Глава 3. ЛЕДОХОД, ПОЛОВОДЬЯ И ПАВОДКИ

Весна! Как часто мы ждем ее с нетерпением и надеждами. Позади долгая зима с морозами и метелями, длинными ночами, гололедицей и снежными заносами... Небо постепенно проясняется. Дни становятся длиннее, солнце светит ярче. Начинает таять снег, темнеет лед на реках и озерах, скоро половодье зальет луга и поля, по рекам пройдут ледоходы и паводки.

Величествен и грозен ледоход. Река становится полноводной, затопляет пойму. Плывут льдины, стараются догнать друг друга. Дойдя до ледорезов моста, лезут на них, словно озлобясь, затем разламываются и сползают обратно в черную воду. От реки веет холодом и угрозой; даже на взгляд ощущаешь силу этого могучего потока.

Энергия ледохода действительно очень велика. Не только отдельные льдины, целые ледяные поля плывут по крупным рекам во время ледохода. Такие ледяные поля порой имеют длину более километра и ширину несколько сот метров. Толщина льда на реках Сибири иногда достигает 2,0 - 2,5 м. Скорость плывущего льда также немалая - до 8 - 9 км/ч.

Кинетическая энергия ледяного поля размерами 1000X500 м при толщине слоя льда 2 м и скорости движения 8 км/ч составляет около 231 000 000 кгс м, или 2310000 кДж. Этой энергии достаточно, чтобы поднять груз массой 231 т на высоту 1 км.

Обладая такой большой энергией, движущийся лед может нанести большой ущерб мостам и плотинам и даже разрушить их.

На р. Св. Лаврентия (Канада) ударами льдин - был разрушен большой мост и обломок одной из промежуточных опор снесло по течению на 11 км. В 1910 г. во время ледохода ударами льда был снесен мост через р. Сватара-Крик у г. Гуммельста-уна (США). В 1915 г. на наших реках - Северной Двине и Западной Двине ледоход снес почти все деревянные мосты, построенные на ряжевых опорах. В 1920 г. давлением льда, имевшего толщину 1 м, была сброшена ферма стального моста через р. Коннектикут у г. Браттлборо (США). Ферма имела длину 100 м и весила 270 т; убытки от катастрофы составили несколько сот тысяч долларов. В 1936 г. в Канаде на р. Св. Иоанна полностью разрушился большой мост, причем льдом были повреждены все промежуточные опоры и сброшены пролетные строения.

Но не только движущийся лед причиняет ущерб мостам. Даже лед, не пришедший в движение, может сильно давить на сооружения. Известно, что вода расширяется при замерзании, а превратившись в лед, она ведет себя так же, как и другие твердые тела, т. е. уменьшает свой объем при охлаждении и увеличивает при повышении температуры. Поэтому сооружения испытывают давление льда и при формировании ледяного покрова, и при расширении его, когда температура зимой повышается. Для больших ледяных полей такое расширение может быть значительным. Например, на Байкале при повышении температуры всего на 3°С ледяной покров по длине озера увеличивается на 120 м.

Известны катастрофы, вызванные таким давлением ледяного покрова. В 1899 г. была повреждена льдом плотина в г. Миннеаполисе (США) в результате давления, возникшего при повышении температуры от - 22 до - 8°С. Часть плотины протяжением 52 м сдвинулась и разрушилась.

В Канаде давлением льда была отклонена от вертикального положения массивная промежуточная опора одного из мостов, масса которой составляла около 1000 т.

Лед не только давит на сооружения и наносит им удары, он также истирает и режет соприкасающиеся с ним части.

Деревянные сваи мостов диаметром до 30 см могут быть в течение нескольких часов перерезаны острыми кромками льдин.

Смерзание льда со сваями мостов тоже опасно. Если вода в реке начнет прибывать и вместе с ней поднимется ледяной покров, примерзший к сваям, то он может выдернуть их.

Не только лед, плывущий по реке, но и половодье, вызванное таянием снега, создает угрозу мостам. Уровень воды поднимается, скорость ее возрастает. В том месте, где реку пересекает мост, русло стеснено и вода течет особенно быстро. У опор моста, возникают водовороты, размывающие вихревыми движениями струй дно реки (рис. 25). Если вода начнет выносить грунт из-под фундамента, опоры могут просесть, наклониться или обрушиться. Исследования показали, что если скорость течения у дна достигает 1 м/с, поток свободно, несет крупную гальку. При скорости 2,5 м/с начинается массовое перемещение гальки с валунами в слое до 3 м. Если же скорость возрастает до 10 м/с, то поток может перекатывать валуны объемом в несколько кубометров.

Рис. 25

Половодья и паводки нередко ведут к катастрофическим последствиям. Многократное увеличение количества воды, которое несет река, не только приводит к подъему ее уровня, но и вызывает широкий разлив с затоплением окружающей местности, Подъем уровня воды на средних и малых равнинных реках европейской части СССР обычно составляет 2-3 м, а на реках Сибири доходит до 15- 20 м. Ширина разлива при половодьях может доходить до 10-30 км.

Вызываемые половодьями и паводками наводнения наносят значительный ущерб и часто приводят к человеческим жертвам. Известны наводнения в Индии при разливе р. Ганг. В результате наводнения в 1965 г. погибло 10 тыс. чел. и пострадало около 20 млн. чел. А наводнение в ноябре 1970 г., затопившее площадь около 20 тыс. км² и уничтожившее многие населенные пункты, вызвало гибель свыше 50 тыс. чел.

В нашей стране наводнения наблюдаются в бассейнах многих рек: Амура, Енисея, Оби, Волги, Днестра, Северной Двины и др. Меры борьбы с наводнениями заключаются в устройстве защитных дамб, исправлении русел для увеличения их пропускной способности, создании систем водохранилищ (с помощью плотин, валов и т. д,), а также в проведении агротехнических мероприятий для замедления стока в реки. Благодаря плановой системе хозяйства в нашей стране проведение защитных мероприятий против наводнений позволило резко снизить ущерб от них, а в ряде, случаев предотвратить возникшую угрозу.

Половодья и паводки причиняют существенный ущерб автомобильным дорогам и искусственным сооружениям на них.

Известны катастрофы мостов, вызванные паводками. Например, при весеннем паводке 1893 г. были подмыты три промежуточные опоры большого каменного моста у г. Болоньи (Италия), что вызвало его обрушение. В 1899 г. паводком был полностью разрушен железнодорожный мост на линии Сызрань - Рузаевка. В 1935 г. в Японии катастрофическим паводком снесено 160 мостов. В 1936 г. в Италии обрушился железнодорожный мост через р. Форо после того, как его опоры были подмыты паводком.

Разрушение моста может нанести большие убытки народному хозяйству и вызвать длительный перерыв движения по дороге. Поэтому дорожники принимают серьезные меры для беспрепятственного пропуска ледохода и паводковых вод.

К пропуску ледохода начинают готовиться заранее. Если предыдущий ледоход повредил опоры или ледорезы, их ремонтируют, укрепляют, чтобы они могли противостоять ударам льдин, обшивают досками или листовой сталью для защиты от истирания. На дно у опор больших мостов (у небольших сооружений на всю ширину русла) слоями набрасывают камень. Неокатанный, угловатый камень кубической формы образует устойчивую наброску, хорошо сопротивляющуюся воздействию водяных струй.

В местах, где легко заготовить хворост, русло укрепляют тюфяками из фашин - связок хвороста длиной от 5 до 6 м, диаметром от 30 до 70 см. Тюфяк из фашин, соединенных хворостяными канатами, имеет длину до 12 м; его загружают камнем и спускают под лед на дно реки.

При больших скоростях течения пользуются габионами - проволочными ящиками объемом 2 - 3 м³, загружаемыми камнем. При этом нужно следить, чтобы не загромоздить русло, иначе это вызовет его стеснение и вместо ликвидации размывов приведет к их усилению. У опор мостов лед окалывают, чтобы при подъеме воды он не выдернул деревянные сваи или не попортил кладку каменных опор. Проруби делают, как только образовался ледяной покров, и поддерживают в незамерзшем состоянии всю зиму. Чтобы замедлить замерзание, проруби накрывают хворостом, застилают соломой или ветками и засыпают снегом.

Весной при таянии снега вода проникает под лед через трещины и повышает уровень реки. Поднимаясь, она давит на лед и стремится разрушить его снизу.

Реки в СССР вскрываются по-разному, в зависимости от направления, в котором текут. На реках, текущих с севера на юг, вскрытие в низовьях происходит раньше, чем в верхнем течении. Таяние льда начинается у берегов, так как грунт нагревается быстрее, чем вода. Образуются полосы воды между ледяным покровом и берегом - закраины. Лед становится подвижным и легко всплывает по мере повышения уровня воды в реке. От ледяного покрова постепенно отрываются льдины и уносятся вниз по течению. Ледоход на таких реках сравнительно спокоен.

Иначе проходит ледоход на реках, текущих с юга на север. Ледяной покров в нижнем течении таких рек остается еще прочным, в то время как в верховьях началось сильное таяние. Вода, прибывающая с верховьев, поднимает уровень и в нижнем течении. Она не может беспрепятственно пройти под ледяным покровом и взламывает его. В этих условиях ледоход проходит весьма бурно, сопровождаясь катастрофическими паводками, заторами. Затор образуется, если плывущие льдины встречают невзломанный ледяной покров или другое препятствие (пороги, сужение русла, крутой поворот, скопление вырванных с корнем деревьев и т. д.). У такого препятствия льдины останавливаются по всей ширине реки. Течение прибивает к ним все новые и новые льдины. Они громоздятся одна на другую, затор растет и под тяжестью прибывающих льдин опускается на дно. Все русло реки забивается льдом. Начинается сильный подъем воды (иногда на 10 - 15 м выше зимнего уровня). Затор не может расти бесконечно и в конце концов прорывается. В прорыв с огромной скоростью устремляются лед и вода. Волна, несущая льдины, мчится вниз по реке, сметая все на своем пути. Прорыв заторов очень опасен, поэтому их необходимо разрушать как можно раньше, в начале образования. Если в образовании затора участвуют большие массы льда, то он может распространиться на значительное протяжение. Например, на Днестре длина заторов иногда достигает 20 - 30 км. Образование заторов зависит от толщины и прочности льда. Чем толще и прочнее ледяной покров, тем большая масса льда может скопиться в заторе. Поэтому огромное значение имеют работы по предварительному ослаблению ледяного покрова реки. Эти работы важны также и для пропуска льда под мостом. Ледоход воздействует на мосты тем сильнее, чем быстрее течение, толще лед и крупнее плывущие льдины. Чтобы льдины беспрепятственно проходили под мостом, еще до начала ледохода стараются ослабить и размельчить ледяной покров. Выше, а иногда и ниже моста (если лед имеет большую толщину) делают продольные и поперечные проруби. Если же по прогнозу ожидается сильный ледоход, то лед дробят на больших площадях взрывами. Когда по каким-нибудь причинам взрывы производить нельзя, например при близости подводных сооружений или жилья, лед режут специальными машинами.

Когда лсд уже тронулся, непрерывно наблюдают за ледоходом. Если льдины начинают задерживаться и скапливаться у опор, их подталкивают шестами и баграми в пролеты моста. Неразрушенные ледяные поля и наиболее крупные льдины взрывают. Взрывы выполняют специалисты-подрывники. Они подплывают на лодках к льдинам, подводят под них заряды или бросают заряды сверху. Если лед идет сплошной массой и пользоваться лодкой нельзя, заряды бросают с берега или с мостков, подвешиваемых над рекой на тросах.

Взрывные работы при ледоходе требуют большого уменья и смелости. Взрыв не должен повредить охраняемое сооружение. Поэтому его производят на расстоянии не ближе 50 м от ледорезов моста.