СПОСОБ ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА И ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В КРИОЛИТОЗОНЕ
METHOD FOR GEOCRYOLOGICAL MONITORING AND ASSESSMENT OF THE CONDITION OF ROADS IN THE PERMAFROST ZONE

Изобретение относится к системам геокриологического мониторинга многолетнемерзлых грунтов и предназначено для контроля (оценки) состояния автомобильных дорог в криолитозоне и их эффективной эксплуатации.
Известен «СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ГРУНТОВ» RU 2361208 [1], заключающийся в установке датчика для измерения температуры парожидкостной фазы грунта в приподошвенной зоне основания, измерении температуры парожидкостной фазы до и после приложения динамической нагрузки и определении разности измеренных параметров, в той же зоне основания устанавливают датчик для измерения относительной электропроводимости грунта, измеряют относительную электропроводимость грунта.
Недостатком известного способа является низкая точность контроля и оценки состояния транспортных магистралей в криолитозоне.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является «СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ КАРЬЕРОВ, ОТВАЛОВ И СООРУЖЕНИЙ ИЗ МЕРЗЛЫХ ПОРОД» RU 2684543 [2] включающий установку датчиков температуры и влажности в деятельном слое сооружения.
К недостаткам способа является низкая точность мониторинга и оценки состояния автодорог в криолитозоне, обусловленная отсутствием учета вклада сезонной составляющей.
Техническим результатом является повышение точности мониторинга и оценки состояния автодорог в криолитозоне.
Технический результат достигается тем, что способ геокриологического мониторинга и оценки состояния автомобильных дорог в криолитозоне, включающий мониторинг температуры в деятельном слое грунта посредством бурения термометрических скважин и проведения в них термометрических наблюдений с использованием температурных датчиков, мониторинг влажности в деятельном слое грунта, мониторинг толщины снежного покрова, сбор и обработку информации для дальнейшего анализа, характеризуется тем, что термометрические скважины бурят на глубину 15-20 м и на всю глубину оборудуют их термомерическими трубами, при этом одну скважину располагают посередине дорожного полотна, еще две скважины располагают на откосах дорожной насыпи и еще две скважины - вне дороги с обеих сторон полотна в естественном ландшафте, дополнительно проводят мониторинг температуры поверхности дорожного полотна и мониторинг потоков тепла дорожного полотна, а также измеряют температуру, силу ветра и величину осадков вблизи участка мониторинга.
Для мониторинга потоков тепла могут использоваться тепломеры, установленные под дорожным полотном, что позволит оценить потоки тепла и дополнительно увеличить точность мониторинга.
Может использоваться метеостанция (с непрерывной записью температуры, силы ветра, величины осадков) для увеличения точности мониторинга.
В качестве устройства приповерхностного мониторинга снежного покрова могут использоваться снегомерные вешки с контрастными метками, расположенные в поле зрения цифровой фотокамеры. Использование цифровых фотокамер позволит снизить воздействие на окружающую среду в процессе измерения, что дополнительно повысит точность измерения высоты снежного покрова.
Данные от всех датчиков и метеостанции передаются в центральный обрабатывающий центр, который осуществляет запись и обработку данных от всех датчиков и выдает результат.
Осуществление изобретения:
Схематически способ показан на чертеже (разрез), где:
1. щебенисто-супесчаная насыпь с дорожным полотном;
2. суглинок;
3. лед;
4. подземный лед;
5. верхняя кровля мерзлоты;
6. граница грунтовых слоев;
7. изотермы;
8. термометрические скважины, их номер;
9. тепломеры;
10. датчики влажности; 11.снегомерные вешки;
12. камеры наблюдения;
13. метеостанция.
Способ осуществляют следующим образом:
Естественный ландшафт состоит из подземного льда 4, чистого льда 3, слоя суглинка 2. Граница грунтовых слоев показана 6. На поверхности суглинка устраивается насыпь 1 с дорожным полотном. После устройства насыпи изотермы 7 и верхняя кровля мерзлоты 5 смещаются в зависимости от средней температуры на поверхности и от сезонной составляющей.
Термометрические скважины 8 проходят вертикально, от поверхности. Тепломеры 9 устанавливают под полотном и под поверхностью участка естественного ландшафта. Датчики влажности 10 могут устанавливаться в теле насыпи и прямо под ней. Снегомерные вешки 11 устанавливают по краям насыпи и на поверхности прилегающего к насыпи естественного ландшафта. Камеры наблюдения 12 устанавливают так, что в поле зрения камер попадали снегомерные вешки. Метеостанцию 13 располагают в близости от участка дороги.
На ключевых участках проводится бурение термометрических скважин глубиной 15-20 м с отбором образцов грунта на физико-механические свойства (на Фиг.). Эти скважины должны быть установлены следующим образом:
- одна скважина по середине дорожного полотна;
- две скважины на откосах дорожной отсыпки;
- две скважины вне дороги с обеих сторон полотна в естественном ландшафте.
Буровые скважины необходимо оборудовать термометрическими трубами на всю глубину. В термометрических трубах должны быть установлены температурные датчики по ГОСТ 25358-2012 «ГРУНТЫ. Метод полевого определения температуры». Для получения более детальных данных с непрерывным рядом записи температуры грунтов используются термокосы с логгерной системой.
Все полученная информация будет сведена в базы данных с оперативной обработкой и анализом. Это позволит комплексно, с использованием массива получаемых натурных данных и математического моделирования подготовить рекомендации по техническим решениям, учитывающие особенности инженерно-геокриологических условий ключевых участков автомобильной дороги на период его строительства, капитального ремонта и эксплуатации.
Технический результат повышение точности мониторинга и оценки состояния автодорог в криолитозоне достигается тем, что позволяет учесть влияние величины атмосферных осадков и температуры поверхности объекта на температурный режим участка автодороги и своевременно предсказывать ухудшение ее состояния. При этом появляется возможность учета вариации сезонных погодных условий (холодная зима, удлиненное лето и т.д.) на состояние температурного поля и состояние автодороги.
Промышленное применение. Предлагаемый способ геокриологического мониторинга может с успехом применяться для оценки состояния автомобильных дорог в криолитозоне.