где WCP и WТ – средняя влажность грунта в естественном залегании и влажность грунта на границе текучести, %.

Огромная площадь зоны вечной мерзлоты, разнообразие климатических, мерзлотно-грунтовых, гидрологических условий, смена ландшафтных зон от тундры до полупустынь вызвали необходимость деления I ДКЗ на ряд подзон с целью выработки соответствующих различий в

СибАДИконструктивно-технологических решениях по дорожному строительству.

1.3. Дорожно-климатическое районирование первой зоны вечной мерзлоты России

Разнообраз е пр родно-климатических условий России учитывают с помощью дорожно-климатического районирования (ДКР), получившего в разные пер оды отражение в нормативных документах [1], СП 34.13330–2012 [2, 3] и ОДН 218.046–01 [4]. Многолетний опыт применен я существующего дорожно-климатического районирования выявил, что оно не удовлетворяет в полной мере практике изысканий, проектирован я дорог, осо енно в районах с наличием многолетнемерзлых грунтов, требует дальнейшего уточнения и детализации. Целесообразно терр торию России разделить на два региона [5, 6, 7, 8, 9]:

1-й основной, осо енностью которого является сезонное промерза-

ние грунтов ( 30–35% территории России); 2-й, в котором поверхностный слой грунтов протаивает летом на

некоторую глубину (сезонное оттаивание грунтов), а остальную часть

года находится в мерзлом состоянии ( 65–70% территории России занимает вечная мерзлота (рис. 1.1) [10].

Линией раздела регионов следует считать границу распространения многолетнемерзлых грунтов на территории России.

В Северном полушарии Земли вечная мерзлота занимает более 22 млн км, из которых на долю территории бывшего СССР приходилось более половины (11,454 млн км), а в современной Российской Федерации превышает 65% ее территории, в том числе занимает 85% территории Сибири, 95% Республики Саха (Якутия) [10] (см. рис. 1.1), табл. 1.1. Изучение природных условий зоны вечной мерзлоты показало, что на ее территории отчетливо выражено зональное изменение основных физи- ко-географических факторов. Это диктует необходимость деления территории зоны вечной мерзлоты на подзоны. На основе исследований, проведенных Омским филиалом СоюзДорНИИ, МАДИ, ВОЛАТТ, за мерзлотным режимом на постах и опытных участках автомобильных дорог зона вечной мерзлоты была разделена на три характерные подзоны.

10

Согласно [11], I ДКЗ разделена на три характерные подзоны:

I1 – Северная подзона низкотемпературных вечномерзлых грунтов сплошного распространения, с высокой влажностью грунтов деятельно-

го слоя, WОТН ≥ 1,0·WT;

I2 – Центральная подзона низкотемпературных вечномерзлых грунтов сплошного распространения, с умеренной влажностью грунтов деятельно-

го слоя, WОТН= (0,7...1,0)WT.

Карта-схема деления I ДКЗ на подзоны (рис. 1.4) приведена в [ 1], СибАДИтам же приведена и характеристика подзон.

еверная подзона включает тундровые и лесотундровые районы России; характерно сплошное распространение вечномерзлых грунтов мощностью 200...500 м более.

Температура вечномерзлых грунтов от минус 5 до минус 12 оС; мощность деятельного слоя 0,4...2 м (преимущественно менее 1,0 м). Рельеф подзоны равн ны низменности; грунты глинистые, пылеватые, тундровые болотные с влажностью более предела текучести; высокое содержан е в грунтах льдов и их неглубокое залегание. Повсеместное распространен е термокарста, солифлюкции.

Рис. 1.4. Схематическая карта подзон распространения вечномерзлых грунтов в I дорожно-климатической зоне:

I1 – Северная подзона низкотемпературных вечномерзлых грунтов (НТВМГ) сплошного распространения; I2 – Центральная подзона НТВМГ сплошного распространения, I3 – Южная подзона высокотемпературных вечномерзлых грунтов (ВТВМГ) островного и талик

I3 – Южная подзона преимущественно высокотемпературных вечмерзлых грунтов островного распространения, с умеренной влажностью грунтов деятельного слоя, WOTH = (0,7...1,0) WT.

11

Центральнaя подзона включает таежные районы, расположена южнее подзоны I1; характерно сплошное распространение вечномерзлых грунтов мощностью 50...400 м; среднегодовая температура вечномерзлых грунтов от минус 1,5 до минус 7 оС; мощность деятельного слоя от 0,6 до 3,0 м. Рельеф подзоны – гористый, грядово-сопочный; грунты скальные, щебенистые, гравийно-галечниковые, песчаные и глинистые

с влажностью WОТН = (0,7...1,0) WT; широко распространены в долинах СибАДИрек термокарст и наледи.

Южная подзона включает таежные, лесостепные и степные районы, побережье Охотского моря. Преимущественно распространена островная мерзлота мощностью 25...100 м; вечномерзлые грунты высокотемпературные (от 0 до минус 1,5 оС ); мощностью деятельного слоя 4 м и более от равн нного до горно-холмистого; грунты скальные, щебенистые, песчаные гл нистые с WОТН < 0,8 WТ; подземные льды встречаются только в дол нах рек (возможен термокарст). Распространены процессы пучен я, наледи всех видов.

Так м образом, территория многолетнемерзлых пород для целей транспортного стро тельства разделена на три подзоны: Северная подзона н зкотемпературных многолетнемерзлых грунтов (НТММГ) сплошного распространения, Центральная подзона низкотемпературных многолетнемерзлых грунтов (НТММГ) преимущественно сплошного распространения и Южная подзона высокотемпературных многолетнемерзлых грунтов (ВТММГ) преимущественно островного распространения.

В Северной и Центральной подзонах в основном это сливающаяся мерзлота, а в Южной – несливающаяся (см. рис. 1.2).

Это районирование может быть названо макрорайонированием, более детальное микрорайонирование следует разрабатывать в процессе изысканий вдоль трассы будущей дороги с учетом конкретных мерзлот- но-грунтовых инженерно-геологических условий.

В основу дорожно-климатического районирования положены факторы, оказывающие решающее влияние на устойчивость дорожных конструкций в данной зоне:

- вид грунта сезоннооттаивающего слоя и его влажность; - характер распространения многолетнемерзлых грунтов и их тем-

пература; - мощность слоя сезонного оттаивания;

- среднегодовые температуры воздуха; - рельеф местности; - гидрология.

Совокупность этих признаков обусловлена сочетанием климатических, грунтово-гидрогеологических и мерзлотных особенностей и при-

12

суща в определенной степени природным ландшафтам и рельефу земной поверхности.

Наиболее неблагоприятной для дорожного строительства являет-

ся первая еверная подзона (I1), где широко распространены жильные и погребенные льды, близко залегающие к поверхности земли. Здесь в большинстве мест необходимо проектировать и строить дороги с минимальным нарушением естественного режима территории, используя, как

СибАДИправило, первый принцип проектирования и строительства дорог, т.е.

сохранен е мерзлоты в основании насыпи в течение всего периода эксплуатац дороги.

Природно-кл мат ческие условия второй Центральной подзоны (I2) более стаб льны, предсказуемы и позволяют проектировать земляное полотно по второму пр нципу с допущением оттаивания грунтов осно-

вания под насыпью учетом возникающих при этом деформаций дорожного покрыт я.

Третья Южная подзона (I3) высокотемпературных многолетнемерзлых грунтов (пород) – ММГ (ММП) в основном островного распространен я является на олее лагоприятной для дорожного строительства. Земляное полотно на участках островной мерзлоты следует проектировать и строить по второму принципу, т.е. допущение оттаивания грунтов в основании насыпи в период эксплуатации дороги с учетом допустимой осадки покрытия – расчетное состояние грунта основания

– талое, а там где мерзлота отсутствует проектирование осущесвлять по принципам второй ДКЗ.

В горных районах в связи с вертикальной зональностью необходимо учитывать изменение природно-климатических условий по мере увеличения высоты пояса. В гористой местности вечномерзлые грунты обычно встречаются на заболоченных участках, склонах северной экспозиции и в пониженных затененных местах.

1.4. Типы местности по характеру увлажнения

Существующее районирование I ДКЗ, как районирование территории страны вообще (I–V ДКЗ), позволяет говорить только о принципиальных решениях в том или ином регионе (зоне или подзоне). Однако даже в пределах одной зоны или подзоны (района строительства) природные условия, точнее их сочетание (климат, рельеф, грунты, растительность), даже в благоприятном для дорожного строительства районе, могут создать неблагоприятные условия на отдельных участках. Поэтому для детальной характеристики сочетаний условий проложения автомобильной дороги принято выделять участки по характеру поверхностного стока, степени увлажнения и мерзлотно-грунтовым условиям, т.е. принято выделять три типа местности по [1, 2]:

13

1-й тип (сухие места) – поверхностный сток обеспечен; надмерзлотные воды не оказывают существенного влияния на увлажнение верхней толщи грунтов. Каменистые возвышенности, сопки с крутыми склонами, гравийно-галечниковые и песчаные косы с мощностью НДС >2,5 м; грунты крупнообломочные, гравийно-галечниковые, песчаные и супесчаные с относительной влажностью WOTH < 0,7 WТ;

2-й тип (сырые места) – поверхностный сток не обеспечен; в летний период возможно избыточное увлажнение грунтов в сезоннооттаивающем слое за счет поверхностных и надмерзлотных вод. Плоские водоразделы, возвышенности с пологими склонами, сложенные песчаными, глинистыми грунтами ли тундровыми почвами с признаками заболачиван я; мощность деятельного (сезоннооттаивающего) слоя от 1,0 до 2,5 м, относительная влажность грунтов WOTH > 0,8 WТ; возможные

СибАδ = (γТНγ − γМ) , ДИ(1.2)

мерзлотные процессы, за олачивание, сезонные бугры пучения;

3-й т п (мокрые места) – поверхностный сток не обеспечен, постоянное збыточное увлажнение грунтов в сезоннооттаивающем слое поверхностными надмерзлотными водами. Мари, заболоченные тальвеги, замкнутые впад ны, сложенные глинистыми и торфяными грунтами с малой мощностью НДС < 1,0 м; относительная влажность грунтов выше предела WOTH > WТ ; грунты содержат линзы льда толщиной 10 см и более; возможные мерзлотные процессы – заболачивание, многолет-

ние бугры пучения, термокарсты, солифлюкция.

Применительно к указанным типам местности выработаны принципы проектирования, конструктивные и технологические решения при

строительстве автомобильных дорог.

Характерные признаки типов местности по характеру поверхност-

ного стока степен увлажнения приведены также и в табл. 1.2.

Степень просадочности δ определяется по формуле

ТН

где γТН – объемный вес скелета талого грунта, оттаявшего под нагрузкой

1 кгс/см2 = 9,80665 104 н/м2; γМ – объемный вес скелета грунта в мерзлом состоянии, г/см3.

14