В ноябре 2024 года коллектив кафедры «Автомобильные дороги и аэродромы» Автодорожного факультета ФГАОУ ВО «Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова» по заказу КП РС(Я) «Дороги Арктики» приступили к научно-практической части работ по исследованию несущей способности ледовых и сухопутных автозимников в арктических районах Якутии. Для этого сотрудники АДФ СВФУ с 08.11.2024 года по 31.05.2025 года провели комплекс работ, включающий в себя сбор исходных данных, формирование проекта, полевые работы, в том числе мониторинговые наблюдения и замеры, камеральные работы по обработке и анализу данных, составление научного отчета и формирование информационной базы данных.
Установка временного репера на коренном берегу
В докладе отмечается, что
в дорожно-строительной отрасли в целом отсутствует не только практика, но и даже опыт строительства экспериментальных полигонов на сезонных дорогах – сухопутных автозимниках, ледовых дорогах и переправах. До настоящего времени организация каких-либо научных исследований, тем более требующих финансовых затрат, не только не была востребована, но и активно отвергалась. Устройство и содержание сезонных автодорог осуществлялось в строгом соответствии с нормативной документацией, регламентирующей определенный объем мероприятий, связанных с сезонными дорогами.
Полевые рекогносцировочные работы проводились с 18.11.2024 г. по 25.11.2024 г. Из-за невозможности устройства полигона на озерах, находящихся на трассе автозимника «Индигир» или в его непосредственной близости, опытно-экспериментальный полигон был размещен на реке Индигирка недалеко от п. Белая Гора (Абыйский район). Была разработана схема устройства полигона по распределению участков по длине полигона:
− участок №1 – Очищенный от снега лед. Способ увеличения толщины ледового покрова – очистка льда от снежного покрова. Длина участка – 30 метров;
− участок № 2 – Намороженный лед. Способ намораживания льда на дорогу – налив воды/дождевание. Следует по трассе за первым участком. Длина участка – 30 метров;
− участок № 3 – Естественный лед и снег. Участок с естественным снежным покровом. Следует по трассе за вторым участком. Длина участка – 30 метров;
− участок № 4 – Намороженный лед со снегом. Способ увеличения прочности льда ледовой переправы – налив воды/дождевание на естественный снег. Следует по трассе за третьим участком. Длина участка – 30 метров;
− участок № 5 – Укрепленный лед. Способ укрепления льда на дороге – армирование с помощью веток (по совету начальника участка). Следует по трассе за четвертым участком. Длина участка – 30 метров.
− участок №6 – Укатанный снег. Способ увеличения толщины ледового покрова – уплотнение естественного снега с помощью вездехода ТРЭКОЛ.
Схема очищенного опытно-экспериментального полигона перед заключительными замерами. Ниже полигона пролегает автозимник "Индигир"
Вид опытно-экспериментального полигона сверху
Из исследования следует, что сроки открытия автозимников зависят от скорости ледообразования на водоёмах, которая определяется глубоким снежным покровом, обильными осадками и морозами. Снег замедляет охлаждение воды, что усложняет формирование прочного льда. Гидрологические характеристики водоёмов, такие как минерализация воды, глубина, рельеф дна и структура береговой линии, также влияют на процесс. Измерения динамическим плотномером HMP LFG-Pro показали, что модуль упругости на участке льда с трещинами выше, чем участок без трещин. Это говорит о том, что лед с трещинами (армирован склеиванием льда) оказывает большее сопротивление постоянной деформации при воздействии нагрузки. Весной при температуре –35°C и выше использование автозимников не рекомендуется для тяжёлой техники или рекомендуется для малотоннажных автомобилей.
Раннее открытие автозимников зависит от природно-климатических условий: устойчивых морозов и снежных осадков. Морозы со второй декады октября ускоряют ледообразование, что влияет на несущую способность дорог. Попеременное уплотнение снега снегоболотоходами с низкими давлениями шин ускоряет промерзание ледового покрова. Для автозимников значительной протяжённости рекомендуется использовать этот метод для их более раннего открытия.
Рельеф нижней поверхности льда, созданный из данных нивелирования
Цифровая модель местности опытно-экспериментального полигона
Цифровая модель местности очищенного полигона перед заключительными замерами
Обеспечение проезда для транспортных средств общей массой до 2 тонн на всём протяжении автозимников на ранних стадиях формирования ледового покрова невозможно из-за локальных метеорологических и геоморфологических условий, влияющих на замерзание водоёмов, а также из-за ограниченной транспортной доступности для проведения необходимых работ на больших расстояниях. Для открытия автозимников в местах, удалённых от транспортных путей, требуется не только намораживание ледовых участков, но и комплекс мероприятий по обустройству сухопутных участков, который невозможно выполнить с помощью специализированной техники, такой как снегоболотоходы или снегоходы.
Несущая способность на сухопутных автозимниках. Качество автозимников напрямую зависит от прочности уплотнённого снега на проезжей части и её грунтового основания. Например, на торфяных грунтах при статической и динамической нагрузке от транспортного средства создаются дополнительные деформирующие эффекты, что приводит к разрушению проезжей части. В Арктических районах торфяной грунт в тундре и лесотундре преобладает. При уплотнении снега на достижение его максимального предела прочности первостепенное значение имеют такой фактор, как температура окружающего воздуха, когда влажность снежного покрова на высоком уровне.
Замер толщины льда
Общий вид деревянной марки
Основные выводы опытно-экспериментального полигона:
− Наилучшие результаты по приросту в период с 22.11.2024 г. по 23.12.2024 г. показали: участок №1 (очищенный от снега лед) с толщиной льда 77,67 см., участок №2 (намороженный лед) с толщиной льда 76,33 см и участок №6 с укатанным снегом с тремя проходами вездехода ТРЭКОЛ с толщиной льда 73 см.
− Наиболее выгодным с экономической и технической точки зрения является способ укатывания снега с помощью вездехода ТРЭКОЛ. При этом лучший результат показал участок укатанного снега с тремя проходами.
Заключение:
Организация гидрологических наблюдений требует значительных временных, финансовых и ресурсных затрат. Мониторинг озерных ледовых переправ менее затратен, особенно с учетом признаков криопэгов на автозимнике «Индигир».
На основе первого этапа исследований рекомендуется продолжить работу и провести испытания прочности льда на глубоком озере (2-й этап). Это позволит уточнить эффективность методов утолщения льда и создать региональную нормативную базу для ледовых автозимников и переправ.
Источник: Отчет о научно-исследовательской работе «Создание опытно-экспериментального полигона на автомобильных дорогах регионального значения «Индигир» и «Усть-Куйга – Депутатский - Белая Гора» в Республике Саха (Якутия) по исследованию несущей способности и продления сроков действия ледовых и сухопутных автозимников», кафедра «Автомобильные дороги и аэродромы» АДФ СВФУ, Якутск 2025.
