Эссе на тему: "Особенности строительства в районах распространения многолетнемёрзлых грунтов"

Введение

В данной работе сделана попытка представить лучшую доступную в настоящее время информацию о методах проектирования и строительства в районах многолетнемёрзлых грунтов.

Актуальность выбранной темы. Строительство в районах многолетнемёрзлых грунтов обычно требует методов и конструкций, совершенно отличных от тех, которые используются в зонах с умеренным климатом, особенно на участках, подстилаемых вечно мерзлым грунтом. На постоянно мерзлых грунтах последствия сезонного замерзания и оттаивания обычно более серьезны (даже в верхнем слое грунта, который не является постоянно замерзшим), чем на участках, не покрытых таким слоем. Напряжения, возникающие в промерзшем грунте, могут быть чрезвычайно высокими. Справиться с ними одними только конструктивными решениями нецелесообразно. Вместо этого необходимо принять во внимание особенности региона и соответствующим образом изменить обычные конструкции, материалы и методы строительства.

Цель работы заключается в исследовании особенностей строительства в районах распространения многолетнемёрзлых грунтов.

Основное изложение материала.

Основными характеристиками строения толщ мерзлых пород является глубина залегания верхней и нижней поверхностей мерзлой толще, ее мощность, переривчатисть по площади и глубине.

Глубина залегания верхней поверхности мерзлой толще непостоянна. В связи со значительными температурными колебаниями в районах распространения многолетнемерзлых пород наблюдаются явления сезонного промерзания и оттаивания. Слой периодически замерзающих и оттаивающих пород называется деятельным слоем.

Следует отметить, что глубины распространения положительных температур в летний период и отрицательных в зимний между собой не совпадают. Поэтому различают два понятия:

• сезоннооттаивающий слой
• сезоннопромерзающий слой,

Они соответствуют мощностям пород, что оттаивают в летний и промерзают в зимний период. Если величина летнего оттаивания превышает величину зимнего промерзания, то мощность деятельного слоя определяются по максимально возможной глубине сезонного оттаивания. При обратном соотношении мощность деятельного слоя определяется по максимально возможной глубине сезонного промерзания.

Глубины сезонного оттаивания и промерзания могут не совпадать по мощности. В случаях, когда слой оттаивания больше от слоя промерзания, между слоем многолетнемерзлых пород и сезонномерзлых пород остается постоянный талик (мерзлые толщи, которые «не сливаются»). При другом соотношении глубин промерзания и оттаивания слой сезонномерзлых пород непосредственно переходит в слой многолетнемерзлых пород (мерзлые породы, которые «сливаются»).

Первый тип характерен для южных районов области распространения многолетнемерзлых пород, второй - для северных.

Иногда в толще мерзлых пород наблюдаются пластовые талики, связанные с наиболее водопроницаемыми пластами пород, по которым движутся подземные воды. При наличии нескольких пластовых таликов, расположенных на разной глубине, толща многолетнемерзлых пород оказывается разбитой на отдельные зоны. В этом случае говорят о слоистых или прерывистых зонах (по глубине).

Многолетнемёрзлые породы – это не всегда сплошное распространение и в горизонтальном направлении они часто прерываются таликами. Талики образуются под реками, озерами, в местах интенсивного выхода подземных вод и под мощным снежным покровом. В зависимости от того, пронизывают талики всю толщу мерзлых пород, или подстилаются снизу мерзлыми породами, различают два типа таликов: сквозные и запертые (псевдоталики).

Широкое распространение имеют талики под реками. Они отличаются наибольшей глубиной. Под большими реками, не промерзают, часто наблюдаются сквозные талики. Они наблюдаются также и в непромерзающем ко дну озерами. В этом случае они замкнуты и имеют форму глубоких ванн с почти совсем отвесными мёрзлыми бортами. Контакт между мерзлыми береговыми и талыми подозерными породами находится обычно у самого берега озера. Повышение температур в мерзлых породах под озерами распространяется не более чем на 50-100 м. Эта глубина зависит от фильтрационных свойств отложений, лежащих под дном озер: если отложения слабофильтрационные, то мощность таликов не превышает 20 м. Глубокие и сквозные талики наблюдаются там , где отложения представлены породами, что хорошо фильтруют - здесь создаются условия для конвективного теплообмена.

Последний тип таликов - это и лекарства аномального типа, находящихся в условиях сурового климата, вдали от водных потоков и водоемов. Основная причина их образования - наличие мощного снежного покрова, который появляется до наступления сильных морозов.

Образование таликов часто связано с деятельностью человека: с гидротехническим строительством и мелиоративными мероприятиями. Например, устройство водохранилищ с большой глубиной вызывает глубокое протаивание многолетнемерзлых пород и образование сквозных (на юге) или замкнутых (на севере) таликов.

Важной особенностью строения мерзлых пород является наличие выделений льда. Лед может находиться в породах как в виде отдельных кристаллов, так и в виде крупных включений. Ледоотделение в виде включений наблюдается только в несцементированных рыхлых породах, достаточно увлажненных и залегающих неглубоко от поверхности. Чаще всего такие выделения наблюдаются в глинистых породах (глинах, супесях, суглинках), торфах и заторфированных породах и реже - в пылеватых и мелкозернистых песках. Ледовыделению способствуют:

• высокая влажность породы (выше максимальной молекулярной влагоемкости)
• неглубокое залегание уровня грунтовых вод.

Выделение льда образуют своеобразные текстуры и структуры мерзлых пород. Типы текстур следующие:

• массивная (ледовые кристаллы распределены равномерно по всей мощности породы)
• слоистая (лед образует тонкие слои и линзы).

Массивный тип текстуры характерен для плотных пород с низкой начальной влажностью, слоистый - для пород слабо уплотненных с высокой начальной влажностью.

Присутствие льда в мерзлых породах играет роль цемента и добавляет породе прочности и водонепроницаемости. Однако при таянии ледовых включений порода часто оказывается переувлажненной и приобретает текучее состояние, вполне теряя при этом несущую способность. Особенно большую опасность представляют ледяные включения большого размера.

Главными задачами инженерно-геологических исследований в районах распространения многолетнемерзлых пород являются:

1. Установление наличия и типа многолетнемерзлых пород в плоскостном и вертикальном распространении.

2. Определение глубины залегания верхней границы многолетнемерзлых толще и характерных мощностей слоев сезонного промерзания и оттаивания.

3. Определение в отдельных случаях мощности многолетнемерзлых пород.

4. Установление температурного режима толще мерзлых пород на необходимую глубину (в зависимости от строения мерзлой толще и вида строительства).

5. Изучение стуктуры и текстуры мерзлых пород, наличия, условий залегания и типа подземных льдов.

6. Изучение физико-механических свойств мерзлых пород в замерзшем состоянии и после оттаивания.

7. Установление характера и распространения явлений, связанных с промерзанием-оттаивания, и таких, которые представляют опасность (наледи, бугры пучения, термокарст, солифлюкция т.д.).

8. Изучение зависимости мерзлотных условий от географической обстановки (рельеф, почвенный и растительный покров), геологического строения и гидрогеологических условий района исследований.

Для предупреждения опасных деформаций здесь применяют несколько методов строительства. Выбор метода зависит от геоморфологических, геологических, гидрологических, климатических и мерзлотных условий строительной площадки, свойств грунтов основания, а также от характера застройки, температурного режима сооружений и т.п.

Согласно строительным нормам рекомендуются следующие методы строительства:

 без учета вечномерзлого состояния грунтов основания;

• с сохранением вечномерзлого состояния грунтов в течение всего периода существования сооружения;
• с возможностью оттаивания грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружения;
• с предварительным оттаиванием мерзлых грунтов к закладке фундамента.

Первый метод может применяться в случаях, когда основой сооружений на всю глубину оттаивания есть скальные и полускальные породы. Они не должны иметь значительных трещин, заполненных льдом или мерзлым грунтом. Кроме того, этот метод применяется, если в основании сооружений на всю глубину оттаивания залегают все виды малостисливих пород подстилаются скальными грунтами.

Второй метод применяется для зданий, которые не отапливаются, а также для сооружений, которые отапливаются или выделяют тепло, с применением мер по сохранению вечномерзлого состояния грунтов основания. Этот метод используется главным образом в тех случаях, когда мерзлые грунты имеют большую мощность (большую от 15-20 м) и устойчивый температурный режим, а сооружение не выделяет большого количества тепла. Тогда все обходится без сложных конструктивных решений и без существенных затрат. При применении второго метода глубина протаивания остается меньше глубины заложения фундаментов. Для сохранения мерзлого состояния грунтов применяются специальные охлаждающие устройства, что используют главным образом холодный наружный воздух. Это могут быть открытые подполья или вентиляционные каналы. Кроме того, при строительстве сооружений, отапливаемых применяются также специальные конструкции пола и стен (прокладки теплоизолирующих материалов), устройства защиты от поверхностных и подземных вод.

Третий метод используют для сооружений, которые отапливаются и выделяют тепло, если определенные расчетом осадки по величине и неравномерностью (перекос, крен, прогиб), а также скоростью не превышают допустимых величин. Этим методом пользуются преимущественно в случаях, когда сохранение мерзлого состояния пород является технически невозможным или экономически невыгодным (неустойчивый термический режим мерзлых грунтов, сооружения с большим количеством тепла и т.п.). Фундамент закладывается в толщу мерзлых грунтов, но в процессе строительства или эксплуатации почвы частично оттаивают. При этом возникает опасность значительных неравномерных осадок:

• под влиянием неравномерного оттаивания грунтов;
• из-за неравномерной сжимаемости грунтов после оттаивания.

Этот метод требует специальных конструктивных мер, поэтому его еще называют конструктивным (увеличивают жесткость конструкции железобетонными перекрытиями, поясами, армированием стен и т.п.).

Четвертый метод применяется, если неравномерное оттаивание основания при ее эксплуатации недопустимо и нецелесообразным применение мер по сохранению многолетнемерзлого состояния.

Суть метода заключается в искусственной изменении условий строительства и приближении их к условиям, которые господствуют в районах распространения обычных талых грунтов. Это достигается тем, что почвы после оттаивания подвергаются уплотнений с помощью специальных мероприятий (осушение оттаявшего массива дренированием и водопонижающими установками, уплотнения грунтовыми сваями и т.д.). Для протаивания почв может использоваться солнечное тепло, нагретая вода или тепло от электроэнергии, пара и т.п.

Для проектирования фундаментов на засоленных многолетнемерзлых грунтах материалы изысканий должны содержать данные об условиях залегания засоленных грунтов, степени их засоленности, а также о химическом составе водно-растворимых солей. Засоленные многолетнемерзлые грунты могут использоваться в качестве основания сооружений как по принципу I, так и по принципу II. При этом должно учитываться повышенное коррозийное воздействие засоленных грунтов на материал фундаментов. Пылеватые грунты морского побережья Севера с преобладанием солей натрий-калиевого состава должны относиться к засоленным при содержании в них растворимых солей от 0,05 % и выше.

Основания и фундаменты на засоленных многолетнемерзлых грунтах при использовании таких грунтов в качестве основания по принципу I следует проектировать с учетом следующих особенностей:

• температура начала замерзания засоленных грунтов Tbf ниже температуры замерзания аналогичных видов незасоленных грунтов и ее следует устанавливать опытным путем;
• переход засоленных грунтов из пластично-мерзлого в твердомерзлое состояние происходит при более низких температурах, чем аналогичных незасоленных грунтов, и должен приниматься по данным опытного определения коэффициента их сжимаемости df;
• засоленные мерзлые грунты отличаются пониженной прочностью и малыми значениями сопротивлений сдвигу по поверхности смерзания с фундаментом;
• на участках с засоленными грунтами может быть несколько засоленных горизонтов с разной степенью засоленности, а также могут встречаться отдельные слои или линзы насыщенных сильно минерализованными водами грунтов, находящихся в немерзлом состоянии при отрицательной температуре (криопеги), вскрытие которых скважинами при погружении свай приводит к повышенному засолению грунтов по всей длине сваи.

Первый принцип проектирования фундаментов на вечномёрзлых грунтах Существуют два принципа проектирования сооружений на вечномёрзлых грунтах. Первый принцип заключается в сохранении вечномёрзлого состояния грунтов.

Данный принцип или метод целесообразно применять в тех районах, где:

• Многолетнемёрзлый грунт имеет значительную мощность;
• Сооружения выделяют значительные количества тепла и не занимают больших площадей в плане.

Расчётно-теоретическое и конструктивное обоснование этого принципа было произведено в конце 20-х годов прошлого века. Однако по такому методу строили здания ещё раньше (Чита, Иркутск, Хабаровск). В настоящее же время этот метод является общепризнанным и универсальным, поскольку позволяет наилучшим образом использовать высокие строительные качества любых мёрзлых грунтов. По этому методу построено много промышленных сооружений и целые города (Норильск).

Сущность данного принципа заключается в том, что фундаменты здания прорезают деятельный слой и не менее метра заглубляются в слой многолетнемёрзлого грунта. С боковой поверхности (обратная засыпка) фундаменты засыпаются непучинистым грунтом, а между приподнятым над поверхностью грунта полом первого этажа (примерно на 1 м) и грунтом, в конструкции фундамента, устраиваются продухи (рис.1).

Рис.1. Расчетная схема устройства фундаментов на вечномёрзлых грунтах по первому принципу строительства

Продухи представляют собой проёмы, расположенные по периметру здания, предназначенные для пропуска холодного воздуха, выносящего тепловые потоки здания от помещений первого этажа.

В результате наблюдений за зданиями, фундаменты которых были возведены по принципу сохранения вечной мерзлоты, было установлено, что граница многолетней мерзлоты под зданиями со временем поднимается (отсутствие растительности, солнечной радиации). Это способствует ещё большей устойчивости зданий.

Расчетная схема наиболее вероятного изменения кровли вечной мерзлоты под эксплуатируемым зданием, построенном по первому принципу — сохранения мерзлоты

Стремясь как можно больше снизить влияния теплового выделения здания на мёрзлые грунты, прибегают к проектированию зданий на столбчатых и свайных фундаментах. Наиболее универсальными являются железобетонные сваи; металлические сваи применяются только при соответствующем обосновании. Для малоответственных сооружений возможно применение деревянных свай. Применение ленточных фундаментов и в виде сплошных плит допускается для малоэтажных зданий и сооружений на подсыпках из дренирующего материала (песка, гравия, щебня и т.п.).

Устойчивость фундаментов запроектированных на вечномерзлых грунтах по первому принципу строительства, в соответствии с примятыми обозначениями на схеме, определяется из условия:

где Q – нормативная сила, удерживающая фундамент от выпучивания, вследствие смерзания его боковой поверхности с многолетнемёрзлым грунтом;

N – нормативная нагрузка от веса сооружения;

τсм – касательные силы пучения — нормативная величина сил смерзания грунта к боковой поверхности фундамента, кг /см2;

q – нормативная нагрузка от веса сооружения и грунта на его уступах;

γс – коэффициент однородности и условий работы.

γ1 – коэффициент перегрузки постоянной нагрузки равный 0,9;

γ2 – коэффициент перегрузки сил пучения равный 1,1.

Расчетная схема отдельностоящих и свайных фундаментов при расчёте их на устойчивость в вечномёрзлом слое грунта

В правой части приведённого неравенства представлены силы, стремящиеся деформировать сооружение вверх, нарушая его устойчивость.

Для нейтрализации данных воздействий рекомендуется использовать специальные мероприятия по их уменьшению (создание не пучинистых обсыпок, обмазок и т.п.).  

При строительстве на засоленных грунтах следует применять фундаменты, обеспечивающие наиболее полное использование сопротивление мерзлых грунтов нормальному давлению (плитные, столбчатые и ленточные фундаменты, сваи с уширенной пятой и др.).

При буроопускном способе погружения свай скважины должны быть диаметром не менее чем на 10 см большим поперечного сечения сваи и заполняться, как правило, известково-песчаным или цементно-песчаным раствором. Под нижним концом сваи следует устраивать уплотненную подушку из щебня. Несущую способность оснований столбчатых и свайных фундаментов на засоленных многолетнемерзлых грунтах при использовании их по принципу I следует определять согласно указаниям СНиП 2.03.11. При этом расчетные значения сопротивления грунтов нормальному давлению и сдвигу по поверхности смерзания R и Raf надлежит принимать, как правило, по опытным данным.

Для сооружений III уровня ответственности, а также при привязке типовых проектов к местным условиям, значения R и Raf допускается принимать по таблицам нормативных документов. При расчетах несущей способности оснований буроопускных свай засоленность грунтового раствора и сопротивления сдвигу по поверхности сваи Raf следует принимать по засоленности и значениям Raf прилегающего природного грунта. Если несущая способность буроопускных свай определена по результатам полевых испытаний, то расчетную несущую способность таких свай следует принимать с понижающим коэффициентом, учитывающим изменение температурного состояния и степени засоленности грунтового раствора в процессе эксплуатации сооружения, устанавливаемым по опыту местного строительства или по данным специальных исследований.

Для опускных и буроопускных свай расчетные значения Raf допускается принимать при средневзвешенном значении засоленности грунтов по длине сваи. Расчет оснований и фундаментов на засоленных многолетнемерзлых грунтах по деформациям следует производить как на пластичномерзлых грунтах.

При расчетных деформациях оснований, сложенных мерзлыми засоленными грунтами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания следует предусматривать частичную или полную замену засоленных грунтов на незасоленные, дополнительное понижение температуры грунтов, прорезку засоленных слоев грунта глубокими фундаментами, устройство фундаментов на подсыпках, распределяющих нагрузки на мерзлые грунты оснований, и другие мероприятия, а в необходимых случаях осуществлять строительство с использованием засоленных многолетнемерзлых грунтов в качестве оснований по принципу II. Основания и фундаменты на засоленных многолетнемерзлых грунтах при использовании их в качестве оснований сооружений по принципу II следует проектировать в соответствии с и требованиями СП 22.13330.2011, СП 24.13330.2011 и СНиП 2.03.11.

Выводы. Подытоживая вышесказанное, отметим, что особыми экономическими и природными условиями районов многолетнемерзлых грунтов определяются специальные требования к строительству и проектированию сооружений. По данной причине разработка максимально эффективных методов строительства в специфических условиях таких регионов имеет важнейшее значение.

В районах распространения многолетнемерзлых пород с целью сохранить отрицательную температуру грунтов оснований как правило, применяют проветриваемые подполья совместно  с заглубленными сезонно-охлаждающими устройствами разных видов. Вместе с тем происходит перемораживание приро-дных путей движения грунтовых вод вместе с нарушениями установившегося режима природного состояния температурно-неустойчивых грунтов. Данные  процессы приводят не просто к нарушениям устойчивости застройки, но также к нарушениям в целом экологической безопасности территории. Также, применение в сложных мерзлотно-грунтовых условиях традиционных свайных фундаментов оказывается не всегда эффективным. Исходя из этого  возникает потребность в новом подходе к фундаментостроению на мно-голетнемерзлых грунтах, при котором используют фундаментные конструкции, что дают возможность  сокращения затрат на работы нулев-ого цикла, использования высокой несущей способности грунтов в мерзлом состоянии, сохранения природного водно-теплового баланса на застроенных территориях.

Библиографический список

1. Алексеенко, Е.С. Методика обоснования конструктивно-технологических решений по водопропускным трубам в северных условиях с учетом геокриологических особенностей: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.22.06 / Алексеенко Евгений Сергеевич. – М., 2013. – 24 с.
2. Артюшенко, И.А. Зависимость физико-механических характеристик и коэффициента безопасности грунтового массива от шага расстановки вертикальных столбов из щебня // Транспортные сооружения. – 2020. – №2. – 11 с.
3. Бубело P.B. Применение аккумуляторов холода для тепловой стабилизации мерзлых грунтов: Материалы третьей научно-практ. конф. молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство -формирование среды жизнедеятельности». Ч. 3, М.: МГСУ, 2000. -С.34-36.
4. Воздействие изменения климата на российскую Арктику: анализ и пути решения проблемы. WWF России. – Москва, 2008. – 28 с.
5. Гаврилов, И.И. Земляное полотно в сложных природных условиях БАМа // Труды XI научно-технической международной конференции «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути». – М.: МИИТ. – 2014. – С. 112-119.

Освещение городских территорий

Актуальность выбранной темы. Динамика развития большого города совместно с потреблением электрических мощностей опережают значительно темпы развития городской энергосистемы. Уличнoe ocвeщeниe гopoдских территорий  пpeднaзнaчается  для того, чтобы иcкуccтвeннo увeличить видимocть нa улицах ночью. Для  этoгo в ocнoвнoм иcпoльзуют кoнcoльныe cвeтильники, имеющие гaзopaзpядные нaтpиeвые или мeтaллoгaлoгeнные лaмпы, а также cвeтoдиoдныe cвeтильники, которые крепят нa кpoнштeйнax, cтoлбax, мaчтax, и иныx oпopax. При  нacтуплeнии тeмнoты лaмпы включаются aвтoмaтичecки или пo кoмaндe диcпeтчepов. Однако ecли paньшe ocвeтитeльныe пpибopы иcпoльзoвaли иcключитeльнo с целью увeличить видимocть, тo зa пocлeднеe время нaчaли удeлять нeмaлo внимaния тaкжe и дизaйну oбopудoвaния. C кaждым новым гoдoм уличнoe ocвeщeниe гopoдских территорий cтaнoвитcя вaжнейшей чacтью внeшнeгo видa любых нaceлeнных пунктов, выpaжaя eгo cущность, пpeдocтaвляя вoзмoжнocть максимально лучшeго вocпpиятия cтилиcтикки eгo здaний и apxитeктуpныx coopужeний. Taк, в oбиxoд вoшли такие тepмины:

• Уличнoe утилитapнoe ocвeщeниe, чья основная зaдaча - функциoнaльнoe ocвeщeниe двopoв и улиц.
• Уличнoe дeкopaтивнoe ocвeщeниe, чьей зaдaчей кроме функциoнaльнoгo ocвeщeния является также дeкopaтивнaя cocтaвляющaя, что дoбaвляет эcтeтику улицам (peтpocтиль, coвpeмeнный cтиль, уникaльныe дизaйнepcкиe peшeния).

Цель работы: исследование особенностей освещения городских территорий.

Основное изложение материала

Основной светотехнической характеристикой светильника любого назначения является тот или иной вид распределения силы света. Характер распределения силы света светильника определяется его назначением и способом использования. Светильник для освещения улиц должен быть построен с расчетом на то, чтобы он направлял и распределял возможную большую часть светового потока источника света на сравнительно узкую и длинную поверхность проезжей части улицы. Это назначение светильника для освещения улиц и дорог определяет необходимость несимметричного светораспределения.

Такой светильник характеризуется вертикальной полярной кривой, построенной в плоскости, содержащей направление 1макс. Эта кривая дает представление о положении пучка с наибольшей силой света, а также о величине частей светового потока, направляемых светильником вверх и вниз. Если азимутальный угол мал, то вид кривой позволяет судить о слепящее действие светильника.

Для характеристики действия светильника в боковых направлениях строят кривую распределения силы света на поверхность конуса, содержащий направление 1макс. Эта кривая может быть спроектирована на горизонтальную плоскость. Кривая распределения силы света в вертикальной плоскости, проходящей через направление 1макс, является основной светотехнической характеристикой светильников и служит признаком их светотехнической классификации. Отметим, что чаще всего вертикальную плоскость, в которой строят вертикальную кривую распределения силы света, проводят не через 1макс, а через линию, на которой лежать световые центры светильников.

Согласно международной классификации в зависимости от положения направлении максимальной силы света светораспределение уличных светильников подразделяют на (рис.1):

1 - ограниченный (направление 1макс лежит ниже a = 650- вы- Мога МКО)

2 - полуограниченный (направление 1макс лежит ниже a = 750)

3 - неограниченый.

Характер светораспределения первых двух типов дополнительно уточняется требованиями к распределению силы света в направлениях, лежащих ниже и выше направлении 1макс.

Рис. 1. Международная классификация светильников по светораспределению

Распределение силы света в пределах углов a = (00 - 700) определяет достижимый при применении светильника уровень средней яркости и его экономность, поэтому желательны, возможно, более высокие значения силы света. Однако при этом необходимо ограничение этих значений в зоне a = (00 - 300) с целью равномерности распределения яркости. Сила света светильника в направлениях, лежащих выше направлении 1макс, особенно для направлений a = (80 - 900) ограничивается вследствие необходимости уменьшить слепящее действие осветительной установки.

Таблица 1

Допустимые значения силы света в зоне углов α = 75 ° -90 °

* Числитель - значение для ламп типа ДРЛ, знаменатель - дляМГЛ и НЛВТ.

Характерной чертой светильников с лампами ДРИ и ДНаТ является возможность обеспечения широкого полуограниченного светораспределения с резким спадом значений силы света для направлений α> 75 °, что позволяет существенно снизить слепящее действие установки.

В некоторых случаях для оценки распределения силы света используют дополнительную характеристику, вводя понятие про пучок светильника.

Пучком называют область (телесный угол), включающий все направления, сила света в которых равна и превышает 0,9 1макс. Размеры и положение пучка в пространстве существенно определяют равномерность распределения яркости освещаемой поверхности и слепящее действие светильника. Пучок (что включает и направление 1макс), в зависимости от назначения светильника, ориентируют так, что направление 1макс лежит в пределах азимутального угла α = (65 ° -75 °).

Азимутальное положение пучка оказывает также существенное влияние на равномерность распределения яркости в поперечном направлении проезжей части. Кроме того, что светотехнические характеристики светильников устанавливают значения показателей уровня и качества освещения, то есть величину средней яркости, ее распределение по освещаемой поверхности и слепящее действие, они влияют и на экономичность установок.

Изложенное выше обнаруживает только общие черты рационального светораспределения светильников для освещения улиц. Определение точного вида кривой распределения силы света светильника возможно лишь с учетом конкретных условий его применения (высота установки, шаг, положение о освещаемой поверхности).

Задача построения рациональной (образцовой) кривой распределения силы света светильника учитывает следующие общие требования и ограничения:

значения коэффициента использования светового потока по яркости должны быть достаточно высокими;

 распределение яркости поверхности дорожного покрытия должно быть равномерным;

слепящее действие осветительной установки данными светильниками должно быть ограничено значением S £ 1,15.

Рассмотрим ход решения задачи построения кривой распределения силы света в вертикальной плоскости, проходящей через световые центры ряда светильников. При этом используем прием пересечения фотометрического тела светильников меридиональными плоскостями (рис.2 а) и в наклонных сечениях (рис.2 б).

Рис.2. Кривая распределения силы света в вертикальных и наклонных плоскостях

Вертикальную полуплоскость (рис.3) можно разделить на две зоны: I и II.

Рис.3. К определению оптимальной кривой силы света светильника

В зоне I лежат направления, составляют с вертикалью углы g = 70 + 900, в зоне II - направления, составляют углы g = 0 + 700.

Для получения высоких значений коэффициента использования по яркости должна быть большая концентрация светового потока в зоне 1, то есть создание в направлениях, лежащих в пределах g = 70 - 900, возможно больших сил света светильника.

Естественно, что в результате этого слепящее действие светильников будет расти и может достигнуть и превзойти допустимый уровень. Следовательно, определение силы света в этих направлениях представляет собой поиск таких значений, при которых достигается наибольшая величина коэффициента использования по яркости hВ и слепящее действие не превышает допустимую. Количественную сторону этих ограничений можно определить следующим путем. Подстановка значения S = 1,15 и выражения

в формулу

           (1)

получает получить выражение

   (2)

где  - уровень средней яркости дорожного покрытия.

Используя выражение (2), можно подобрать такие значения сил света в направлениях зоны (700-900), при которых слепящее действие светильников не будет превышать уровень, обусловленный величиной S = 1,15. Распределение силы света в зоне II может быть найдено из условий получения равных значений яркости дорожного покрытия вдоль линии, соединяющей проекции светильников O1O2 или любой другой линии А1А2, параллельной O1O2 и является следствием пересечения наклонной плоскости, проведенной под углом ɑо к вертикали, с плоскостью дороги (рис.4).

Рис. 4.4 - К определению сил света в зоне II Используя выражение для величины яркости поверхности дорожного покрытия в некоторой его точке

       (3)

можно составить систему уравнений, в которую войдут как искомые величины значения сил света светильников в направлении расчетной точки. В выражении (3) n - число светильников, действие которых принимается в расчет.

Например, выбрав в качестве расчетной точки 2 и учитывая действие трех светильников (рис. 3) получаем уравнение

Аналогичные уравнения могут быть составлены и для точек 1 и 3. О1 А1 А2 О2

Совместное решение этих уравнений дает возможность определить значение сил света рациональной кривой светораспределения, что обеспечивает получение одинаковых значений яркости во всех расчетных точках. В ВНДСИ выполнены расчеты значений силы света оптимальных кривых светораспределения светильников для освещения улиц и дорог.

Поскольку требования получения заданных значений яркости, равномерности ее распределения и слепящего действия нельзя удовлетворить, используя при различных соотношениях d / H какой-нибудь единый светораспределение, вводят три типичных кривых распределения силы света уличных светильников в вертикальной плоскости, соответствующие международной классификации (рис.1).

Для обеспечения равномерного распределения яркости по поверхности дорожного покрытия в продольном и поперечном направлениях световой поток светильников должен быть сконцентрирован в зоне углов a = 30 ¸ 400, направления максимальных значений силы света должны определиться величинами углов g (макс) = 55 0 - для светильников ограниченного светораспределения и g (макс) = 65 0 - полуограниченного. Как отмечалось выше, характеристикой распределения светового потока в боковых направлениях служит кривая распределения силы света, построенная на поверхности конуса, образующей которого является направление макс I.

С целью удобства представления эту кривую дают в проекции на горизонтальную плоскость называют кривой светораспределения в горизонтальной плоскости. Как и характеристики светораспределения в вертикальной плоскости, эти кривые типизированные в соответствии с запланированным способа использования светильника.

В отечественной практике установлены четыре типа светораспределения в горизонтальной плоскости, которые схематично представлены в таблице 2.

Таблица 2

Классификация светильников утилитарного наружного освещения по светораспределению в горизонтальной плоскости

Ц - несимметричное осевое - светильники для освещения улиц и дорог, устанавливаемые на оси улиц и полос движения; Б - несимметричное боковое - светильники для освещения улиц, площадей и дорог, устанавливаются на краю проезжей части; КС - симметричное - светильники для освещения площадей и улиц низших категорий П - несимметричное четырехстороннее - для светильников, устанавливаются на перекрестках улиц и дорог.

Другими важными, светотехническими характеристиками светильника, что зависят от способа его применения, являются величины коэффициентов использования светового потока источника света по яркости и освещенности. Коэффициенты использования имеют ряд значений, каждое из которых соответствует определенной величине отношения b / Н или графику, что выражают эту зависимость, подобно представленному на рис. 5.

Рис.5.- Зависимость коэффициентов использования по освещенностью (а) и яркостью (б) от отношения b / Н для углов наклона светильников: 1-0º; 2-10º; 3-20º; 4-30º (I - в сторону тротуара, II - в сторону проезжей части)

Для светильников, установленных на консоли, или светильников с несимметричным светораспределением, даются два ряда значений или две ветви графика

Отметим, что кроме светотехнической классификации, признаки которой рассмотрены выше, уличные светильники могут быть подразделены на классы по спосо