Строительство снеговых и снежно-ледяных дорог

В связи с большой продолжительностью зимнего сезона в районах Севера, Сибири, Дальнего Востока во многих случаях в качестве временных дорог наиболее экономично устраивать автозимники с использованием снега и льда как основного материала для их сооружения.

В последние годы разработаны методы продления срока службы подобных автозимников на часть или весь период с положительными температурами воздуха.

Для эксплуатации только в зимний период автозимники могут устраиваться следующими способами:

• расчистка снега, при которой проезжая часть оказывается как бы в неглубокой выемке (рис. 3.20);

• уплотнение снега и создание невысокой снежной насыпи (рис. 3.21).

Способ расчистки широко применяется при подготовке дорог по ледовым покровам рек и озер, а также по поверхности замерзших некочковатых болот. Кроме того, его целесообразно применять при устройстве автозимников по целине с ровным микрорельефом. В остальных случаях обычно прибегают к способу снегоуплотнения.

Постройка автозимников способом расчистки снега производится факторными снегоочистителями с открылками, роторными снегоочистителями, автофейдерами и бульдозерами. При этом во избежание быстрого заноса снежной выемки образовавшиеся снежные валы должны разбрасываться или же должны уполаживаться их откосы. Сохраненный на проезжей части слой снега должен быть уплотнен катками на пневмоходу, а при их отсутствии — тяжелыми тракторными угольниками. Для получения большей ровности покрытия и поддержания высокого темпа строительства рекомендуется следующая последовательность работ:

• грубая расчистка полосы одним — тремя бульдозерами с последующим отодвиганием снежных валов в стороны;

• планировка проезжей части автогрейдером;

• уплотнение покрытия прицепным катком на пневмоходу.

Отряд машин указанного состава может подготовить за 1 ч 0,20...0,25 км автозимника под двухпутный проезд.

В последние годы созданы опытные образцы снегоуплотняющих машин (СУМ-280 и др.), устраивающих снеговое покрытие автозимника под однопутный проезд за один проход. Машины этого типа производят сразу рыхление снега, его подогрев, перемешивание и уплотнение. Буксируемая тягачом машина СУМ-280 обеспечивает устройство автозимника с однослойным снежно-ледяным покрытием плотностью 0,67...0,70 г/см2 (производительность — 2,0 км/ч).

Постройка зимних дорог способом уплотнения снега начинается с нагребания слоя (толщиной 0,3...0,4 м) снега на полотно дороги с помощью бульдозеров, автогрейдеров, снегоочистителей. В дальнейшем снег взрыхляется, перемешивается и уплотняется как на проезжей части, так и на обочинах. Для повышения прочности снежной насыпи и обеспечения более длительного срока службы проезжей части может приготавливаться снегобетон путем введения воды в процессе перемешивания и уплотнения снега в количестве 1/4 от объема снега. При этом способе работ применение машин типа СУМ-280 также очень эффективно. По опытным данным часовая производительность СУМ-280 при постройке снежно-ледяной насыпи высотой 1,0 м и шириной 4,5...5,0 м достигает 30 м.

По продолжительности эксплуатации в теплое время года различают две разновидности таких дорог (рис. 3.22):

• временные, имеющие продленный срок службы на часть весенне-летнего периода;

• постоянные на промороженных основаниях.

Толщина покрытия изоляции hсн и теплоизоляционного полотна hиз определяется теплотехническим расчетом с учетом климатических параметров, материала покрытия, интенсивности движения и продолжительности эксплуатации дороги в теплый период. Величина hиз может изменяться в пределах 0,25...1,00 м, a hиз — 0,6...1,4 м.

Постройка дорог на промороженных основаниях состоит из следующих работ:

• восстановление трассы;

• подготовительные работы;

• устройство покрытия-изоляции;

• сооружение земляного полотна (только для дорог постоянного типа).

При заблаговременной подготовке дорог работы планируются в два этапа. На первом этапе (в осенне-зимний период) выполняют подготовительные работы, на втором (в предвесенний период) — устраивают покрытие-теплоизоляцию и земляное полотно.

Подготовительные работы проводятся в самом начале зимы и заключаются в проминке поверхности болота гусеничными машинами. Достигаемое при этом уплотнение рыхлого снега и мохового очеса ускоряет дальнейшее промерзание болота. Как только несущая способность промерзшего слоя болота позволит пропускать по нему бульдозеры, производят периодическую очистку промораживаемой полосы болота от снега. Для защиты ее от снежных заносов, уменьшения числа расчисток и накопления снега для устройства в последующем теплоизоляционного покрытия на расстоянии 30...40 м от оси промораживаемой полосы проходами машин по снегу и снятием мохорастительного слоя с укладкой его в валики устраивают снегозадерживающие траншеи. После промерзания болота на нужную глубину методом двухсторонней поперечной надвижки мохового очеса со снегом создается теплоизоляционное покрытие с уплотнением слоев толщиной 0,5...0,6 м пневмокатками.

Отсыпка земляного полотна из дренирующих либо местных глинистых грунтов производится так, как это было описано ранее.

Как показало опытное строительство, построенные таким способом дороги имеют следующие сроки службы:

• дороги постоянного типа — за года (до полного погружения земляного полотна в оттаявшее болото);

• дороги временного типа — один теплый сезон после постройки и зимней эксплуатации.

При большом объеме перевозок и недостаточном количестве автотранспорта могут усфаиваться снежно-ледяные дороги, имеющие малый коэффициент сопротивления движению. По ним один трактор типа T-100 может вести в равнинной местности санный поезд массой до 300 т. Зимние дороги со сроком действия 5,0...5,5 мес в году дешевле постоянных дорог; их можно в течение трех—пяти лет восстанавливать на одной и той же трассе. Различают автозимники I категории с грузооборотом 50 тыс. т и более и II категории с грузооборотом до 50 тыс. т в сезон.

Толщина промерзания слоя на болоте, при которой допускается проезд транспорта, определяется по формуле

где k — коэффициент промерзания (для гусеничных машин k = 9); для колесных машин k = 11; Q — масса механизма в рабочем состоянии, т; а — коэффициент, равный для болот с травяной растительностью 2, для остальных видов болот — 1,6; в — поправка, вводимая при температуре воздуха -5°С (р = 2...3 см).

В начале зимы следует принимать меры по ускорению промерзания болот. Очистка болот от снега в 2 раза, а мохорастительного слоя — в 1,5 раза сокращает срок промерзания. Для ускорения промерзания предварительно проминают трассу легкими и средними гусеничными тракторами с уширенными траками. Работу проводят при низких температурах за два-три прохода трактора со скоростью не более 2,5 км/ч. Через 2,0...2,5 сут примятую полосу выравнивают. До этого времени движение по трассе запрещается.

Наиболее существенной проблемой при эксплуатации автозимников является недостаточное сцепление снежных, снежно-ледяных и ледяных покрытий с колесами транспортных средств. Кроме того, непосредственный контакт шин с верхним слоем покрытия автозимника приводит к его истиранию и разрушению, а невысокие показатели реологических свойств снега и снегольда обусловливают быстрое образование колейности.

Для повышения сцепных качеств снежных и ледяных покрытий эффективным средством является устройство фрикционного слоя. Применение фрикционных слоев для ликвидации скользкости позволяет существенно увеличить коэффициент сцепления колеса и не допускает непосредственного контакта шины с покрытием. В этом случае уменьшается истирание, повышаются скорость и безопасность движения, снижается себестоимость грузоперевозок.

Опыт зимнего содержания автодорог показывает, что основным недостатком фрикционного метода борьбы с зимней скользкостью является слабое закрепление каменного материала в покрытии, поэтому при проезде транспортных средств каменный материал постепенно выбрасывается с проезжей части на обочину. Выброс фрикционного материала может привести к повреждению транспортных средств и травматизму людей.

Для увеличения силы сцепления фрикционных материалов со снежными и снежно-ледяными покрытиями используют вмораживание щебеночно-гравийных и песчаных агрегатов. Примораживание и вмораживание фрикционных материалов получило широкое распространение в Северной Америке и Скандинавских странах и осуществляется по трем технологиям путем:

• россыпи предварительно нагретых материалов;

• распределения фрикционно-соляных смесей, в которых наличие хлоридов обеспечивает плавление достаточного для закрепления каменного материала количества снега и его последующее замерзание;

• заливки водой предварительно распределенных фрикционных материалов.

Несмотря на то, что срок службы примороженных и вмороженных фрикционных слоев значительно выше, чем обычных, они также изнашиваются и теряют работоспособность.

Ухудшение шероховатости происходит за счет хрупкого разрушения льда при многократном нагружении его через зерно и последующего уменьшения числа зерен на контактной поверхности. При устройстве шероховатого слоя путем россыпи щебня и его заливки водой расход каменного материала должен быть таким, чтобы контактная поверхность была заполнена на 70...75%, что составляет 1,10...1,17 м3 на 100 м2 для фракции 5...10 мм; 1,80...2,00 м3 на 100 м2 для фракции 10...15 мм.

При устройстве шероховатого слоя путем вмораживания нагретого щебня в покрытие автозимника расход его следует назначать из условия заполнения 75...85 % контактной площади, что составляет 1,17...1,25 м3 на 100 м2 для фракции 5...10 мм.