Глава 19. Особенности изысканий и проектирования дорог на многолетнемерзлых (вечномерзлых) грунтах

19.1. Распространение вечной мерзлоты на территории Российской Федерации

Проектирование и строительство автомобильных дорог в зоне вечной мерзлоты началось в 60-х годах XX столетия, связано с освоением целинных и залежных земель и особенно усилилось после открытия нефтяных и газовых месторождений в Западной Сибири.

Дорожное строительство в районах распространения вечной мерзлоты имеет целый ряд особенностей, связанных со сложностью природных условий и с трудностями социально-экономического характера России, особенно ее удаленных регионов:

прежде всего, это наличие огромных территорий, занятых озерами, болотами, марями и многолетнемерзлыми грунтами (ММГ);

практически повсеместное отсутствие качественных дорожно-строительных материалов: песчано-гравийных, щебеночных и других каменных материалов, необходимых для строительства дорог;

широкое распространение глинистых пылеватых грунтов, неблагоприятных для дорожного строительства;

очень короткий теплый период года (менее 2,5-4,5 месяцев) для ведения работ по строительству дорог;

суровые длинные зимы (до 7-9 месяцев) с очень низкими отрицательными температурами воздуха, доходящими до минус 60°-70° С и ниже, не позволяющие практически вести дорожно-строительные работы;

наличие в северных и центральных районах с ММГ жильных и погребенных льдов, вытаивание которых приводит к значительным термокарстовым просадкам и катастрофическим провалам как местности, так и полотна дорог и других насыпных дамб, площадок и т.д.;

распространение мерзлотно-геоморфологических образований: бугры пучения, морозобойные трещины, формы рельефа, поверхностные надпочвенные образования в результате нивации и солифлюкции, а также наледи и термокарстовые явления;

значительная удаленность от экономически развитых районов страны и слабое развитие транспортной сети (менее 0,1-0,3 км на 1000 квадратных км территории), вследствие чего стоимость дорожного строительства в три раза, а в отдельных районах Крайнего Севера в пять-шесть раз выше, чем в Центральных районах Европейской территории Российской Федерации;

высокая стоимость рабочей силы на Крайнем Севере (в 3,4-4,8 раза больше), которая зависит не только от повышенной трудоемкости работ, но и повышенных тарифных ставок, льгот для работников и их семей;

дорожное строительство в районах Крайнего Севера нельзя вести методами и той же техникой, как в более южных зонах, особенно, если учесть уязвимость экологии Севера.

На нашей планете вечномерзлые (ВМ), многолетнемерзлые (ММ) и мерзлые (М) породы (грунты) являются закономерными естественно - историческими образованиями, которые характеризуются определенными законами возникновения, существования, развития и распространения.

На территории бывшего СССР площадь, занимаемая вечномерзлыми и многолетнемерзлыми грунтами, составляет 11,454 млн. км² (рис. 19.1), при этом в современной Российской Федерации она превышает 65 % ее территории, в том числе занимает 85 % территории Сибири, 95 % республики Саха (Якутии) и т.д. (табл. 19.1).

Таблица 19.1

Распространение вечной мерзлоты на территории бывшего СССР

Географические зоны	Площадь, занимаемая вечномерзлыми грунтами, км2	Процент ко всей зоне вечной мерзлоты СССР	Преобладающие почва, грунты
Горная тундра	1 486 000	13	Скальные обломочные
Тундра	1 570 000	13,7	Торфяно-глеевые, суглинистые, сильно льдонасыщенные
Лесотундра	261 000	2,3	Те же, в горах -скелетные
Лесная зона	7 308 000	63,8	Те же
Лесостепь	153 000	1,3	В поймах торфяно-подзолистые, влажные
Степь	276 000	2,4	Сухие суглинистые, супесчаные
Пустыни	400 000	3,5	Те же
ВСЕГО в СССР	11 454 000	100

Рис. 19.1. Схематическая карта распространения многолетнемерзлых грунтов по данным кафедры геокриологии МГУ им. М. В. Ломоносова. Условные обозначения: 1-2 - зоны отрицательно-температурных соленых вод - криопэгов: 1 - вне области многолетнемерзлых пород (ММП); 2 - с островным (а) и сплошным (б) распространением реликтовых ММП (по Я.В. Неизвестнову); 3-9 - северная геокриологическая зона сплошного распространения ММП со среднегодовыми температурами пород (t_ср) и мощностью мерзлых толщ (М): 3 - t_ср ниже минус 13°С, М > 800 м; 4 - t_ср от минус 11 до минус 13°С, М = 500-700 м; 5 - t_ср от минус 9 до минус 11°С, М = 400-600 м, в горных хребтах до 1 000 м и более; 6 t_ср от минус 7 до минус 9°С, М = 300-500 м, в горных хребтах до 500-900 м; 7 - t_ср от минус 5 до минус 7°С, М = 200-400 м, в горных хребтах до 300-500 м; 8 - t_ср от минус 3 до минус 5°C; М = 200-400 м; 9 - t_ср от минус 1 до минус 3°C, М = 100-300 м; 10-12 - южная геокриологическая зона: 10 - прерывистого (70-80 % площади занято ММП); 11 - островного (40-60 %); 12 - редкоостровного (5-10 %) распространения ММП: 10-19 ММП от 0 до минус 2°С, М до 100 м, реже до 200-300 м, t_ср талых пород от +1 до 0°С; 11 - t_ср ММП от 0 до минус 1°С, М до 50-70 м, реже до 100-200 м, t_ср талых пород от +2 до 0°С; 12 - t_ср ММП от 0 до минус 0,5°C, М до 15-20 м, реже до 50 м, t_ср талых пород от +4 до 0°С; 13 - зона распространения двухслойных толщ ММП (по В.В. Баулину, Н.Г. Оберману); 14 - зона систематического сезонного промерзания пород с редкими островами (до 5 %) ММП и перелетками, t_ср ММП от 0 до минус 0,5°С, М до 10-20 м; 15 - высокогорные районы с большим диапазоном изменений t_ср (от 0 до минус 13°С и ниже) и ММП (до 1 000 м и более); 16 - граница между геокриологическими зонами и подзонами; 17 - граница между зонами криопэгов; 18 - граница распространения сингенетически промерзших отложений с повторножильными льдами; 19 - граница субгляциальной криолитозоны мощностью от 0 до 500 м и более, t_ср ММП от 0 до минус 12°С

Главной особенностью территорий зоны вечной мерзлоты является то, что их освоение сопровождается образованием термокарстовых озер из-за таяния мерзлых грунтов и вытаивания жильных и погребенных льдов при нарушении мохорастительного покрова.

Передвижение по таким местам с тяжелой техникой наносит непоправимый ущерб территориям, это ограничивает возможные сроки сообщения между населенными пунктами.

Почти полное отсутствие дорог на большей части территории Сибири и Крайнего Севера затрудняет развитие этих регионов и доставку любых грузов, даже самых необходимых, жизненно важных продуктов жизнедеятельности местного и приезжего населения. Связь между населенными пунктами бывает возможной только по зимним дорогам (автозимникам, ледовым переправам).