Проблемы и методы решений дорожной сети Якутии

На недавно прошедшей в Иркутске международной практической выставке-конференции «Сибирские дороги» прозвучало много интересной и даже уникальной информации. Из её множества отдельно стоит выделить выступление старшего научного сотрудника лаборатории инженерной геокриологии Якутского института мерзлотоведения имени П. И. Мельникова Ларисы Ивановой, которая рассказала, как изменения климата влияют на качество автомобильных дорог и что с этим необходимо делать.

Изменение климата вызывает активизацию экзогенных процессов в криолитозоне, которые сопровождаются негативными последствиями для объектов транспортной инфраструктуры. В результате на дорожной сети первой дорожно-климатической зоны (1 ДКЗ) главной проблемой становится критическое снижение транспортно-эксплуатационных показателей до окончания гарантийного срока службы дорожных одежд. Помимо возможных проектных и строительных недостатков, причина данного явления обусловлена деформацией многолетних мерзлых грунтов в основании насыпи.

Справочно: 1 ДКЗ распространяется более чем на 60% территории РФ. В зависимости от подзоны здесь встречаются сплошная, островная и прерывистая многолетняя мерзлота. Для этой зоны характерны сложные природно-климатические условия проведения дорожных работ. Особую сложность создаёт крайне малая продолжительность строительного сезона.

В мерзлотоведении грунты рассматриваются как четырёхкомпонентная система. В отличие от немёрзлых грунтов, состоящих из трёх компонентов (вода, газ и твёрдые частицы), в мерзлых грунтах присутствует четвёртый компонент — лёд. Лёд является идеальным пластичным телом и способен деформироваться под действием собственного веса во времени даже без увеличения нагрузки. Специфика эксплуатации дорожной инфраструктуры в таких условиях заключается во взаимодействии инженерных сооружений со льдом. Поскольку на лёд воздействуют климатические изменения, характеризующиеся повышением среднегодовой температуры воздуха и увеличением обводнённости территорий, вода начинает играть ключевую роль. Она транспортирует положительные температуры; с её приходом повышается температура многолетних мерзлых грунтов, что приводит к деформациям дорожных конструкций. Проще говоря, главным врагом для дорожников Якутии является вода.

Дефекты могут быть различными. Основным из них является пучинистость.

Справочно: пучинистость грунтов (морозное пучение) — это свойство грунта изменять объём и консистенцию под воздействием влаги, особенно в условиях замерзания и оттаивания. Крайне разрушительным для асфальтобетона являются многократные переходы температуры через 0 °C.

Места возможных пучин обычно указываются в проектной документации. Однако в последнее время Якутия сталкивается с аномальными пучинами в местах, где ранее они не фиксировались. Площадь пучин ежегодно возрастает. Так, в 2024 году по сравнению с 2023 годом площадь пучин на дорогах Якутии увеличилась почти в шесть раз: если в 2023 году она составляла 432 кв. м, то в 2024 году — уже 2554 кв. м. Это свидетельствует об активизации негативных процессов вследствие повышения уровня обводнённости территорий.

Встречаются и ситуации, при которых в основаниях насыпей, в местах устройства притрассовых грунтовых карьеров, образуются застойные воды, обеспечивающие сезонное или более длительное подтопление дорожного полотна. В результате в процессе эксплуатации автодороги наблюдается переход участка из второго в третий тип местности по условиям увлажнения.

На грунтовых автодорогах вне городской застройки, в частности на трассе Р-504 «Колыма», высота капиллярного поднятия в глинистых грунтах может достигать трёх метров. Поэтому пучины встречаются как на нулевых отметках, так и в насыпях высотой до 2,5 метра.

Справочно: высота капиллярного поднятия (водоподъёмная способность грунта) — это высота, на которую вода поднимается и удерживается в порах грунта за счёт капиллярных сил. В различных типах грунтов эта величина существенно отличается.

Следующим дефектом является обрушение откосов: при оттаивании грунты размягчаются, что приводит к смещению откосов. В отдельных случаях происходит падение боковых барьерных ограждений. Также возникают колейность, усталостные трещины и просадки. Изменяются значения геометрических параметров поперечного профиля земляного полотна, а также высоты насыпей на нулевых отметках, вследствие чего ширина насыпи по верху превышает нормативные значения. Крутизна откосов становится выше допустимой, уклоны проезжей части перестают соответствовать нормативным показателям, возникает перекос покрытия в сторону зон просадок. Наблюдаются как мерзлотные, так и усталостные трещины. Фактически можно констатировать почти полный спектр возможных дорожных дефектов.

Обобщая выявленные проблемы, следует отметить: адаптация существующей дорожной сети к внешним климатическим, техногенным и антропогенным воздействиям невозможна без изменения конструктивных решений. Проведение ремонтов ранее применявшимися методами в Якутии и в 1 ДКЗ уже не гарантирует соблюдения даже гарантийного срока службы. Изменение природных условий требует корректировки технических решений, чтобы дороги сохраняли нормативное состояние как минимум в течение гарантийного срока, а не до следующего года эксплуатации.

Государственному регулятору необходимо разрешить применение новых материалов и конструктивных слоёв. Проектно-сметная документация должна разрабатываться и проходить экспертизу с учётом новых климатических и эксплуатационных особенностей. Безусловно, усиление дорожных одежд и упрочнение конструктивных элементов приведут к удорожанию работ, однако в долгосрочной перспективе это будет значительно экономичнее, чем постоянные ремонты.

Стас Донин,

специально для ТСН