Зимнее содержание автотранспортных дорог

В районах с устойчивыми отрицательными температурами без зимних оттепелей или с редкими оттепелями снег иногда не удаляют, а уплотняют на покрытиях, доводя его плотность до 0,5-0,6 г/см3 с толщиной уплотненного слоя снега от 15 до 40 см и более в зависимости от интенсивности движения автомобилей. Этого делать не следует. В весенний период накопившийся на покрытии слой снега под действием положительных температур воздуха и солнечной радиации размягчается и теряет прочность. В результате дорога становится непроезжей. Удаление уплотненного слоя снега представляет значительные трудности, и период искусственно созданной распутницы может затянуться, что приведет к большим убыткам.

Строительство временных зимних дорог (автозимников) и их содержание методом уплотнения снега широко практикуется в северных районах. Однако трассы автозимников проходят вне пределов существующих дорог и пользование ими носит сезонный характер. Что касается дорог постоянного пользования (особенно с усовершенствованным покрытием), то снег с них необходимо удалять.

Очищать дороги от снега нужно на всю ширину земляного полотна. Следует поддерживать поверхность дороги в ровном и обтекаемом для снеговетрового потока состоянии. Снежные валы, образующиеся при очистке, необходимо полностью удалять или разравнивать за бровкой земляного полотна. Снегу, убранному за бровку (в надкюветное пространство), надо придавать уклон не менее 1:8.

Все это способствует переносу метелевого снега через дорогу без отложения снега на ней.

Поверхность дороги после очистки должна быть ровной, а при оставлении небольшого выравнивающего слоя снега (на переходных покрытиях и грунтовых дорогах) - достаточно плотной, чтобы не вызывать снижения скорости автомобилей. Колеи, гребенка, ухабы и другие неровности мешают движению. Кроме того, неровная поверхность дороги сама по себе может служить причиной образования снежных заносов, так как метелевый снег, скользящий по поверхности дороги, откладывается в мельчайших понижениях и за мельчайшими возвышениями.

В периоды, когда возможно возникновение зимней скользкости, в первую очередь необходимо следить за состоянием участков с плохой видимостью, крутыми уклонами и кривыми малого радиуса, пересечений в одном уровне, участков, проходящих в населенных пунктах, подходов к искусственным сооружениям и всех других мест, где может требоваться экстренное торможение. При возникновении зимней скользкости должны быть приняты меры для полного удаления ледяного или снежно-ледяного слоя, вызвавшего скользкость, либо произведена россыпь по обледеневшей поверхности проезжей части материалов, повышающих коэффициент сцепления шин с дорогой.

На время, пока эти мероприятия не проведены, необходимо ограничивать скорость движения автомобилей по согласованию с органами ГАИ.

Большие трудности составляет обеспечение проезда в зимнее время на лавиноопасных и наледных участках. На лавиноопасных участках главным требованием является обеспечение безопасности проезжающих. С этой целью осуществляется ряд инженерных мер, предотвращающих сход лавин или защищающих от них дорогу. Эти меры одновременно способствуют и уменьшению снегонакопления на дороге. Если же инженерные меры противолавинной защиты по тем или иным причинам не осуществлены, то должен производиться профилактический спуск лавин с последующей расчисткой образующихся лавинных завалов.

На лавиноопасных участках дорог необходимо также вести систематическое наблюдение за состоянием снежного покрова на склонах и принимать меры по оповещению проезжающих, ограничению или полному закрытию проезда при возникновении лавинной опасности.

На участках, где возможно образование наледей, следует применять устройства, ограждающие земляное полотно и искусственные сооружения от развивающейся наледи и предусматривающие ликвидацию или ослабление условий наледеобразования.

3.2 Факторы, влияющие на состав работ и трудность зимнего содержания дорог

Под трудностью зимнего содержания следует понимать суммарную характеристику условий, в которых приходится вести борьбу со снегом и льдом на дорогах, чтобы обеспечить бесперебойный проезд зимой. От трудности зимнего содержания зависит потребность в затратах труда, материалов, энерго- и машино-ресурсов, денежных средств на содержание дорог зимой.

В свою очередь, трудность зимнего содержания зависит от большого количества факторов, которые можно объединить в три основные группы:

-природно-климатические;

-проектно-строительные;

-эксплуатационные.

К природно-климатическим факторам относят:

-метеорологические;

-рельеф;

-растительность.

Метеорологические факторы - это продолжительность периода зимнего содержания дорог, метелевый режим, ветровой режим, температурный режим, количество и вид осадков, высота снежного покрова.

От продолжительности периода зимнего содержания дорог зависят общий объем работ, их организация и суммарная величина материальных и денежных затрат на борьбу со снегом и льдом на дорогах. В метеорологических справочниках даются сведения о датах установления и схода устойчивого снежного покрова, которые можно приближенно считать началом и концом периода зимнего содержания дорог.

Метелевый режим в существенной мере определяет возможности образования снежных заносов на дорогах, их объем и характер. Гидрометеостанции ведут наблюдения за метелями, и по их данным можно установить общее число часов метелей за зиму, вид и продолжительность отдельной метели, скорость ветра, длительность межметелевых промежутков.

Ветровой режим - основной метеорологический фактор, влияющий на снегозаносимость дорог. При ветрах, дающих вдоль дорог или под малыми углами к ним, снежные заносы образуются значительно реже, чем при ветрах, направление которых составляет с направлением дорог прямой или близкий к нему угол. Ветры, имеющие высокую скорость, переносят много снега, вызывают опасность поломки снегозащитных устройств и затрудняют выполнение работ по снегоборьбе. Подробные сведения о скоростях и направлениях ветров имеются в региональных справочниках гидрометслужбы.

Температурный режим определяет состояние снежного и ледяного покрова, условия работы машин и водителей. В районах, где зимой устойчиво держатся отрицательные температуры, снег обычно бывает сухим и сыпучим. Там, где температура воздуха зимой часто колеблется, порой приближаясь или поднимаясь выше 0оС, а затем снижается, достигая низких значений, снег постепенно становится вязким, влажным, затем твердым смерзшимся и даже обледенелым. Одновременно изменяются его физико-механические свойства (плотность, твердость, сопротивление сдвигу и резанию), что, в свою очередь, отражается на трудности разработки снежных отложений снегоочистительными машинами.

От количества и интенсивности зимних осадков зависят состояние дорог и условия работы рабочих и машин. Важно также знать вид осадков, общую толщину слоя, накопившегося на дороге, интенсивность накопления. Рыхлый слой снега, образующийся при снегопадах, вызывает снижение скорости автомобилей, а ледяной слой, возникающий на покрытиях при гололедице, снижает коэффициент сцепления шин с дорогой ухудшает безопасность движения. При большой интенсивности выпадения осадков ухудшается видимость (иногда до нескольких метров).

Высота снежного покрова влияет на снегозаносимость дорог. Снежный покров, накопляясь на местности, по которой проложена дорога, сглаживает неровности рельефа, создавая как бы новый рельеф. При большой высоте снежного покрова поверхность дорожного полотна, построенного без учета требования снегоборьбы, может оказаться ниже прилегающей снежной поверхности. В данном случае дорога как бы располагается в выемке из снега, что служит причиной снежных заносов.

Для правильного решения вопросов организации зимнего содержания дорог большую роль играют экономические расчеты.

К основным задачам, требующим для их решения экономических расчетов, относятся:

-определение экономической эффективности зимнего содержания дорог;

-сравнение эффективности различной технологии работ, машин или сооружений;

-установление экономически целесообразных сроков выполнения работ по зимнему содержанию дорог;

-определение оптимальных вариантов оснащения материальными ресурсами использования.

Экономические расчеты, требующиеся для рациональной организации зимнего содержания дорог, должны выполняться в соответствии с основными инструктивными документами:

-Типовой методикой определения экономической эффективности капитальных вложений;

-Инструкцией по определению экономической эффективности капитальных вложений в строительстве (СН 423-77);

-Инструкцией по определению экономической эффективности использования в строительстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений (СН 509-78).

Определение экономической эффективности зимнего содержания имеет важное практическое значение, так как позволяет обоснованно принимать решение о целесообразности регулярной эксплуатации дорог в зимний период, если это связано со значительными трудностями и расходами. Особенно важно это для дорог в малонаселенных районах, в северных и в тех случаях, когда дороги имеют малую интенсивность движения. Регулярное зимнее содержание дороги экономически целесообразно при условии

Sз.с.<Пн.х. (5)

где Sз.с. - стоимость зимнего содержания;

Пн.х. - потери, вызванные отсутствием зимнего содержания.

Экономическую эффективность технических мероприятий можно оценивать двумя методами: определяя их общую или сравнительную эффективность. Общая экономическая эффективность измеряется отношением эффекта ко всей сумме капитальных вложений или к стоимости производственных фондов. Сравнительная экономическая эффективность определяется сравнением затрат по одному варианту вложений с другим. Более эффективным признается вариант с меньшими затратами. Поскольку предусматривается сравнение двух видов затрат - стоимости зимнего содержания и потерь, вызванных его отсутствием, то для определения экономической эффективности зимнего содержания дорог следует производить расчеты по методу сравнительной экономической эффективности. При расчетах по этому методу определяют приведенные затраты, представляющие собой сумму текущих издержек и единовременных затрат, приведенных к начальному году в соответствии с установленным нормативным коэффициентом эффективности.

3.3 Борьба с зимней скользкостью

3.3.1 Виды зимней скользкости

Все отложные снега и льда, периодически появляющиеся на покрытии и значительно увеличивающие его скользкость, по физическому состоянию можно подразделить на следующие четыре вида: стекловидный лед; зернистый лед; твердый снег, рыхлый снег. Эти физически разнородные отложения отличаются между собой достаточно четко как по внешним признакам, так и по физико-механическим свойствам.

Стекловидный лед относится к наиболее опасному виду. Коэффициент сцепления шин автомобиля со стекловидным льдом равен 0,08-0,15. При образовании на дорожном покрытии этого вида отложений автомобильная дорога приобретает аварийное состояние и временно становится почти непригодной для эксплуатации.

Отложения стекловидного льда образуются единовременно на участках дорог большой протяженности и могут сохраняться длительное время, пока не произойдет их разрушение за счет испарения и таяния. Этот вид отложений представляет собой стекловидную с гладкой поверхностью прозрачную корку льда плотностью 0,7-0,9 г/см3 и толщина до 3 мм.

Стекловидный лед образуется в случае:

-выпадения дождя или мороси при отрицательных температурах;

-замерзания жидких атмосферных осадков на еще не успевшем прогреться дорожном покрытии во время быстро наступившей оттепели;

-замерзания талой или дождевой воды при похолодании.

Зернистый лед - наиболее редкий вид отложений. Он имеет зернистое строение, шероховатую поверхность и включения воздушных пузырьков. Цвет отложений матово-белый, толщина неравномерная и может достигать в районах с интенсивными туманами 10 мм и более. Плотность 0,5-0,7 г/см3. Образуется зернистый лед в основном при плотном тумане с ветром, когда температура воздуха колеблется около 0оС.

Твердый снег (снежно-ледяной накат) - самый распространенный вид отложений на проезжей части дорог. Коэффициент сцепления колеса автомобиля с накатом составляет 0,2-0,25. Толщина снежно-ледяного наката колеблется в широких пределах. При интенсивном движении транспортных средств плотность снежных отложений быстро нарастает и достигает 0,3-0,6 г/см3.

Уплотнение свежевыпавшего снега и образование слоя наката происходит в результате многократного приложения уплотняющих нагрузок при торможении с последующим его замерзанием. Наиболее интенсивен процесс уплотнения при наличии тонких слоев влажного снега, когда температура выше - 10оС.

Рыхлый снег представляет собой снежный слой, образующийся во время слабых и умеренных снегопадов в безветренную погоду и равномерно отлагающийся на дорожном покрытии. Плотность его от 0,06 до 0,20 г/см3. Снег может быть сухим, влажным и мокрым. С увеличением влажности его плотность растет. Водоудерживающая способность рыхлого снега достигает 35-55 %. При содержании влаги более 20 % снег не поддается уплотнению под действием на него нагрузок, сохраняясь в виде мокрой кашицевидной массы. Если влажность снега меньше, то при высокой плотности движения автомобилей на дороге неизбежно образуется накат.

Распространение скользкости на дорогах характеризуется значительной неравномерностью, обусловленной разнообразием погодно-климатических условий.

Продолжительность периода, в течение которого возможно появление скользкости, зависит от географического расположения территории и от высоты местности над уровнем моря.

Погодно-климатические условия и обусловливаемый ими режим обледенения автомобильных дорог зависят от характера атмосферной циркуляции. При западном и юго-западном типах циркуляции поступление теплых и влажных воздушных масс на большей части европейской территории страны (ЕТС) сопровождается обильным выпадением осадков и увеличением случаев образования различных видов зимней скользкости на дорогах. Перенос воздушных масс в меридиональном направлении с севера на юг приводит к установлению холодного и малоснежного периода часто с ясной погодой. При меридиональной циркуляции атмосферы вероятность образования зимней скользкости уменьшается. Восточная циркуляция воздушных масс приводит к понижению температуры, уменьшению количества осадков в восточной части ЕТС и увеличению количества осадков в ее западных и юго-западных районах.

Наибольшее число снегопадов отмечается в первые месяцы зимы, и поэтому работы по ликвидации скользкости в этот период почти повсеместно являются наиболее напряженными.

Преобладающее распространение имеют виды скользкости, образующиеся при снегопадах. На большей части ЕТС среднесуточный слой осадков (в пересчете на воду) в зимние месяцы составляет не более 1 мм. В центральных областях ЕТС обледенение дорог за счет образования тонких корок стекловидного льда составляет 5-8 % от количества случаев образования всех видов скользкости за зиму. По мере увеличения числа дней с дождями с севера на юг и особенно южнее 47о северной широты, где зимой жидкие осадки преобладают, вероятность появления на дорогах стекловидного льда возрастает. В 90-95 % случаев тонкие (до 3 мм) корки стекловидного льда образуются на дорожных покрытиях при температуре воздуха выше -6оС.

Наиболее опасна зимняя скользкость в горах, на крутых подъемах и спусках, где она нередко бывает причиной серьезных аварий.

3.3.2 Химический способ

Химический способ предусматривает использование в качестве противогололедного материала химические вещества, обладающие способностью плавить лед в значительном количестве при широком диапазоне отрицательных температур.

По физико-химическим свойствам и технико-экономическим показателям наиболее пригодными для борьбы с зимней скользкостью являются соли хлористого натрия, кальция и магния, относящиеся к классу хлоридов. Эти соли используются в твердом и жидком виде. По составу они могут быть однородными или смешанными в различных пропорциях. На территории противогололедные хлориды имеют широкое распространение, их природные и промышленные ресурсы весьма велики, они являются относительно дешевым и доступным материалом.

Известен способ устройства дорожных покрытий из асфальто-бетона, в состав которого входит 5-6 % зернистого продукта, содержащего преимущественно хлористый кальций. Зерна этого продукта покрыты защитной пленкой. При интенсивном движении транспортных средств происходит постепенный износ покрытия и одновременно с этим на его поверхности появляются новые порции противогололедного вещества. Оказавшись на поверхности, продукт растворяется, и тем самым уменьшается вероятность образования корки льда или наката.

Практический интерес представляют прочные микропленки, создаваемые на покрытии для уменьшения силы сцепления льда с поверхностью покрытия. Это достигается путем поверхностной обработки или объемного введения кремнийорганических веществ, обладающих гидрофобными свойствами.

К кремнийорганическим гидрофобизаторам, используемым в строительстве, относятся:

-алкилхлорсиланы;

-алкилсиликонаты натрия;

-полиалкилгидросилоксановые жидкости.

Для применения в дорожном строительстве гидрофобные вещества пока не синтезированы, а выпускаемые промышленностью не отвечают тем жестким требованиям, которым они должны отвечать как материал для борьбы с обледенением дорог. Стоимость применения гидрофобных веществ пока слишком высока, в связи, с чем во многих странах общепризнанным является химический способ, основанный на применении хлористых солей. Известны следующие химические вещества, которые используются и могут быть использованы на дорогах нашей страны.

Хлористый натрий NaCl, или поваренная соль. Встречается в природе в виде каменной (минерал галит) и самосадочной соли соляных озер.

На солепредприятиях в качестве готовой продукции выпускают пищевую, техническую и кормовую соль. Пищевая соль содержит от 97 до 99,7 % NaCl, техническая и кормовая не менее 93 %.

Соль сильвинитовых отвалов. Она является отходом производства калийных удобрений из минерала сильвинита, состоящего из хлористого калия, каменной соли и ряда примесей.

В процессе переработки из сильвинитовой руды выделяют хлористый калий на удобрение, а хлористый натрий в огромных количествах идет в отвалы, которые по составу и структуре вполне пригодны для борьбы с зимней скользкостью. Например, в составе технической соли в отвалах Верхнекамского калийного месторождения содержится 90-95 % хлористого натрия. Зерна этой соли в рассыпчатом состоянии размером более 5 мм составляют в среднем 10 %, от 5 до 1 мм около 60 % и менее 1 мм - 30 %.

Хлористый кальций CaCl2. Он изготавливается с содержанием основного вещества в пределах 67-95 %, а в жидком виде с содержанием хлорида кальция 32-38 %.

Смесь хлористого натрия и хлористого кальция. Это эффективный противогололедный материал, взаимодействующий со льдом при низких температурах, так как добавка CaCl2 к хлористому натрию снижает точку замерзания раствора смеси. Эта смесь не слеживается при хранении. Для ослабления слеживаемости рекомендуется приготавливать смеси в следующих пропорциях: 92:8 при использовании 90 %-ного CaCl2 или 88:12 при 67 %-ном CaCl2.

Хлористый кальций фосфатированный (ХКФ). Это продукт, в который введена добавка ингибитора (фосфата), резко снижающего коррозионное действие хлористого кальция на металлы. Ингибитор вводится в заводских условиях в количестве 4-6 % от массы хлористого кальция.

Реагент НКМ представляет собой соединение нитрита кальция с мочевиной. Он выпускается промышленностью в гранулированном виде. НКМ быстро взаимодействует со льдом, обладает хорошей плавящей способностью и не вызывает коррозию металла. Этот продукт используется на аэродромах для обработки взлетно-посадочных полос. На автомобильных дорогах НКМ пока не применяется из-за высокой стоимости и ограниченных ресурсов.

Технический хлористый магний MgCl2 · 6H2O (бишофит). Он изготавливается путем упаривания рапы залива Кара-Богаз-Гол. Он представляет собой чешуированный продукт, содержащий 47 % хлористого магния и 53 % кристаллизационной воды.

Для борьбы с зимней скользкостью могут широко использоваться жидкие хлориды в виде рассолов. Высококонцентрированные рассолы распространены на обширной территории и их ресурсы неограниченны. Месторождения рассолов зачастую имеются в районах с густой сетью автомобильных дорог.

По сравнению с кристаллическими веществами рассолы технологичнее. В них легко можно вводить различные добавки с целью расширения температурного диапазона применения рассола или для подавления его коррозионной активности.

По источникам получения все рассолы можно подразделить на четыре вида:

-природные подземные;

-искусственные подземные;

-рассолы соляных озер;

-промышленные отходы.

Содержание солей в природных рассолах увеличивается с глубиной до 200-300 г/л и более.

Природные рассолы многокомпонентны. Они содержат в своем составе до 60 различных элементов. Преобладающими элементами являются ионы хлора, натрия, кальция, магния. По химическому составу природные рассолы относятся чаще к хлористонатриевым или хлористокальциевонатривым.

Искусственные рассолы образуются путем растворения подземных залежей каменной соли пресной водой, нагнетаемой по специальным скважинам в соляной пласт. Искусственные рассолы, как правило, однокомпонентны.

Концентрация хлористонатриевой соли достигает обычно состояния насыщения.

Озерные рассолы размещаются на поверхности земли в приморских и континентальных бессточных котловинах. По количеству соляных озер и растворенных в них солей занимает первое место в мире.

Солевой состав озерных рассолов разнообразен. В приморских озерах преимущественно содержатся соли хлористого натрия и хлористого магния, а также сернокислый магний и сернокислый натрий.

В рассолах континентальных озер содержатся:

-хлористый натрий;

-хлористый кальций;

-хлористый магний;

-гипс;

-другие вещества.

Преобладающей солью в приморских и континентальных озерах часто является хлористый натрий, содержание которого достигает 80 % от массы всех солей [9].

Концентрация озерного рассола подвержена существенным колебаниям по сезонам года. К концу лета она увеличивается и нередко достигает 200-300 г/л и более.

Промышленные отходы рассола образуются на многих предприятиях различных отраслей промышленности. Много рассола идет в отход на химических заводах, производящих йод, бром, хлор, соду и другие продукты. Значительные ресурсы высококонцентрированных рассолов в виде отходов производства имеются на нефтепромыслах. Промышленные отходы жидких хлоридов весьма разнообразны как по составу, так и по содержанию растворенных в них солей.

Жидкие противогололедные материалы пока еще используются в ограниченном количестве. Однако их широкое использование - задача весьма актуальная, особенно при наличии местных ресурсов.

В тех районах, где местные источники получения рассолов отсутствуют, но имеются месторождения подземных рассолов, дорожным организациям целесообразно наладить их добычу, особенно при густой сети автомобильных дорог.

Бурение и оборудование рассольных скважин обходится довольно дорого, но опыт их эксплуатации на рассолопромыслах показывает, что они окупаются за 1-2 года. Продолжительность работы скважины достигает 40-60 лет. Обслуживает скважину один человек. В течение года одна скважина дает от 50 до 350 тыс. м3 рассола. Даже при минимальном дебите скважина может компенсировать потребность в 10-15 тыс. т привозной соли и обеспечить в течение сезона зимнее содержание дорог протяженностью 500-700 км.

Противогололедные хлориды обладают энергией, способный расплавить определенное количество льда. По количеству расплавляемого льда различие между хлоридами невелико.

Эффективность взаимодействия хлоридов со льдом существенно зависит от температуры. С ее понижением количество льда, которое способен расплавить хлорид, быстро убывает, особенно в интервале температур от 0 до -10оС. Так, если при температуре -2оС 1 кг хлористого натрия плавит 30 кг льда, то при -10оС это же количество хлорида может расплавить только 6 кг льда, а при -15оС -4,5 кг. На рис. 36 показано количество льда, расплавляемое 1 кг льда при разных температурах.

Каждый вид хлорида взаимодействует со льдом в определенном температурном диапазоне. Хлористый натрий плавит лед при температурах до -21,2, хлористый магний до -33,6 и хлористый кальций до -49,8оС. Эти предельные температуры соответствуют насыщенным растворам, которые при указанных предельных значениях температур полостью замерзают и образуют твердую смесь из льда и соли. У разбавленных растворов температура замерзания зависит от концентрации раствора. Закономерность изменения температуры замерзания от концентрации раствора показана на рис. 37. С увеличением массы льда при понижении температуры объем растворителя в растворе убывает, а концентрация раствора увеличивается с соответствующим понижением температуры замерзания растворителя. Физико-химические свойства вещества, температура, при которой оно применяется, и объем снежно-ледяных отложений, подлежащих расплавлению, являются главными критериями для определения норм распределения противогололедных химических материалов. В «Технических правилах ремонта и содержания автомобильных дорог» (ВСН 24-75) приняты нормы распределения твердых хлоридов, указанные в таблице 14.

Таблица 14. Нормы распределения твердых хлоридов

Химические вещества	Предельные значения температуры, до которых наиболее эффективно применение материалов, оС	Лед	Уплотненный снег	Рыхлый снег
		Предельные нормы распределения химических веществ при толщине снежно-ледяного слоя 1 мм, г/м2, и температуре, оС
		-5	-10	-15	-20	-5	-10	-15	ниже -20	-5	-10	-15	ниже -20
Хлористый натрий в виде поваренной соли	-15	20	40	70	-	15	30	50	-	10	20	30	-
Хлористый натрий в виде соли сильвинитовых отвалов	-10	25	50	-	-	20	40	-	-	15	25	-	-
Хлористый кальций чешуированный	-35	30	60	80	100	25	40	60	80	20	30	40	50
Хлористый кальций фосфатированый	-35	35	65	90	100	30	50	70	90	20	35	45	60
Смесь хлористого натрия и хлористого кальция	-20	25	50	75	-	20	40	60	-	15	25	40	-

Нормы распределения жидких хлоридов приведены в таблица 15. Они дифференцированы в зависимости от концентрации солей, содержащихся в рассоле. Эти нормы рассчитаны для применения при борьбе с накатом, а также с целью предупреждения его образования, когда розлив производится при снегопаде или вскоре после его окончания в свежевыпавший снег. При распределении жидких хлоридов по нормам, указанным в таблице 15, снег приобретает 20 %-ную влажность и при таком состоянии свежевыпавший снег не прикатывается колесами автомобилей, а уже образовавшийся накат размягчается и легко убирается с дороги снегоочистительными машинами. Для природных рассолов, неоднородных по химическому составу, нормы расхода принимаются по преобладающей соли в растворе.

Таблица 15. Нормы распределения жидких хлоридов

Состав жидких хлоридов	Концентрация, %	Норма распределения жидких хлоридов на 1 мм осадков (в не расчете на воду), л/м2, при температуре, оС
		-4	-8	-12
Хлористонатриевый	25 15	0,04 0,08	0,08 0,14	0,11 -
Хлористокальциевый	35 25 15	0,03 0,05 0,09	0,05 0,08 0,15	0,07 0,11 -
Хлористомагниевый	35 25 15	0,03 0,04 0,07	0,04 0,06 0,12	0,05 0,08 0,14

Норма распределения хлоридов определяется с учетом фактического количества отложений на дорожном покрытии.

Для определения количества снежно-ледяных отложений необходимо знать их толщину и плотность.

У свежевыпавшего снега плотность равна 0,05-0,1, слегка прикатанного -0,2-0,3, уплотненная корка наката имеет плотность 0,3-0,4, старый накат -0,4-0,6, стекловидный лед -0,7-0,9 г/см3.

Практическое значение имеют продолжительность периода взаимодействия системы лед - хлорид и интенсивность плавления льда во времени при разных температурах таблица - 16. При равных условиях наиболее длительное время плавления льда бывает при отрицательных температурах, близких к 0оС.

С понижением температуры продолжительность плавления льда убывает. Наиболее интенсивно лед плавится в течение первого часа. Чем ниже температура, тем интенсивнее плавление льда.

Таблица 16.

Продолжительность периода взаимодействия системы лед - хлорид и интенсивность плавления льда во времени

Температура, оС	Количество расплавляемого льда хлоридами (% от общего количества, которое могут расплавить хлориды) за время, ч
	0,5	1	2	4	0,5	1	2	4
	Хлористый натрий	Хлористый кальций
-2	20	27	37	50	32	36	44	52
-5	35	55	82	100	66	76	90	100
-10	40	60	85	100	80	100
-15	50	75	100		100

Противогололедные хлориды не оказывают какого-либо заметного воздействия на асфальтобетонные покрытия и резину. Их существенный недостаток - агрессивное действие на металлические части транспортных средств. Иногда они вызывают шелушение цементобетонных покрытий.

По степени коррозионного воздействия на сталь хлористый натрий и хлористый кальций мало отличаются друг от друга, а у хлористого магния коррозионная активность выражена слабее, чем у других видов хлоридов. Максимальную агрессивность растворы хлоридов имеют при 4-5 %-ной концентрации. С повышением концентрации коррозионная активность убывает.

Помимо физико-химических особенностей хлоридов, на скорость и характер коррозии оказывают влияние многие другие факторы:

-условия эксплуатации и хранения транспортных средств;

-характер их антикоррозионной защиты;

-внешние условия и пр.

Для ослабления коррозионного воздействия на металлические части автомобилей в хлориды необходимо заблаговременно вводить ингибиторы, способные существенно ослабить коррозию стали. В качестве таких добавок рекомендуются: однозамещенный фосфат натрия NaH2PO4·2H2O, двузамещенный фосфат натрия Na2HPO4·12H2O, простой суперфосфат Са(H2PO4)2 и двойной суперфосфат Са(H2PO4)2+Р2О5. Эти вещества широко используют в сельском хозяйстве в качестве фосфатных удобрений.

В твердый хлористый натрий добавляются однозамещенный фосфат натрия и двойной суперфосфат в количестве 3 %, а двузамещенный фосфат натрия и простой суперфосфат -5-7 % от массы соли. В рассолы хлористо-натриевого состава вводится 0,5-1 % однозамещенного или 2-3 % двузамещенного фосфата натрия. Для рассолов хлористо-кальциевого и хлористо-магниевого составов в качестве ингибитора используется простой и двойной суперфосфат в количестве соответственно 2 и 3 % от массы соли, растворенной в рассоле.

Одно- и двузамещенный фосфаты натрия легко растворяются в хлористо-натриевом рассоле, а простой и двойной суперфосфат предварительно растворяют в теплой воде и лишь после этого вводят в рассол.

Ингибированные хлориды не только ослабляют коррозию металла. Благодаря содержанию в них фосфатов, являющихся удобрением, они существенно смягчают отрицательное влияние хлоридов на растительность.

Для устранения шелушения поверхности цементобетонных покрытий, проявляющегося иногда на вновь построенных дорогах в результате совместного действия мороза и растворов хлористых солей, в бетонную смесь при ее приготовлении должны вводиться воздухововлекающие добавки, которые создают огромное число мелких замкнутых пор, способных увеличить стойкость бетона против агрессии противогололедных солей и мороза. В качестве добавок применяются хорошо зарекомендовавшие себя в строительстве абиетиновая смола (абиетат натрия) и мылонафт. Считается, что оптимальное содержание воздуха в бетоне при введении в него 0,01-0,02 % (от массы цемента) абиетиновой смолы должно быть не менее 4 %, а при использовании в качестве добавки 0,05-0,08% мылонафта стойкость бетона от шелушения существенно увеличивается при содержании воздуха не менее 3 % от объема. Применение для борьбы с зимней скользкостью хлоридов на дорогах с цементобетонным покрытием без воздухововлекающих добавок допускается по истечении 3 лет после строительства и спустя 1,5 года при условии наличия в бетоне воздухововлекающих добавок.

Отрицательное влияние хлоридов на природную среду (растительность, воду, почву) наиболее заметно, когда их складывают в штабеля непосредственно на землю, оставляя незащищенными от воздействия атмосферных осадков.

Поэтому при строительстве солехранилищ надо предусматривать меры, исключающие опасность загрязнения грунтовых, речных, озерных вод и почвы.

Характер воздействия хлоридов на компоненты природной среды в полосе влияния дороги зависит от многих факторов, связанных, например, как с физико-химическими свойствами самих веществ, так и с разнообразием особенностей компонентов среды.

Кальций, магний, калий повышают плодородие почвы, так как они являются необходимым питательным веществом для растений. Их влияние на воду, почву, растительность даже в повышенных концентрациях не так вредно, как действие недопустимо большой концентрации ионов натрия. С точки зрения воздействия на природную среду к наиболее приемлемым противогололедным веществам следует отнести природные (подземные и озерные) рассолы. Наряду с хлористым натрием они зачастую содержат в большом количестве соли кальция, калия, магния и многие микроэлементы, которые при слабой концентрации оказывают полезное влияние на развитие и урожайность сельскохозяйственных культур.

При взаимодействии хлоридов со снежно-ледяными отложениями образуются разбавленные растворы. Химические элементы, содержащиеся в этих растворах в ионном состоянии, в течение зимнего периода могут накапливаться в зоне придорожной полосы, но весной они вымываются обильными талыми и дождевыми водами и лишь частично аккумулируются в почвенных горизонтах. Как показывают исследования, при соблюдении установленных норм распределения хлоридов и технологии работ засоление почв вдоль автомобильных дорог выше допустимых пределов не отмечается.

Эффективность химического способа борьбы с зимней скользкостью существенно зависит от технологии работ. Хороший эффект дает профилактическое применение химических веществ. Часто зимняя скользкость образуется вследствие уплотнения снега под действием колес движущихся автомобилей. Для предотвращения уплотнения снега необходимо приступать к распределению твердых или жидких химических веществ вскоре после начала снегопада непосредственно в свежевыпавший снег, пока он еще не успел уплотниться. Введенные в свежевыпавший снег реагенты предотвращают уплотнение и прикатывание снега. При контактировании снега с хлоридами под действием колес автомобилей происходит перемешивание снежной массы и кристаллы снега обволакиваются незамерзающим раствором. Такой снег сохраняется на дорожном покрытии в разрыхленном состоянии. Поэтому использование хлоридов при уборке свежевыпавшего снега фактически является профилактической мерой борьбы со скользкостью. Высококачественная снегоочистка достигается при соблюдении соответствующей технологии работ.

Технологические этапы этих работ следующие:

-выдержка;

-обработка свежевыпавшего снега хлоридами;

-плавление;

-сгребание снега;

-сметание снега.

Выдержка предусматривает необходимость создания в начале снегопада снежного слоя, в котором хлориды должны закрепиться и взаимодействовать со снегом. Продолжительность выдержки, т.е.периода времени от начала снегопада до момента распределения противогололедных материалов, зависит от интенсивности снегопада. Установлено, что продолжительность этого этапа чаще всего составляет от 15 до 45 мин. На третьем этапе происходит частичное плавление снега от действия хлоридов и приобретение им таких физико-химических свойств, при которых предотвращается образование наката. Хлориды и снег взаимодействуют более эффективно, когда они перемешиваются колесами движущихся автомобилей. Если после уборки обработанного хлоридами свежевыпавшего снега снегопад продолжается, то указанный порядок работ повторяется до прекращения снегопада.

Во время интенсивного и длительного снегопада, а также когда скорость ветра превышает 6-8 м/с, на дорожном полотне быстро формируется толстый слой снега, образуются снежные заносы. В этих случаях осуществляется механическая снегоочистка без предварительной обработки дороги хлоридами.

На проезжей части дороги часто сохраняется различной толщины слой уплотненного наката.

Технология удаления этих отложений складывается из следующих операций:

-распределение хлоридов по поверхности наката;

-плавление и одновременное разрушение структуры снежно-ледяных отложений колесами движущихся автомобилей;

-уборка разрыхленной и влажной массы снега с помощью снегоочистителей, оборудованных плужком и щеткой.

Технология борьбы со снежно-ледяным накатом предусматривает не полное расплавление отложений, а лишь ослабление в них межкристаллических связей до приобретения снегом разрыхленного состояния, при котором становится возможной механическая очистка покрытия.

При образовании на дороге тонкой стекловидной корки льда химические вещества применяются с целью расплавления всей массы льда. В связи с тонкостью корки (1-3 мм) достаточно выполнить только одну операцию - распределить хлориды по поверхности обледенелого покрытия. Наилучший эффект при борьбе с этим видом скользкости достигается в том случае, когда применяется мелкозернистая или чешуированная соль.

3.3.3 Фрикционный способ

Для повышения коэффициента сцепления колес автомобиля со скользкой поверхностью дороги на ней рассыпают песок, высевки каменных материалов или шлак. Лучшими свойствами обладают песок или высевки с размером зерен 2-3 мм (но не более 8 мм). Чем крупнее зерна, тем больше расход материала, так как при разбросе крупнозернистых фракций ухудшается сцепление колеса с дорогой. Крупные частицы при механическом распределении могут нанести повреждения автомобилям.

Эффективность применения фрикционных материалов снижается, если, например, в них содержатся глинистые или илистые примеси, загрязняющие дорогу и повышающие ее скользкость.

Фрикционный способ борьбы зимней скользкостью имеет ряд существенных недостатков:

-требуется большое количество песков разбрасывателей;

-необходимо производить большие объемы работ по заготовке и распределению материалов, так как нормы их россыпи велики (200-400 г/м2).

Кроме того, при интенсивном движении автомобилей с большой скоростью фрикционные материалы быстро смещаются с проезжей части дороги к обочине. Например, по исследованиям уже через 15-20 мин после россыпи сухого песка на обледенелое покрытие коэффициент сцепления колеса со скользкой дорогой становится таким же, каким он был до обработки дороги песком. Коэффициент сцепления повышается весьма незначительно даже и в том случае, когда посыпка фрикционных материалов производится по норме 1100 г/м2.

Эффективность борьбы с зимней скользкостью рассматриваемым способом несколько повышается при введении в фрикционный материал хлоридов в твердом или жидком виде. Добавка хлоридов производится заблаговременно в количестве 8-10 % от массы песка.

Песчаносолевая смесь, получаемая путем тщательного перемешивания соли с песком, обладает способностью сохраняться в зимнее время в рыхлом несмерзшемся состоянии, что облегчает загрузку пескоразбрасывателей и позволяет достичь равномерной плотности посыпки. Главное же преимущество добавки соли в песок заключается в том, что она при взаимодействии со снежно-ледяными образованиями расплавляет их. Но при несоблюдении технических требований, предъявляемых к распределению песчаносолевой смеси, на поверхности запущенного толстого слоя уплотненного снега образуются ямы, бугры, колеи и прочие неровности. Условия эксплуатации дороги становятся хуже, чем после обработки дороги только песком без добавки соли.

Фрикционные материалы без добавок хлоридов могут периодически применяться в основном на дорогах с низшими переходными типами покрытий, на которых по каким-либо причинам в течение зимы предусматривается возможность сохранения плотного слоя снега.

3.3.4 Тепловой способ

Борьба с зимней скользкостью тепловым способом осуществляется с помощью стационарных систем и устройств, обеспечивающих обогрев покрытия, а также самоходными тепловыми машинами, принцип действия которых основан на использовании горячих выхлопных газов газотурбинных двигателей. Надежную защиту дорог от обледенения обеспечивают стационарные системы и устройства, автоматически включающиеся в период снегонакопления или льдообразования. Конструкции нагревательных систем и устройств подразделяются на два типа: с глубинным и поверхностным обогревом.

Глубинный обогрев покрытий производится при помощи теплофикационной системы трубопроводов или электронагревательных тепловых линий. Нагревательные элементы (системы труб, нагревательные провода, сетки, кабели) достаточно густо укладываются не небольшой глубине (30-50 мм) от поверхности покрытия. Покрытие быстро нагревается, что вызывает плавление снега по мере его выпадения и предотвращает возможность образования гололеда.

В качестве теплоносителя, подогревающего покрытие, применяются: горячая вода, нагретый воздух, различные жидкости с низкой температурой замерзания и электроэнергия. В систему обогрева дорожного покрытия горячая вода и подогретый воздух поступают от теплоцентрали. Возможности подключения системы обогрева к централизованному теплоснабжению или использования горячей воды промышленных установок крайне редки.

При устройстве в дорожном покрытии сети трубопроводов усложняется технология строительства дорог и увеличиваются материальные затраты на их эксплуатацию. При использовании в качестве теплоносителя горячей воды или пара возможна коррозия металлических труб и их разрыв при замерзании воды и неизбежно образование конденсата. Поэтому системы обогрева с использованием горячей воды или нагретого воздуха не находят широкого распространения. Они используют ограниченно в основном в городских условиях и, в частности, для обогрева ступеней подземных переходов.

В качестве теплоносителей целесообразно использовать жидкости с низкой температурой замерзания, например растворы этиленгликоля и минерального масла. Температура замерзания этиленгликоля зависит от его содержания в воде, в связи с чем, регулируя это содержание, можно обеспечить бесперебойную работу системы практически при любых температурных режимах.

В настоящее время наибольшее распространение приобретают системы обогрева покрытий электрическим током. Эти системы имеют много разновидностей, отличающихся друг от друга как по свойствам и конструкциям нагревательных элементов, так и по напряжению подводимого тока. При использовании более высокого напряжения (220-380 В) нагревателями являются различные кабели, а при потреблении тока напряжением 10-45 В нагревателями служат стальные сетки и арматура.

С целью отказа от потребления электроэнергии в часы пик разработана система аккумулированного электрообогрева дороги. Такая система предусматривает накопление тепла в дорожном покрытии в ночное время в количестве, достаточном на некоторый период дневного времени.

Электрообогрев - самый дорогой способ борьбы с зимней скользкостью. Если годовые эксплуатационные расходы на электрообогрев единицы площади и покрытия принять за 100 %, то расходы на обогрев системой трубопроводов при сжигании газа составят 52 %, при сжигании жидкого топлива 28 %, а при химическом способе борьбы с зимней скользкостью лишь 1,5 %.

Поверхностный обогрев осуществляют стационарные установки с инфракрасными газовыми или электрическими излучателями в виде рефлекторов, устанавливаемых на высоте 4-5 м над обогреваемой поверхностью. Они крепятся на специальных мачтах и размещаются друг от друга на расстоянии, обеспечивающим нужную плотность теплового потока в пределах проезжей части дороги.

При поверхностном обогреве не нарушаются прочностные показатели дорожного покрытия, как это бывает при глубинном обогреве. Существенный недостаток - большие потери тепловой энергии. При ветреной погоде поверхности покрытия достигает лишь 10 % излучаемой энергии.

Для борьбы со снежно-ледяными образованиями тепловым способом разработано много типов самоходных тепловых машин, представляющих собой установленные на различные шасси авиационные газотурбинные двигатели, отработавшие свой технический ресурс на самолетах. Под влиянием теплового воздействия струи выхлопных газов происходит плавление льда и испарение образовавшейся талой воды. Давлением струи газов часть не растаявшего льда и талой воды отбрасывается за пределы обрабатываемой площади.

Тепловые газоструйные машины применяются на аэродромах. Испытания их на автомобильных дорогах показали следующие недостатки: низкая производительность (8-10 тыс. м2/ч); при работе тепловых машин нарушается ритм движения транспортного потока; возможны повреждения покрытия за счет выгорания органического вяжущего; появляется опасность повреждения придорожных сооружений отбрасываемыми струей кусками льда и плотного снега. Тепловые газоструйные машины на автомобильных дорогах пока распространения не получили.

3.4 Способы защиты дорог от снежных заносов и очистки их от снега

3.4.1 Способы защиты дорог от заносов

Все снегозащитные средства делят на две группы:

-снегозащитные устройства;

-снегозащитные насаждения.

В свою очередь, снегозащитные устройства делят на два вида (в зависимости от принципа их действия):

-снегозадерживающие устройства;

-устройства снеговыдувающего или снегопередувающего действия.

Пока не предложены конструкции насаждений, способствующие передуванию снега через дорогу (кроме аллейных посадок Панфилова). Поэтому к насаждениям применимы объединяющий термин - снегозащитные и уточняющий - снегозадерживающие.

Заносимые участки автомобильных дорог можно защитить от снежных заносов тремя путями:

-задержать переносимый метелью снег на подступах к дороге и вызвать образование снежных отложений на безопасном для дороги расстоянии;

-увеличить скорость снеговетрового потока, когда он проходит над дорогой и этим предотвратить образование снежных отложений на дорожном полотне;

-полностью укрыть дорогу от снега с помощью специальных сооружений.

Практическое использование на автомобильных дорогах в достаточных масштабах пока получили только первые два способа защиты от снежных заносов.

Третий способ по технико-экономическим причинам распространения не получил, хотя отдельные попытки строительства небольших галерей для защиты дорог от снежных заносов были осуществлены на практике.

Наибольшее применение в Казахстане нашел способ защиты дорог от заносов путем снегозадерживания с помощью искусственных устройств или насаждений.

3.4.2 Снегозадерживающие устройства

К снегозадерживающим устройствам относят:

-снегозадерживающие заборы;

-снегозащитные устройства из снега (снежные траншеи, стенки и валы);

-снегозащитные устройства из местных материалов (каменные стены, хворостяные изгороди и т.д.).

Особую группу снегозащитных устройств составляют заборы снегопередувающего действия, основанное на увеличении скорости снеговетрового потока в момент его прохождения над дорогой, что предотвращает образование на ней снежных отложений.

Наиболее эффективным и надежным средством защиты дорог от снежных заносов являются снегозащитные насаждения. Они имеют значительно больший срок службы, чем переносные щиты и деревянные заборы. При соответствующей конструкции они задерживают весь снег, приносимый метелями, а стоимость их, отнесенная к одному году службы, меньше, чем у снегозадерживающих устройств.

Кроме того, насаждения способствуют повышению урожайности сельскохозяйственных культур на прилегающих землях, улучшают сохранность земляного полотна, дают возможность заготавливать некоторое количество деловой древесины.

Придорожное лесоразведение решает одновременно несколько задач: снегозащиту, ветрозащиту, оздоровление и улучшение ландшафта, уменьшение уровня шума, поглощение загрязнителей атмосферы, возобновление потерь кислорода, предохранение земляного полотна и придорожных земельных участков от последствий водной эрозии и ветровой дефляции.

3.4.3 Комплексная снегозащита

Комплексная снегозащита или комплексное снегозадержание - система мероприятий, при которой осуществляются во взаимоувязке работы по защите дорог от снежных заносов и работы по задержанию снега на полях в целях повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Основная задача комплексной снегозащиты - задержать снег там, где он полезен народному хозяйству, и предотвратить накопление его там. Где он приносит вред. Дорожные и сельскохозяйственные организации выполняют большие объемы работ по снегозадержанию, но они ведут их разобщено и не получают большого эффекта.

Нельзя поддерживать автомобильную дорогу в бесснежном состоянии с помощью только одних снегозащитных средств. Как бы тщательно ни была ограждена дорога снегозащитой, снег попадает на нее при снегопадах, верховых и общих метелях, а также при сходе лавин. Поэтому одним из важнейших видов работ по зимнему содержанию дорог является очистка их от снега [8].

Очистка от снега должна обеспечивать такое состояние дороги, при котором в максимально возможной степени удовлетворяются требования непрерывного, удобного и безопасного движения автомобилей с расчетной скоростью, а также снижается до минимума объем снежных отложений на проезжей части и обочинах.

Основные задачи, которые ставят при снегоочистке, зависят от характера снежных отложений, условий, в которых они образуются, и затруднений, создаваемых для движения на дороге. Если метель или снегопад имеют малую интенсивность, то обычно ставится задача вообще не допускать накопления снежных отложений, обеспечивая безотлагательное удаление попадающего на дорогу снега. При интенсивном приносе снега избежать накопления отложений не удается и проезд по дороге ухудшается. В этом случае ставится задача не только восстановить первоначальные условия проезда, но и сделать это быстро, чтобы предотвратить возникновение на дороге уплотненного слоя снега, образующего под колесами проезжающих автомобилей. При значительной интенсивности метелей, когда образуются снежные заносы, имеющие большую толщину и плотность, или при образовании снежных завалов после схода лавин движение по дороге полностью прерывается и первоочередной задачей является восстановление проезда.

Для решения перечисленных задач выполняют следующие виды снегоочистительных работ:

-патрульная очистка;

-удаление валов;

-расчистка снегопадных отложений и снежных заносов небольшой толщины;

-расчистка снежных заносов значительной толщины;

-расчистка лавинных завалов.

Для каждого вида работ применяют соответствующие типы машин и разрабатывают целесообразную технологию.

3.5 Предлагаемые мероприятия по повышению безопасности движения в зимних условиях города Костаная

Предлагаемые мероприятия по повышению безопасности движения в зимних условиях. В данной дипломной работе для повышения безопасности движения в зимний сезон предлагается очистка дороги от снега. Очистка от снега должна обеспечивать такое состояние дороги, при котором в максимально возможной степени удовлетворяются требования непрерывного, удобного и безопасного движения автомобилей с расчетной скоростью, а также снижается до минимума объем снежных отложений на проезжей части и обочинах. К основным мероприятиям по улучшению условий дорожного движения относятся комплексная снегозащита или комплексная снегозадерживающая система мероприятий, при которой осуществляется во взаимоувязке работы по защите дорог от снежных заносов и работы по задержанию снега. Особую группу снегозащитных устройств составляют заборы снегопередувающего действия.