CC BY
150
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ДОРОГ, МЕТРОПОЛИТЕНОВ, АЭРОДРОМОВ, МОСТОВ И ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ
УДК 625.76
НЮДЬ АРТУР СЕРГЕЕВИЧ, соискатель, oed@severavtodor.ru
Государственное предприятие Ханты-Мансийского автономного округа - Югры «Северавтодор»,
628422, г. Сургут, ул. Промышленная, 5
КИРЯКОВ ЕВГЕНИЙ ИВАНОВИЧ, канд. техн. наук, доцент,
cknr@sibmail.com
Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2
СУЩЕСТВУЮЩИЕ ПРОБЛЕМЫ ВЫЯВЛЕНИЯ И ЛИКВИДАЦИИ ЗИМНЕЙ СКОЛЬЗКОСТИ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ И МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЯХ
В обзорной статье рассмотрены существующие виды зимней скользкости, методы предупреждения и борьбы с этими явлениями на автомобильных дорогах и мостовых сооружениях. Отмечены имеющиеся сложности в своевременном определении и ликвидации гололедных явлений в отдельных случаях, в связи с чем обоснована необходимость дальнейшего развития существующих методов и поиска инновационных технологий для обеспечения безопасного дорожного движения и снижения себестоимости зимнего содержания.
Ключевые слова: автомобильные дороги; мостовые сооружения; дорожное покрытие; зимняя скользкость; дорожные метеорологические станции; антиго-лоледные наполнители.
ARTUR. S. NYUD, candidate for a degree, oed@severavtodor.ru
State enterprise of Khanty-Mansi Autonomous Area "Severavtodor”
5 Promyshlennaya St., Surgut, 628422, Russia EUGENIYI. KIRYAKOV, Ph.D., Assoc. Prof., cknr@sibmail.com
© А.С. Нюдь, Е.И. Киряков, 2013
Tomsk State University of Architecture and Building,
2 Solyanaya sq., Tomsk, 634003, Russia
EXISTING PROBLEMS OF REVEALING AND REMOVING THE WINTER SLIPPERINESS ON HIGHWAYS AND BRIDGE CONSTRUCTIONS
The article considers the existing types of winter slipperiness, methods of prevention and control of this phenomenon on the roads and bridge constructions. Available difficulties in timely definition and elimination of slipperiness phenomena in some cases are noted, and therefore the necessity of further development of the existing methods and search of new innovative technologies to ensure road safety and decrease the cost of winter maintenance are proved.
Key words: highways; bridge constructions; road surface; winter slipperiness; road meteorological stations; deicing filler.
Одной из основных задач содержания автомобильных дорог и мостовых сооружений является обеспечение безопасности движения транспортных средств по ним. Безопасность движения - состояние данного процесса, отражающего степень защищенности его участников от дорожнотранспортных происшествий и их последствий [1]. Осенне-весенние периоды года для дорожных эксплуатирующих организаций становятся наиболее трудозатратными и ответственными, поскольку именно в это время происходит образование различных видов зимней скользкости на дорожном покрытии. Зимняя скользкость - снежные отложения и ледяные образования на поверхности дорожного покрытия - приводят к уменьшению коэффициента сцепления колеса автомобиля с поверхностью покрытия ниже предельного значения [2] и, как следствие, к снижению безопасности, средней скорости движения, увеличению себестоимости перевозок.
Виды зимней скользкости различаются по внешним признакам, условиям образования и физическим свойствам. В соответствии с ОДМД «Руководство по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах» [3] зимняя скользкость подразделяется на рыхлый снег, снежный накат и стекловидный лед.
Рыхлый снег откладывается на дорожном покрытии в виде ровного по толщине слоя плотностью от 0,06 до 0,20 г/см3 [Там же]. В зависимости от содержания влаги снег может быть сухим, влажным и мокрым. При наличии слоя рыхлого снега на дорожном покрытии коэффициент сцепления шин с покрытием снижается до 0,2. Отложения снега на дорожном покрытии образуются при выпадении твердых осадков в безветренную погоду.
Мокрый снег - кашеобразная смесь влажного снега с водой, образовавшаяся при выпадении мокрого снега из облаков или таяния снежного слоя на покрытии при быстром повышении температуры воздуха [4].
Снежный накат представляет собой слой снега, уплотненного колесами проходящего автотранспорта. Он может иметь различную толщину - от нескольких миллиметров до нескольких десятков и плотность - от 0,3 до 0,6 г/см3 [3]. Коэффициент сцепления шин с поверхностью снежного наката составляет от 0,1 до 0,25. Образование снежного наката происходит при нали-
чии влажного снега на дорожном покрытии под действием автомобильного транспорта и при определенных метеорологических условиях.
Стекловидный лед появляется на покрытии в виде гладкой стекловидной пленки толщиной от 1 до 3 мм и изредка в виде матовой белой шероховатой корки толщиной до 10 мм и более (рис. 1). Отложения стекловидного льда имеют плотность от 0,7 до 0,9 г/см3 и снижают коэффициент сцепления шин с поверхностью до минимальных пределов от 0,08 до 0,15 [3, 4].
В свою очередь, стекловидный лед классифицируется на подвиды: гололедица, гололед и «черный лед».
Гололедица образуется при замерзании влаги на покрытии в результате похолодания. Осадки выпадают при положительных, близких к нулю температурах воздуха. При понижении температуры покрытия дороги ниже 0 °С влага от дождя или тающего снега замерзает. Образование гололедицы наиболее вероятно при температурах воздуха от -2 до -6 °С, относительной влажности воздуха от 65 до 85 % [5, 6].
Гололед образуется при выпадении переохлажденных осадков в виде дождя, мороси, тающего снега на дорожное покрытие, имеющее отрицательную температуру. К этой же группе относят и не переохлажденные осадки. Основной причиной образования скользкости в этом случае является потепление после длительных морозов и перемещение теплой воздушной массы, которая приносит с собой осадки (переохлажденные, не переохлажденные).
Рис. 1. Стекловидный лед на асфальтобетонном покрытии моста
«Черный лед» - это единственный вид зимней скользкости, образование которого происходит при отсутствии атмосферных осадков. Водяной пар из воздуха в результате радиационного выхолаживания дорожного покрытия до температур ниже 0 °С и ниже температуры точки росы сублимируется и переходит из газообразного состояния в лед, образуя на поверхности дорожного
покрытия очень тонкий и прозрачный слой льда, практически не видимый из кабины транспортного средства [Там же].
Поскольку все виды зимней скользкости приводят к запредельному снижению коэффициента сцепления, то для обеспечения безопасного движения транспортных средств они должны быть своевременно выявлены и ликвидированы эксплуатирующей дорожной организацией. Работы по борьбе с зимней скользкостью должны обеспечивать транспортно-эксплуатационное состояние дорог, удовлетворяющее действующим требованиям и соответствующее заданному уровню содержания [7].
Образование таких видов зимней скользкости, как рыхлый снег, снежный накат, гололедица и гололед, сопровождается выпадением атмосферных осадков и температурными колебаниями, которые могут идентифицироваться на месте визуально или прогнозироваться на основе гидрометеорологических показателей.
На автомобильных дорогах для выявления и предупреждения образования гололедных явлений используется система дорожного метеообеспечения. Она предусматривает получение различной метеорологической информации: специализированных прогнозов погоды, штормовых предупреждений, текущих фактических метеорологических данных.
Для проведения профилактических работ по содержанию дорожных покрытий необходимы предупреждения о возможности и сроках образования зимней скользкости на покрытии. При этом в дополнение к государственным метеорологическим станциям в настоящее время на автомобильных дорогах дополнительно вводят специальные технические средства - автоматические дорожные метеорологические станции (АДМС).
Дорожные метеорологические станции предназначены для контроля за погодными параметрами в непосредственной близости от дороги [5]:
- температурой воздуха;
- относительной влажностью воздуха;
- скоростью и направлением ветра;
- видом и интенсивностью осадков;
- метеорологической дальностью видимости (на участках дорог с частым образованием туманов) и параметрами дорожного покрытия;
- температурой покрытия;
- состоянием дорожного покрытия (сухое, влажное, наличие льда);
- концентрацией противогололедных материалов (ПГМ) на покрытии.
Информация, поступающая с АДМС, совместно с информацией Росгид-
рометцентра позволяет правильно организовывать работу по борьбе с зимней скользкостью, выбирать необходимую технологию производства работ по распределению ПГМ (рис. 2).
Для борьбы с зимней скользкостью в настоящее время применяются следующие технические способы: комбинированный, химический, фрикционный, физико-химический и тепловой [8].
Первые три способа направлены на повышение коэффициента сцепления и ликвидацию снежно-ледяных отложений на покрытии, четвертый - на придание противогололедных свойств асфальтобетонному покрытию, кото-
рые достигаются путем введения в асфальтобетонную смесь антигололедных наполнителей, например «Грикол», снижающих адгезию снежно-ледяных отложений к покрытию или предотвращающих их образование [9]. Последний способ реализуется путем обогрева покрытия с помощью стационарных или самоходных систем и устройств.
Рис. 2. Примерная схема получения и передачи информации о погодных условиях на автодороге
Данные способы достаточно хорошо зарекомендовали себя при борьбе со снежными накатами и по предупреждению некоторых гололедных образований, однако при борьбе с разновидностями стекловидного льда, особенно на мостах, эти способы не всегда эффективны и экономичны. Основными их недостатками являются:
1) слабое закрепление противогололедного материала на покрытии;
2) дополнительные затраты на гидрофобизацию железобетонных элементов мостовых сооружений при применении хлорсодержащих ПГМ [10];
3) высокая стоимость обработки мостовых сооружений в весенний и осенний периоды жидкими противогололедными материалами, не содержащими хлоридов (например, Нордикс, Антиснег, НКММ);
4) покрытие с антигололедными добавками бывает влажным даже в сухую погоду, что увеличивает риск его обледенения при резком понижении температуры воздуха, и у таких покрытий уменьшаются межремонтные сроки [8].
Мосты, путепроводы, эстакады являются одними из наиболее гололедоопасных участков на автомобильных дорогах. Это обусловлено тем, что материал пролетных строений мостов (металл, железобетон) обладает меньшей теплоинерционностью, чем дорожная конструкция автомобильной дороги,
следовательно, остывает гораздо быстрее и имеет более низкую температуру покрытия в ночное время, а также расположены они чаще в поймах рек, около озер и других водоемов, где более высокая относительная влажность воздуха. Поэтому помимо основных проявлений зимней скользкости, характерных для автомобильных дорог, на проезжих частях мостов в осенне-весенний период года часто появляется гололедное образование в виде «черного льда». При этом на подходах к искусственному сооружению из-за более медленного остывания дорожной конструкции и более низкого значения относительной влажности данное явление может не наблюдаться.
Идентифицировать данный вид зимней скользкости в весенний и осенний периоды достаточно сложно. Во-первых, отсутствуют методы своевременного выявления «черного льда» на поверхности проезжей части мостовых сооружений. Во-вторых, мостовые сооружения рассредоточены на всем протяжении автомобильной дороги, и расстояние между соседними объектами может варьироваться от 100 м до нескольких десятков километров. При этом климатические параметры, фиксируемые АДМС, от которых зависит образование «черного льда», могут значительно отличаться уже на расстоянии от 10 км. Соответственно, если на одном мостовом сооружении проезжая часть будет сухая и чистая, то нет гарантий, что на соседних мостах, расположенных в радиусе 10-15 км, нет скользкости. В-третьих, при отсутствии осадков визуально увидеть на проезжей части моста «черный лед», отличающийся своей тонкостью и прозрачностью, достаточно сложно и требует специальных навыков работы в организации, занимающейся эксплуатацией транспортных сооружений. Данное обстоятельство усугубляется еще и тем фактором, что на проезжей части автомобильной дороги в это время скользкость может отсутствовать.
Помимо сложностей в обнаружении данного вида зимней скользкости существуют и проблемы в его ликвидации традиционными способами. Распределенные сыпучие противогололедные материалы (пескосоляная смесь, фрикционный материал или техническая соль) не смогут закрепиться на поверхности проезжей части мостового сооружения и будут сдуваться ветровыми потоками от проезжающего автотранспорта. В этих условиях эксплуатационная эффективность такой противогололедной обработки сводится к нулю.
Наиболее эффективным способом борьбы в этом случае является распределение жидких химических реагентов, не содержащих хлоридов. Однако данный метод является высокозатратным как из-за большой стоимости самих реагентов, так и из-за относительно высоких расходов на их распределение.
Тепловой способ, заключающийся в обогреве покрытия глубинными нагревательными элементами, монтируемыми под дорожную одежду, в настоящее время из-за появления новых нагревательных элементов с нанопокрытиями может оказаться наиболее перспективным для борьбы с гололедными явлениями.
В заключение следует отметить, что вопрос предупреждения образования и ликвидации гололедных явлений на покрытиях дорог, и особенно мостовых сооружений, до сих пор является актуальным, а методы борьбы с этими явлениями требуют дальнейшего развития и поиска инновационных тех-
нологий, позволяющих обеспечить безопасность дорожного движения и снизить себестоимость этих работ.
Библиографический список
1. Методические рекомендации по ремонту и содержанию автомобильных дорог общего пользования (взамен ВСН 24-88) : приняты и введены в действие письмом Государственной службы дорожного хозяйства Министерства транспорта Российской Федерации от 17.03.2004 N ОС-28/1270-ис. - 100 с.
2. ГОСТ Р 50597-93. Автомобильные дороги и улицы. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения : утв. и введ. в действие Постановлением Госстандарта России от 11.10.93 № 221. - 7 с.
3. Руководство по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах : ОДМД : утв. распоряжением Минтранса России от 16.06.2003 № ОС-548-р. - 43 с.
4. Справочная энциклопедия дорожника / А.П. Васильев, В.К. Апестин, В.И. Баловнев [и др.] ; под ред. А.П. Васильева ; Федеральное дорожное агентство «Росавтодор». - М. : Информавтодор, 2004. - 507 с.
5. ОДМ 218.2.2003-2009. Методические рекомендации по специализированному прогнозу состояния дорожного покрытия : рекомендованы к применению распоряжением Росав-тодора от 25.11.2009 г. № 493-р. - 23 л.
6. ОДМ 218.8.001-2009. Методические рекомендации по специализированному гидрометеорологическому обеспечению дорожного хозяйства : утв. распоряжением Федерального дорожного агентства от 26.11.2009 № 499-р. - 33 с.
7. Книга линейного работника дорожного хозяйства / С.Е. Полещук, Д.Г. Мепуришвили, В.В. Чванов [и др.]. - М. : ФГУП «Информавтодор», 2009. - 368 с.
8. Зимнее содержание автомобильных дорог / Г.В. Бялобжеский, А.К. Дюнин, Л.Н. Плакса, Л.М. Рудаков, Б.В. Уткин ; под ред. А.К. Дюнина. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Транспорт, 1983. - 197 с.
9. Экология зимнего содержания автомобильных дорог - обзорная информация. Вып. 3. -2003. - Государственная служба дорожного хозяйства Министерства транспорта Российской Федерации. Информационный центр по автомобильным дорогам. - 50 с.
10. Методические рекомендации по содержанию мостовых сооружений на автомобильных дорогах : утв. распоряжением Федерального дорожного агентства от 30.08.99 № 7-р. - 81 с.
References
1. Metodicheskie rekomendatsii po remontu i soderzhaniyu avtomobil'nykh dorog obshchego pol'zovaniya (vzamen VSN 24-88) : prinyaty i vvedeny v deystvie pis'mom Gosudarstvennoy sluzhby dorozhnogo khozyaystva Ministerstva transporta Rossiyskoy Federatsii ot 17.03.2004 № OS-28/1270-is. [Guidelines for repair and maintenance of public roads (instead of VSN 24-88) adopted and put into operation by the letter of the State Road Service of the RF Ministry of Transport (17.03.2004) № 0S-28/1270. - 100 p.
2. GOST R 50597-93. Avtomobil'nye dorogi i ulitsy. Trebovaniya k ekspluatatsionnomu sos-toyaniyu, dopustimomu po usloviyam obespecheniya bezopasnosti dorozhnogo dvizheniya : utv. i vved. v deystvie Postanovleniem Gosstandarta Rossii ot 11.10.93 № 221 [State Standard 50597-93. Highways and streets. Requirements to the state of repair for road safety; approved and put into operation by the Russian State Standard Resolution (11.10.1993), no. 221]. - 7 p.
3. Rukovodstvo po bor'be s zimney skol'zkost'yu na avtomobil'nykh dorogakh [Guidance for control of winter slipperiness on roads] : ODMD : utv. rasporyazheniem Mintransa Rossii ot 16.06.2003 № OS-548-r [Branch road techniques affirmed by the Mintrans of Russia (16.06.2003), № OS-548-r]. - 43 p.
4. Vasil'ev, A.P., Apestin, V.K., Balovnev, V.I. [i dr.]. Spravochnaya entsiklopediya dorozhnika [Reference encyclopedia for road builder]. - Moscow, Informavtodor Publ, 2004. - 507 p.
5. ODM 218.2.2003-2009. Metodicheskie rekomendatsii po spetsializirovannomu prognozu sos-toyaniya dorozhnogo pokrytiya : rekomendovany k primeneniyu rasporyazheniem Rosavtodora
[Branch road techniques 21S.2.2003-2009. Guidelines on special forecast of road cover conditions recommended for the use by the Federal Road Agency (25.11.2009) № 493-r]. - 23 p.
6. ODM 218.8.001-2009. Metodicheskie rekomendatsii po spetsializirovannomu gidrometeoro-logicheskomu obespecheniyu dorozhnogo khozyaystva : utv. rasporyazheniem Federal'nogo dorozhnogo agentstva [Guidelines for specialized hydrometeorological maintenance of road economy ratified by Decree of the Federal Road Agency (26.11.2009) № 499-r]. - 33 p.
7. Poleshchuk, S.E., Mepurishvili, D.G., Chvanov, V.V. [i dr.]. Kniga lineynogo rabotnika dorozhnogo khozyaystva [Book for linear worker of Road Management]. - Moscow, Federal State Unitary Enterprise «Informavtodor» Publ., 2009. - 36S p.
S. Byalobzheskiy, G.V., Dyunin, A.K., Plaksa, L.N., Rudakov, L.M., Utkin, B.V. Zimnee soderzhanie avtomobil'nykh dorog [Winter maintenance of roads]. - Moscow, Transport Publ., 19S3. - 197 p.
9. Ekologiya zimnego soderzhaniya avtomobil'nykh dorog - obzornaya informatsiya [Ecology of winter road maintenance - survey information]. Vyp. 3. - 2003. Gosudarstvennaya sluzhba dorozhnogo khozyaystva Ministerstva transporta Rossiyskoy Federatsii. Informatsionnyy tsentr po avtomobil'nym dorogam [Civil service of the road economy of the RF Ministry of Transportation. Information centre on highways]. - 50 p.
10. Metodicheskie rekomendatsii po soderzhaniyu mostovykh sooruzheniy na avtomobil'nykh dorogakh :utv. rasporyazheniem Federal'nogo dorozhnogo agentstva ot 30.0S.99 № 7-r [Guidelines on the maintenance of bridge structures on the roads ratified by Decree of the Federal Road Agency (30.0S.1999), no. 7-r]. - S1 p.
