Освоение и развитие северных территорий России невозможно без развитой транспортной инфраструктуры.
Отдельным направлением при этом можно выделить дорожное строительство в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов. ММГ обладают достаточной прочностью при сохранении отрицательной температуры, однако при оттаивании водонасыщенный грунт резко теряет свои деформационно-прочностные свойства, что приводит к значительным просадкам грунтов, подстилающих балластные насыпи дорог. В этой связи широкое применение при строительстве на ММГ с сохранением их мерзлого состояния получили сезоннодействующие охлаждающие устройства (СОУ) или, как их чаще называют, термостабилизаторы грунта (ТСГ).
Работа ТСГ основана на термодинамических процессах: тепло от грунта передается к испарителю, в результате чего хладагент закипает, образующийся пар хладоносителя поднимается в конденсатор, конденсируется на его стенках, выбрасывая тепло в окружающую среду, и стекает под действием силы тяжести вниз; затем цикл повторяется.
НПО «Север» является организацией, выполняющей полный комплекс работ, связанных с термостабилизацией грунтов оснований зданий и сооружений любой сложности, в том числе в дорожном строительстве.
В зависимости от инженерно-геологических условий применяются различные варианты термостабилизаторов. В НПО «Север» они классифицируются следующим образом:
- вертикальные термостабилизаторы длиной до 21 м (рис. 1а);
- вертикальные малогабаритные термостабилизаторы с V-образным конденсатором и длиной испарителя до 12 м (рис. 1б);
- вертикальные глубинные термостабилизаторы с развитым конденсатором и длиной до 60 м (рис. 1в);
- слабонаклонные термостабилизаторы с диаметром испарительной зоны 38 мм и длиной до 16 м (рис. 1г);
- слабонаклонные термостабилизаторы с диаметром испарительной зоны 76 мм и длиной до 60 м (рис. 1д).
![](/images/content/TermostabilizaciaGruntaVDorozhnomStroitelstve-02.png)
Рис. 1. Термостабилизаторы НПО «Север»
Для решения локальных задач возможно использование конструкций термостабилизаторов с теплоизоляцией в зоне сезонного промерзания/оттаивания, фиксированной зоной замораживания (анкерная термостабилизация), а также круглогодичного действия.
В зависимости от поставленной задачи для закрепления дорожного полотна могут быть использованы все перечисленные конструкции термостабилизаторов, а также их комбинации и различные модификации под индивидуальные особенности объекта.
![](/images/content/TermostabilizaciaGruntaVDorozhnomStroitelstve-01.png)
Рис. 2. Термостабилизация ж/д полотна Коротчаевской дистанции пути Свердловской железной дороги
В качестве примеров можно привести два реализованных проекта (ОАО «Фундаментпроект») на Свердловской железной дороге. Первый (2004 год) включал в себя устройство технических средств для устранения осадок насыпей на вечной мерзлоте на 267 км (Пк-5) Ноябрьской дистанции пути. Было смонтировано 50 термостабилизаторов (охладителей грунта наклонных ОГН). Второй (2007 год) — термостабилизация земляного полотна на 489 км Коротчаевской дистанции пути. В результате инженерно-геологического обследования здесь было выявлено, что земляное полотно деформируется вследствие реологических процессов выдавливания слабых грунтов под нагрузкой. Осадки насыпи усугубляются из-за наличия слабых илистых грунтов в русле реки и на отдельных участках достигают 16 см. В результате было принято решение по применению термостабилизации, предусматривающей образование льдогрунтового массива мощностью до 3 м под насыпью железнодорожного полотна.
Одной из важнейших причин растепления оснований является влияние фильтрации грунтовых вод в сезонно талом слое. Для борьбы с этим фактором целесообразно применять противофильтрационные завесы. Существует три основных их типа: инфузионные (заливные), инъекционные и криогенные (ледопородные). В криолитозоне, где зимой температура зачастую опускается ниже –40 °C, наиболее рентабельно применять криогенные завесы.
![](/images/content/TermostabilizaciaGruntaVDorozhnomStroitelstve-03.png)
Рис. 3. Температурное поле грунтов основания на конец теплого периода пятого года эксплуатации дорожного полотна без противофильтрационной завесы (фильтрация задана справа налево по уклону)
![](/images/content/TermostabilizaciaGruntaVDorozhnomStroitelstve-04.png)
Рис. 4. Температурное поле грунтов основания на конец теплого периода пятого года эксплуатации дорожного полотна с применением термостабилизаторов грунта
Теоретические выкладки и теплотехнические расчеты показывают, что создание противофильтрационной завесы с помощью СОУ позволяет предотвратить растепление грунтов основания дорожной насыпи от воздействия фильтрации воды (см. рис. 3,4).
Пример: создание противофильтрационной завесы для защиты автомобильной дороги в районе Нового Уренгоя. Расчет был произведен в программе Frost 3D Universal.
На основании изложенного можно сделать следующее заключение: применение термостабилизации грунтов в дорожном строительстве в криолитозоне позволит поддерживать нужную отрицательную температуру оснований или восстановить деградированную мерзлоту, чтобы избежать недопустимых деформаций дорожного полотна
Р. Г. ГАМЗАЕВ, начальник проектного отдела НПО «Север»