Дороги российского севера: новые технологии строительства

В ближайшее десятилетие России предстоит реализовать стратегию развития Арктической зоны и обеспечения национальной безопасности. Именно на северных территориях, которые занимают 65% всей площади нашей страны, сконцентрирована экономическая опора государства. К основным проблемам освоения этой обширной зоны относятся отсутствие необходимого транспортного сообщения и неразвитость инфраструктуры, в частности – автомобильных дорог.

Впрочем, без первого нет второго – возможно ли выстроить инфраструктуру на бездорожье? Ответ очевиден. Дороги должны быть долговечными в эксплуатации, не слишком затратными в процессе строительства и обладать собственной инфраструктурой, отвечающей требованиям сегодняшнего времени. Это задача почти неразрешимая, но сейчас, похоже, мы приблизились к секрету производства качественного дорожного пирога.

Север – это не про зной и слякоть

Север, скорее, про «назад пятьсот, пятьсот вперед» – бескрайние расстояния и постоянный дефицит привычных материалов для земляного полотна. Согласно научным данным Иркутского национального исследовательского технического университета, плотность автомобильных дорог отстает здесь от среднероссийской в десятки раз. Более или менее приемлемая ситуация складывается на европейском севере, а вот территории от Урала и дальше замыкают этот рейтинг регионов России.

Вечная мерзлота и болота заставляют иначе подойти к строительству дорог, используя, например, технологии, которые уже хорошо зарекомендовали себя при проектировании транспортных магистралей в районах распространения многолетнемерзлых (ММГ) и пучинистых грунтов. Так, эксперты предлагают использовать различные микрофибры в асфальтобетонной смеси для изготовления дорожного покрытия, а также композиционные материалы для основания пирога – армирующая геосинтетика, на которую укладывается теплоизоляционный материал, а затем устраивается земляное полотно из местных грунтов.

Специалисты все чаще прибегают к использованию в качестве теплоизоляции экструзионного пенополистирола, говоря о том, что при отсутствии мероприятий инженерной защиты в ММГ может проявляться термокарст – неравномерное проседание почв и подстилающих горных пород из-за таяния подземного льда.

Не меньшую опасность в дорожном строительстве на северных территориях таят в себе сезонные талые воды, что требует особого внимания к формированию комплексных дренажных систем, где также успешно применяются сегодня полимеры. Тот же экструзионный пенополистирол, который характеризуется закрытой ячеистой структурой, стойкостью к воздействию влаги и биокоррозии.

«Изделия из экструзионного пенополистирола могут применяться не только при термостабилизации оснований дорог в северных широтах вплоть до южных границ распространения мерзлоты, но и в качестве объемного заполнителя в составе конструкций облегченных насыпей на слабых грунтах, в сейсмических районах и даже в горной местности», – отмечает руководитель технического комитета ассоциации "РАПЭТ", кандидат технических наук, Кирилл Лушин.

Полимеры, действительно, уже нашли достойное применение в дорожном строительстве. Например, на слабых грунтах Санкт-Петербурга с высоким уровнем подземных вод при устройстве транспортных развязок с КАД и ЗСД. Один из ярких примеров – устройство термостабилизации на пешеходной Малой Садовой улице, примыкающей к Невскому проспекту, которая остается сухой даже в снежную зиму. Задействована технология теплозащитного экранирования на магистралях федерального значения М-2 «Крым» (на отрезке между Серпуховом и Тулой) и М-4 «Дон» (в районе города Кашира Московской области).

На российском севере теплоизоляционный материал лежит в основании автодороги Якутск – Вилюйск – Сунтар, федеральной трассы А-360 «Лена», которая связывает Амурскую область с Республикой Саха, дорог на Песцовое и Харвутинское месторождения в Ямало-Ненецком автономном округе.

Высоту не взять, а снять

В суровых условиях севера становится дефицитом качественный привозной грунт. А местная земля не годится для полноценного применения в дорожной конструкции. К тому же есть районы, в которых для открытия карьера требуются отдельные согласования.

Расчетные обоснования предусматривают при строительстве земляного полотна в районах распространения многолетнемерзлых грунтов устройство дорожной насыпи высотой в среднем более 2,0 м. Значительно сократить объем насыпных грунтов возможно, применив технологии теплозащитного экранирования.

В этом случае допустимо в два раза снизить высоту высоты отсыпки при расположении слоя из теплоизоляционных плит в теле земляного полотна. Минимальная высота насыпи ограничена лишь условиями снегонезаносимости в соответствии с требованиями СП 34.13330 «Автомобильные дороги». Эффективная термостабилизация оснований позволяет обеспечить бесперебойное функционирование объектов малой авиации (аэродромы, вертолетные площадки) – единственных ниточек связи с большой землей в ряде районов Крайнего Севера.

Замещение части грунта блоками из экструзионного пенополистирола не просто решает вопрос с использованием местного материала для земляного полотна, а значительно упрощает весь процесс производства работ при возведении насыпей на южной границе распространения многолетнемерзлых грунтов (талые грунты со слабой несущей способностью). Не нужно привлекать дополнительную дорогостоящую тяжелую строительную технику, сокращаются этапы отсыпки, планировки и уплотнения привозного грунта. Не говоря уже о том, что снижаются сроки строительства, не отражаясь на качестве возводимого объекта.

Отступив немного от темы развития Арктической зоны, заметим, что сегодня в дорожном строительстве набирает популярность технология облегченных насыпей с использованием геосинтетических материалов, полимеры применяются для оптимизации устройства и укрепления откосных частей. Конструкции облегченных насыпей с применением блоков из экструзионного пенополистирола позволяют минимизировать трудозатраты при строительстве дорог в горной местности или уменьшить воздействия на несущие конструкции и устои пролетных строений в районах повышенной сейсмичности.

Например, в Японии, которая является в определенной мере «законодательницей дорожной моды», замечает Кирилл Лушин, такие материалы используются даже при устройстве компактной внешней отделки облегченных насыпей. В стране восходящего солнца стремятся снизить сейсмическое воздействие на дороги, где-то отказываясь от массивных подпорных стен в пользу облегченных конструкций. Сейчас японский опыт стал подспорьем в выработке проектных решений для обеспечения транспортной доступности в горных и сейсмоопасных районах России.

Наконец, экструзионный пенополистирол может рассматриваться в конструкции в качестве водоупорного слоя и способствует эффективному отводу поверхностных вод, что приводит к уменьшению влажности подстилающего слоя грунта земляного полотна, подчеркивает эксперт ассоциации "РАПЭТ". Минимизировать воздействие неблагоприятных факторов можно с помощью применения различной геосинтетики, особенно с учетом прохождения при строительстве дорог различных инженерных сетей, коммуникаций, водопропускных труб. Одним из решений, как считают специалисты, должно стать устройство попутного дренажа. Безусловно, при этом не обойтись без применения современных технологий.

Если оценить рублем в триллионах

Одной из особенностей возведения насыпей автомобильных дорог в районах распространения многолетнемерзлых грунтов является необходимость производства работ в зимнее время. Согласно своду правил СП 25.13330.2020 «СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах», укладывать плиты из экструзионного пенополистирола в земляном полотне насыпи допускается только при минусовых температурах, когда ММГ не оттаяли и находятся в исходном мерзлом состоянии, сохраняя свои прочностные свойства. Но для северных регионов России, где девять месяцев – зима, остальное – лето, такую технологию можно считать наиболее перспективной.

По утверждению Кирилла Лушина, объем производимых полимеров позволяет покрыть все потребности дорожников для освоения российского севера. Заводы расположены в десяти городах России – таких как Новосибирск, Пермь, Таганрог, Хабаровск и другие, а продукция без каких-либо значительных задержек поставляется на объекты строительства, в том числе и по Севморпути.

Земляное полотно с экструзионным полистиролом в крайне редких случаях требует ремонта. Поддержание дороги в исправном состоянии заключается, как правило, в колдовстве над дорожной одеждой – основная борьба идет на поверхности. А все, что находится в глубине насыпи, работает всегда.

И если к недостаткам внедрения полимеров в дорожное строительство на ММГ относится их монтаж в зимнее время, то по всей логике это должно приводить к росту издержек производства.

«Вариант А. Стандартная грунтовая насыпь высотой 2,17 м, ширина – 8 м, уклоны откосов 1:1,5, обочина по 0,5 м соответственно справа и слева дорожного покрытия. Теперь вариант Б с использованием экструзионного пенополистирола по высокой цене, учитывая сложности доставки в Арктическую зону. Все параметры те же, но сокращаем насыпь с устройством теплоизоляционной прослойки до высоты 1,1 м. Во втором случае получаем общую экономию до 29% от первоначальной стоимости проекта. Это без поправки на сокращение трудозатрат в человеко-часах и машино-часах, которые тянут за собой сокращение общего срока строительства объекта», – комментирует руководитель технического комитета ассоциации "РАПЭТ" Кирилл Лушин.

Транспортная стратегия РФ на период до 2030 года с прогнозом на период до 2025 года предусматривает, в частности, развитие сети автомобильных дорог в Арктической зоне с целью повышения транспортной доступности как населенных пунктов, так и перспективных минерально-сырьевых центров. В том числе планируется строительство и реконструкция автодорог местного значения, которые не имеют связи с общей транспортной сетью. Для реализации проектов развития опорной сети автодорог в 2025-2030 годах наибольшая доля инвестиций транспортной сферы – 35% – направляется в автодорожную отрасль, что составляет примерно 3% российского ВВП.

В текущих ценах, по данным Росстата, в прошлом году ВВП составил 171,041 трлн рублей. Получается, порядка трети государственных вложений в автодороги можно сэкономить, применяя технологию теплозащитного экранирования. Экономический эффект посчитать нетрудно, заодно познав секрет производства качественного дорожного пирога.