Строительство зимних лесовозных дорог
СТРОИТЕЛЬСТВО ЗИМНИХ ЛЕСОВОЗНЫХ ДОРОГ И УСТРОЙСТВО ЛЕДЯНЫХ ПЕРЕПРАВ
Строительство зимних лесовозных автодорог производят в два этапа. Первый — разрубка просеки, корчевка пней, устройство водопропускных сооружений и земляного полотна. Разрубку просеки, как правило, делают зимой. Это позволяет вывезти с просеки заготовленную древесину. Ширина просеки должна быть для двухполосных дорог не менее 14. 15 м, для однополосных — не менее 8 м.
В летний период выполняют корчевку пней, снятие растительного слоя, расчистку полосы дороги от валежника и камней на ширину для двухполосной дороги не менее 8. 10 м, однополосной— не менее 5 м. При высоте на-сыпи более 0,5 м корчевку не проводят, а лишь срезают пни заподлицо с землей. Снятие растительного слоя и расчистка являются сопутствующими работами при корчевке. Растительный слой снимают еще с той целью, чтобы ускорить в начале зимы промерзание грунта.
При строительстве зимних автодорог стараются обойтись незначительными объемами земляных работ, поэтому устройство земляного полотна большей частью сводится к планировке раскорчеванной полосы. При необходимости устройства насыпей и выемок в целях уменьшения объемов земляных работ, если возможно, грузовую полосу отделяют от полосы порожнего направления.
Водопропускные сооружения прежде всего надо строить на водотоках с крутыми берегами и с быстрым течением. Но если необходимо начать вывозку древесины как можно раньше, то водопропускные сооружения следует возводить на всех водотоках. Переходы через болота должны быть прошпалены, а на топких участках и болотах глубиной более 2 м должен быть сооружен настил и отсыпана насыпь из минерального грунта высотой 0,4. 0,5 м, как это делают на дорогах объединения «Костромалеспром». Необходимость прошпаливания, устройства настила и насыпи вызывается тем, что торфяйая залежь очень медленно промерзает и пуск дороги в эксплуатацию сильно задерживается.
Второй этап строительства начинается с наступлением зимы и включает работы по ускорению промерзания грунтов, уплотнению снега и созданию снежно-уплотненного, снежно-ледяного или ледяного покрытия. Уплотнение снега начинают с проминки дороги гусеничными тракторами и последующим уплотнением ребристыми катками, волокушами, пачками хлыстов. Выравнивание делают деревянными утюгами или тяжелыми угольниками. Перед уплотнением весьма полезно снег перемешивать боронами или фрезами и для улучшения процесса уплотнения дать выдержку 5. 6 ч. Уплотнение следует производить при толщине снега 15. 20 см. Плотный снег ускорит промерзание. Рыхлый же снег обладает теплоизолирующими свойствами древесных опилок.
Если дорогу планируется эксплуатировать со снежно-уплотненным покрытием, то плотность снега должна быть не менее 0,55 г/см3 (плотность свежевыпавшего снега 0,05. 0,10 г/см3). Для получения снежно-ледяного или ледяного покрытия дорогу поливают водой. Опыт плавления снега специальной тепловой машиной не получил развития, так как этот способ требует больших энергозатрат.
До начала поливки должны быть подготовлены пункты набора воды, которые следует располагать на расстоянии 3. 5 км друг от друга. Для поливки используют водополивочные машины марки ЛД-21 на автомобиле МАЗ-509 с цистерной объемом 12 м3, ЛД-21А на автомобиле КамАЗ-5410 с цистерной 13 м3 и ДМ-3 на автомобиле КрАЗ-255 с цистерной 18 м3.
Строители лесовозных дорог считают, что самые лучшие условия для поливки при температуре от —8 до —15 °С и умеренном ветре. При сильных морозах на поверхности проезжей части после поливки образуется тонкий слой водно-снегового льда, который разрушается под грузом.
Многие ЛЗП для продления срока действия зимних дорог используют древесные опилки, которыми посыпают покрытие толщиной 10. 15 см ранней весной (Советский ЛПК) или вмораживают опилки или древесную дробленку в покрытие, т. е. делают слоеный пирог: лед — опилки, лед — опилки. Такая конструкция покрытия позволяет, например, Ун-Юганскому леспромхозу (Тюменская обл.) продлить зимнюю вывозку древесины на 3 нед и сэкономить сотни тысяч рублей, ведь леспромхоз вывозит в сутки 3 тыс. м3 древесины, а стоимость вывозки 1 м3 зимой в 5 раз дешевле, чем летом.
Переправа при необходимости может быть усилена настилом или намораживанием (см. рис. 5.30). Проруби при намораживании следует устраивать на расстоянии 50. 60 м от переправы. Полезно вмораживать горбыли, жерди и др. Толщина намороженного слоя должна быть не более 2/3 толщины слоя льда. При большем намораживании лед начинает утончаться со стороны воды. Переправа должна быть обозначена днем вехами, ночью освещением, на въездах устанавливают шлагбаумы и дорожные знаки (ограничение скорости и массы, дистанция).
Строительство зимних лесовозных дорог
ЗИМНИЕ ЛЕСОВОЗНЫЕ ДОРОГИ И ЛЕДЯНЫЕ ПЕРЕПРАВЫ
В многолесных районах лесосырьевые базы делят на зоны летнего и зимнего освоения. К зонам зимнего освоения относят лесные массивы с переувлажненными и заболоченными грунтами, где строительство круглогодовых дорог затруднено и требует больших средств. Значительно меньших затрат требует строительство зимних дорог.
В зависимости от вида покрытия зимние дороги разделяются на снежно-уплотненные, снежно-ледяные и ледяные на снежном и грунтовом основаниях. Снежно-уплотненные дороги устраивают на грубо спланированном основании на ветках и усах. Ледяные покрытия на основании из уплотненного снега устраивают на магистралях с небольшим объемом вывозки (до 50. 70 тыс. м3 за сезон) и на ветках. На магистралях с большим объемом вывозки необходимо устраивать наиболее совершенные ледяные покрытия на основании из промерзшего грунта.
На снежно-ледяных дорогах снег в течение зимы не очищается, за исключением уборки снега, выпавшего во время метелей, а уплотняется и поливается водой, что дает возможность накопить к концу зимы слой снегольда толщиной до 40 см и более и обеспечить возможность удлинения сезона вывозки в начале весны на 7. 9 дней. Применение ледяных покрытий на земляном основании с наращиванием слоя льда к концу зимы до 30. 40 см позволяет продлить сезон вывозки на более значительное время.
Ледяное или снежно-ледяное покрытие создается с применением поливочных машин. Имеются опытные конструкции
машин с тепловой обработкой снега, обеспечивающие за один проход снежно-ледяное покрытие. Одной из последних машин этого типа является полуприцепной агрегат СТМ-2А на базе трактора ТТ-4 конструкции Красноярского филиала ВНИИдор-строймаша, создающий покрытие шириной 2,8 м со скоростью 0,28 м/с, плотностью 0,6. 0,67 т/м3, толщиной 0,18. 0,23 м; расход топлива до 200 кг/км.
По плотности материала различают три типа покрытия: снежные с плотностью 6 = 0,5. 0,55 г/см3, снежно-ледяные с 6 = 0,56. 0,63 г/см3 и ледяные с 6>0,65 г/см3. Важным показателем прочности снежно-ледяного покрытия является его твердость, измеряемая величиной усилия, необходимого для вдавливания в материал штампа определенной формы и площади на расчетную глубину. Для измерения твердости применяют портативные твердомеры, твердомеры-зонды и ударник Союздорнии с облегченной гирей массой в 1 кг. При использовании этого ударника твердость вычисляют по формуле а = 0,56 + + 0,058 л, где п — число ударов гири для заглубления ударника на 10см.
Зная расчетную температуру, можно установить по каждой зимней дороге начало и конец сезона вывозки и число дней работы зимой по данным климатической характеристики района.
Особенности проектирования зимних дорог. На лесовозные зимние автомобильные дороги распространяются требования норм (см. табл. 5.1) со следующими основными изменениями. На ледяных дорогах величина руководящего подъема должна быть не более 30 %о, а при многокомплектной вывозке 20 %о. Максимальные спуски в грузовом направлении устанавливаются расчетом по формуле (5.10) с допущением ограничения скорости не более чем до 0,5 v. Как правило, магистрали и ветки проектируются с двумя полосами движения, в одной или раздельных просеках, усы однополосные.
При суточном объеме вывозки 800 м3 и более зимние магистрали проектируют по нормам для дорог III-л категории и при меньшем объеме по нормам IV-л категории с учетом особенностей зимней вывозки. Ширина просеки принимается для двухполосных дорог 12. 14 м, однополосных в раздельных просеках 8. 10 м, на усах 6 м. Проектирование насыпей и выемок допускается лишь на отдельных участках грузовой полосы движения (рис. 5.29), на пересечениях водоразделов, водотоков
и т. п. с прокладкой трассы в отдельной просеке. Зимние дороги, как правило, проектируются в нулевых рабочих отметках с горизонтальной поверхностью земляного полотна на прямых участках. Кюветов в выемках не назначают. Мосты
проектируют лишь на пересечениях постоянных плохо замерзающих водотоков.
На хорошо промерзающих сырых и заболоченных местах с толщиной слоя торфа до 1 м (болота I типа) дороги обычно проектируют в нулевых отметках со срезкой кочек и планировкой проезжей части дороги, а при толщине слоя торфа более
1 м и на болотах II типа предусматривают отсыпку насыпей высотой 0,3. 0,4 м или устраивают прошпаливание (укладку поперек оси дороги на спланированную поверхность дровяного
Для ускорения открытия движения по зимним дорогам, пересекающим болота I—II типов, целесообразно отсыпать насыпи высотой не менее 0,3 м вместо устройства прошпаливания. На ледяных дорогах пункты водоснабжения для поливки дороги— запруды, водозаборы из реки, колодцы, защищенные от промерзания, и т. п. предусматривают через 2. 4 км, что обеспечивает работу поливочных машин с минимумом холостого пробега за водой. Полезную емкость создаваемых водоемов определяют, исходя из расхода воды на поливку в течение зимы не менее 2000 м3/км двухполосной дороги.
Минимальную толщину слоя промерзшего грунта — торфа на болотах можно определить, исходя из следующих соображений. При недостаточной толщине слоя промерзшего грунта под действием колес поливщика грунт будет работать на срез. Заменяя след колеса эквивалентным кругом, получим расчетное неравенство
Рис. 5.29. Поперечные профили земляного полотна и конструкция дорожных
одежд зимних дорог:
Ледяные переправы. На пересечениях средних и больших водоемов зимними дорогами устраивают ледяные переправы. Место для переправы выбирают с учетом хорошего сопряжения льда с берегом (лед должен лежать на воде, а не на береговых камнях и не иметь под собой воздушной подушки), при отсутствии теплых течений, пропарин и торосов.
При вывозке древесины автопоездами необходимо усиление ледяной переправы устройством на ней лежневого колейного пути (рис. 5.30). Для ускорения начала движения по переправе ледяной покров можно усилить путем намораживания льда при
помощи мотопомпы. За сутки при t = —15. 20° можно наморозить слой льда толщиной до 8. 10 см, слоями в 0,5. 1 см, при установке бортов из подтоварника или уплотненного снега (рис. 5.30, а). Конструкция съездов с берега на лед показана на рис. 5.31.
Время (в часах), в течение которого расчищенная от снега торфяная залежь или водоем промерзнут на требуемую для
открытия движения глубину, приближенно можно определить по формуле
Рис. 5.30. Усиление ледяного покрова на переправах:
Рис. 5.31. Съезды с берега на ледяную переправу:
а — с расположением клетки из бревен на льду; б — с расположением клетки на берегу; 1 — снежно-хворостяная гать, залитая водой, т. е. скрепленная льдом; 2 — прогоны; 3 — снежный валик
Для определения необходимой толщины льда на переправе С. А. Бернштейн, создавший теорию расчета ледовых переправ, предложил рассматривать лед как плавающую на воде тонкую пластину, подвергающуюся воздействию подвижной нагрузки, что позволяет для расчета толщины слоя льда применить теорию центрального изгиба плиты, лежащей на упругом основании.
Распространение имеет формула, предложенная М. М. Ко-руновым, полученная в результате упрощения аналитических зависимостей С. А. Бернштейна и использования средних значений характеристик прочности льда
Контрольные вопросы. 1. От чего зависит необходимая ширина проезжей части и земляного полотна автомобильной дороги на прямых и кривых участках? 2. Укажите основные правила проектирования продольного профиля.
3. Что такое вираж, переходная кривая, их назначение? 4. Как обеспечивается необходимая видимость поверхности дороги в плане и продольном профиле? 5. Для чего устраивают вертикальные кривые? 6. Что такое клото-идная трасса и ее преимущества? 7. Укажите основные типы поперечных профилей дорожных одежд и условия их целесообразного применения. 8. Что такое уровень надежности и коэффициент прочности одежды? 9. Укажите основные положения расчета на прочность дорожных одежд различных типов и основы их оптимизации. 10. Как определить толщину покрытия из малосвязных каменных материалов? И. Укажите преимущества и недостатки
колейных покрытий из железобетонных плит и древесины на постоянных и временных путях. 12. Какими мерами можно продлить сезон вывозки по ледяным дорогам?
StudArctic forum
электронный научный студенческий журнал
Сельское, лесное и рыбное хозяйство
Зимние лесовозные дороги: особенности конструкции и функционирования
| Хорошилов Константин Викторович Петрозаводский государственный университет (Россия, Республика Карелия, г.Петрозаводск, пр. Ленина, 33), khoroshilov@yandex.ru |
| Научный руководитель: Колесников Геннадий Николаевич Ключевые слова: лесные дороги технологии строительства лесных дорог | Аннотация: В статье, выполненной в форме краткого обзора, рассматриваются некоторые вопросы, относящиеся к совершенствованию технологии строительства автомобильных лесных дорог. Актуальность этих вопросов непосредственно связана с задачами, определенными в «Стратегии развития лесного комплекса Российской Федерации на период до 2020 года». |
| Рецензент: Ю. В. Никонова | |
Основной текст
Представлен краткий обзор работ, в которых рассматриваются вопросы, относящиеся к совершенствованию технологий строительства зимних лесовозных дорог. Необходимость строительства зимних лесовозных дорог обусловлена недостаточным количеством лесовозных дорог круглогодового действия. В «Стратегии развития лесного комплекса Российской Федерации на период до 2020 года» указано, что в общем объеме лесных дорог доля дорог круглогодового действия с твердым покрытием составляла на дату подготовки данного документа 11,2% (181 тыс. км), на грунтовые дороги круглогодового действия приходилось 32% (514 тыс. км), остальные – временные дороги.
Недостаточная сеть лесных дорог является основным фактором, сдерживающим развитие лесопромышленного комплекса России.
Как известно, технико-экономическая эффективность использования оптимизированной сети лесных дорог выражается в следующем [1]: уменьшение расстояния трелевки; уменьшение зависимости объемов лесозаготовок от сезонных факторов; оптимизация расходов на складирование; сохранение высокого качества круглых лесоматериалов; экономия при выполнении лесохозяйственных работ; снижение потребности в спецтехнике повышенной проходимости; повышение эффективности проведения противопожарных и аварийно-спасательных операций; возможность реализации других видов лесопользования (сбор ягод, грибов, охота, рыбалка, туризм).
В современных условиях увеличение массы автопоездов и повышение нагрузки на ось требует усиления конструкций автомобильных дорог, что, как правило, сопряжено с увеличением расхода материалов (песок, щебень, гравий и т.д.) при строительстве лесной дороги, что зачастую делает проект нерентабельным или неосуществимым в условиях нехватки ресурсов. В этой связи альтернативой могут быть зимние лесовозные дороги [2].
Технологии строительства лесных дорог, в том числе зимних лесовозных дорог, регламентируются сводом правил СП 288.1325800.2016.
Комплекс задач по проектированию и строительству лесной дороги включает в себя [4]: разделение лесного массива на зоны летней и зимней вывозки древесины; определение густоты дорог; выбор структуры сети дорог; планирование сети дорог; определение протяженности дорог на перспективу и на один год; определение стоимости строительства дорог.
Фокусируя внимание на отличительных особенностях конструкций и функционирования зимних лесовозных дорог, отметим следующее. Как известно при понижении температуры и фазовом переходе воды из жидкого состояния в твердое состояние (в лед) объем увеличивается, но затем с понижением температуры льда его объем как твердого тела уменьшается. В начальной стадии промерзания температура верхнего слоя лесовозной дороги меньше, чем температура нижележащих слоев. Поэтому в дорожной конструкции уменьшению объема верхнего слоя сопротивляются силы его сцепления с нижележащим слоем. Как следствие, в верхнем слое появляются растягивающие силы, которые при достаточно большом перепаде температур вызывают разрыв верхнего слоя и появление так называемой морозобойной трещины. При этом под действием касательных сил происходит сдвиг верхнего слоя дорожной конструкции относительно нижележащего слоя, что приводит к увеличению ширины раскрытия трещины.
Известно, что сдвигающая сила пропорциональна модулю сдвига при прочих равных условиях. При этом расстояние между трещинами тем больше, чем меньше модуль сдвига, что следует из результатов теоретического исследования [5]. Таким образом, расстояние между трещинами будет тем больше, чем меньше сдвигающая касательная сила, то есть чем меньше сопротивление сдвигу.
С практической точки зрения, качество дороги будет тем выше, чем меньше трещин на единицу длины, например, на 1 км, то есть чем больше расстояние между трещинами.
Таким образом, уменьшению трещинообразования способствует снижение сопротивления сдвигу верхнего слоя дороги относительно нижележащего слоя.
Как известно, при строительстве временных лесовозных дорог экономически целесообразно использовать отходы заготовки и переработки древесины в сочетании с другими материалами. Известны конструкции зимних лесовозных дорог, в которых теплоизоляционный слой выполнен из смеси уплотненного снега и льда с добавками отходов заготовки и переработки древесины. Сопротивление сдвигу и сжатию смеси снега и льда с добавками опилок, щепы и других материалов экспериментально исследовано авторами статьи [6].
Снег, представляющий собой мелкие частицы замерзшей воды, после уплотнения, в том числе под воздействием нагрузок от транспортных средств и изменении температуры, преобразуется в лесовозной дороге в смесь снега и льда. Смесь снега и льда с добавлением опилок при отрицательной температуре имеет достаточно низкое сопротивление сдвигу, если массовая доля опилок находится в интервале от 5 до 12 %. В этом случае сопротивление образцов сдвигу не превышает 1 МПа при температуре –7 °С [6]. Анализ экспериментальных данных [6] с учетом сделанных выше замечаний о влиянии сопротивления сдвигу на расстояние между морозобойными трещинами [5] показал, что увеличение массовой доли опилок сверх 12 % нецелесообразно, так как сопротивление сдвигу возрастает, что ведет к увеличению числа трещин рассматриваемого вида. Массовая доля опилок меньше 5 % также нецелесообразно, поскольку при этом уменьшается сопротивление слоя сжатию при вертикальной нагрузке от автомобильного транспорта.
Верхний слой зимней лесовозной дороги может быть ледяным. При соответствующем обосновании возможно армирование данного слоя. Вертикальная нагрузка на данный слой от автомобильного транспорта вызывает появление в верхней половине толщины слоя льда сжимающих напряжений; в нижней половине толщины появляются растягивающие напряжения. Как известно, лед и уплотненный снег сопротивляются сжатию лучше, чем растяжению. Поэтому растянутая зона является в данном случае «слабым звеном» конструкции лесовозной ороги. Чтобы усилить конструкцию, армирующую сетку размещают в нижней половине толщины армируемого слоя. Толщина каждого слоя лесовозной дороги и характеристики геосетки определяются расчетами в зависимости от дорожно-климатических условий в соответствии с действующим сводом правил СП 288.1325800.2016. При этом следует учитывать изменение свойств грунтов в основании дороги в циклах «замораживание – оттаивание» [7, 8].
Таким образом, учет особенностей конструкции зимней лесовозной дороги, построенной с применением отходов лесозаготовки и переработки древесины, обеспечивает уменьшение количества морозобойных трещин в расчете на 1 км дороги, то есть обеспечивает увеличение среднего расстояния между трещинами. Важно отметить, что такой же эффект возможен и в случае, если верхний слой представлен мерзлым грунтом или асфальтом, а взамен опилок используются более прочные материалы. Как следствие, уменьшается неровность и повышается качество дороги. Однако, если опилки являются легкодоступным материалом по критерию затрат на транспорт, то их применение в конструкции дороги соответствует требованиям технико-экономической эффективности и экологической безопасности, так как расширяет возможности рационального использования отходов переработки древесины.
Список литературы
1. Проектирование, строительство, содержание и ремонт лесных дорог: учебное пособие / В. К. Катаров, Н. В. Ковалёва, А. Н. Кочанов, В. И. Марков, А. Н. Петров, Е. И. Ратькова, Д. В. Рожин, А. В. Степанов, А. П. Соколов, В. С. Сюнёв. – Петрозаводск: Издательство ПетрГУ. – 2014. – 92 с.
2. Павлов Ф. А. Покрытия лесных дорог // Москва: Лесная промышленность. – 1980. – 176 с.
3. Шегельман И.Р., Лукашевич В.М. Оценка сезонности при подготовке лесозаготовительного производства // Фундаментальные исследования. – 2011. – № 12-3. – С. 599-603.
4. Ларионов В.Я., Левушкин Д.М. Строительство дорог – решение транспортной доступности лесных массивов // Лесопромышленник. – № 4 (56). – 2010. _http://www.lesopromyshlennik.ru/business/Tapio.html (дата обращения: 10.10.2017).
5. Бургонутдинов А.М., Юшков Б.С., Бурмистрова О.Н. Методика образования морозобойных трещин на автомобильных дорогах и способы борьбы с этим явлением // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 8-2. – С. 285-289.
6. Васильев С.Б., Борисов В.А., Угаров А.И., Никитин В.Ф., Килочек Д.М. Исследование прочностных характеристик зимних лесных дорог укрепленного древесными отходами // В сборнике: Applied and Fundamental Studies Proceedings of the 13th International Academic Conference. – 2017. – С. 64-68.
7. Ратькова Е.И., Сюнёв В.С., Катаров В.К. Воздействие циклов «замораживание – оттаивание» на деформационные свойства лесных почво-грунтов Карелии // Resources and Technology. 2013. Т. 10. № 1. С. 73-89.
8. Гаврилов Т.А., Колесников Г.Н., Ратькова Е.И. Моделирование промерзания лесной дороги с теплоизолирующим слоем из отходов окорки // В сборнике: Фундаментальные и прикладные научные исследования: актуальные вопросы, достижения и инновации сборник статей VII Международной научно-практической конференции: в 4 частях. 2017. С. 148-152.