхизысканий в потенциально лавиноопасных районах является получение сведений овозможных местах возникновения лавин, возможных зонах воздействия лавин ивоздушных волн, вызванных лавинами.

При проведении специальныхизысканий в лавиноопасных районах проводится также сбор материалов дляразработки мер по защите от схода лавин (строительство на склонахснегоудерживающих сооружений, облесение склонов и др.).

Примечание.В потенциально лавиноопасных и смежных с ними районах наотдельных склонах круче 30° (оврагов, откосов, отдельных возвышенностей) присредней многолетней высоте снежного покрова более 0,5 м в редких случаях могутнаблюдаться подвижки снежного покрова, которые по своему проявлению могут бытьотнесены к лавинам и которые следует учитывать при проектировании аналогичноуказаниям п.1.3.

1.5. Для обоснования размещенияпроектируемых объектов в лавиноопасных районах в состав проектов входятследующие материалы:

- топографические карты районапланируемого строительства масштаба 1:25000 и крупнее с отмеченными на нихлавинными очагами (местами зарождения лавин - лавинными снегосборами, путямисхода лавин и конусами выноса);

- топографические планы масштаба1:5000 и крупнее для строительных и примыкающих к ним участков с контурамилавиноопасной зоны (п. 1.3) и характеристиками поверхности этих участков(растительность, задернованность, микрорельеф);

- характеристики снежного покроваи лавин, содержащие следующие данные:

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

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

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

г) наибольшая глубина снежногопотока в лавинах и наибольшая ширина лавин в намечаемых местах установкипротиволавинных сооружений;

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

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

Предварительные сведения о снежномпокрове и лавинах берутся по каталогу («Распространение и режим лавин натерритории СССР». Гидрометеоиздат, 1970).

1.6. В отдельных исключительныхслучаях допускается размещение некоторых объектов (горнорудные, транспортные,гидротехнические сооружения, линии электропередачи и связи) в зонах,подверженных воздействию лавин или воздушных волн от лавин, при обязательномусловии строительства противолавинных сооружений (снегоудерживающих систем,галерей, лавинозадерживающих дамб и т.п.), нагрузки на которые определяются всоответствии с указаниями пунктов 2.1-2.15.

1.7. Размещение жилых зданий,оздоровительно-спортивных сооружений в зонах, подверженных воздействию лавинили воздушных волн от лавин, категорически запрещается.

1.8. Выбор типа противолавинныхсооружений, системы их расположения на местности, расчет их устойчивости инадежность защиты производится, исходя из максимально возможной высоты снежногопокрова для данного района. При этом необходимо учитывать, что в лавинныхснегосборах, в которых накопление снега происходит за счет метелевого переноса,снегоудерживающие сооружения будут работать и как снегоаккумулирующие, чтоприведет к увеличению высоты снега по сравнению с расчетной или определенной изнаблюдений.

1.9. Обычно комплексыпротиволавинных сооружений состоят из:

- снегоудерживающих сооружений,дополняемых тормозящими сооружениями, лавинорезами, удерживающими илинаправляющими дамбами;

- тормозящих сооружений,дополняемых направляющими или удерживающими дамбами, лавинорезами илигалереями;

- галерей, лавинорезов,проектируемых автономно или в комплексе с противолавинными сооружениями любыхдругих типов.

1.10. Для обеспечения работыобъектов, которые находятся в лавиноопасной зоне и, в особых случаях, не могутбыть защищены противолавинными сооружениями, предусматривается организацияснеголавинной службы для предупреждения о времени схода лавин ипрофилактического устранения лавинной опасности с помощью специальных средств.

1.11. Запрещается приступать к каким-либостроительным работам на лавиноопасных участках в то время года, когда в даннойместности возможен сход лавин, до проведения специальных противолавинныхмероприятий, обеспечивающих безопасность работ.

Изыскательные работы по выявлениюлавинной опасности территории проектируемого строительства выполняются ссоблюдением правил техники безопасности.

2. РАСЧЕТСНЕГОЛАВИННЫХ НАГРУЗОК НА СООРУЖЕНИЯ

2.1. Определение снеголавинныхнагрузок зависит от типа и конструктивных особенностей сооружений и системы расположенияих на местности. Расчеты максимальной высоты снежного покрова, скорости идальности выброса лавин производятся на основании материалов наблюдений иизысканий в соответствии с рекомендациями пунктов 3.1-3.3.

2.2. Статическое давлениеснежного покрова на наклонную поверхность сооружения определяется по формуле:

P_CT = γ h₀ cos²α_c,                                                                   (1)

где P_CT - давление на поверхность сооружения, т/м²;

γ - средний по высоте объемный весснежного покрова при его максимальной высоте, т/м³;

h₀- максимальнаявысота снежного покрова заданной обеспеченности на данном участке склона, м(18);

α_c - уголнаклона поверхности сооружения, град.

Примечание.Расчетная снеговая нагрузка на 1 м² площади горизонтальной проекциисооружения, проектируемого на равнинной территории, определяется согласно СНиП,11А, 11-62, п.5.4.

2.3. Касательная сила,действующая на сооружение при сползании снежного покрова по его поверхности,определяется по формуле:

Т_скж= 0,4 P_СТ,                                                                       (2)

где Т_скж - сила скольжения снежногопокрова, т/м².

Примечание.Силы P_СТ и Т_скжскладываются по правилу сложения векторов.

2.4. Давление медленносползающего по склону снежного покрова* на снегоудерживающий щит или иноесооружение, проектируемое на горном склоне и перпендикулярное к склону,определяется по формуле:

Р= 0,5 γ h²₀К₁sin2α,                                                            (3)

*Снег, лежащий на склоне, всегдамедленно сползает со скоростью до десятков сантиметров в сутки, что отличаетэто движение от снежной лавины, движущейся со скоростью не менее 1-2 м/с.

где Р- составляющая давления, параллельная поверхности склона, т/пог, м;

γ - объёмный вес снега, принимаемыйравным 0,45 т/м³ при отсутствии непосредственных наблюдений;

К₁ - коэффициент,зависящий от характера поверхности грунта и определяемый по табл.1;

α - угол наклона склона в местерасположения сооружения, град.

Таблица 1

Значениякоэффициента К₁

Примечание.Для определения давления медленно сползающего снежного покрова дана номограмма приложения 2,точность снятия отсчета порядка 5 %. Расстояние между рядами снегоудерживающихсооружений назначается в соответствии с (9).

2.5. Сила, возникающая за счет обтекания краяснегоудерживающего сооружения сползающим снежным покровом, определяется поформуле:

Р_о6т= К₂Р,                                                                            (4)

где Р_о6т- сила, возникающая за счет обтекания края препятствия снежным покровом, т/пог.м;

                                                        (5)

В - расстояние междуснегоудерживающими сооружениями, м.

Длина участка приложения силы Р_о6топределяется по формуле

,                                                        (6)

где  - длина участкаприложения силы, м.

2.6. Касательная сила, действующая на снегоудерживающее сооружениевдоль нормали к склону вследствие оседания снежного покрова, определяется поформуле:

Т₉₀ = 0,4 Pctgα,                                                                     (7)

где Т₉₀ - сила, действующая насооружение вдоль нормали к склону, в т/пог. м.

Примечание.Силы Р и Т₉₀складываются по правилу сложения векторов. Результирующая сила считаетсяприложенной на половине высоты снежного покрова.

2.7. Высота снегоудерживающегосооружения, измеряемая по нормали к склону, должна быть не меньше:

,                                                                       (8)

где h₀- высотаснегоудерживающего сооружения, м.

2.8. Расстояниемежду рядами снегоудерживающих сооружений определяется по формуле:

                                                          (9)

где L -расстояние между рядами сооружений, м;

φ - угол трения снега, принимаемый равным23-27° для гладких, задернованных склонов и 30° для каменистых и прочихсклонов.

2.9. Давлениелавины на препятствие определяется по формуле:

,                                                               (10)

где Р_л- давление лавины на препятствие или его элемент, т/м²;

γ_л = 0,45 т/м³(для непылевидных лавин) и 0,05 т/м³ (для пылевидных лавин);

g = 9,8 м/с²;

β - угол между направлениемдвижения лавины и поверхностью элемента сооружения, для которого производитсярасчет v (20), (23).

2.10. Длярасчетов передних элементов сооружений, испытывающих воздействие лавин,задается местное повышенное давление от ударов снежных глыб, определяемое поформуле:

                                                             (11)

где Р_гл- повышенное давление от ударов глыб, т/м²;

γ_гл = 0,5 т/м³;

β - угол между направлениемдвижения глыбы снега в лавине и поверхностью элемента сооружения, град.

Примечание.Применяемые в настоящее время сооружения, проектируемые непосредственно напутях схода лавин, следует рассматривать как жесткие. Следует учитыватьвозможность уточнения величины плотности глыб снега γ_гл.

2.11. Давление во всей зонеснеговоздушного потока, сопровождающего сход лавин, на сооружение, находящеесявблизи лавинного пути, определяется по формуле (10) при γ_л = 0,05 т/м³.

Зона действия снеговоздушногопотока в плане ограничивается двумя полосами, параллельными пути движениялавины и имеющими примерную ширину 30 м (в каждую сторону от боковой границылавинного пути). Поперечное сечение в вертикальной плоскости потока воздуха,сопровождающего сход лавины, принимается близким к форме сегмента (приложение3).

Примечание.Зона действия снеговоздушного потока уточняется на основании материаловизысканий по следам действия воздушных волн, вызванных лавинами.

2.12. Высота противолавиннойнаправляющей дамбы (стены) должна быть не менее высоты Н₀отложения лавинного снега при остановке лавины у препятствия. Величина Н₀определяется по формуле:

Н₀ = Н_л+0,05υ²                                                                                          (12)

Глубина снежного потока в лавине Н_лпри недостаточности сведений об этой величине в материалах изысканийоценивается по соотношениям:

а) для непылевидных лавин Н_л=3 h₀,

б) для пылевидных лавин Н_л = 5 h₀

Примечание.При выборе типа противолавинных сооружений и назначении их размеров следуетучитывать объемы и повторяемость за зиму лавин, геоморфологию места ихзарождения, пути схода и места остановки и климатические условия района.Особенно важно учесть грунтовые характеристики, так как в горах частыпроявления пятнистой мерзлоты.

2.13. Сила воздействия лавины насооружения, тормозящие ее движение, (приложение 4) определяется по формуле:

                                                       (13)

где  - силавоздействия лавины на одно сооружение, т;

γ_л = 0,45 т/м³;

h _т.с.- высотасооружения, м;

В_т.с.-ширина сооружения, м;

 (0,917 в т/м³)

Скорость лавины после прохожденияпервого ряда тормозящих сооружений определяется по формуле:

υ' = χυ,                                                                              (14)

где υ' - скорость лавины после прохождения первого рядасооружений, м/с;

 - вслучае, когда поверхность лавины выше высоты тормозящего сооружения;

 - в случае,когда поверхность лавины ниже или равна высоте тормозящего сооружения;

z -число сооружений в одном ряду;

В_л- наибольшая ширина лавины, определяемая в результате изысканий, м;

l - расстояние между тормозящими сооружениями, м.

При наличии нескольких рядов тормозящих сооружений скорость лавиныпосле прохождения их определяется по формуле:

                                                 (15)

где υ" - скоростьлавины после прохождения i рядов сооружений, м/с;

a_i= 9,8 (sin α_i-0,3cos·α_i), м/с²;

i -1, 2, 3, ... - номер участка склона между двумя рядами сооружений;

α_i - угол наклона i-гo участкасклона, град;

S_i - длина i-го участкасклона, м.

2.14. Давлениелавины на крышу сооружения, врезанного в склон вровень с его поверхностью (приложение 5),определяется по формуле:

Q_л=P_л + γ_л·H_лcosα_c,                                                                (16)

где Q_л - суммарное давление на крышу сооружения, т/м².

2.15.Касательная сила трения, действующая на крышу сооружения при движении лавины,определяется по формуле:

T_л = f·Q_л                                                                                (17)

где T_л - сила трения, т/м²; f -коэффициент трения лавины, при отсутствии наблюдений принимается равным 0,3.

3. РАСЧЕТПАРАМЕТРОВ СНЕЖНОГО ПОКРОВА И ЛАВИН

3.1. Максимальная высота снежногопокрова на данном участке горного склона (в частности, в местах зарождениялавин) определяется непосредственными наблюдениями, методика и организация которыхописаны в «Руководстве по снеголавинным работам» (Гидрометеоиздат, 1965).Обеспеченность максимальной высоты снежного покрова принимается равной 1, 2 и 5% в зависимости от класса сооружения.

При непродолжительном периодеэтих наблюдений максимальная высота снежного покрова оценивается приближенно поформуле:

где h_макс - наибольшая из максимальных высот снежногопокрова, измеренных по вертикали в месте проектируемой застройки, м;

 - средняямаксимальная высота снежного покрова поэтам же наблюдениям, м;

 - максимальнаявысота снежного покрова заданной обеспеченности на ближайшей репрезентативнойметеостанции с периодом наблюдений более 10 лет, м;

 -средняя разность высоты снежного покрова (найденная по данным наблюдений запериод, больший 10 лет) на метеостанциях, находящихся в данном районе наразличных абсолютных высотах Н₁и H₂(ΔН = Н₁ - Н₂), м;

Н_х- абсолютная высота данного участка склона, м;

Н_СТ- абсолютная высота ближайшей репрезентативной метеостанции, м.

Примечание.Величину  следует уточнять взависимости от экспозиции склонов по данным полевых наблюдений, учитывая приэтом, что ее значение может быть разным для различных высотных зон и летнаблюдений.

3.2. Расчет скорости движениянепылевидной лавины и дальности ее пути выполняется в зависимости от формысклона.

а) Если профиль склонаудовлетворительно аппроксимируется вплоть до его подножия (дна долины) прямойлинией, скорость, лавины определяется по формуле:

                                                                             (19)

где υ -скорость лавины в данной точке ее пути, м/с;

а = 9,8(sinα - f·cosα), м/с²;

f -коэффициент трения, принимаемый равным 0,25 для скальных, снежноледяных итравяных гладких поверхностей и 0,3 для всех остальных поверхностей;

α - угол наклона склона (град) (придвижении лавины вверх по склону его угол наклона считается отрицательным);

S - длина склона, м.

б) В случаеболее сложного профиля склона он разбивается на отдельные отрезки с постояннымиуглами наклона α. Для первогоотрезка скорость рассчитывается в соответствии с (19). Скорость лавины накаждом последующем отрезке определяется в зависимости от конечной скорости на предыдущемотрезке по формуле:

           (20)

где S₀- суммадлин предыдущих отрезков пути лавины; (S₀₁=0), м;

S - длина данного отрезка пути, м;

υ₀-скорость лавины в конце предыдущего отрезка пути, м/с;

Δα- разность между углами наклона предыдущего и данного участков пути, град.

Примечание.Для облегчения расчетов служит номограмма (приложение 6).

в) Расчет скорости лавиныпроизводится до того отрезка ее пути, на котором подкоренное выражение формулы(20) становится отрицательным (за счет величины ускорения а). На этом отрезке следуетопределить расстояние, на котором лавина останавливается и формируется снежныйконус выноса (приложение 7)по формуле:

,                         (21)

где S_x - дальность пути лавины на участке конуса выноса, м;

F_c6 -площадь зоны отрыва лавины, отвечающая случаю схода лавины максимальногообъема, м²;

В_к- максимальная ширина конуса выноса лавин, выраженного в ландшафте,м.

Рекомендацияотносится и к случаю, описанному в п. 3.2а, при котором величины а и S_K определяются для дна долины, a S₀представляетсобой длину склона.

Примечание.Величину

                                          (22)

можно определять по номограмме приложения 6.

Величина. F_c6определяется по топографическому плану лавинного очага как площадь зоны отрыва лавиндо начала выраженного пути схода (транзитной зоны). Полученная величина делитсяна конус среднего угла наклона снегосборной площади. За зону отрыва лавинпринимается площадь лавинного снегосбора как водосбор без участков с угломнаклона более 60° и залесенных (покрытых кустарником и лесом, устойчивым ксходу лавин) участков. Для полностью скальных снегосборов их площадьопределяется суммированием площадей отдельных участков скальной поверхности суглом наклона менее 60°. Если снегосбор состоит из нескольких обособленныхворонок (эрозионных врезов), величина F_c6 определяется для наибольшей из них.

Величина В_Копределяетсяпо геоморфологическим и ботаническим признакам на участке свободного (нестесненного лавинным руслом) растекания лавинного снега в стороны в зоне егоотложения.

Если лавина останавливается в узкихэрозионных врезах или ее конус выноса никак не выражен на поверхности склона идне долины, то принимается, что S_x = S’_x

3.3. Если в материалах изысканийесть указание о сходе пылевидных лавин (или возможности их схода) на одном илинескольких участках района проектируемого строительства, для всех лавинныхочагов, находящихся в аналогичных условиях, следует определить скорости идальности пути лавин пылевидного снега.

Скорость таких лавин определяетсяприближенно по формуле:

                                                                      (23)

где  - средний уголнаклона лавиноопасного склона, град; с - коэффициент в м^-1,определяемый в зависимости от угла наклона склона:

За дальностьпути пылевидной лавины по дну долины принимается длина участка основногосклона, на котором возможен захват снега лавиной (без расчлененных участков). Эторасстояние откладывается от подножия склона по дну долины в направлениипродольной оси лавинного очага.

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ2
НОМОГРАММА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ Р МЕДЛЕННО СПОЛЗАЮЩЕГО СНЕЖНОГОПОКРОВА НА СНЕГОУДЕРЖИВАЮЩЕЕ СООРУЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ 3
ПОПЕРЕЧНОЕ СЕЧЕНИЕ ЛАВИНЫ И СОПУТСТВУЮЩЕГО ЕЙ СНЕГОВОЗДУШНОГО ПОТОКА

ПРИЛОЖЕНИЕ4
СХЕМАТИЧЕСКИЕ РАЗРЕЗЫ СООРУЖЕНИЯ, ТОРМОЗЯЩЕГО ДВИЖЕНИЕ ЛАВИНЫ, И СИСТЕМЫРАСПОЛОЖЕНИЯ ЭТИХ СООРУЖЕНИЙ НА СКЛОНЕ

а) продольный, б) поперечный, в) i=3.

Расстояние между сооружениями одногоряда l ≥ 4 Н_л. Нижнийряд сооружений располагается так, что угол ψ≤ 20°, чему соответствует расстояние между рядами сооружений S_i ≈ 5,5 Н_л.. Сооружения могут бытьрешетчатыми или сплошными.

ПРИЛОЖЕНИЕ5
НАГРУЗКИ НА СООРУЖЕНИЯ, ВРЕЗАННЫЕ В СКЛОН ВРОВЕНЬ С ЕГО ПОВЕРХНОСТЬЮ БЕЗСОПРЯЖЕНИЯ ПРОФИЛЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ6
НОМОГРАММА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ЛАВИНЫ υИ ДАЛЬНОСТИ ЕЕ ПУТИ

Пример расчета скорости лавины и дальности еепути по номограмме 6.

Для каждого отрезка пути вычисляютсявеличины a и S₀.Точка S = 0 горизонтальной оси соединяется прямой со значением α₁ на вертикальной оси.На оси S справа налево откладывается величина S₁.Пересечение ординаты проведенной_: из левой точки отрезка S_1; с полученной прямой дастзначение конечной скорости для первого отрезка, которое прочитывается поизолиниям υ. Полученная точка созначением скорости υ₁ соединяется прямой со значением а₂, которая на пересечении сординатой,^: проведенной из левой точки отрезка S₀+S₂горизонтальной осидает значение υ₂. Определение величин υдля последующих отрезков аналогично.

Горизонтальная ось S является также линией со значением υ = 0. Пересечение прямой, соединяющей какие-то точки υ_i и а_1+i даетзначение а_1+i = 0, которое, нагоризонтальной оси отсекает отрезок пути лавины S’_χ, находящийся междуотрезком S₀+ S_l и точкой и υ_1+i = 0.

Масштаб оси S можно менять. При увеличении значений S в n раззначения изолиний скорости увеличиваются в п раз.

При значении разности углов двухсмежных отрезков пути Δα>2С°полученное значение конечной скорости для предыдущего отрезка следует уменьшитьумножением этого значения, на cosΔα; новое значение откладывается наэтой же ординате.

Пример вычислений.

Дано: S₀ = 200 м, υ₀ = 17 м/с, f = 0,25, длины отрезков пути, ихуглы наклона, вычисленные значения:

Ответ: υ₂ = 25,5 м/с, υ₃ = 21 м/с; отрезокпути S_χ.= 60 м.

ПРИЛОЖЕНИЕ7
СХЕМА ДЛЯ РАСЧЕТА ДАЛЬНОСТИ ПУТИ ЛАВИНЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ1
КАРТА ЛАВИНООПАСНЫХ РАЙОНОВ СССР