CC BY
199
УДК 625.7/.8: 004.65
УЧЁТ РЕГИОНАЛЬНЫХ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ИНФОРМАЦИОННОЙ БАЗЫ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ДОРОЖНО-КЛИМАТИЧЕСКОГО РАЙОНИРОВАНИЯ
В. Н. Ефименко, С. В. Ефименко, М. В. Бадина, А. В. Сухоруков
Томский государственный архитектурно-строительный университет (ТГАСУ), Россия, г. Томск,
Аннотация. Приведены результаты исследований по учёту распределения геокомплексов в природных условиях Западной Сибири. Отмечены отличия в территориальном распространении дорожно-климатических зон, схематично выделенных в действующих нормах проектирования автомобильных дорог. Показаны рекомендации по дорожно-климатическому районированию территории Западной Сибири с учётом особенностей водно-теплового режима грунтов земляного полотна.
Ключевые слова: автомобильная дорога, дорожно-климатические зоны, геокомплексы, информационная база, экономический эффект.
Ведение
Недостаточный учёт действующими отраслевыми нормативными документами особенностей природно-климатических
условий западно-сибирского и других регионов России в значительной мере определяет невысокий уровень
эксплуатационной надёжности транспортных сооружений, обусловливает необходимость значительных затрат на приведение их в требуемое по условиям движения состояние в течение жизненного цикла.
На территории Российской Федерации отсутствует единая методология выполнения работ по дорожно-климатическому районированию, учитывающая особенности протекания водно-теплового режима грунтов земляного полотна автомобильных дорог, формирующегося под влиянием тех или иных природно-климатических условий,
отражающих их зональность,
интразональность и региональность.
Действующие нормативные документы предлагают карты-схемы дорожно-климатического районирования территории Российской Федерации, отличающиеся по площади, занимаемой зонами и подзонами.
Так СНиП 2.05.02-85* [1] предлагает карту дорожно-климатического районирования территории бывшего Советского Союза, которая предполагает выделение пяти дорожно-климатических зон (ДКЗ) (рис. 1), однако, например, на территории II-ой ДКЗ находятся такие населённые пункты как Рига, Вильнюс, Москва, Ханты-Мансийск, Томск, природно-климатические условия которых значительно отличаются.
Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85* - свод правил СП 34.13330.2012 [2] отражает уже другую карту дорожно-климатического районирования территории Российской Федерации, которая помимо пяти ДКЗ предполагает выделение трёх для I ДКЗ, четырёх для II ДКЗ и двух для III ДКЗ (рис. 2), причём географическое положение границ дорожно-климатических зон несколько отличается от представленных в СНиП 2.05.02-85* [1].
В отраслевых дорожных нормах ОДН 218.046-01 Проектирование нежёстких дорожных одежд [3], приведён третий вариант карты дорожно-климатического районирования, так же выделяющий три подзоны для I ДКЗ, шесть для II ДКЗ и три для III ДКЗ (рис. 3).
Рис. 1. Карта дорожно-климатического районирования по СНиП 2.05.02-85*
■;ртщы сг ппиерп дщхж./ш-климитичеасих *т\ ........- (ранйцы дарожчо-к шмппшческит: мЛмк
Рис. 2. Карта дорожно-климатического районирования по СП 34.13330.2012
Рис. 3. Карта дорожно-климатического районирования по ОДН 218.046-01
Отмеченное выше подтверждает наличие проблемы в дорожной отрасли, связанной с учётом особенностей геокомплексов при проектировании, строительстве, ремонте и содержании автомобильных дорог и, соответственно, с их эксплуатационной надёжностью.
Информационные технологии в дорожно-климатическом районировании
Существующие методы районирования не позволяют учесть многообразие природно-климатических особенностей регионов. В частности, слабая разработанность критериев однородности и целостности выделяемых районов, правил выбора элементов наблюдения, проведения границ, а также отсутствие единых приёмов сбора и обработки данных, тормозят эффективное использование ранее предложенных схем районирования для различных территорий России. Значительные трудности возникают при сравнении или объединении результатов
исследований, выполненных разными авторами.
Для уточнения границ дорожно-климатических районов перспективны математические методы, включающие в себя информационный технологии, которые позволяют более полно отобразить естественную пространственную
дифференциацию ландшафтной оболочки за счёт учёта большего количества природно-климатических факторов и свести к минимуму субъективное влияние исследователя на результат.
Среди природных и климатических условий, подлежащих учёту при дорожно-климатическом районировании [4] ранее было предложено учитывать три группы факторов, составляющих географический комплекс -зональные, интразональные и региональные (рис. 4), что не вызывает принципиальных возражений и в настоящее время.
Рис. 4. Природные и климатические комплексы, подлежащие учёту (по Ю.Л. Мотылёву)
Формирование информационной базы производят с привлечением справочной литературы, теоретического моделирования и полевых и лабораторных исследований (рис. 5).
Полевые работы включают несколько этапов, среди которых можно выделить: камеральное изучение проектной
документации; визуальное изучение состояния объектов, включая, геодезическую съёмку поперечного профиля; уточнение соответствия конструктивно-технологических решений на обследуемых участках дорог содержанию проектов; отбор проб грунтов для лабораторных исследований.
Лабораторные исследования свойств грунтов выполнены на монолитах и пробах, отобранных при полевых работах с соблюдением правил ГОСТ 12071-2000 [5]. В процессе исследований было отобрано и испытано более 600 образцов грунта. Полевые и лабораторные работы позволили установить состав и свойства грунтов рабочего слоя земляного полотна автомобильных дорог района исследований. Отметим, что достоверность основных положений, выводов и рекомендаций
гарантирована необходимым объёмом статистики, применением современных методов расчёта и инженерного оборудования, обеспечивающих достаточный уровень надёжности результатов
математического моделирования и измерений физических величин.
Привлечение методов математического моделирования при формировании информационной базы для дорожно-климатического районирования связано с неравномерным распределением плотности сети автомобильных дорог на отдельных территориях Российской Федерации. Наибольшая её протяжённость наблюдается в районах с развитой промышленностью и сельским хозяйством. Поэтому натурные измерения, например, влажности грунтов земляного полотна в расчётный период, можно выполнить не для всех территорий региона, кроме того выделение дорожных районов на этапе уточнения дислокации границ I, II и III дорожно-климатических зон не всегда обеспечивает возможность сбора статистической информации о нормируемых значениях характеристик грунтов из-за отсутствия автомобильных дорог.
ИНФОРМАЦИОННАЯ БАЗА
СПРАВОЧНАЯ ЛИТЕРАТУРА
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ПОЛЕВЫЕ И ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Среднегодовая температура воздуха Годовое ко лнчество осадков
Влагообеспеченностъ территорий
Высота снежного покрова Типы растительности Сведения о
распространении грунтов Рельеф местности
Величина испарения с поверхности суши Влажность грунта рабочего слоя земляного полотна
Глубина промерзания грунтов
Гйдротермический
коэффициент
Селянинова
Тип грунта
Гранулометрический
состав
Влажность на границе текучести, влажность на границе р аскатывания. число пластичности
Рис. 5. Схема формирования информационной базы для дорожно-климатического районирования территорий
Группа зональных геокомплексов в информационной базе сформирована с привлечением методов математического моделирования. Например, величина испарения с поверхности дорожного полотна, весенняя влажность грунтов верхней части рабочего слоя земляного полотна установлены с использованием теории профессора И.А. Золотаря [6].
Сущность метода, назначения величины расчётной весенней влажности глинистых грунтов рабочего слоя земляного полотна, заключается в последовательном прогнозировании осенней, а затем весенней влажности с учётом: характерной для региона конструкции дорожной одежды; возвышения земляного полотна над уровнем грунтовых вод; величины критерия влагонакопления; толщины активного слоя.
Сопостовление результатов
прогнозирования и опытных данных оценено коэффициентом линейной корреляции (г), который является теоретически
обоснованной мерой тесноты связи между двумя статистически связанными признаками. Значения его для осенней относительной влажности (Wоср) составило г=0,86, а для весенней относительной влажности ^веср) -г=0,89, что свидетельствует о достаточно высокой сходимости результатов наблюдений за влажностью и о возможности прогнозирования её аналитическими методами [7].
Следующий этап исследований по дорожному районированию отдельных территорий можно реализовать либо за счёт покомпонентного наложения схем
распространения элементов геокомплексов, либо с привлечением математических приёмов обработки характеристик, включённых в информационную базу, например, с применением разработанного специалистами ТГАСУ программного продукта [8]. Особенности алгоритма расчётов по этой программе приведены в работе [9].
Дальнейшая работа направлена на корректировку положения границ районов, подзон и зон для смежно расположенных территорий административных образований на значительных по площади территориях регионального характера. При этом, как и для реализации предыдущего этапа
районирования предложено математическое решение [9], позволяющее более полно отобразить естественную пространственную дифференциацию ландшафтной оболочки, обеспечить высокий уровень однородности выделяемых в системе «зона-подзона-район» территорий [10].
Научная новизна предлагаемого подхода заключается в выделении однородных территорий в региональных
административных образованиях по комплексу природных и климатических условий с учётом закономерностей и связей, учитывающих особенность протекания водно-теплового режима грунтов земляного полотна на существующей сети автомобильных дорог.
Результатом работ по формированию информационной базы и расчётов является карта-схема распространения границ дорожно-климатических зон для исследуемых территорий, причём выделенные дорожно-
климатические зоны разбивают на подзоны по типам рельефа и однородные по геокомплексам дорожные районы. Детальную характеристику основных геокомплексов, применяемых при выделении дорожных
районов, приводят в табличном виде [11]. Так, например, на территории Омской области выделено две дорожно-климатические зоны (II и III), одна подзона (равнинная) и восемь дорожных районов (рис. 6).
Рис. 6. Карта дорожно-климатического районирования территории Омской области: II, III, IV - дорожно-климатические зоны; Р - подзона по типу рельефа (равнинный); 1 - 4 - номера дорожных районов
Оценка экономической эффективности результатов исследований выполнена по следующей схеме [12]:
1. Назначены характерные для территории исследования конструкции дорожных одежд, включающие конструктивные слои из местных дорожно-строительных материалов. Расчёт принятых конструкций для условий II и III дорожно-климатических зон выполнен по ОДН 218.04601 в программном продукте Radon;
2. Установлена сметная стоимость принятых в исследовании вариантов конструкций дорожных одежд с применением
действующих расценок на строительные работы в базисном и текущем уровнях цен;
3. Рассчитана эффективность уточнения границ территориального распространения дорожно-климатических зон с применением программного продукта Effect
(http://rosavtodor.ru/infomation/nau ka_i_te hnika/ 225.html).
Заключение
Установлено, что экономический эффект от уточнения дислокации границ и территориального распространения дорожно-климатических зон в западно-сибирском регионе в базисном уровне цен 2000г. составляет 107 397 руб. (при уточнении
дислокации границы II - III дорожно-климатических зон) и 28 905 руб. (при уточнении дислокации границы III - IV дорожно-климатических зон) на 1 км автомобильной дороги. В текущем уровне цен экономический эффект составит около 820 тыс. руб. и 220 тыс. руб., соответственно, на 1 км автомобильной дороги.
Основываясь на результатах многолетних исследований влияния природно-
климатических условий на состояние сети автомобильных дорог западно-сибирского региона, можем предположить, что предлагаемый нами методический подход к уточнению границ дорожно-климатических зон на обширной территории России может способствовать обеспечению требований к качеству проектирования и строительства транспортных сооружений и, соответственно, снижению эксплуатационных затрат в течение их жизненного цикла.
Отдельные результаты, отражённые в статье, были получены в рамках выполнения НИР по государственному контракту 47/295 от 24 сентября 2012 г. между Федеральным дорожным агентством «Росавтодор» и Томским государственным архитектурно-строительным университетом.
Работа поддержана грантом Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 14-07-00673 А).
Библиографический список
1. СНиП 2.05.02-85*. Автомобильные дороги. Госстрой СССР. - М: ЦИТП Госстроя СССР, 2004 -56с.
2. СП 34.13330.2012. Автомобильные дороги. Министерство регионального развития РФ. - М., 2013.
3. ОДН 218.046-01 Проектирование нежестких дорожных одежд. Государственная служба дорожного хозяйства Министерства транспорта Российской Федерации. - М: Информавтодор, 2001. - 145с.
4. Мотылев, Ю. П. Устойчивость земляного полотна автомобильных дорог в засушливых и пустынных районах / Ю. П. Мотылев. - М.: Транспорт, 1969 - 230 с.
5. ГОСТ 12071-2000. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов. - М.: МНТКС, 2000. - 26с.
6. Водно-тепловой режим земляного полотна и дорожных одежд / Под.ред. И. А. Золоторя, Н. А. Пузакова, В. М. Сиденко. - М., Транспорт, 1971 -416с.
7. Ефименко, С. В. Обоснование расчетных значений характеристик глинистых грунтов для проектирования дорожных одежд автомобильных дорог (на примере районов Западной Сибири):
дис. ... канд. техн. наук / С. В. Ефименко. - Омск, 2006. - 217с.
8. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013616874 Российская Федерация. Выявление простирания линий границ дорожных зон, подзон, районов / С.
B. Ефименко, М. В. Бадина, Д. Н. Черепанов, С. П. Батуев - № 2013614537; заявл. 03.06.13; опубл. 24.07.13
9. Ефименко, С. В. Применение информационных систем при уточнении границ дорожно-климатических зон / С. В Ефименко, Д. Н. Черепанов // Вестник МГСУ. - 2013. - №6. - С.214-222.
10. Ефименко, С. В. К уточнению схемы дорожно-климатического районирования территорий на примере районов Западной Сибири / С. В. Ефименко, В. Н Ефименко, А. О. Афиногенов // Вестник Том. гос. архитектурно-строит. ун-та. - 2014. - №1(42) - С. 125-134.
11. Обоснование распространения границ дорожно-климатических зон на территории Западной Сибири на основе исследования изменчивости геокомплексов / Отчет НИР// ТГАСУ Руководитель темы В.Н. Ефименко. - Отчёт депонирован в ВНТИЦ. Этап 3 заключительный. ГР 01201274694, инв. 02201456824. Томск, 2014 - 90 с.
12. Боброва, Т. В. Оценка экономической эффективности учёта изменчивости геокомплексов при проектировании дорожных одежд автомобильных дорог / Т. В. Боброва, С. В. Ефименко // Вестник СибАДИ. - 2013. - №4 (32) -
C. 136-140.
ACCOUNTING REGIONAL CLIMATIC CONDITIONS AT FORMING INFORMATION BASE FOR THE PURPOSES OF ROAD-CLIMATIC ZONING
V. N. Efimenko, S.V. Efimenko, M. V. Badina, A. V. Sukhorukov
Abstract. The article dwells upon results of researches on accounting distribution of geocomplexes in natural conditions of the Western Siberia. There are marked differences in territorial spreading of road climatic zones, schematically marked out in the current standards of engineering automobile roads. There are shown recommendations for road - climatic zoning of the Western Siberia considerinf peculiarities of hydrothermal regime of road beds.
Keywords: motor road, road-climatic zones, geocomplexes, information base, economic effect.
References
1. 1. SNiP 2.05.02-85* 'Avtomobil'nye dorogi' [Automobile roads]. The Gosstroy USSR. Moscow,
2004. 56 p. (rus)
2. SNiP 34.13330.2012 Avtomobil'nye dorogi' [Automobile roads]. Ministry of Regional Development of Russia. Moscow, 2013. (rus)
3. ODN 218.046-01 'Proektirovanie nezhestkikh dorozhnykh odezhd [Engineering of flexible pavement]. Gosudarstvennaya sluzhba dorozhnogo
khozyaistva Ministerstva transporta Rossiiskoi Federatsii [Public service of road facilities of the RF Ministry of Transport]. Moscow: Informavtodor, 2001. 145 p. (rus)
4.Motylev Y.P. Stability of motor roads bed in droughty and deserted areas. Y.P. Motylev. - M. Transport, 1969-230p.
5. GOST 12071-2000. Grunty. Otbor, upakovka, transportirovanie i hranenie obrazcov. [Soils. selection, packing, transportation and storage of samples]. Moscow, MNTKS, 2000. 26p.
6. Vodno-teplovoj rezhim zemljanogo polotna i dorozhnyh odezhd [Hydrothermal mode of a road bed and pavement]. Pod.red. I. A. Zolotorja, N. A. Puzakova, V. M. Sidenko. Moscow, Transport, 1971. 416p.
7. Efimenko S. V. Obosnovanie raschetnyh znachenij harakteristik glinistyh gruntov dlja proektirovanija dorozhnyh odezhd avtomobil'nyh dorog (na primere rajonov Zapadnoj Sibiri): dis. ... kand. tehn. nauk [Justification of calculated values of clay soils' characteristics for designing motor roads' pavements] (on the example of regions of Western Siberia): yew. ... Cand.Tech.Sci.]. Omsk, 2006. 217p.
8. Svidetel'stvo o gosudarstvennoj registracii programmy dlja JeVM № 2013616874 Rossijskaja Federacija. Vyjavlenie prostiranija linij granic dorozhnyh zon, podzon, rajonov [Identification of outstretching lines of road zones' borders]. S.V. Efimenko, M.V. Badina, D. N. Cherepanov, S.P. Batuev. no 2013614537 ; zajavl. 03.06.13 ; opubl. 24.07.13
9. Efimenko S.V., Cherepanov D.N. Primenenie informacionnyh sistem pri utochnenii granic dorozhno-klimaticheskih zon [Use of information systems at specification of road and climatic zones' borders]. Vestnik MGSU, 2013, no 6. pp.214-222.
10. Efimenko S. V. Efimenko V. N., Afinogenov A. O. K utochneniju shemy dorozhno-klimaticheskogo rajonirovanija territorij na primere rajonov Zapadnoj Sibiri [To specification of the scheme of road and climatic zoning of territories on the example of Western Siberia's regions]. Vestnik Tom. gos. arhitekturno-stroit. un-ta. Tomsk, 2014, no 1(42). pp. 125-134.
11. Obosnovanie rasprostranenija granic dorozhno-klimaticheskih zon na territorii Zapadnoj Sibiri na osnove issledovanija izmenchivosti geokompleksov [Justification of distribution of road and climatic zones' borders in the territory of the Western Siberia on the basis of studying variability of geocomplexes]. Otchet NIR.TGASU Rukovoditel' temy V.N. Efimenko. Otchjot deponirovan v VNTIC. Jetap 3 zakljuchitel'nyj. GR 01201274694, inv. 02201456824. Tomsk, 2014 - 90 s.
12. Bobrova T. V., Efimenko S. V. Otsenka ekonomicheskoi effektivnosti ucheta izmenchivosti geokompleksov pri proektirovanii dorozhnykh odezhd avtomobil'nykh dorog [Evaluation of economic
efficiency of accounting variability of geocomplexes at designing motor road pavements]. Vestnik SibADI, 2013. no. 4(32). Pp. 136-140. (rus)
Ефименко Владимир Николаевич (Томск, Россия) - доктор технических наук, профессор, декан дорожно-строительного факультета, заведующий кафедрой «Автомобильные дороги», Томский государственный архитектурно-строительный университет (ТГАСУ) (634003, г. Томск, пл. Соляная, 2, e-mail: svefimenko_ 80@mail. ru)
Ефименко Сергей Владимировичт (Томск, Россия) - кандидат технических наук, доцент кафедры «Автомобильные дороги», Томский государственный архитектурно-строительный университет (ТГАСУ) (634003, г. Томск, пл. Соляная, 2, e-mail: [email protected])
Бадина Мария Владимировна (Томск, Россия) - кандидат технических наук, доцент кафедры «Автомобильные дороги», Томский
государственный архитектурно-строительный университет (ТГАСУ) (634003, г. Томск, пл. Соляная, 2, e-mail: [email protected])
Сухоруков Алексей Владимирович (Томск, Россия) - ассистент кафедры «Автомобильные дороги», Томский государственный
архитектурно-строительный университет (ТГАСУ) (634003, г. Томск, пл. Соляная, e-mail: [email protected])
Efimenko Vladimir Nikolaevich (Tomsk, Russian Federation) - doctor of technical sciences, professor, dean of the Road building faculty, Tomsk State University of Architecture and Construction (634003, Tomsk, Solyanaya 2, e-mail: [email protected])
Efimenko Sergei Vladimirovich (Tomsk, Russian Federation) - candidate of technical sciences, associate professor of the department "Motor roads", Tomsk State University of Architecture and Construction (634003, Tomsk, Solyanaya 2, e-mail: svefimenko_ 80@mail. ru)
Badina Mariya Vladimirovna (Tomsk, Russian Federation) - candidate of technical sciences, associate professor of the department "Motor roads", Tomsk State University of Architecture and Construction (634003, Tomsk, Solyanaya 2, e-mail: mvbadina@yandexl. ru)
Sukhorukov Aleksey Vladimirovich (Tomsk, Russian Federation) - assistant of the department "Motor roads", Tomsk State University of Architecture and Construction (634003, Tomsk, Solyanaya 2, email: [email protected]
