Снеголедовые дороги Российской Федерации



Транспортная инфраструктура является ключевой составляющей социально-экономического развития любого государства, поскольку произведённые товары необходимо доставить потребителю, а также перевезти самих потребителей в нужные им пункты назначения. Территория России на 65 % состоит из районов с вечной мерзлотой. Автозимники и ледовые переправы — это главные пути Северных районов, а в некоторых случаях даже единственные. В статье особое внимание уделено проектированию и содержанию снеголедовых дорог. Данная статья будет полезна инженерам в сфере добычи полезных ископаемых, так как по зимним дорогам в основном перевозят грузы и добытое сырье. Также статья будет полезна инженерам дорожного хозяйства, так как из-за отсутствия развитой дорожной сети в северных районах, необходимо связать центральную и сереную части доступными способами.

Ключевые слова: строительство дорог, технология строительства, автозимник, ледовая переправа, грузонапряженность, требуемая толщина льда, дорожная одежда.

Во многих регионах северных территорий и за Полярным кругом Российской Федерации, с устойчивыми низкими температурами, а также, ограниченным движением автотранспорта, строительство зимних дорог — это единственный способ организации сообщения между населенными пунктами. К зимним дорогам относятся автозимники и ледовые переправы — это сезонные автомобильные дороги, состоящие из конструктивных элементов, предназначенных для движения транспортных средств, с покрытием проезжей части изо льда, уплотненного снега и льда или проложенная по замерзшему льду рек и озер. Общая протяженность автозимников в Российской Федерации на 01.01.2019 г. составила 21976 км, ледовых переправ — 535 км.

Основное преимущество зимних дорог — это их низкая стоимость. По сравнению с автомобильными дорогами, имеющими твердое покрытие, строительство зимников стоит в 4–10 раз дешевле. На сегодняшний день для устройства зимних автомобильных дорог и ледовых переправ используется ГОСТ Р 58948–2020. Основными показателями для определения параметров автозимников и ледовых переправ являются грузонапряженность и расчетная интенсивность движения. Категория объекта определяется по таблице 1 и таблице 2.

Таблица 1

Классификация автозимников по категориям

Категория автозимника	Грузонапряженность, т нетто в год	Интенсивность движения, авт/сут
Iз	100000	свыше 500
IIз	от 50000 до 100000	от 150 до 500
IIIз	до 50000	до 150

Таблица 2

Классификация ледовых переправ по категориям

Категория ледовой переправы	Интенсивность движения, авт/сут	Количество полос движения
Iл	свыше 150	2 и более
IIл	до 150	1

Основными задачами устройства и содержания автозимников и ледовых переправ, в районах, где отсутствуют автомобильные дороги общего пользования, является обеспечение безопасного передвижения легкового, грузового и пассажирского автомобильного транспорта с заданными нагрузками и скоростями движения.

Устройство зимних дорог делится на два этапа летний и зимний. На первом этапе выполняются подготовительные работы: очистка территории от растительности (пни, сухие леса, бревна), разметка предлагаемого участка дороги, выравнивание почвы, подготовка дорожных знаков. На втором уже непосредственно само возведение автозимника.

Автозимники бывают трех видов. Первый вид это прокладываемые по мерзлому грунтовому основанию с постепенным наращиванием слоя уплотненного снега. Такие дороги прокладывают на участках, защищенных от ветра лесопосадкой. Для данного вида используется корытообразный поперечный профиль, при котором уровень уплотненного снега находится ниже снежного покрова, рисунок 1.

Рис. 1. Поперечные профили автозимников с корытообразным поперечным профилем: 1 — снежный покров; 2 — уплотненный снег на обочинах; 3 — уплотненный или оледененный снег на проезжей части; 4 — выравнивающий слой из гравия, щебня или песка; 5 — спланированное основание

Ко второму типу относятся автозимники, прокладываемые на грунтовом основании по открытому участку местности. Высота таких зимних дорог увеличивается с уплотнением выпавших осадков на не заносимую насыпь. В таком случае необходимо обеспечить снегонезаносимость полотна. Для этого возводят небольшую насыпь, однако учитывая временный характер эксплуатации, не стоит значительно поднимать высоту насыпи. Это может привести к существенному увеличению объемов работ и стоимости дороги. Третьим типом являются автозимники, проходящие по льду рек, морей и озер.

Работоспособность зимних дорог зависит от физико-механических свойств дорожной одежды, которая состоит из льда и снега. Так как зимники являются временными сооружениями, срок службы которых напрямую зависит от продолжительности холодного периода, каждый год их приходиться возобновлять. Ограничениями для использования автозимников могут служить как повышение температурного режима, так и увеличение интенсивности движения. Рост грузоподъемности тоже имеет сильное влияние на срок эксплуатации. Увеличенные нагрузки способствуют износу и разрушению покрытия. В любом случае устройство снеголедовых дорог определяется на основе индивидуальных технико-экономических расчетов.

Многолетними исследованиями доказано, что основным мероприятием по созданию прочного покрытия является качественное уплотнение снега. Прочность возрастает при большом контакте между частицами снега, которое достигается его уплотнением. Нарастание прочности возникает при разрушении самих кристаллов, путем их перемешивания и подвергнутых в последствии выдержке. Данный процесс называется рекристаллизацией.

Поверхность проезжей части должна быть ровной, без выбоин и колеи. Для этого к уплотненному снегу предъявляют такие требования:

1. плотность не менее 0,5 г/см ³ ;
2. твердость не менее 10–12 кг/см ² .

Если автозимник прокладывается по новому направлению, то необходимо провести изыскания для проложения трассы по короткому снегонезаносимому пути. Также это необходимо для минимизации объемов работ по выравниванию и выявления трудных участков, например незамерзающих поверхностных водных объектов.

В осенний период следует провести следующие подготовительные работы:

1. восстановление трассы с установкой вех по оси на расстоянии 200–300 м друг от друга;
2. рубка леса с корчевкой пней и расчисткой полосы отвода от кустарников и посторонних предметов;
3. выравнивание полосы (срезка кочек и засыпка ям);
4. возведение малых искусственных сооружений через незамерзающие водные объекты.

Если на пути имеются замерзающие болота, на них в обязательном порядке измеряют толщину ледяной корки и глубину промерзания самого болота.

К уплотнению снежного покрова приступают, когда его толщина составляет 10–15 см. При постепенном наращивании насыпи поверхность стоит систематически выравнивают и планируют с помощью бульдозера или автогрейдера. Независимо от выбранной машины, при работе она будет оказывать еще уплотняющее действие. Чтобы дополнительно уплотнить автозимник используются пневмоколесные или виброуплотняющие катки. После достижение физико-механических показателей остается только поддерживать ровность покрытия и в случае увеличения выпавших осадков на поверхность уплотнять их до нормативных показателей.

Покрытие изо льда создается путем полива уплотненного снега водой с помощью поливочной машины. Уплотненный снег сокращает потребность в воде на 15–20 %. Наряду с этим снежные слои не должны быть большими, их невозможно полностью пролить водой. Из-за чего останутся снежные слои, которые приведут к сколам ледяной поверхности. Оптимальной температурой для полива является от -5 до -20°С. При других температурах снижаются условия льдообразования. Более высокая температура замедляет процесс замерзания воды, а более низкая снижает работоспособность поливочной техники.

Сам полив производят по определенной схеме. Первым проходом розлив воды осуществляют на ширину 2,5–3 м, последующими на всю ширину проезжей части.

Для устройства покрытия из уплотненного снега, нужно выждать, когда толщина выпавших осадков достигнет 10–25 см. Только при такой толщине начинают уплотнять снег пневмокатками или виброплитами. При работе катками необходимо выполнить 2–4 прохода по следу с перерывами на 2–4 часа при температуре воздуха ниже минус 20 и 4–6 часов при температуре от 0 до минус 20. Снег толщиной более 25 см сначала перемешивают ребристыми катками и только потом приступают к уплотнению. Если начать уплотнение без предварительного перемешивания, то на таком покрытии рано начнут образовываться дефекты. Особенно быстро изъяны прогрессируют в период оттепелей.

Содержание сухопутных зимников заключается в выполнении следующих работ:

1. устранение дефектов снежного и ледяного полотна, образовавшихся во время эксплуатации;
2. по борьбе со снежными заносами;
3. по борьбе с наледями и лавинными сходами;
4. поддержка в исправном состоянии технических средств организации движения;
5. по увеличению эксплуатационных сроков автозиников.

К эксплуатационным свойствам ледовой переправы предъявляют более высокие требования. Также в подготовительные период выполняются более объемные работы, а именно:

1. выбор места устройства переправы. Он должен быть проложен по кротчайшему пути с отсутствием теплых течений, ослабляющих лед;
2. земляные работы по устройству подходов к ледовой переправе с минимальными объемами;
3. очистка поймы водных объектов от крупных камней, препятствующих движению с последующей засыпкой оставшихся углублений.

Само строительство начинают при естественной толщине льда не менее 30 см, по береговым створам устанавливаются ориентирующие вехи. Проводится контрольное измерение геородаром с бурением заверочных лунок.

Ледовая переправа устраивается методом послойного намораживания льда в следующем порядке. Сперва поверхность льда очищается от выпавших снежных осадков. Далее по льду бурятся лунки, для намораживания толщены льда используется вода из водоема. Выливается она на поверхность через шланг, вставленный в лунки. После бурения лунок, устраивают снежные валики. Следующий этап — устройство каркаса для усиления ледовой поверхности, если в этом есть необходимость. Следом происходит непосредственно наращивание ледовой толщи. В самом конце устанавливают опознавательные знаки организации движения и устройство сопряжения с берегами. Поперечный профиль ледовой переправы изображен на рисунке 2. Готовый план представлен на рисунке 3.

Рис. 2. Послойное намораживание ледяного покрова на ледовой переправе: а — намороженные слои ледовой переправы ограждены рейками

Рис. 3. План ледовой переправы: 1 — площадка стоянки и разворота автомобилей; 2 — участок ледового сопряжения с берегом; 3 — ледовое покрытие переправы

Главный показатель для разрешения, введения ограничений или запрета эксплуатации ледовой переправы это толщина льда на проезжей части. В процессе использования переправы данный показатель измеряют регулярно георадиолокационным способом измерения. Требуемую толщину льда определяют по специальной методике расчета, приведенной в приложении В ГОСТ Р 58948–2020 «Дороги автомобильные зимние и ледовые переправы. Технические требования».

Ледовую переправу можно усилить несколькими методами. Первый метод самый экономичный, заключается в естественном намораживании толщины льда снизу, такой эффект достигается после расчистки снега с ледовой поверхности. Следующий метод описан выше это метод намораживания ледяной толщи сверху. Третий метод — усиление настилом или геосинтетикой. Он не является экологичным, но показывает высоки показатели по прочности. Четвертый метод самый эффективный по усилению, его суть заключается в комбинировании трех предыдущих методов. Усиление ледового покрова устраивают небольшой протяженности на отдельных участках, склонных разрушению.

Выбор метода усиления ледовой переправы в каждом случае подбирается индивидуально. Все зависит от климатических условий, режима реки, наличия материалов и механизмов для проведения работ, интенсивности и состава транспортного потока, а также толщены и состояния ледяного покрова.

Содержание ледовых переправ включает следующие работы:

1. устранение деформаций ледового полотна;
2. регулярные промеры толщены льда, для оценки несущей способности в соответствии с нормативными документами;
3. осуществление контроля весовых нагрузок транспортных средств;
4. ежедневный мониторинг погодных условий;
5. содержание элементов обустройства и очистка проезжей части.

С наступлением теплого периода, при появлении серьезных разрушение или уменьшении ледовой толщи до отметки ниже допустимой, движение по зимней дороге прекращается.

Ежегодно, на замерзших водоемах гибнут люди, причиной становится несоблюдение правил безопасности. Во избежание несчастных случаев, при движении по ледовой переправе не выезжайте за ее пределы. Также во время проезда по ледовой переправе запрещены остановка, неравномерное движение, развороты и обгоны. Заезжайте на переправу медленно без толчков. Соблюдайте необходимую дистанцию. И никогда не пользуйтесь несанкционированной или закрытой переправой, это может быть опасно для жизни.

Литература:

1. ГОСТ Р 58948–2020. Дороги автомобильные общего пользования. Дороги автомобильные зимние и ледовые переправы. Технические правила устройства и содержания: национальный стандарт Российской Федерации: дата введения 2020–11–01 /
2. Песчанский И. С. Ледоведение и ледотехника / И. С. Песчанский. -Л.: Изд-во Морской транспорт, 1963. 321 с.
3. Способ возведения ледяной переправы: пат. 487202 СССР: М. Кл. Е 01 H 4/00 / В. Б. Прокопенко; Брянский технологический институт.
4. Порожняков B. C. Ледяные переправы / B. C. Порожняков. М.: НТИ Министерства автомобильного транспорта и шоссейных дорог РСФСР, 1963.-87 с.
5. Классификация способов увеличения несущей способности ледовых автозимников / О. В. Якименко, Е. А. Вагнер // Межвузовский сборник трудов молодых» учёных, аспирантов и студентов. / Си-6АДИ. Омск, 2010. — С. 237–241.
6. Шумский П. А. Основы структурного ледоведения / П. А. Шумский. М.: Изд-во АН СССР, 1955.-275 с.
7. Бычковский Н. Н. Ледовые строительные площадки, дороги и переправы / Н. Н. Бычковский, Ю. А. Гурьянов.