CC BY
67снежный накат в инфраструктуре
севера: минусы и плюсы
В. Р. Алексеев
Владимир Романович Алексеев,
доктор географических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории инженерной геокриологии Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН
При изучении холодных регионов земного шара внимание учёных долгое время привлекали лишь крупные элементы гляциального комплекса -ледники, ледяной покров рек, озёр, морей, залежи подземных льдов и др. «Мелкие» формы оледенения, такие как гололёд, изморозь, наледи талых вод, снежные и ледяные корки, освещались очень скромно, хотя они всегда оказывали большое влияние на условия жизни и деятельность человека. Более всего в информационном поле «повезло» снежному покрову, занимающему ежегодно от 72,4 до 91,2 млн км2. Этому объекту криосфе-ры посвящено огромное количество научной литературы, среди которой выделяются описания лавин, метелей, заносов, весенних паводков и некоторых других. Парадоксально, но снежный накат - непременный спутник больших и малых северных городов, деревень и рабочих посёлков, промышленных узлов и транспортных магистралей - оказался освещённым очень слабо. Лишь во второй половине двадцатого века он получил достойное «признание» и стал объектом изучения инженеров-дорожников и специалистов коммунальной службы.
Снежный накат возникает там, где промерзает грунт, а на его поверхности формируется постоянный снежный покров. Его можно встретить также на льду водохранилищ, рек, озёр и морей, но особенно широко он распространён в пределах городской, сельской и транспортной инфраструктуры криолитозоны.
Что такое «снежный накат»?
Снег под прессом - такова генетическая сущность одного из опасных, но и полезных гляциальных явлений. Термин «снежный накат» вошёл в научную и научно-техническую литературу всего 30 - 35 лет назад [1-10]. В настоящее время им пользуются инженеры и техники при эксплуатации автомобильных дорог и аэродромов, работники коммунального хозяйства,
метеорологи, организаторы мероприятий по зимним видам спорта и пр. В ряде случаев этот термин употребляется как синоним, обозначая объекты, близкие к гололёду и гололедице, а иногда он ассоциируется с твёрдым, естественно уплотнённым снегом. Единство взглядов исследователей в определении содержания понятия «снежный накат» до сих пор не достигнуто. Неясно, например, можно ли называть снежным накатом криогенную слякоть на дорогах - переувлажнённый снег, разжиженный под действием химических реагентов или солнечной радиации. Также в полной мере не укладывается в современное содержание понятия сухой, измельчённый до пыли колёсами автомобилей снег, который не прикатывается, не слипается и не рассыпается - как крахмал или мука.
Для развития снежного наката необходимо и достаточно два основных условия: наличие выпавших на твёрдую поверхность снежных кристаллов и приложение разовой или периодической уплотняющей нагрузки. При обильном выпадении твёрдых атмосферных осадков образуется свежевыпавший снежный покров, который в процессе диагенеза переходит в лежалый снег, а при переносе ветром превращается в метелевый снег. Любой вид снежного покрова со временем уплотняется под воздействием гравитации, внутреннего тепло-и массообмена и может перейти в фирн и ледниковый лёд. Если снежный покров спрессовывается при антропогенной нагрузке, его называют снежным накатом. Снежный накат образуется преимущественно под воздействием транспортных и пешеходных потоков, но может возникать также под влиянием животных и птиц. Зоогенный тип снежного наката в виде звериных троп можно встретить в зимнем лесу и в поле, в сельской местности в зонах выпаса лошадей, коров, овец, на скотопрогонных путях. Известна густая сеть
ярко выраженных пингвиньих троп и дорог в Антарктиде. Понятие «зоогенный снежный накат» пока не вошло в научный обиход, но к этому есть все основания.
Формирование снежного наката возможно при снегопадах, сразу после образования покрова свежевы-павшего снега и в последующие стадии его развития (метаморфизма). В результате приложения нагрузки, вызывающей плавление снежных частиц, в частности при торможении транспортных средств, а также при инсоляции и адвекции тепла, на поверхности снежного наката может появиться ледяной слой. В этом случае снежный накат переходит в другую категорию гляци-альных образований - снежно-ледяной накат. Во время радиационных и адвективных оттепелей снежный и снежно-ледяной накаты пропитываются талой водой. Образующаяся при этом снежно-ледяная каша в период последующего похолодания превращается в монолитный или пористый снежный лёд. Таким образом, рассматриваемые объекты представляют собой параге-нетически связанные элементы единого гляциального комплекса (рис. 1).
нагрузки. Сжатие от внешнего воздействия происходит практически мгновенно, при этом поверхность снежного наката приобретает различную форму, в зависимости от состояния снега и вида контактной поверхности движителя (протектора шины, подошвы обуви, конфигурации гусеничного трака, поперечного сечения лыжи и пр.). В период относительной стабилизации Т2 уплотнённый слой снега дополнительно сжимается при повторных нагрузках, при этом его поверхность может трансформироваться, загрязняться, покрываться ледяной коркой и оседать вследствие испарения снежно-ледяных частиц, их налипания на контактную поверхность и механического удаления при скольжении и качении твёрдых предметов. Длительность этого периода определяется временем между двумя смежными снегопадами или низовыми метелями. Стадия интенсивного разрушения снежного наката Т3 наступает в результате перехода твёрдой фазы воды в жидкую вследствие радиационно-теплового или химического воздействия. Таяние может быть при адвекции тепла или в результате воздействия солнечной радиации, а химическое - при внесении реагентов (солей натрия, кальция, магния и др.) для уменьшения зимней скользкости дорог. Структура и свойства многослойного снежного наката (см. рис. 2, б) зависят от количества, интенсивности и продолжительности снегопадов, с одной стороны, и периодичности, величины уплотняющих нагрузок и особенностей прохождения транспортных и пешеходных потоков - с другой. Движение по снежному накату тяжёлой гусеничной техники
Рис. 1. Схема трансформации снежного покрова в результате внешнего воздействия природных и антропогенных факторов
Закономерности формирования снежного наката
Формирование и развитие снежного наката - многофакторный процесс взаимодействия природных и антропогенных систем [2, 7, 11]. В условиях постоянного движения транспортных и пешеходных потоков снежный накат начинает формироваться при первых снегопадах. Схема образования единичного слоя уплотнённого снега показана на рис. 2, а. Выделяются следующие этапы развития процесса. В стадию формирования Т1 на поверхность земли или на твёрдое покрытие из атмосферы выпадают снежные кристаллы, которые образуют снежный покров. Выпавший снег консолидируется, частично уплотняется под собственным весом и сжимается под действием прилагаемой
Время
Рис. 2. Схемы формирования однослойного (а) и многослойного (б) снежного наката:
1 - рыхлый снежный покров; 2 - снежный накат. Т - время; Т1 - период накопления и частичного оседания (уплотнения) естественного снежного покрова; Т2 - период антропогенного уплотнения снега и относительной стабилизации снежного наката; Т3 - период интенсивного теплового и механического разрушения снежного наката. I - IV - стадии формирования многослойной криогенной системы
приводит к частичному или полному механическому разрушению криогенной системы.
Динамика снежного наката, при прочих равных условиях, существенно зависит от количества механической энергии, выделяющейся движущимися предметами (колесом, полозом, ногой человека или животного). На автомобильных дорогах количество энергии, сообщаемое воздушной среде транспортным потоком в течение суток на 1 погонном метре дороги Эс, рассчитывают с учётом скорости, состава и интенсивности движения автомобилей [1, 2]. Энергия на границе раздела снежного наката и свободного покрытия Эк зависит, главным образом, от климатических условий местности. Уравнение связи критической энергии Эк с климатическими характеристиками и факторами воздействия транспортного потока имеет вид:
Эк =
>■ А ■ к■ Н
(1 -а)-т-т'1 ■ с ■ к ■ W ■М / 24 '
где Ь - коэффициент перевода критической плотности в критическую энергию; А - интегральный поправочный коэффициент; к - коэффициент перевода плотности воды в плотность наката; Н0 - количество осадков за один снегопад; а - обеспеченность (по времени) нахождения покрытия в состоянии, свободном от наката; т - повторяемость снегопадов, т = 1(Т) - энергия износа наката (Т -температура воздуха); с - коэффициент, учитывающий испарение снега при развеивании воздушными потоками; № = f(N) - удельное развеивание снега воздушными потоками автомобилей N - интенсивность снегопада); ДТ - продолжительность снегопада. Соотношение Эс и Эк определяет характер распределения снежного наката на полотне дороги. На границе снежного наката и свободного от снега покрытия Эс = Э. При величине суточной энергии меньше критической Эс < Эк дорога полностью покрывается снежным накатом, а при её значениях выше критических Эс> Эк накат не формируется.
Распределение снежного наката
Снежный накат формируется там, где периодически или постоянно образуется снежный покров. Чем больше снегозапасы и длиннее период отрицательных температур воздуха, тем толще накат и продолжительнее время его существования.
Теоретически потенциальная мощность снежного наката на той или иной территории Нп может быть определена по данным о высоте снежного покрова на дату начала активного снеготаяния h: Нп = к где к - коэффициент уплотнения снега антропогенной нагрузкой (к = 0,3 - 0,6). Значение коэффициента к меняется в зависимости от структуры снежного покрова, его влажности, температуры, особенностей приложения нагрузки и других факторов.
Величину Нп важно знать при проектировании автозимников, временных аэродромов и взлётно-посадочных полос, организации коммунального хозяйства, проведении спортивных мероприятий и пр. Потенциальная толщина снежного наката колеблется в широких пределах. Так, в Центрально-Якутской низменности толщина слоя
уплотнённого снега на дорогах и тротуарах, в сельской местности редко превышает 10 см, а на юге Республики Саха (Якутия) она увеличивается в 2-3 раза и более. На севере Амурской области потенциальная мощность снежного наката постепенно уменьшается при движении к югу и на Амуро-Зейской равнине составляет не более 5 см (рис. 3). В некоторых многоснежных районах земного шара значения Нп превышают 100 см.
Максимальная продолжительность существования наката уменьшается в направлении от полюсов к экватору и увеличивается при повышении абсолютной высоты местности. Даты начала возможного образования снежного наката практически совпадают со временем наступления устойчивых отрицательных температур воздуха, а даты его разрушения в одних случаях сдвигаются к середине зимы из-за активной инсоляции и загрязнения уплотнённого снега, а в других смещаются к началу лета благодаря большой толщине и высокой плотности снежно-ледяной толщи. В городах и промышленных узлах снежный накат исчезает на 10 - 15 дней раньше, чем в окрестностях и сельской местности, а в лесу и в поле может сохраняться неделю и больше даже после схода устойчивого снежного покрова.
На распределение снежного и снежно-ледяного наката в пределах небольшой территории влияют следующие основные факторы:
1) особенности городской, сельской и транспортной инфраструктуры (планировка улиц, конструкция зданий и сооружений, направление и тип дорог, свойства дорожно-строительных материалов и пр.);
2) гидроклиматические условия местности (количество и режим выпадения зимних атмосферных осадков, температура воздуха, направление и скорость ветра, интенсивность солнечной радиации и пр.);
3) специфика антропогенного воздействия на снежный покров (типы движителей, периодичность их прохода, методы обработки и уборки выпавшего снега, средства и приёмы борьбы с зимней скользкостью и др.).
Наблюдается очень пёстрая картина распределения снежного наката. Даже в пределах однородных поверхностей снегоаккумуляции возможны существенные различия в характеристиках уплотнённого снега - по толщине слоя, степени его прерывистости, плотности, загрязнению, рельефу, скользкости и пр. Например, в Якутии, Забайкалье и Амурской области есть смежные участки дорог, которые не отличаются друг от друга ни количеством выпадающего снега, ни свойствами дорожной одежды, ни технологией снегоочистки и структурой транспортных потоков, но на одних отрезках дорог снежный накат существует всю зиму, а на других не образуется вовсе. Ведущим фактором формирования уплотнённого снега здесь оказывается уклон местности: на крутых спусках происходит самоочищение дорожного полотна под воздействием техногенных воздушных потоков, которые активизируются при большой скорости движения автомобилей [7, 12]. Аналогичное явление наблюдается при сильных естественных метелях, если полотно дороги приподнято над окружающей местностью.
Рис. 3. Средняя многолетняя высота снежного
покрова перед началом снеготаяния (м) и потенциальная мощность снежного наката (цифры в скобках, см) в центральной части Лено-Амурского междуречья (зона Малого БАМа). Фрагмент Карты снегоопасности юга Восточной Сибири и Дальнего Востока. Авторы: В. Р. Алексеев, А. Т. Напрасников, А. В. Кириченко. 1 - меньше 0,2 (0 - 5); 2 - 0,2 - 0,4 (5 - 15); 3 - 0,4 - 0,6 (15 - 25); 4 - 0,6 - 0,8 (25- 35); 5 - 0,8 - 1,0 (35 - 40); 6 - более 1,0 (более 40)
Свойства снежного наката
В России работы по изучению свойств уплотнённого снега начаты в период Великой Отечественной войны, когда возникла необходимость возведения зимних аэродромов и взлётно-посадочных полос [13-15].
В послевоенные годы свойства снега как дорожно-строительного материала изучали Н. Ф. Савко, Р. А. Амброс, А. Ф. Вуори, Г. Л. Карабан, И. Н. Кручинин и др. [11, 16-21]. Выявлена следующая закономерность: чем больше удельная нагрузка на сформировавшийся снежный покров, тем выше его прочностные характеристики. При механическом воздействии движущихся агрегатов на снежную целину плотность снега увеличивается до 500 кг/м3. Тепловая обработка снега повышает его плотность до 650 кг/м3. На городских автомобильных дорогах плотность снежного наката составляет 500 - 600 кг/м3, твёрдость - 8,5 - 14,5 МПа, предел прочности при сжатии - 0,60 - 0,72 МПа, при сдвиге - 0,385 -0,500 МПа, смерзание - 0,06 МПа [18, 21]. Прочностные характеристики уплотнённого снега зависят также от его влажности. В свободной атмосфере вода способствует слипанию снежинок в хлопья. При выпадении на твёрдую поверхность они образуют рыхлый покров. В выпавшем снеге жидкая вода концентрируется на контактах ледяных кристаллов или обволакивает их, что приводит к упрочнению снежной толщи. Во время сильных морозов тонкие плёнки воды полностью промерзают, и снег превращается в монолит, смерзшийся с грунтовым или асфальтобетонным основанием. При повышении температуры часть материала ледяных спаек вновь переходит в жидкую фазу. В результате этого связи между ледяными частицами ослабевают, и твёрдость наката снижается. Таким образом, прочностные характеристики уплотнённого снега зависят не только от величины прилагаемой нагрузки и влажности, но и от температуры окружающей среды.
Большое влияние на механические свойства снежного наката оказывает его влагонасыщение при таянии (рис. 4), загрязнение поверхности углеводородами и внесение химических веществ с целью уменьшения скользкости. Во всех этих случаях уплотнённый снег легко формуется, а при обильном насыщении водой становится текучим. При такой ситуации после ночных заморозков и возврате холодов дороги и тротуары превращаются в ледяной каток, что приводит к резкому увеличению травматизма людей и количества дорожно-транспортных происшествий.
Снежный накат - опасное гляциальное явление
Уплотнённый снег на автомагистралях, городских и сельских дорогах, на тротуарах, пандусах и ступенях лестниц, у подъездов жилых домов и офисов ассоциируется, прежде всего, с зимней скользкостью. Скользкость влечёт за собой не только повышенный риск травматизма, потерю здоровья населения, но и огромные материальные убытки, связанные с зимним содержанием селитебных территорий, загрязнением окружающей среды и преждевременным износом транспортных средств и обуви человека. Предупреждение и борьба с зимней
Рис. 4. Поверхность снежного наката при различных типах увлажнения снега.
Снег: а - сухой на горно-лыжной трассе; б - увлажнённый на просёлочной дороге после прохождения колёсного тягача; в - сырой на автомобильной дороге после прохождения легкового автомобиля; г - мокрый (снежная каша) на автомобильной дороге; д - переувлажнённый в сельской местности;
е - обледеневший на городской улице
скользкостью - одна из самых актуальных проблем зимнего сезона в холодных регионах земного шара. Подсчитано, что в крупных городах Евразии и Северной Америки количество пешеходов, травмированных на скользких снежно-ледяных поверхностях, достигает 100 человек в сутки, в том числе с летальным исходом, а число людей,
госпитализированных из-за переломов и других опасных повреждений, составляет 5 - 7 тыс. за зиму. Это гигантский ущерб человеческому обществу, соизмеримый с людскими потерями в некоторых региональных войнах.
Особенно показательны сведения о негативной роли снежно-ледовых образований на транспорте (рис. 5).
Рис. 5. Снежный накат на автомобильных дорогах и улицах - опасное криогенное явление:
а, б - высокая колея и снежная слякоть затрудняют разъезды и объезды автомобилей; в, г - таяние уплотнённого снега создаёт неблагоприятный рельеф дорожных покрытий; д, е - талая вода негативно
воздействует на транспортные средства и пешеходов
В России только одно дорожно-транспортное происшествие с трагическими последствиями оценивается суммой более 200 тыс. рублей. Затраты на посыпку 1 км автомобильной дороги, покрытой снежным накатом, составляют 40 - 50 тыс. рублей за сезон. Расход топлива грузовых автомобилей при их движении по снежно-ледяной поверхности дорог увеличивается на 10 - 15 %. При этом средняя скорость движения снижается в 2 - 2,5 раза, а производительность - на 30 - 40 %. По данным Росавтодора, в Московской области вероятность происшествий при снежном накате по сравнению с сухим покрытием возрастает в 3,84 раза [10]. В Финляндии на скользких дорогах совершается около 30 % ДТП, из них примерно 26 % происходят при снежном накате. В Швеции число аварий на снежном накате возрастает на 20 - 25 % [22].
Кроме повышенной скользкости снежный накат создаёт неблагоприятные морфологические условия проходимости (проезда). При большой мощности на дороге образуются глубокие колеи, которые затрудняют разъезды и объезды, усложняют управление машинами, снижают скорость их движения, создают аварийные ситуации (рис. 5, а, б). Неоднородное тепловое разрушение снежного наката активизирует механическую и водную эрозию полотна дорог, создаёт многочисленные выбоины, бугры, каналы стока (рис. 5, в, г). Талая вода проникает в морозобойные трещины, под твёрдое покрытие дорог, насыщая их грунтовое основание. При возврате холодов это приводит к пучению верхнего строения пути, его растрескиванию, дезинтеграции и потере несущей способности. Хорошо известно вредное влияние талой воды и снежной слякоти на зимнюю обувь пешеходов, особенно там, где для борьбы с зимней скользкостью используют хлориды или другие химические реагенты (рис. 5, д, е).
Чаще всего неблагоприятные ситуации возникают в районах с умеренным и мягким климатом, где температура воздуха часто колеблется около 0 °С. Здесь количество дорожно-транспортных происшествий и число случаев травматизма увеличивается из-за подтаивающих снежно-ледяных корок. Особенно опасна ситуация, когда на оледенелом снежном накате или на гололёдных корках формируется небольшой слой све-жевыпавшего снега. В этом случае скользкость покрытия катастрофически возрастает, что создаёт крайне неблагоприятные условия для передвижения пешеходов и всех видов наземного транспорта. В областях с континентальным климатом, низкими температурами воздуха и продолжительной зимой (в Якутии, на Чукотке, Енисейском Севере) снежный накат приобретает повышенную твёрдость и несущую способность, он прочно связан с грунтовым основанием и дорожными покрытиями, меньше загрязнён, не так интенсивно облучается солнечной радиацией и подвергается воздействию оттепелей. Зимой на нём практически не образуются ледяные корки, а поверхностный слой имеет большее сцепление с колесами машин, полозами саней и нарт, с подошвой обуви человека. В результате, несмотря на продолжительный период существования уплотнённого
снега, его негативное экологическое воздействие в северных районах и в горах значительно меньше, чем в средней полосе России или в южных районах Сибири и Дальнего Востока.
Борьба со снежным накатом и зимней скользкостью
В России и в северных странах накоплен большой опыт борьбы со снежным накатом и зимней скользкостью дорог, аэродромов и городских улиц. Он отражён в ряде фундаментальных источников информации по зимнему содержанию инфраструктуры холодных регионов и в серии нормативно-технических и методических документов [3, 4, 6, 23, 24].
В основу мероприятий по борьбе со снежным и снежно-ледяным накатом положены три группы методов: 1) предупреждающие появления снежного наката на твёрдых основаниях; 2) изменяющие свойства поверхности уплотнённого снега; 3) удаляющие снежный накат после его формирования.
Предупреждение образования снежного наката осуществляется двумя способами: а) удалением снега во время снегопада или сразу после него патрульной очисткой рабочих поверхностей с помощью специальных снегоуборочных машин и приспособлений (рис. 6, а, б, в); б) обработкой территории химическими реагентами, вызывающими таяние выпавших снежных кристаллов и гидрофобизацию дорожного покрытия, укладкой в верхнее строение пути подогревающих устройств или токопроводящих материалов (кабелей с высоким электрическим сопротивлением, труб с горячим теплоносителем и пр.). Последний метод используется в основном на мостах с интенсивным автомобильным движением, а также у подъездов зданий, на пандусах и площадках лестниц.
Изменение свойств снежно-ледяных образований достигается: а) посредством россыпи фрикционных материалов (песка, гравия, мелкого щебня, шлака и др.), которые увеличивают коэффициент сцепления наката с движущимися предметами (рис. 6, г); б) механической обработкой уплотнённого снега и льда специальными устройствами (создаётся шероховатая бугорчатая или полосчатая поверхность снежно-ледяного образования); в) внесением дисперсной смеси абразивных материалов и плавящих твёрдых веществ-хлоридов (№С1, КаС1, МдС12, СаС12 и др.). Россыпь материалов производится пескоразбрасывателями или поливочными машинами (рис. 6, д).
Удаление снежного наката предусматривает использование механических, химических, тепловых и других методов. Механический метод заключается в откалывании отдельных блоков от массива наката самоходными и прицепными машинами и механизмами ударного, скребкового, вибрационного или срезывающего действия и их последующую уборку с помощью специальных погрузочных устройств (рис. 6, е, ж). Этот метод используется только для борьбы со старым накатом, адгезия которого к твёрдому основанию ослаблена. Тонкий, молодой накат, прочно связанный с
Рис. 6. Борьба со снежным накатом на дорогах и городских улицах.
Удаление свежевыпавшего снега с полотна железной (а) и автомобильной (б) дороги; в - патрульная очистка улицы от мокрого загрязнённого снега; г - россыпь фрикционного материала на поверхность снежного наката; д - полив городской дороги противогололёдным раствором соли; е, ж - погрузка снежного наката на самосвалы для вывоза на загородные свалки; з - ручная очистка
тротуара от обледеневшего снежного наката
поверхностью дороги, скалыванию не поддается. Часто в экстренных случаях его приходится долбить, рубить и соскабливать ручным способом, т. е. топором, киркой, скребком и др. (рис. 6, з).
Химический метод предполагает использование реагентов, которые плавят лёд и образуют водно-соляной раствор, температура кристаллизации которого ниже температуры замерзания воды. После россыпи или разбрызгивания реагентов снежный накат разрыхляется и его убирают механическим способом. Рекомендуется большой набор твёрдых и жидких реагентов: соли натрия, кальция, магния и их смеси, нитрит кальция-мочевина (НКМ), мочевина (карбамид) СО^Н2}3, антиснег - водный раствор ацетата аммония (CHзCOONH4), нордикс - раствор ацетата калия (СН3СООК) и др.
Тепловой метод основан на использовании горячего воздуха, пара или воды. Наиболее широко применяются газоструйные тепловые машины (отработанные двигатели реактивных самолетов) на аэродромах и некоторых взлётно-посадочных полосах. Горячая вода и пар применяются редко, преимущественно для освобождения от снежно-ледяных корок небольших площадок и других элементов внешнего обустройства зданий и сооружений.
Борьба со снежным накатом и зимней скользкостью на дорогах, аэродромах, в городах и населённых пунктах - трудоёмкий, дорогой и небезопасный технологический процесс. Он требует высокой квалификации сотрудников дорожной и коммунальной служб, современного технического оснащения работ и соответствующего метеорологического обеспечения. В большинстве северных стран создана достаточно надёжная служба предупреждения и ликвидации опасных ситуаций, связанных с формированием зимней скользкости. На это расходуется существенная часть государственных и городских бюджетов. Основные расходы идут на покупку и обслуживание снегоуборочных машин и приобрете-
ние противогололёдных материалов. Машины постоянно совершенствуются, их приспосабливают к сложным условиям обледенения и снегоаккумуляции, вносятся рациональные предложения по улучшению технологии очистки инженерных сооружений сложной конфигурации, изменяется набор используемых химических реагентов и пр. Не исчезает лишь «всемирное беспокойство» о состоянии окружающей среды в зоне влияния городов и транспортных магистралей.
Дело в том, что в борьбе с зимней скользкостью нарастает объём применяемых вредных химических веществ. Все эти хлориды, ацетаты, карбамиды, нитраты и их многокомпонентные смеси типа верглимита, грикола - это яды для живой природы и безжалостные разрушители движимых и недвижимых элементов среды обитания человека. В Дании ежегодно расходуется до 400 тыс. т соли, что обходится казне в 2 млрд крон. Во Франции годовой расход химических реагентов превышает 1,2 млн т. В США на посыпку дорог в течение зимы используется 10 млн т хлорида натрия и 300 тыс. т хлорида кальция. На 1 км дорожного покрытия здесь вносится до 30 т соли. Ущерб от коррозии автомобилей исчисляется десятками миллиардов долларов в год. Суммарный ущерб инфраструктуре холодных регионов от применения соли в борьбе со скользкостью не поддаётся учёту. И всё же метод химического воздействия не запрещён и не ограничен. Считается, что ему нет альтернативы, так как стоимость зимнего содержания дорог без применения химических реагентов более чем в 3 раза выше стоимости содержания с их применением. В Соединённых Штатах Америки использование соли при 20-дневном снегопаде экономит около 4,5 млрд л горючего и даёт прибыль, превышающую затраты в 18 раз [22]. Прибыль и экономическая целесообразность - главные аргументы в решении вопроса, быть или не быть химическому методу борьбы с зимней скользкостью.
Россия - огромная страна со сложными и разнообразными природными условиями, где снежный накат формируется практически во всех субъектах федерации без исключения и существует от 2 до 10 месяцев в году. Очевидно, что у нас должен быть реализован дифференцированный подход к назначению методов борьбы с зимней скользкостью, учитывающий множество природных и антропогенных факторов, прежде всего низкие температуры воздуха, антициклональный режим погоды на большей части территории, сложный рельеф местности, различные режим эксплуатации, конструкцию и состояние дорог и многое другое. Нерационально использовать одни и те же методические рекомендации по борьбе с опасными гляциальными явлениями, скажем, во Владивостоке и в Якутии, Москве и на Кольском полуострове. Нужен локализованный комплекс методов и средств противоборства, подготовленный с учётом местных особенностей природы и инфраструктуры. Показателен опыт зарубежных автодорожников, которые при назначении мероприятий по борьбе с зимней скользкостью используют систему специальных метеонаблюдений. Например, в США состояние погоды и дорожного покрытия фиксируют 50 тыс. датчиков. Данные наблюдений поступают в единую информационную систему, которая обслуживает 38 штатов. Одна метеостанция в Америке приходится на 7 км дорог В Польше в целях дорожной службы функционирует 400 (!) метеорологических пунктов наблюдений, в Финляндии - 350 [25].
О пользе снежного наката
В зиму 2014/2015 г. в Ивановской области России провели любопытный эксперимент: на девяти километрах разных дорог снег не убирали, а допустили произвольное формирование снежного наката. Оказалось - экологическое состояние придорожной полосы улучшилось, качество дорожного покрытия сохранилось на уровне первых морозов, а количество ДТП сократилось до нуля. Феноменально! Эксперимент продолжили коллеги из других областей, охватив 4500 км дорог с невысокой интенсивностью движения. И теперь трассы в средней полосе России с нагрузкой менее 300 автомобилей в сутки рекомендовано содержать «под снежным накатом» [26]. На Востоке страны это «открытие» у специалистов-дорожников вызвало саркастическую улыбку. Ведь в дорожно-климатической зоне, охватывающей почти всю Сибирь и Дальний Восток, снежный накат издавна служил благоприятным и надёжным образованием, причём не только на автозимниках и дорогах местного значения, но и на некоторых участках федеральных трасс. Более того, местами он создавался искусственно для того, чтобы скрыть дефекты дорожной одежды, исключить влияние неблагоприятного микрорельефа.
Снежный накат - дешёвый дорожно-строительный материал. Плотность его колеблется в пределах 0,5 - 0,6 МПа, а твёрдость в зависимости от степени увлажнения и температуры меняется от 1,2 до 15 МПа. Снег легко транспортируется, формуется, уплотняется дорожными машинами, катками, ножами бульдозеров,
человеком. В него можно внести различные добавки, изменяющие свойства покрова. При орошении водой он превращается в снеголёд с плотностью 700 - 850 кг/м3. Максимальная смерзаемость кристаллов снега достигается при влажности снежной толщи 8 - 10 %. Указанные характеристики обеспечивают достаточно высокую несущую способность снежно-ледяного покрытия, поэтому оно широко используется в качестве верхнего элемента строительных площадок, ледяных переправ, временных взлётно-посадочных полос, аэродромов, снежных насыпей, других криогенных сооружений. Наиболее широко снежный накат применяется в конструкциях лесовозных дорог и автозимников (рис. 7). В России, США, Канаде, Дании, Щвеции, Норвегии, Финляндии зимние дороги с уплотнённым снежным покровом (рис. 8, а) составляют основную часть транспортной инфраструктуры.
Автозимники устраивают после промерзания грунта до глубины, обеспечивающей проход колёсного и гусеничного транспорта без провалов и пробуксовки. Уплотнение снега производится волокушами-гладилками (рис. 8, б), пневмокатками, термовибрационными машинами. Конструкция автозимников учитывает местные особенности природы. При строительстве предусматривается несколько этапов работ: расчистка и проминка трассы, промораживание дорожного основания, заготовка, послойная укладка, выравнивание и уплотнение снега, наращивание снежно-ледяного слоя и его ремонт в случае износа и повреждений. При строительстве и эксплуатации зимних дорог руководствуются специальными нормативно-техническими документами [6, 10, 24].
Сходные технологические операции осуществляются при создании зимних взлётно-посадочных полос и аэродромов. Эти объекты устраивают для обслуживания лёгких и средних типов самолётов в регионах со слабо развитой транспортной сетью - в труднодоступных местах Сибири и Дальнего Востока, в Арктике, на льду рек, озёр и морей. Уплотнение снежного покрова начинают при высоте снега более 10 см в том случае, если несущая способность основания (ледяного покрова или мёрзлых горных пород) достигает нормативных значений. В многоснежных районах производят послойное уплотнение выпавших атмосферных осадков или их частичное удаление. Даже при небольшой толщине снежный накат может удовлетворять техническим условиям эксплуатации самолётов, в том числе тяжёлых на колёсном шасси. Однако при мощности снега более 1,0 - 1,5 м его укатка или уборка становится экономически нецелесообразной. Кроме того, долгое время оставалось не совсем ясным, какой толщины должен быть искусственно уплотнённый покров и как поведёт себя снежная или снежно-фирновая толща, лежащая в его основании, при посадке тяжёлых авиалайнеров. Эта проблема была успешно решена российскими учёными и инженерами в Антарктиде, где были поставлены специальные опытно-экспериментальные работы по изучению снежного наката на снежно-фирновом основании большой мощности. Исследователи пришли к выводу, что «упрочнять естественный снежный покров при
V цш^ шж^. ч —___:_;_:___:___:_
пл 1 О 8
о 2 ЕЗ 9
□ 3 □ 10
о 4 О 11
о 5 ш 12
ЕИ 6 о 13
7 А 14
Рис. 7. Снежный накат в структуре зимних автомобильных дорог.
Поперечные профили автозимников: а - на прочных сезоннопромерзающих грунтовых основаниях;
б - на болотах с промороженным основанием; в - на марях и мёрзлых бугристых торфяниках; г - продлённого срока действия на многолетнемёрзлых грунтах с насыпями из снежного покрова; д - круглогодичной эксплуатации на теплоизолированных снежных насыпях; е - на льду рек, озёр и морей.
Снежный покров: 1 - в придорожной полосе, ненарушенный; 2 - на обочинах и в кюветах, уплотнённый техногенными метелями, частично перемешанный; 3 - насыпной, перемешанный, уплотнённый в процессе аккумуляции (снежная насыпь); 4 - уплотнённый гладилками и автомобилями (снежный накат); 5 - сезонномёрзлый грунт; 6 - многолетнемёрзлые горные породы; 7 - непромерзающий (талый) грунт; 8 - сильно обводнённые отложения болот; 9 - насыпной уплотнённый грунт; 10 - почвенно-растительный слой; 11 - теплоизоляционный слой торфа, мха, другого материала; 12 - лёд; 13 - вода; 14 - придорожная лесная растительность
Рис. 8. Использование снежного наката в различных типах инженерных сооружений:
а - зимняя дорога Бодайбо - Иркутск; б - автозимник в Якутии, уплотнение снега волокушей; в - снежный аэродром на станции Мак-Мердо в Антарктиде; г - зимний стадион в окрестностях Москвы,
лыжный кросс; д - трамплин в Осло (Норвегия); е - горно-лыжная трасса спортивного комплекса Красная Поляна в Сочи; ж - снежные катки на фестивале в Саппоро (Япония); з - домик из снежного наката в Чикаго (США), построенный в знак протеста против плохой уборки улиц
создании аэродромов достаточно на глубину активной зоны, равной двум-трём диаметрам отпечатка колеса шасси самолёта» [27, с. 36], т. е. нет необходимости добиваться одинаково высокой прочности по всей верхней части разреза криогенного материала. Этот важный вывод лёг в основу строительства ряда высокопрочных
аэродромов в Арктике и Антарктике и обеспечил надёжное транспортное обслуживание научных станций и многих промышленно-сырьевых регионов нашей страны.
Неоценима роль снежного наката в быту, в рекреационных целях и в спорте. Кто из нас не катался на снежных горках, не восхищался зимним лесом, гуляя
по снежным тропинкам и просёлочным дорогам, кто не бегал на лыжах, не играл в снежки и не лепил снежную бабу?! Лыжный кросс и гонки, слалом и биатлон, прыжки с трамплина и сноубординг, фристайл, могул, натурбан, тобогган и многие другие любимые виды зимнего спорта невозможны без использования снежного наката. Искусственно уплотнённый снег - непременный атрибут спортивных сооружений и элементов обустройства зимних курортов, стадионов, парков, зон отдыха во всех без исключения «холодных» странах (рис. 9). Это объект пристального внимания учёных и инженеров, бизнесменов и государственных деятелей, людей разных национальностей, профессий, возраста и социального положения, что не удивительно, так как в конечном итоге искусственно созданный снежный накат приносит людям удовольствие, радость, здоровье, сближает народы, делает их добрее и счастливее.
Так воплощается известный древнекитайский принцип «инь-янь». Нет на Земле абсолютно вредных и абсолютно полезных вещей. Каждая вещь двулика, и такое двуединство - есть сущность мироздания.
Список литературы
1. Алексеев, В. Р. Закономерности развития снежного наката на автомобильных дорогах / В. Р. Алексеев, А. А. Маевский // География и природные ресурсы. -1989. - № 1. - С. 131-138.
2. Алексеев, В. Р. Снежный и снежно-ледяной накаты как объекты гляциологических исследований / В. Р. Алексеев, А. А. Маевский // Материалы гляциологических исследований. - М., 1988. - Вып. 64. - С. 191-199.
3. Борьба со снегом и гололёдом на транспорте. - М. : Транспорт, 1986. - 216 с.
4. Борьба с зимней скользкостью на автомобильных дорогах. - М. : Транспорт, 1975. - 112 с.
5. Ггляциологический словарь / под ред. В. М. Котлякова. - Л. : Гидрометеоиздат, 1984. - 528 с.
6. Инструкция по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах. ВСН 20-87. Минавтодор РСФСР. - М. : Транспорт, 1988. - Режим доступа : https://znaytovar.ru/gost/2/VSN_2087_Instrukciya_po_ borbe.html. - Загл. с экрана. - Яз. рус.
7. Маевский, А. А. Закономерности формирования и пространственно-временная изменчивость снежного наката : автореф. дис. ... к.г.н. / А. А. Маевский. -Иркутск: Институт географии СО РАН, 1987. - 18 с.
8. Маевский, А. А. Изучение и прогнозирование снежно-ледяных образований на автомобильных дорогах Восточной Сибири / А. А. Маевский // Инженерно-геокриологические исследования. - Якутск: ИМЗ, 1984. - С. 53-58.
9. Михайлов, А. В. О связи между устойчивостью зимнего наката и основными элементами продольного профиля автомобильных дорог / А. В. Михайлов, А. И. Редекоп // Тр. Гос. дор. проектно-изыскат. и научно-ис-след. ин-та, 1983. - Вып. 40. - С. 88-97.
10. Руководство по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах / Росавтодор. - М., 2003. - Режим доступа : http://www.teh-stroy.ru/ doc_rukovodstvo.php. - Загл. с экрана. -Яз. рус.
11. Кручинин, И. Н. Особенности формирования уплотнённого снежно-го наката на автомобильной дороге / И. Н. Кручинин //Вестник ВолГАСУ. Строительство и архитектура. - Волгоград, 2009. - Вып. 16 (35). - С. 77-81.
12. Маевский, А. А. Процесс самоочистки дорог в Иркутской области / А. А. Маевский // Проектирование автомобильных дорог. - Омск, 1981. -С. 175-178.
13. Кондратьева, А. С. Увеличение плотности снега под влиянием сжимающей нагрузки / А. С. Кондратьева, И. В. Крагельский, А. А. Шахов // Физико-механические свойства снега и их использование в аэродромном и дорожном строительстве. - М. ; Л. : Изд-во АН СССР, 1945. - С. 5-9.
14. Крагельский, И. В. Изменение механических свойств снегового покрова во времени (затвердение) / И. В. Крагельский, А. А. Шахов // Физико-механические свойства снега и их использование в аэродромном и дорожном строительстве. - М. ; Л. : Изд-во АН СССР, 1945. - С. 10-13.
15. Харьков, В. Е. Методы уплотнения и уборки снега на аэродромах / В. Е. Харьков. - М. : Оборониз-дат, 1944. - 106 с.
Рис. 9. Символ 2017 года, выполненный из уплотнённого снега и установленный у главного здания Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН (г. Якутск).
Автор скульптуры - сотрудник института, ведущий инженер
С. И. Авелев
16. Амброс, Р. А. Изучение физико-механических свойств снежных и ледяных покрытий автомобильных дорог и аэродромов / Р. А. Амброс // Вопросы использования снега и борьба со снежными заносами и лавинами. - М. : Изд-во АН СССР, 1956. - С.134-155.
17. Вуори, А. Ф. Механические свойства снега как строительного материала /А. Ф. Вуори // Физические методы исследования льда и снега. - Л.: Гидрометео-издат, 1975. - С. 157-163.
18. Карабан, Г. Л. Исследование физико-механических свойств льда и уплотнённого снега / Г. Л. Карабан // Сб. научных работ Академии коммун. хоз-ва, 1960. - Вып. З. - С. 3-18.
19. Кручинин, И. Н. Формирование снежного наката с заданными свойствами на лесовозных автомобильных дорогах / И. Н. Кручинин // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал, 2012. -Вып. 1. - Режим доступа : http://cyberleninka.ru/article/n/ formirovanie-snezhnogo-nakata-s-zadannymi-svoystvami-na-lesovoznyh-avtomobilnyh-dorogah. - Загл. с экрана. -Яз. рус.
20. Савко, Н. Ф. Расчёт и конструирование зимних автомобильных дорог / Н. Ф. Савко. - М. : Транспорт, 1969. - 128 с.
21. Савко, Н. Ф. Механические и теплофизические свойства снега и льда как дорожно-строительных материалов / Н. Ф. Савко, Н. М. Тупицын, А. П. Казаков // Тр. СоюзДорНИИ. Вып. 29 (I). Вопросы проектирования и строительства автомобильных дорог
в природных условиях Западной Сибири и северо-восточных районов СССР. - Балашиха : СоюзДорНИИ, 1969. - С. 183-222.
22. Экология зимнего содержания автомобильных дорог. Обзорная информация. Выпуск 3-2003. - Режим доступа : http://ohranatruda.ru/ot_biblio/normativ/data_ normativ/56/56234/. - Загл. с экрана. - Яз. рус.
23. Куляшов, А. П. Зимнее содержание дорог / А. П. Куляшов, Ю. И. Молев, В. А. Шапкин. - Ниж. Новгород : НГТУ, 2007. - 318 с.
24. Проектирование, строительство и содержание зимних автомобильных дорог в условиях Сибири и Северо-Востока СССР. ВСН 137-89. Минтрансстрой СССР. - М., 1991. - Режим доступа : http://www.docload. ru/Basesdoc/5/5567/index.htm. - Загл. с экрана. - Яз. рус.
25. Захарова, Л. Автомобильным дорогам - зимнюю одежду / Л. Захарова // Российская газета - Экономика. 27.01.2012, № 5690 (17). - Режим доступа : https://rg.ru/2012/01/27/dorogi-zima.html. - Загл. с экрана. - Яз. рус.
26. Снежный накат и его польза для водителей и дорожников. - Казань, 2015. - Режим доступа : http:// www.tahoinfo.com/novosti/snezhnyj-nakat-i-ego-polza-dlya-voditelej-i-dorozhnikov.html. - Загл. с экрана. -Яз. рус.
27. Ключников, Г. Создание высокопрочных снежных аэродромов в Арктике и Антарктике / Г. Ключников // Транспорт Российской Федерации. - 2006. -№ 3. - С. 34-36.
ъжтдшус
B.C. Данилова, H.H. Кожевников
ФИЛОСОФИЯ.
КЛАССИЧЕСКИЙ, НЕКЛАССИЧЕСКИЙ, ПОСТНЕКЛАССИЧЕСКИЙ ЭТАПЫ
Учебное пособие
Данилова, В. С. Философия. Классический, неклассический, пост-неклассический этапы : учебное пособие / В. С. Данилова, Н. Н. Кожевников. - Якутск : Издательский дом СВФУ, 2016. - 696 с.
История основных этапов развития философии вплоть до середины ХХ столетия излагается в контексте становления классической, неклассической, постнеклассичес-кой философии. Коротко изложены фундаментальные концепции, направления, их вклад в становление философии соответствующих периодов. Основное внимание уделено философским терминам и понятиям, характерным чертам развития философии на ключевых этапах её становления (античность, средние века, Новое время, современность), важнейшим идеям выдающихся философов на протяжении более двух тысяч лет.
Предназначено для студентов социальных и гуманитарных специальностей высших учебных заведений.
