Введение к работе
Актуальность темы. Постановлением правительства от I декабря 1994 г. а 1310 определена программа развития автомобильных дорог Российской Федерации "Дороги России" на 1995-2000 годы. Программа предусматривает строительство автомобильных дорог "Амур" и "Уссури" в районах с муссоняым климатом. Планируемые ассигнования яа строительство этих дорог составляют 1040,3 млрд.рублей (около 13 % средств, предусмотренных программой "Дороги России"). Большие задачи развитая автомобильных дорог в регионе определяются новой геополитической ситуацией, когда за счет развития инфраструктуры Дальнего Востока решается проблема интеграции Российской Федерации в экономику стран Азиатско-Тихоокеанского региона.
В этих условиях автомобильные дороги должны отвечать требованиям современности.
Существующая сеть автомобильных дорог в регионе развита слабо, создавалась она в сороковые-шестидесятые годы по нормативам проектирования не соответствующим сегодняшним транспортным нагрузкам. Кроме этого, муссонный климат региона обусловливает ряд специфических особенностей, которые не учитывались ранее и не учитываются в настоящее время в нормах СНиП 2.05.02-85, разработанных, в основном, для условий европейской части страны.
Эта специфика заключается в наличии сложных климатических и геокриологических процессов, вызванных проникновением тихоокеанских муссонов в область распространения Сибирского антициклона. Б результаге наложения сложных термодинамических процессов, территория пограничных районов характеризуется крайней неравномерностью климатических параметров. На характер климатических процессов оказывает влияние экспозиция склонов по отношению к направлению муссонных ветров, при этом количество осадков на наветренных в полтора-два раза выше чем на поветренных. Существенно влияет на увлажнение территории ее удаление от океана.Количество осадков в зоне ослабления действия муссонов значительно меньше чем на побережье. Муссонные ветры оказывают сильное влияние на характер распространения многолетней мерзлоты в регионе. В зоне ослабления их влияния проходит граница I и П до-рожно-климатических зон. В переходной области от П к I дорожно-климатической зоне наблюдается активный процесс деградации мно-
голетней мерзлоты. Процесс усугубляется влиянием хозяйственной деятельности человека.
Строительство Байкало-Амурской магистрали, создание Зейско-го водохранилища, активная вырубка леса и другие аспекты хозяйственного освоения территории, нарушают геокриологическое равновесие, обусловливают необратимые деструктивные процессы.
В условиях неравномерности природно-климатических факторов трудно обеспечить устойчивый водно-тепловой режим дорожной конструкции. Поэтому понятно, что обеспечить прочность и долговечность автомобильных дорог в таких сложных природно-климатических условиях можно только на основе индивидуальных мероприятий по регулированию их водно-теплового режима.
Настоящая диссертационная работа базируется на результатах многолетних наблюдений за основными параметрами водно-теплового режима на опытных дорожных постах, которые были организованы в зоне релаксируидего влияния Тихоокеанских муссонов.
По мере теоретической разработки, опытные мероприятия прошли экспериментальную проверку на пяти опытных станциях. Научные исследования выполнялись по заказам Министерства строительства и эксплуатации автомобильных дорог РСФСР, территориальных дорожных управлений Хабаровского, Приморского краев, Амурской и Сахалинской областей.
Материалы исследований положены в основу разработки региональной научно-технической программы "Дальний Восток" Госкомитета по высшему образованию Российской Федерации.
Цель и задачи работы. Целью работы является теоретическое и экспериментальное обоснование мероприятий по регулированию водно-теплового режима автомобильных дорог в условиях мусоонного климата. Для ее реализации были поставлены следующие задачи.
-
Провести теоретический анализ особенностей водно-теплового режима автомобильных дорог по результатам натурных исследований на опытных дорожных постах.
-
Обосновать теоретические предпосылки выбора мероприятий по регулированию водно-теплового режима в условиях мусоонного климата.
-
Разработать расчетный аппарат прогнозирования водно-теплового режима автомобильных дорог в условиях мусоонного климата.
-
Выполнить экспериментальные исследования мероприятий по регулированию водно-теплового режима в лабораторных и натурных условиях.
-
Осуществить корректировку расчетных параметров водно-теплового режима на эксплуатируемых дорогах с учетом динамики природно-климатических условий и хозяйственного освоения региона.
-
Исследовать мероприятия по улучшению водно-теплового режима на неустойчивых участках эксплуатируемых дорог.
Научная новизна работы заключается в развитии теоретических представлений по проблеме регулирования водно-теплового режима автомобильных дорог. В первую очередь это относится к введению в рассматриваемую проблему понятия "регулируемый Фронт промерзания дорожной конструкции". Связанные с реализацией этого понятия теоретические предпосылки позволяют развить существующие методы регулирования водно-теплового режима земляного полотна. Рассмотренные схемы влияния граничных условий на процессы теплообмена в дорожной конструкции позволяют осуществлять конструирование дорожных одежд из условия регулирования фронта промерзания и оттаивания земляного полотна.
В развитие теоретических предпосылок осуществлено опытно-экспериментальное исследование мероприятий по регулированию водно-теплового режима: воздушных прослоек; слоистых отражающих экранов; компенсационных добавок в пучинистые грунты; гид-рофобизированных дисперсных материалов и отходов промышленности в теплоизолирующих и гидроизолирукшх слоях.
Получили опытно-экспериментальное развитие мероприятия по совершенствованию системы осушения грунта земляного полотна и улучшению водно-теплового режима неустойчивых участков эксплуатируемых автомобильных дорог за счет использования электроосмотических воронок, мягких дрен, плоскостных и вертикальных дренажных устройств с синтетическими текстильными материалами.
Разработаны теоретические предпосылки учета динамики природно-климатических условий и хозяйственной деятельности человека при корректировке параметров водно-теплового режима на эксплуатируемых автомобильных дорогах.
Отмеченные теоретические положения разработаны на основе анализа особенностей водно-теплового режима автомобильных дорог в условиях муссонного климата.
Основная идея, положенная в основу работы над диссертацией, состоит в развитии существующих методов регулирования водно-теплового режима автомобильных дорог на основе анализа и учета особенностей, обусловленных муссояным характером климата.
На защиту вынооитоя совокупность положений, теоретических обобщений и экспериментально установленных закономерностей,позволяющих регулировать водно-топловой режим автомобильных дорог в районах с муссонным климатом.
Достоверность научных положений, разработанных методов регулирования водно-теплового режима подтверждается авторскими свидетельствами, актами о внедрении результатов, применением современных методов расчета, программно-аппаратных средств и лабораторного оборудования, обеспечивающих достаточный уровень надежности результатов математического моделирования и измерений физических величин.
Личный вклад в решение проблемы. Представленная работа является результатом многолетних исследований автора на кафедре "Автомобильные дороги" Хабаровского государственного технического университета.
Решение поставленных задач осуществлено на основании многолетних наблюдений за основными параметрами водно-теплового режима на двадцать одном дорожи ал посту, пяти дорожных станциях с опытными мероприятиями по регулированию водно-теплового режима и многочисленных участках с противопучинными мероприятиями на автомобильных дорогах в районах с муссонным климатом.
Практическая ценность работы состоит в решении важной народно-хозяйственной проблемы увеличения темпов дорожного строительства за счет использования местных малопригодных грунтов, путем регулирования водно-теплового режима сооруженного из них земляного полотна.
Реализация результатов исследований осуществлена в виде следующей нормативной документации:
Рекомендации по борьбе с пучинами на автомобильных дорогах Сахалинской области. Хабаровск, 1971. - 87 с;
Уточнение расчетных значений модуля упругости земляного полотна автомобильных дорог южной части Дальнего Востока. Хабаровск, 1971. - 84 с;
Предложения по уточнения дорожно-климатяческого райони -рования территории Дальнего Востока. Хабаровск, 1978. - 136 с;
Рекомендации по совершенствованию методов борьбы с пучинами при ремонте автомобильных дорог. М., 1991. - 87 с;
Рекомендации по повышению устойчивости откосов высоких подтопляемых насыпей с использованием ребристых плит. Хабаровск, 1994. - 24 с.
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на первом Всесоюзном совещании по мерзлотоведению (1970 г.), на УШ Всесоюзном совещании дорожников "Основные направления научно-технического прогресса в дорожном строительстве и задачи дорожных организаций на ближайшую перспективу и до 2010 года"; на XXX и XXXI научно-исследовательских конференциях Московского автомобильно-дорожного института (1972,1973 гг.); на XXX научной конференции Ленинградского инженерно-строительного института (1972 г.); на УШ-ХХУ научно-технических конференциях Хабаровского государственного технического университета (1970-1993 гг.); на научно-технических совещаниях дорожной отрасли дальневосточного региона в 1990 и 1995 гг.
Публикации. По материалам диссертации получено четыре авторских свидетельства, опубликовано восемнадцать научных статей, одно учебное пособие и издана монография "Автомобильные дороги дальнего Востока" (М.: Транспорт, 1994).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семя глав, выводов, библиографического списка и приложения с актами о внедрении результатов исследований. Основной текст изложен на 256 страницах машинописного текста и иллюстрирован 48 рисункаїли и 32 таблицами. Список литературы включает 241 наименований, из них 26 - на иностранных языках.
