1 Для болот Сургутского Полесья поправки несколько меньше и могут быть при­няты равными 2/з приведенных в таблице значений.

Как уже отмечалось выше, глубина промерзания естественных болот центральной части равнины невелика. Расчистка от снега относительно слабо обводненных участков болот, в частности гряд болотных комплекс­ных микроландшафтов (грядово-мочажинные, грядово-озерковые), как показано в работе [160], может увеличить глубину промерзания в 1,2—• 1,8 раза. Таким образом, только расчистка повышенных элементов мик­рорельефа поверхности болота (гряд, моховых кочек) от снега сравни­тельно мало увеличивает глубину их промерзания. Это объясняется край­не низкой теплопроводностью верхних, слабоувлажненных слоев сфагно­вого очеса. При увеличении объемной влажности промерзшего слоя сфаг­нового очеса теплопроводность его резко возрастает (разд. 5), а следова­тельно, увеличивается и глубина промерзания. Следует отметить, что и прочность промерзшей залежи сильно зависит от ее влажности: при влажности до 35% прочность (на излом) промерзшего очесного слоя в десятки раз меньше, чем при его полном насыщении. Расчеты показыва­ют, что уплотнение очеса до плотности в сыром состоянии 0,500 г/см³, которое может быть получено путем укатки болота гусеничными машина­ми, также мало увеличивает (всего на 9 см) глубину промерзания. Рез­кое возрастание глубины промерзания верхнего слоя торфяной залежи наблюдается при увеличении ее плотности до 0,96 г/см³. Однако достичь такого уплотнения этого слоя с помощью укатки машинами невозможно вследствие упругости сфагнового очеса. Поэтому для повышения про­мерзания залежи наиболее целесообразно срезать при планировке промо­раживаемого участка болота положительные элементы микрорельефа (гряды, кочки), удаляя их в отвалы. При плотности промерзшего слоя в сьфом состоянии 0,961 г/см³ свободная пористость его близка к нулю, а теплопроводность — к величине 23 • Ю^-4 кал/(см • с • °С). В этом случае глубина промерзания в средние по температурным условиям зимы может доходить до 100—120 см, т. е. быть в 2—3 раза больше, чем в естествен­ных условиях.

.313

Оттаивание торфяной залежи на специально промороженных дорожных трассах. Так как подток тепла из более глубоких слоев грунта мал, оттаивание мерзлого слоя снизу за счет этого тепла, как показывают наблюдения и расчеты, относительно невелико и составляет около 10 см за весь теплый период года. Поэтому при дальнейшем изложении будет рассматриваться процесс оттаивания промороженных участков болот (дорожных трасс) только за счет прито­ка тепла сверху. Практика эксплуатации мерзлотных дорог показывает, что провоз грузов с помощью гусеничных машин становится весьма за­труднительным при оттаивании слоя залежи в 30—40 см, даже в том случае, когда несущая способность расположенного глубже промерзшего слоя достаточно велика. Поэтому одной из самых сложных задач, возни­кающих при разработке принципиальной конструктивной схемы мерзлот­ных дорог, является создание необходимых условий для сохранения мерз­лого слоя в летний период.

Расчет затрат тепла на таяние мерзлого слоя, при учете средних величин радиационного баланса поверхности болот центральной части Западно-Сибирской равнины (см. разд. 6) показывает, что если бы вся проникшая через поверхность промороженного участка болота лучистая энергия тратилась на таяние залежи, то слой в 1 м мог бы оттаять в те­чение мая. Однако в действительности этого не происходит, так как по мере оттаивания сильноувлажненного промерзшего слоя все большая и большая часть радиационного баланса расходуется на испарение и соот­ветственно меньшая — на оттаивание. В результате интенсивность оттаи­вания мерзлоты постепенно снижается. Этому в какой-то степени способ­ствует также понижение теплопроводности самого верхнего слоя залежи в связи с уменьшением его влажности. Наблюдения за оттаиванием про­мороженных оснований мерзлотных дорог на болотах Западной Сибири [160] подтвердили правильность высказанных теоретических предпосылок о характере распределения радиационного баланса в период оттаивания торфяной залежи болот. Они также показали, что, несмотря на то что на таяние расходуется далеко не весь радиационный баланс, интенсив­ность оттаивания залежи на мерзлотных дорогах в наиболее теплые ме­сяцы достаточно велика (20—30 см/месяц).

Глубина оттаивания мерзлого слоя промораживаемых участков болот может быть определена по эмпирической зависимости (табл. 5.24), где а и с применительно к рассматриваемым условиям — эмпирические коэффициенты, зависящие от вида теплоизоляционного покрытия и ха­рактера эксплуатации промороженных участков (при отсутствии покры­тия с~0, а =1,8 см/⁰ С⁰-⁵). Расчет глубины оттаивания по этой зависимо­сти для средних температурных условий весны показывает, что уже к 1 /VI оттаивает верхний слой мощностью около 40 см и дорожная трас­са становится труднопроходимой даже для гусеничного транспорта. Если же для улучшения условий движения транспорта систематически удалять с поверхности трассы оттаявший торф, то это увеличит интенсивность таяния в 1,5—2,0 раза, что приведет к сокращению срока службы дороги.

Для сохранения в теплый период года промерзшего слоя на специаль­но промораживаемых участках болот и дорожных трассах, проходящих через болота, ГГИ совместно с Главтюменнефтегазом в своих рекоменда­циях по устройству мерзлотных дорог [160] предложили покрывать их в предвесенний период смесью снега с моховым очесом. Использование такого рода теплоизоляционного покрытия в практике строительства

.314

мерзлотных дорог на нефтепромыслах Западной Сибири оказалось доста­точно эффективным, особенно в случае защиты этого покрытия от меха­нических повреждений (например, транспортом) слоем минерального грунта (песка) толщиной до 50 см.

Мерзлотные дороги на болотах можно подразделить на временные и постоянные. Временные дороги в зависимости от характера их эксплуа­тации могут по конструкции несколько различаться. Так, дороги, предна­значенные для длительной эксплуатации, поверх теплоизоляционного слоя покрываются защитным слоем песка.

Коротко о конструкции временной мерзлотной дороги и технологии ее устройства. К строительству такой дороги приступают с момента появле­ния первой возможности выхода строительной техники на болота. Внача­ле намечается и закрепляется на местности направление будущей трассы, дороги шириной до 20—30 м. Затем с помощью бульдозеров производится расчистка и профилирование трассы, при которых срезаются и удаляются в отвалы деревья и все положительные элементы микрорельефа (кочки, гряды). Подготовленная таким образом трасса промораживается: по­верхность ее регулярно расчищается от снега, верхний слой торфяной за­лежи уплотняется (укатывается). К концу зимы, до перехода среднесу­точных температур воздуха через 0°С, т. е. еще при наличии достаточно низких температур, дорожная трасса покрывается теплоизоляционным слоем, который профилируется и укатывается. Поверх теплоизоляционно­го слоя, в случае необходимости длительного использования дороги, насыпается слой песка. По обе стороны трассы прокладываются осу­шительные канавы для сброса с поверхности дороги талых весенних вод.

Выбор трасс для устройства мерзлотных дорог должен проводиться с учетом типов болотных микроландшафтов и характера гидродинамиче­ской сетки линий тока болотных вод. Наиболее пригодными для проклад­ки таких дорог являются микроландшафты лесной и мохово-лесной групп, менее пригодными — грядово-мочажинные и особенно грядово- озерковые комплексы и совершенно непригодными — микроландшафты травяно-моховой группы (топи). Описание болотных микроландшафтов дано в разд. 2.

Более выгодно, с точки зрения сохранности дороги, располагать до­рожную трассу вдоль линий стекания болотных вод, поскольку в этом случае дорога не нарушает естественных условий стока и болотные воды не оказывают заметного влияния на мерзлое основание дорожного по­лотна. При пересечении трассой линий тока мерзлый слой дороги стано­вится своего рода плотиной для фильтрационных вод, в результате чего создаются условия подтопления трассы, большие перепады уровней бо­лотных вод, что способствует более интенсивному разрушению мерзлого слоя дороги. Таким образом, при выборе направления трасс необходимо считаться с этим обстоятельством и по возможности располагать их вдоль линий тока болотных вод. В тех случаях, когда по тем или иным причи­нам этого условия выполнить нельзя, следует заранее предусмотреть устройство в мврзлотной дороге водопропускных отверстий с соответст­вующим усилением над ними дорожного полотна (лежневой настил, мост и т. п.).

Идея создания мерзлотных оснований на болотах под постоянные дороги и другие строительные объекты основывается на возможности восстановления отрицательного теплового баланса грунтов (в том числе подстилающей поверхности болот) путем удаления зимой теплоизоли­

.315

рующего слоя (снега) и теплоизоляции поверхности от солнечной радиа­ции летом. Основная техническая задача при устройстве таких мерзлот­ных оснований состоит в эффективном использовании избыточного холо­да, т. е. в создании наиболее благоприятных условий для охлаждения поверхности и промораживания грунта и неблагоприятных условий для ее прогревания и оттаивания мерзлого слоя. Это достигается регулярной расчисткой поверхности болота от снега и ее укаткой в холодный период года и покрытием промороженных участков теплоизолирующим мате­риалом на теплый период. Опыт устройства временных мерзлотных дорог на болотах в 1966—1968 гг. путем зимнего промораживания показал, что на хорошо подготовленной и правильно промороженной дорожной трассе в течение всего теплого сезона сохраняется мерзлый слой. Этот слой, мощность которого летом постепенно уменьшается в результате таяния, остается до следующей зимы. Мощность „перелетовавшего" мерзлого слоя после первого года промораживания составляет до 60 см.

Таблица 9.2

Глубины промерзания торфяной залежи болот (см), вычисленные по средним многолетним температурам воздуха (при специальном многолетнем промораживании). Болото бассейна р. Конды

Порядковый номер года проморажива­ния	Глубина про­мерзания в конце холод­ного периода	Порядковый номер года проморажи­вания	Глубина промер­зания в конце холодного пе­риода	Порядковый но­мер года промо­раживания	Глубина промер­зания в конце холодного пе­риода
1-Й	106	6-й	229	11-й	282
2-й	144	7-й	244	12-й	288
3-й	173	8-Й	256	13-й	294
4-й	196	9-й	266	14-й	298
5-й	214	10-й	275	15-й	302

Теоретические расчеты, выполненные для болот бассейна р. Конды (табл. 9.2), показывают, что при систематическом промораживании одно­го и того же участка болота (регулярная расчистка поверхности от снега м укатка верхних слоев торфяной залежи в холодный период года, покры­тие участка на теплый период теплоизоляционным материалом, снятие теплоизоляционного покрытия осенью перед наступлением холодов, снова расчистка от снега и т. д.) в течение ряда лет мощность промораживаемо­го слоя будет постепенно увеличиваться. Ежегодный прирост мерзлоты снизу по мере роста общей мощности промерзшего слоя будет постепенно уменьшаться и при достижении определенной глубины промерзания бу­дет близкой к нулю. При этом толщина промерзания достигает своего максимума для данных средних климатических (в основном температур­ных) и почвенно-гидрологических условий. Этот предел наступает в тот

момент, когда градиент температуры в зимний период (где А7¹ — раз­ность температур на поверхности промораживаемого участка и на глуби­не Я, а Я — глубина промерзания участка) в мерзлом слое буДет на­столько мал, что проникновение холода вглубь (ниже границы промерза­ния) практически прекратится. Весь запас зимнего холода в этом случае будет расходоваться только на охлаждение мерзлого слоя (поддержание отрицательных температур) после его летнего прогревания.

.316

Глубины промерзания при вышеупомянутых расчетах вычислялись по формуле (5.17) для условий отсутствия снега на промораживаемом участке. При этом температура поверхности торфяной залежи принима­лась равной температуре воздуха в метеорологической будке, теплопро­водность мерзлого слоя залежи Ям — приблизительно равной 23- 10~⁴ кал/(см • с • °С), а 5ст«70 кал/см³. Глубина оттаивания опреде­лялась по зависимости

_и _ 0. _ К т Д Т . .

^{от —} "5о" ^— "5а^- '

где //от — глубина оттаивания мерзлого слоя торфяной залежи, см; (2 — теплопоток, поступающий к мерзлому слою, кал/см²; 5 — содержание льда в единице объема залежи; а — скрытая теплота плавления (таяния) мерзлого слоя торфяной залежи, кал/см³; Я_т — теплопроводность талого слоя торфяной залежи, принятая постоянной и равной 8* Ю^-4 кал/(смХ ХсХ°С); т — период, за который ведется расчет, с; АТ— разность тем­пературы на поверхности торфяной залежи и на границе мерзлого слоя; к — мощность талого слоя, см.

Выполненный расчет глубины возможного промерзания при условии искусственного промораживания участка болота показал, что при еже­годном его оттаивании на 40—50 см (без учета толщины теплоизоляцион­ного слоя) глубина промерзания к концу расчетного (15-летнего) периода достигает 3,0 м (табл. 9.2). Увеличение мощности промерзшего слоя при дальнейшем промораживании происходит крайне медленно, и можно полагать, что предел возможного многолетнего (15—20-летнего) промо­раживания болот в целях создания постоянного мерзлого основания для рассматриваемого района располагается на глубине 3,1—3,2 м. Есте­ственно, что для другого района этот предел будет другим (например, для Сургутского Полесья он составляет около 3,7—3,8 м). Следует подчерк­нуть, что приведенный расчет выполнен для условий ежегодного покры­тия промораживаемого участка на теплый период года слоем мохового очеса толщиной 30 см.

Теоретические расчеты оттаивания мерзлоты, находящейся под тепло­изоляционным покрытием, и анализ опытных данных по эксплуатации мерзлотных дорог указывают на то, что предохранить полностью про­мерзший слой от летнего оттаивания при использовании подручного теплоизоляционного материала (моховой очес, древесная щепа, опилки) практически нельзя. Это объясняется тем, что указанные материалы обладают относительно высокими коэффициентами теплопроводности, особенно при сильном увлажнении, и для полного сохранения мерзлого слоя требуется слишком толстый слой защитного покрытия (порядка 3 м и более), создавать который практически бессмысленно. При этом сле­дует иметь в виду еще и то обстоятельство, что теплоизоляционный слой будет работать в сложных эксплуатационных условиях (при дож­дях, морозах), что не может не сказаться на увеличении его тепло­проводности.

Согласно расчетам, при покрытии промороженного участка болот мо­ховым очесом толщиной 30 см глубина оттаивания за летний сезон (без учета толщины теплоизоляционного слоя очеса) равна 42 см. По данным наблюдений, глубина оттаивания промерзшего слоя мерзлотных дорог близка к расчетной и составляет около 50 см.

.317