Строительство и архитектура/ 3. Современные технологии строительства,

реконструкции и реставрации

Қасымов А.Е¹ , Телтаев Б.Б²

¹Восточно - Казахстанский Государственный технический университет

им. Д. Серикбаева, г. Усть-Каменогорск

²“КАЗДОРНИИ” Казахстанский дорожный научно-исследовательский институт, г. Алматы

О НЕОБХОДИМОСТИ глубокой оценки влияния природно-климатических условий на прочность и устойчивость ПОЛОТНА автомобильных дорог ВОСТОЧНОГО КАЗАХСТАНА

Анализ эксплуатации существующих дорог Восточного Казахстана свидетельствует о наличии специфических особенностей их водно-теплового режима, обусловливающих развитие таких негативных процессов, как пучинообразование, неровности покрытия, что отражается в сокращении срока службы, как дорог, так и автотранспорта, и наносит существенный экономический ущерб региону.

Особенностью климата Восточно-Казахстанской области является большая пестрота и контрастность распределения климатических характеристик по территории, обусловленная высотой, экспозицией склонов и различными формами рельефа. Концентрация физико-географических условий в одном месте, да еще и резко-континентальный климат выделяют область из общей картины картирования Республики Казахстан и требуют отдельного исследования природно-климатических зон не только области, но и отдельных её участков, по которым проходят автомобильные дороги.

Климат области резко-континентальный с большими суточными и годовыми амплитудами температуры воздуха. Зима суровая, холодная. Лето сравнительно продолжительное, жаркое, в Зайсанской котловине - сухое.

Средняя январская температура воздуха колеблется по области от -13º до -23º, а в горных районах до -28ºС, причем в зимний период наблюдается температурная инверсия – повышение температуры с высотой. Абсолютный минимум температуры воздуха области зафиксирован -54º мороза на севере и до -44º мороза на юге.

Уточнения границ дорожно-климатического районирования территории Восточного Казахстана проводились по многим стандартным средним климатическим характеристикам, что в условиях резкопульсационного характера климата является недостаточным, а то, что районирование Восточного Казахстана часто входило в исследовательские программы районирования центральных и южных районов Казахстана и по рекомендациям для этих районов делалось климатическое деление Восточного Казахстана – вообще недопустимо.

Для дорог Восточного Казахстана характерно смешение и в равной степени широкое распространение всех типов почв, с преобладанием горных.

Существующие расчетные методы промерзания-оттаивания грунтов основываются на том, что амплитуда колебаний температур грунта с глубиной уменьшается. На изучаемой территории амплитуда колебаний температуры почвы по среднегодовым характеристикам превышает амплитуду воздуха, а на некоторых глубинах – более чем в два раза.

Низкое эксплуатационное состояние автомобильных дорог объясняется недостаточным учетом специфики природно-климатических условий, в частности, не проводятся мероприятия по стабилизации водно-теплового режима существующего земляного полотна.

Визуальное обследование дорог Восточного Казахстана показало, что протяженность пучинистых участков составляет более 8 %. Ухудшение транспортно-эксплутационного их качества связано с тем, что количество неровностей достигает 4 - 5 метров на километр при допустимой 1 метр, что приводит к большим хозяйственным потерям в период весеннего избыточного переувлажнения грунтов.

Пучению способствуют наличие пучинистых грунтов в местах прокладки автомобильных дорог, а сооружение земляного плотна и его эксплуатация способствует существенному изменению гидрологического режима территории, прилегающей к трассе. Строительство 1 км современной дороги требует примерно 10 га площади, разработки глубоких выемок и крупных карьеров, корчевки большого числа деревьев /1/. Нарушение условий поверхностного стока приводит к подтоплению, подпруживанию озер, усилению заболачивания в ряде придорожных комплексов, примыкающих к трассе.

Изменение мерзлотно-грунтовых условий в придорожной полосе в значительной мере вызывают неравномерность просадки в полотне.

В зоне автомобильных дорог Восточного Казахстана есть места, где грунты протаивают не только под дорожным полотном, но и на расстоянии 100 м от него, что приводит к формированию вдоль земляного полотна автомобильных дорог узких, тянущихся на сотни метров, водоемов, наличие которых увеличивает темп протаивания мерзлых пород.

Это может привести к перегрузкам и заилению водопропускных сооружений полотна дорог и формированию наледей /2/. Появление и развитие новых для данного района гидротермических процессов может ухудшать и удорожать строительство.

Все эти замечания и ряд других приводят к выводу о том, что для рассматриваемой территории с учетом ее географического положения, геологического строения, почвенных и климатических условий необходимо более подробное дорожно-климатическое районирование, чем простое разделение на общие зоны, являющееся итогом исследования центральных, более теплых районов. Отмеченные факты наглядно свидетельствуют о недостаточной надежности существующих норм СНиП /3/ для дорог Юго-Востока Казахстана. Это обстоятельство выдвигает необходимость проведения региональных исследований с целью выяснения особенностей водно-теплового режима земляного полотна для их учета при проектировании устойчивых дорожных конструкций. Необходимо деление на подзоны и районы на основе глубокой оценки влияния природно-климатических условий на прочность и устойчивость автомобильных дорог.

На современном этапе экономического развития Восточного Казахстана происходит, и в ближайшее будущее будет происходить, рост интенсивности движения, рост скоростей автомобилей и нагрузок, поэтому и требования к прочности дорог неуклонно будут возрастать.

Для того, чтобы с наименьшими затратами обеспечить максимально благоприятные условия движения транспортных потоков и содержание дороги следует учитывать тренд температуры воздуха и почв.

Рисунок 1. Предлагаемые природно-климатические зоны Восточного Казахстана: I - Высокогорная; II - Горно-лесная; III - Горная-лесостепная; IV - Горно-степная; V - Пустынно-степная; VI - Пустынная

Изучение динамики климатических и природных объектов Восточного Казахстана проводилось по данным стационарных метеорологических станций и данным передвижных исследовательских постов.

Изучались климатические, гидрологические и почвенные характеристики. Методы исследований включали наблюдения за температурой воздуха, поверхности почвы и почвы по глубинам, количеству и интенсивности осадков в теплые месяцы и еженедельные наблюдения в холодное время года по тем же характеристикам, включая измерения глубины промерзания и высоты снежного покрова.

По результатам многочисленных исследований нами предложена карта климатического районирования территории Восточного Казахстана с разбивкой на соответствующие зоны (рисунок 1) /4/:

1-я зона – высокогорная, преимущественно луговая; 2-я зона – горно-лесная, таежная, избыточно-влажная; 3-я зона – горная лесостепная, очень влажная на севере и умеренно влажная на юге; 4-я зона – горно-степная, теплая; 5-я зона – пустынно-степная, засушливая; 6-я зона – пустынная, сухая

Выводы

1. Анализ эксплуатации существующих дорог Восточного Казахстана свидетельствует о недоучете региональных природно-климатических условий при проектировании и строительстве.

2. При проектировании автомобильных дорог на территории Восточного Казахстана следует учитывать более подробное деление его территории на природно-климатические зоны.

литература

1. Водно-тепловой режим земляного полотна и дорожных одежд/ Н. Я. Пузаков, И. А. Золотарь, В. М. Сиденко и др. М.: Транспорт, 1971. 418 с.

2. Васильев А.П. Проектирование дорог с учетом влияния климата на условия движения. М.: Транспорт, 1986. 248 с.

3. Морина О. М. Оценка устойчивости земляного полотна в зависимости от природно-климатических факторов //Дальний Восток: автомобильные дороги и безопасность движении: Межвузовский ежегодный сборник научных трудов. Хабаровск, 2004. С. 74-78.

4. Касымов А.Е. Картирование территории Восточного Казахстана по природно-климатическим зонам для исследования водно-теплового режима земляного полотна автомобильных дорог//Материалы II международной научно-методической конференции “Инновационные технологии в образовании и науке”. Зыряновский центр ВКГТУ. Зыряновск, 2007г.