Материал: 2458

Технологиистроительства

REINFORCEMENT OF ICE CROSSINGS

O.V. Yakimenko

The Siberian automobile and highway academy (SIBADI).

Abstract. The essential results of researches on increase in bearing capacity and safety of ice crossings are given. Experience of application of the recommendations, developed by authors, at one of ice crossings in the Arkhangelsk’s region is analysed. The main directions of further investigations are designated.

Keywords: Ice crossing, reinforcing, geosynthetic material.

Введение

Бóльшая часть территории РФ расположена в северных районах, где в зимний период для доставки грузов, пассажиров и техники широко

используются автозимники и ледовые переправы. По данным Комитета Совета Федерации по делам Севера и малочисленных народов [1] до 65 % населённых

пунктов в ХМАО, 56 % – в Якутии, 81 % населённых пунктов в Чукотском АО не имеют круглогодичного выхода на дороги с твёрдым покрытием, поэтому в северных районах автозимники являются единственной связью с Большой Землёй. При освоении новых месторождений нефти и газа автозимники и

ледовые переправы просто незаменимы.

Самая известная ледовая переправа в нашей стране – это переправа через Ладожское озеро, названная Дорогой жизни. Самая длинная переправа – через озеро Байкал, с которой может сравниться разве что переправа по озеру Уэйт в Канаде [2], которая обслуживает рудники, добывающие кимберлит. Для

нормального функционирования шахт каждый год 300 тыс. тонн топлива,

взрывчатки, стали и бетона перевозят по льду при помощи 70-ти тонных автопоездов. Главной опасностью при движении по переправе является резкий пролом льда под транспортом [3], что может привести к гибели людей и потере грузов. Занимаясь вопросами повышения безопасности движения по ледовым

переправам, мы изучили все способы усиления ледового покрова и

разработали их классификацию [4]. Анализируя данную классификацию, авторы пришли к выводу, что наиболее эффективными способами усиления льда являются прямые способы: намораживание дополнительных слоёв льда и вмораживание в ледяную плиту армирующих материалов. В качестве армирующих материалов в настоящее время используют, как правило,

древесину, применение которой создаёт дополнительные трудности в весенний

период (при её извлечении из ледового покрова), экономически не всегда эффективно, экологически не безопасно и не гарантируют исключение резкого

пролома льда под транспортом.

Результаты исследований

Сегодня мировая промышленность выпускает около 400 разновидностей

геосинтетических материалов (ГМ), которые отличаются как по виду исходного сырья, так и по прочностным и деформативным показателям. Они хорошо

зарекомендовали себя в качестве арматуры в различных дорожных

конструкциях, но для армирования льда не применялись.

Теоретическое обоснование эффективности армирования льда ГМ проверено при помощи математических моделей, разработанных

Техника и технологии строительства,№ 2(2), 2015

Технологиистроительства

профессорами С.А. Матвеевым и В.Ю. Немировским [5]. В результате расчётов установлено, что при введении армирующих ГМ в ледяную плиту происходит

уменьшение максимального упругого прогиба конструкции (в зависимости от прочностных и деформативных характеристик применяемой арматуры).

Лабораторные исследования физико-механических свойств льда, армированного ГМ, показали различия в работе армированных и

неармированных образцов (рис. 1).

Рис. 1. Разрушение льда: а – неармированный; б – армированный образец;

– неподвижная опора; ○ – подвижная опора; ↓Р – нагрузка, приложенная к центру балки

Установлено, что для разрушения армированного образца необходимо затратить в несколько раз больше энергии, чем для неармированного. Максимальное увеличение работы (до 5 раз) наблюдалось у льда, армированного геосеткой на основе стекловолокна с прочностью на растяжение

100 кН/м (рис. 2).

Полученные результаты позволили нам прогнозировать снижение

трещинообразования в ледяном покрове, а также увеличение безопасности движения по ледовым переправам за счёт снижения вероятности резкого и

хрупкого разрушения льда под нагрузкой.

Рис. 2. Диаграмма, иллюстрирующая характер разрушения армированных и неармированных балок изо льда: 1 – неармированный образец; 2 – армированный образец

Проверка результатов теоретических и лабораторных исследований

Техника и технологии строительства,№ 2(2), 2015

Технологиистроительства

осуществлена путём строительства и испытаний опытных участков ледовой переправы на одном из водоёмов в 2007-2009 гг. В ходе опытного

строительства апробированы различные методы армирования льда различными ГМ [6].

Испытания проводились при поддержке Омского танкового института, что позволило нам использовать для испытаний разнообразную технику (рис. 3)

весом более 50 тонн [7]. При этом мы отработали методы извлечения армирующего материала изо льда в весенний период.

В результате двухлетних испытаний опытных участков установлено (при «верхнем» армировании): снижение трещинообразования и, как следствие, увеличение несущей способности ледяного покрова до 30 %.

Установлено, что при вмораживании армирующего материала в нижнюю

часть плиты («нижнем» армировании): увеличение несущей способности ледяного покрова (до 70 %); наибольший армирующий эффект получен при

использовании стеклосеток с высокой прочностью и малой деформативностью. Результатом наших исследований стало создание Рекомендаций по

применению геосинтетических материалов для усиления ледовых переправ. Опубликованные нами данные были применены на ледовой переправе в Архангельской области через р. Пеза на автомобильной дороге «Архангельск- Белогорский-Пинега-Кимжа-Мезень» [8], где было отмечено снижение

трещинообразования в ледовом покрове и увеличение грузоподъёмности.

Рис. 3. Испытания опытного участка

Разработанные нами рекомендации предоставлены по запросу в

Техника и технологии строительства,№ 2(2), 2015

Технологиистроительства

проектные институты и организации Красноярского края, Омской и Тюменской областей. Зимой 2014 года в Омской области на одной из действующих

ледовых переправ запланировано строительство очередного опытного участка зимней переправы с применением геосинтетических материалов.

Основные направления дальнейшихисследований

Очевидно, что уже сегодня можно увеличивать срок эксплуатации

ледовых переправ и автозимников и повысить безопасность движения по ним. Однако, несмотря на масштабность проведенных нами исследований,

есть широкий круг проблем и вопросов, который предстоит решить. Прежде всего, это исследование самого армирующего ГМ: влияние вида исходного сырья, наличие битумной пропитки, количество сезонов, в течение которых допускается повторное использование ГМ и т.д.

Геосинтетические материалы, выпускаемые в России и за рубежом, ранее не применялись для усиления льда. Поэтому необходимы специальные

исследования и производство специального гидрофильного ГМ для армирования ледовых переправ, отвечающего требованиям, которые

установлены нами.

Вторая актуальна проблема – морально устаревшая нормативная база по проектированию, строительству и эксплуатации автозимников и ледовых перепав. В действующих нормативах не нашли отражения ни современные

транспортные средства, ни современные способы увеличения

грузоподъёмности и безопасности движения по переправам.

Наши коллеги, например, в Канаде давно применяют на ледовых переправах системы неразрушающего контроля, которые используют в виде дополнительного (навесного) оборудования на автомобили транспортно-

эксплуатационных служб для оперативного контроля толщин льда и его

прочности. Мы же производим диагностику ледового покрова «на глазок» – бурением лунок, но без детального выявления наиболее слабых и опасных мест. Эти места легко обнаружить бесконтактными способами обследований, что позволяет оперативно принимать необходимые меры, не допуская местных

разрушений ледового покрова и аварий на переправах.

Таким образом, дальнейшее совершенствование методики проектирования, строительства эксплуатации ледовых переправ, усиленных ГМ, которые отвечали бы предъявляемым требованиям грузоподъёмности и безопасности, невозможно без решения двух основных задач:

–проведение исследований и создание ГМ, которые должны быть

предназначены специально для армирования льда;

–обновление нормативной базы и создание современных государственных стандартов и рекомендаций, к разработке которых должны

быть привлечены только компетентные специалисты.

Библиографический список

1.Информационно-аналитическая записка. О состоянии сети автомобильных дорог в районах Крайнего Севера и приравненных к ним местностей и ее развитии в свете реализации задач, поставленных в Послании Президента Российской Федерации Федеральному Собранию Российской Федерации на 2007 год, http://www.severcom.ru/analytics/page2.html. (Дата обращения: 10.09.2013)

2.Джефф Уайз. Тонкий лёд: Пока не настало лето [Электрон. ресурс] / Джефф Уайз // Популярная механика. 2007, № 3(53), http://www.popmech.ru/article/1354-tonkiy-led/. (Дата

Техника и технологии строительства,№ 2(2), 2015

Технологиистроительства

обращения: 10.09.2013)

3.Шавлов А.В. Свойства льда при высокой концентрации структурных дефектов / А.В. Шавлов // Кроисфера земли, 1997, Том I, №1, С. 78-86.

4.Якименко О.В. Обоснование конструктивно-технологических решений ледовых переправ, армированных геосинтетическими материалами: автореф. дис… канд. техн. наук; СибАДИ. Омск, ФГБОУ ВПО «СибАДИ», 2011, 23 с.

5.Матвеев С.А. Армированные дорожные конструкции: моделирование и расчёт / С.А. Матвеев, Ю.В. Немировский. Новосибирск: Наука, 2006, 348 с.

6.Сиротюк В.В. Анализ результатов строительства и испытаний опытных участков ледовой переправы, армированной геосетками и плоскими георешетками / В.В. Сиротюк, О.В. Якименко, А.Н. Щербо // Дороги и мосты / РосДорНИИ, 2009, Вып. 2(22), С 47-60.

7.Сиротюк В.В. Строительство и испытание опытного участка ледовой переправы, армированной геосинтетическими материалами / В.В. Сиротюк, О.В. Якименко, Е.Ю. Крашенинин, А.Н. Щербо // Вестник ТГАСУ, 2008, Вып. 4, С. 157-165.

8.Мезенское дорожное управление. Новые технологии на ледовых переправах [Электрон. ресурс] / Мезенское дорожное управление // События, 2011, http://adormezen.ru/events/p_7/. (Дата обращения: 10.09.2013)

Техника и технологии строительства,№ 2(2), 2015