Технология строительства автозимников

Хорошо уплотненный смерзшийся снег обладает значительной прочностью и может выдерживать движение даже очень тяжелых автомобилей. В сельской местности нередко можно встретить дороги из уплотненного снега, образовавшиеся без каких-либо специальных мер по их строительству под воздействием проходящих транспортных средств. Однако эксплуатационные качества таких дорог зачастую невысокие: поверхность неровная, с колеями, выбоинами и ухабами, а в местах, где снег уплотнен недостаточно, снежное дорожное покрытие легко разбивается колесами автомобилей. Поэтому дорожные организации проводят специальные мероприятия по уплотнению снега для создания зимних дорог с плотной и ровной поверхностью снежного покрытия.

В районах с неблагоприятными почвеннонгрунтовыми условиями, при значительной продолжительности зимнего периода и больших объемах снегопереноса строительство постоянных автомобильных дорог и содержание их обычными методами с помощью снегозащиты и снегоочистки стоит очень дорого. В этих условиях постройка временных зимних дорог (так называемых автозимников) и их содержание методом уплотнения выпадающего на них снега могут оказаться более целесообразным, чем постройка и содержание постоянных дорог.

В районах с большими объемами снегопереноса весьма важно протрассировать дорогу так, чтобы она была в наименьшей степени заносимой. Однако это не всегда возможно из-за болот и других труднопроходимых участков местности. Зимой после промерзание грунта труднопроходимые участки становятся доступными для проезда; поэтому для автозимника можно выбрать значительно менее заносимую, а зачастую и более короткую трассу, чем для постоянной дороги. В ряде случаев на автозимнике можно обойтись без искусственных сооружений или свести их число к минимуму, так как переправы по льду заменяют мосты на реках. На ряде участков трасса автозимника вообще может быть проложена по замерзшим рекам, озерам или по морскому льду.

Целесообразно выделить три основных вида автозимников:

1. автозимники, прокладываемые по мерзлому грунтовому основанию с постепенным наращиванием в течении зимы слоя уплотненного снега;

2. автозимники, прокладываемые по грунтовому основанию с возведением снежных насыпей;

3. автозимники, прокладываемые по льду рек, озер и морей.

Автозимники первого вида строят на защищенных лесом участках, где

отсутствует метелевый перенос снега. Для данного вида автозимников характерен корытообразный поперечный профиль, при котором поверхность уплотненного снежного покрытия расположена ниже высоты прилегающего снежного покрова.

Автозимники второго вида устраивают на открытых участках местности (где возможно образование снежных заносов) путем возведения незаносимых насыпей из снега, высота которых постепенно увеличивается за счет уплотнения выпадающих снежных осадков.

Автозимники третьего вида прокладываются по льду рек, озер или вдоль берегов морей как самостоятельные ледяные дороги или как переправы (последний случаи, если автозимник только пересекает реку).

Материалом для дорожной одежды автозимника являются снег и лед, от физико-механических свойств которых зависит работоспособность зимней дороги.

Автозимник приходится ежегодно возобновлять. Кроме того, он может функционировать лишь некоторую часть года, зависящую от продолжительности зимнего периода. Ограничивающими факторами для пользования автозимниками могут служить также: а) большая интенсивность движения при большой грузоподъемности обращающихся по дороге автомобилей, так как в этих условиях возможен слишком быстрый износ и разрушение снежного покрытия; б) частые зимние оттепели, при которых резко снижается прочность уплотненного снежного слоя.

В каждом частном случаецелесообразность устройства автозимников устанавливается на основе технико-экономических расчетов.

Следует иметь в виду, что устройство автозимников возможно также и на отдельных участках трассы для сокращения ее протяжения или обхода особенно заносимых или лавиноопасных участков.

Исследования показали, что одним из основных мероприятий по созданию прочного снежного покрытия является уплотнение снега.

При уплотнении снежного покрова частицы снега сближаются между собой, возрастает число контактов между ними и вместе с этим возрастает прочность.

По указанным причинам для создания прочного снежного покрытия необходимо, кроме увеличения числа контактов между снежными кристаллами, также обеспечить прочность связей и добиваться повышения механической прочности самих кристаллов. Опытами установлено, что если сначала нарушить связи между кристаллами (лил даже разрушить сами кристаллы), а затем уплотнить снег и подвергнуть его выдержке, то происходит нарастание прочности.

Если снег подвергнуть интенсивному перемешиванию, то кристаллы ломаются, их кристаллические решетки перекашиваются, а тонкие пленки воздуха, адсорбированные кристаллами, нарушаются. После прекращения перемешивания начинается срастание отдельных кристаллов между собой вследствие перескакивания атомов с одной кристаллической решетки на другую. Этот процесс носит название рекристаллизации, причем он идет значительно более активно, если кристаллы сближены между собой (т.е. снег после перемешивания уплотнен). Следует отметить, что рекристаллизация происходит также и в том случае, если снег просто подвергается воздействию уплотняющих средств без предварительного перемешивания.

Однако для значительного повышения твердости снега в результате рекристаллизации требуется сравнительно продолжительное время. Так, например, при опытах Крагельского и Шахова процесс нарастания твердости в ряде случаев продолжался в течение 20 часов.

В связи с этим в исследованиях значительное место было уделено поискам методов, которые позволили бы с одной стороны добиться повышения прочностных показателей снежной одежды, а с другой -сократить срок ее формирования. В качестве таких методов были рекомендованы: а) увеличение интенсивности измельчения и перемешивания снега путем фрезерования; б) тепловое воздействие на снег с целью создания в нем водной фазы (в виде пара и водяных пленок), которая способствовала бы более быстрому образованию прочных связей между снежными частицами; в) виброуплотнение снега, при котором снежные частицы совершают колебательные движения, смещаются одна относительно другой и, заполняя имеющиеся между ними пустоты, образуют плотную массу. При обработке снега машинами вибрационного действия уплотнение происходит значительно быстрее, чем при уплотнении катками, на большую глубину и более равномерно.

Проведенные исследования позволяют рекомендовать ряд технологических приемов для создания дорог из уплотненного снега. Целесообразность этих приемов зависит от условий, при которых производится снегоуплотнение. В.М. Ковалевский и Р.П. Лахно дают в этом соотношении следующие рекомендации.

Если строительство снежной дороги производится послойно (слоями толщиной не более 10-15 см.) и при температурах воздуха выше-10°С, можно ограничиться простым уплотнением без предварительного перемешивания снега. Тип уплотняющего механизма должен быть выбран с учетом первоначальной плотности снега. При плотности менее 0,2 г/см³ могут быть применены гладилки; при плотности от 0,2 г/см³ до 0,4 г/см³ - катки, а при большей плотности - вибраторы.

Если приходится строить снежную дорогу по уже образовавшемуся снежному покрову глубиной до 60 см и при температурах воздуха до - 15°С, то следует работать с предварительным перемешиванием снега. При малых плотностях перемешивание можно производить бороной или каким-либо другим рыхлителем, при средних плотностях (до 0,4 г/см³)- ребристым катком, во всех остальных случаях (и вообще при любых других условиях) - фрезой. Уплотнение снега после перемешивания бороной производится с помощью гладкого катка, а после перемешивания ребристым катком и фрезой - с помощью виброуплотнителя. Для большей эффективности действия ребристые катки должны иметь открытые зубья (т.е. зубья, у которых отсутствуют боковые стенки).

М.И. Кишинский указывает на целесообразность использования при большой толщине снежного покрова и температурах ниже - 15°С (а также во всех случаях, когда необходимо быстро создать прочную снежную одежду) специальных снегоуплотняющих агрегатов, сконструированных Центральным научно-исследовательским институтом механизации и энергетики лесной промышленности (ЦНИИМЭ), Северным научно-исследовательским институтом промышленности (СевНИИП) и Горьковским политехническим институтом.

Агрегат ЦДИИМЭ работает без теплового подогрева. Он смонтирован на тракторе С-100 и включает: навесную снегомешалку, представляющую собой ребристый каток диаметром 1700мм с открытыми зубьями, и прицепную гладилку-виброуплотнитель с давлением 0,2-0,4 кГ/см², возмущающей силой до 10 т и числом колебаний от 1000 до 3000 в минуту. Агрегат имеет ширину захвата 2400мм.

Агрегат СевНИИП работает на прицепе у трактора и выполняет следующие операции: рыхление и измельчение снега, тепловую обработку снежной массы, выравнивание и виброуплотнение снежной одежды. Все узлы машины - зубовая фреза, состоящая из двух секций в виде барабанов с лопатками, тепловая камера с форсунками и вентилятором, виброуплотнитель смонтированы на одной раме вместе с двигателем мощностью 150 л. с., который служит для привода в действие рабочих органов. Зубовая фреза имеет диаметр 700 мм и делает до 425 об/мин. Удельное давление виброуплотнителя 0,4 г/см² при возмущающей силе до 8т и числе колебаний от 600 до 4000 в минуту. Ширина захвата агрегата СевНИИПА - 3000мм.

Рабочий процесс агрегата ГПИ также включает тепловой обогрев снега. Он работает на прицепе к трактору и состоит из двух частей -рыхлителя-подогревателя и виброуплотнителя. Рыхлитель-подогреватель имеет зубовую фрезу диаметром 800 мм, которая делает от 150 до 500 об/мин. В измельченный и перемешанный снег, отбрасываемый фрезой, вносится тепловая энергия с помощью горячих газов, образующихся в двух тепловых камерах, снабженных форсунками и вентилятором. После тепловой обработки снег подвергается уплотнению вброуплотнителем с возмущающей силой до 4 т, числом колебаний от 2000 до 4500 в минуту и удельным давлением от 0,15 до 0,60 кг/см². Агрегат ГПИ имеет ширину захвата 2200 мм.

В тех случаях, когда зимние автомобильные дороги прокладываются по открытой, не защищенной лесом местности, необходимо во избежание образования снежных заносов на дорожном полотне при метелях их строить в небольшой насыпи из снега. Чтобы обеспечить незаносимость дороги из уплотненного снега, насыпь должна быть несколько выше прилегающего снежного покрова. Однако учитывая сезонный характер таких дорог, а также возможность при необходимости поднять их уровень, если он окажется недостаточным, не следует сразу делать превышение слишком значительным, так как это существенно увеличивает объем работ и стоимости дорог. Поэтому участки снежных дорог, проходящие по открытым местам, следует прокладывать с превышением над уровнем прилегающего снежного покрова на 15 20 см. ширина дорожного полотна снежной дороги чаще всего 6-8 м; во всяком случае она не рекомендуется более 10,0 м. Если по каким-либо причинам нельзя проложить дорогу на открытых участках в насыпи, то откосам уплотненной полосы следует придавать уклон 1:6.

Поверхность снежной дороги должна быть ровной, без ухабов, выбоин и колей. К физико-механическим показателям дорожной одежды из уплотненного снега предъявляются следующие требования: плотность снега должна быть не менее 0,5 г/см³; твердость не менее 10-12 кг/см². Чаще всего твердость снега в полевых условиях определяют с помощью твердомера-зонда ДорНИИ. Он представляет собой металлический стержень с заостренным концом и двумя закрепленными на нем шайбами (упорной и фиксирующей), между которыми может свободно перемещаться гиря. Поднимают гирю до фиксирующей шайбы, затем отпускают ее и она, падая, ударяет по упорной шайбе, в результате чего происходит погружение заостренного конца твердомера в снег. По количеству ударов, необходимых для полного погружения конца твердомера в снег (т.е. до тех пор, пока упорная шайба не коснется поверхности снежного покрова).

В весенний период снежная дорожная одежда под действием положительных температур воздуха и солнечной радиации размягчается, прочность ее падает, и дорога становится непроезжей для автомобилей. Если толщина уплотненного снежного слоя значительна, то удаление его представляет существенные трудности. Поэтому рекомендуется строить дорогу из уплотненного снега вне пределов существующей дороги.

Если зимник прокладывается по данному направлению впервые, то необходимо провести хотя бы простейшие изыскания, чтобы определить кратчайшее направление дороги; проложить ее по наименее заносимой трассе; свести к минимуму работы по выравниванию полосы под дорогу; в максимальной степени избежать трудные для строительства и эксплуатации места: переходы через незамерзающие водотоки, крутые спуски и подъемы, незамерзающие болота и т.д.

С осени должны быть проведены следующие подготовительные работы:

а) восстановление трассы с установкой по оси будущей дороги вех на расстоянии 200 - 300 м одна от другой;

б) рубка леса и кустарника с корчевкой пней, находящихся в пределах проезжей части дороги;

в) выравнивание полосы под дорогу с засыпкой ям, срезанием кочек, уборкой посторонних предметов и т.д.

г) постройка простейших искусственных сооружений через незамерзающие водотоки.

На замерзающих болотах и водотоках измеряют глубину промерзания и толщину ледяного покрова.

К снегоуплотнению приступают, когда толщина снежного покрова достигнет 10-15 см. Если автозимник устраивают постепенным наращиванием снежного слоя, работа сводится к систематическому выравниванию снежного покрова на проезжей части и его уплотнению. Выравнивание и планировка производятся бульдозером или автогрейдером, которые в определенной мере оказывают и уплотняющее действие. Для дополнительного уплотнения можно применять гладилки-волокуши, пневматические катки или виброуплотняющие машины, в соответствии с указанными выше условиями выбора этих машин, делает непрерывные проходы по участку до тех пор, пока снежная одежда не достигнет необходимых физико-механических показателей. В дальнейшем задача сводится к поддержанию дороги в ровном (без ухабов, выбоин и колей) обтекаемом состоянии и к уплотнению дополнительного слоя снега, выпадающего при снегопадах. Обычно для этого достаточно 1-2 проходов отряда.

На заносимых участках создают снежные насыпи. Чтобы уменьшить объем работ по устройству насыпи, желательно накопить снег на месте ее возведения. Для этого с обеих сторон заносимых участков устраивают снежные валы высотой 50-60 см. Пространство между валами быстро заносится снегом во время метели.

Если высота образованной таким способом снежной насыпи недостаточна, то дополнительное количество снега подают в насыпь с помощью бульдозеров. Опыт возведения снежных насыпей имеют дороги Крайнего Севера Тюменской области. При перемешивании бульдозером плотность снега существенно повышается, достигая 0,45 - 0,47 г/см³. Обычно бульдозером выполняют также и первичную планировку насыпи. Для создания снежной дорожной одежды рекомендуется произвести рыхление поверхности насыпи и затем повторную планировку и уплотнение. Для ускорения формирования снежную одежду поливают водой; наилучший эффект дает применение горячей воды (температура около 50 °С). Расход воды устанавливается опытным путем на месте в зависимости от температуры воздуха и состояния снега. Вода должна разливаться в таком количестве, чтобы создать прочный снежный монолит, но не вызывать обледенения поверхности, приводящего к скользкости.

При применении специальных снегоуплотняющих машин СевНИИП и Горькоского политехнического института полив снега водой не требуется, так как они работают с подогревом, что обусловливает появление водной фазы в снеге.

Строительство искусственных сооружений на автозимниках выполняется совместно с работами по возведению снежных насыпей и снегоуплотнению. Перекрытие небольших промерзаемых водотоков производится путем возведения снежной насыпи. Иногда для упрочения насыпи в снег закладывают жердевой накат.

На непромерзающих водотоках устраивают простейшие деревянные мосты на козлах или на рамных опорах. Козлы устанавливают на расстоянии 3-3,5 м один от другого. Высота рамных опор может доходить до 10 м.

На больших замерзаемых водотоках устраивают ледяные переправы. Грузоподъемность ледяной переправы можно определить по приближенной формуле М.М. Корунова

Н=α√Q,cм (12.1)

где Н - толщина льда, см;

α- опытный коэффициент, равный для колесных грузов 9, а для гусеничных- 11;

Q - величина нагрузки, которую должна пропускать переправа, т.

При недостаточной грузоподъемности ледяной переправы принимают меры по ускорению промерзанию реки путем расчистки выпавшего на лед снега или усиливают переправу методом искусственного намораживания льда с подачей воды насосами из прорубей. Укладывают также елани с последующей поливкой их водой, устраивают поверх льда деревянный настил, насыпают колотый лед с последующей поливкой водой, устраивают снежно-ледяные насыпи и пр.

Конечным этапом строительства автозимников являются отделочные работы. Они заключаются в тщательном профилировании полотна дороги и расстановке временных дорожных знаков. Профилирование может осуществляться автогрейдерами различных типов. При профилировании дорог, построенных с поливом водой, необходимо применять средние и тяжелые автогрейдеры.

После окончания строительства автозимника следует регулярно проводить работы по его содержанию. Это обеспечивает нормальную, бесперебойную и производительную работу транспортных средств.

13. ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ