Отраслевой дорожный методический документ ОДМ 218.11.007-2023 Методические рекомендации по организации инженерно-геокриологического мониторинга и оборудованию инженерно-геокриологических мониторинговых стационарных постов в полосе отвода автомобильных дорог в криолитозоне (рекомендован распоряжением Федерального дорожного агентства от 22 февраля 2023 г. N 366-Р)

Отраслевой дорожный методический документ ОДМ 218.11.007-2023
Методические рекомендации по организации инженерно-геокриологического мониторинга и оборудованию инженерно-геокриологических мониторинговых стационарных постов в полосе отвода автомобильных дорог в криолитозоне
(рекомендован распоряжением Федерального дорожного агенства от 22 февраля 2023 г. N 366-Р)

Введен впервые

Предисловие

1 Разработан Институтом геоэкологии им. Е.М. Сергеева Российской академии наук (д.г.-м.н. Е.А. Вознесенский, д.г.-м.н. П.С. Микляев, д.г.н. А.С. Викторов, к.г.-м.н. Д.О. Сергеев, к.г.-м.н. Ф.С. Карпенко, к.г.-м.н. Т.В. Орлов, к.г.н. А.Н. Хименков, к.г.н. Е.А. Карфидова, Д.С. Савченко, В.В. Тимков, А.П. Кулаков) совместно с Автономной некоммерческой организацией "Научно-исследовательский институт транспортно-строительного комплекса" (АНО "НИИ ТСК") (Д.В. Медведев, М.Ю. Горский, К.А. Жданов, Г.Ф. Кадыров), Федеральным государственным бюджетным учреждением науки Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук (ФГБУН ИМЗ СО РАН) (чл.-корр. РАН М.Н. Железняк, к.г.-м.н. И.И. Сыромятников, к.т.н. А.Ф. Жирков, А.В. Литовко, к.г.-м.н. А.Р. Кириллин), Ассоциацией производителей и потребителей асфальтобетонных смесей Р.О.С.АСФАЛЬТ (к.т.н. Н.В. Быстров, А.Б. Бунчик, С.В. Алехин).

2 ВНЕСЕН Управлением научно-технических исследований, информационных технологи и хозяйственного обеспечения Федерального дорожного агентства и Управлением эксплуатации автомобильных дорог Федерального дорожного агентства.

3 ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от _________N _____________.

4 Имеет рекомендательный характер.

5 Введен впервые.

1 Область применения

Настоящий отраслевой дорожный методический документ (далее - методический документ) распространяется на автомобильные дороги общего пользования (далее - автомобильные дороги), расположенные в криолитозоне и устанавливает рекомендации по организации инженерно-геокриологического мониторинга.

В методическом документе даны предложения по оснащению, устройству и организации работы стационарных мониторинговых постов на действующей сети автомобильных дорог общего пользования для внедрения инженерно-геокриологического мониторинга в полосе отвода автомобильных дорог в криолитозоне, а также напряженно-деформированного состояния дорожной конструкции.

2 Нормативные ссылки

В настоящем отраслевом дорожном методическом документе использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 8.674-2009. Национальный стандарт Российской Федерации. Государственная система обеспечения единства измерений. Общие требования к средствам измерений и техническим системам и устройствам с измерительными функциями

ГОСТ 427-75. Государственный стандарт Союза ССР. Линейки измерительные металлические. Технические условия

ГОСТ 5180-2015. Межгосударственный стандарт. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 7502-98. Межгосударственный стандарт. Рулетки измерительные металлические. Технические условия

ГОСТ 12071-2014. Межгосударственный стандарт. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов

ГОСТ 12536-2014. Межгосударственный стандарт. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава

ГОСТ 14254-2015 (IEC 60529:2013). Межгосударственный стандарт. Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (Код IP)

ГОСТ 15150-69. Межгосударственный стандарт. Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды

ГОСТ 25100-2020. Межгосударственный стандарт. Грунты. Классификация

ГОСТ 25358-2020. Межгосударственный стандарт. Грунты. Метод полевого определения температуры

ГОСТ 25380-2014. Межгосударственный стандарт. Здания и сооружения. Метод измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции

ГОСТ 26262-2014. Межгосударственный стандарт. Грунты. Методы полевого определения глубины сезонного оттаивания

ГОСТ 26263-84. Грунты. Метод лабораторного определения теплопроводности мерзлых грунтов

ГОСТ 27751-2014. Межгосударственный стандарт. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения

ГОСТ 28622-2012. Межгосударственный стандарт. Грунты. Метод лабораторного определения степени пучинистости

ГОСТ 32729-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Метод измерения упругого прогиба нежестких дорожных одежд для определения прочности

ГОСТ 32757-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Временные технические средства организации дорожного движения. Классификация

ГОСТ 32825-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Дорожные покрытия. Методы измерения геометрических размеров повреждений

ГОСТ 32836-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Изыскания автомобильных дорог. Общие требования

ГОСТ 32868-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Требования к проведению инженерно-геологических изысканий

ГОСТ 32965-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Методы учета интенсивности движения транспортного потока

ГОСТ 33063-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Классификация типов местности и грунтов

ГОСТ 33101-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Покрытия дорожные. Методы измерения ровности

ГОСТ 33137-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Метод определения динамической вязкости ротационным вискозиметром

ГОСТ 33140-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Метод определения старения под воздействием высокой температуры и воздуха (метод RTFOT)

ГОСТ 33141-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Метод определения температур вспышки. Метод с применением открытого тигля Кливленда

ГОСТ 33149-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Правила проектирования автомобильных дорог в сложных условиях

ГОСТ 33388-2015. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Требования к проведению диагностики и паспортизации

ГОСТ Р 58350-2019. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Технические средства организации дорожного движения в местах производства работ. Технические требования. Правила применения

ГОСТ Р 54023-2010. Национальный стандарт Российской Федерации. Глобальная навигационная спутниковая система. Система навигационного диспетчерского контроля выполнения государственного заказа на содержание федеральных автомобильных дорог. Назначение, состав и характеристики подсистемы картографического обеспечения

ГОСТ Р 58400.6-2019. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Материалы вяжущие нефтяные битумные. Метод определения упругих свойств при многократных сдвиговых нагрузках (MSCR) с использованием динамического сдвигового реометра (DSR)

ГОСТ Р 58400.8-2019. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Материалы вяжущие нефтяные битумные. Метод определения жесткости и ползучести битума при отрицательных температурах с помощью реометра, изгибающего балочку (BBR)

ГОСТ Р 58400.9-2019. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Материалы вяжущие нефтяные битумные. Метод определения низкотемпературных свойств с использованием динамического сдвигового реометра (DSR)

ГОСТ Р 58400.10-2019. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Материалы вяжущие нефтяные битумные. Метод определения свойств с использованием динамического сдвигового реометра (DSR)

ГОСТ Р 58400.11-2019. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Материалы вяжущие нефтяные битумные. Метод определения температуры растрескивания при помощи устройства ABCD

ГОСТ Р 58401.3-2019. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон. Система объемно-функционального проектирования. Правила проектирования

ГОСТ Р 58401.4-2019. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Система объемно-функционального проектирования. Правила проектирования

ГОСТ Р 58401.18-2019. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон. Метод определения водостойкости и адгезионных свойств

ГОСТ Р 58401.21-2019. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон. Методы определения динамического модуля упругости и числа текучести с использованием установки динамического нагружения (AMPT)

ГОСТ Р 58406.3-2020. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон. Метод определения стойкости к колееобразованию прокатыванием нагруженного колеса

ГОСТ Р 58406.5-2020. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон. Метод определения истираемости

ГОСТ Р 58406.6-2020. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон. Метод определения предела прочности на растяжение при изгибе и предельной относительной деформации растяжения

ГОСТ Р 59120-2021. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Дорожная одежда. Общие требования

ГОСТ Р 59540-2021. Национальный стандарт Российской Федерации. Грунты. Методы лабораторного определения степени засоленности

ГОСТ Р 59597-2021. Национальный стандарт Российской Федерации. Грунты. Метод трехосного сжатия мерзлых грунтов

ГОСТ Р 59918-2021. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Нежесткие дорожные одежды. Методики оценки прочности

ГОСТ Р 59866-2022. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Показатели деформативности конструктивных слоев дорожной одежды из несвязных материалов и грунтов земляного полотна. Технические требования и методы определения

СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть I. Общие правила производства работ

СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть IV. Правила производства работ в районах распространения многолетнемерзлых грунтов

СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть VI. Правила производства геофизических исследований

СП 22.13330.2016. Свод правил. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*

СП 25.13330.2020. Свод правил. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. СНиП 2.02.04-88

СП 45.13330.2017. Свод правил. Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87

СП 446.1325800.2019. Свод правил. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Общие правила производства работ

СП 493.1325800.2020. Свод правил. Инженерные изыскания для строительства в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. Общие требования

СП 34.13330.2021. Свод правил. Автомобильные дороги. СНиП 2.05.02-85*

СП 313.1325800.2017. Свод правил. Дороги автомобильные в районах вечной мерзлоты. Правила проектирования и строительства

ОДМ 218.9.008-2019. Отраслевой дорожный методический документ. Геоинформационные системы автомобильных дорог. Порядок сбора, хранения и обновления данных

Примечание - При пользовании настоящим отраслевым дорожным методическим документом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов (сводов правил и/или классификаторов) в информационной системе общего пользования - на официальном сайте национального органа Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячно издаваемого информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт (документ), на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта (документа) с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт (документ), на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта (документа) с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт (документ), на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт (документ) отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем отраслевом дорожном методическом документе применяются термины по ГОСТ Р 59120, ГОСТ 33063, ГОСТ 25100 и СП 11-105-97, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 геокриологические (мерзлотные) условия: Комплекс количественных и качественных геокриологических показателей (генезис, свойства грунтов, распространение мерзлых г по площади, распределение в разрезе, их температура, глубина сезонного промерзания и оттаивания и др.), характеризующих природные объекты и учитываемых при съемке, изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений в криолитозоне.

3.2 глубина подошвы слоя годовых теплооборотов: Глубина, до которой прослеживаются теплопотоки, обусловленные сезонными изменениями погодных условий, и на которой в отсутствие фазовых переходов, температура грунта не изменяется в течение года в пределах погрешности измерительной аппаратуры.

3.3 грунт мерзлый: Грунт, имеющий отрицательную или нулевую температуры и обладающий, помимо других криогенными структурными связями.

3.4 грунт многолетнемерзлый (вечномерзлый грунт): Грунт, находящийся в мерзлом состоянии постоянно в течение трех лет и более.

3.5 деградация мерзлых грунтов: Уменьшение зоны мерзлых грунтов в плане или по вертикали, увеличение запасов тепла в мерзлой толще под влиянием современного потепления климата и техногенного воздействия.

3.6 дистанционное зондирование Земли: Наблюдение поверхности Земли авиационными и космическими средствами, оснащёнными различными видами съемочной аппаратуры.

3.7 инженерно-геокриологические условия: Совокупность характеристик компонентов геологической среды исследуемой территории (рельефа, состава и состояния горных грунтов, условий их залегания и свойств, включая подземные воды, криогенные инженерно-геологические процессы и явления) в криолитозоне, влияющих на условия проектирования и строительства, а также на эксплуатацию инженерных сооружений соответствующего назначения.

3.8 инженерно-геокриологический мониторинг (мониторинг криолитозоны): Система наблюдений за состоянием компонентов геологической среды (рельефа, состава и состояния горных пород, условий их залегания и свойств, включая подземные воды, подземный и поверхностный лёд, криогенные геологические и инженерно-геологические процессы и явления) на территории многолетнего и сезонного промерзания земной коры, влияющих на условия проектирования и строительства, а также на эксплуатацию инженерных сооружений, оценки, контроля и прогноза их изменений под воздействием природно-климатических и техногенных факторов.

3.9 криогенная текстура: Совокупность признаков сложения мерзлого грунта, обусловленная ориентировкой, относительным расположением и распределением различных по форме и размерам ледяных включений и льда-цемента.

3.10 криогенный процесс: Физические, физико-химические и физико-механические процессы, обусловленные фазовыми превращениями влаги в грунтах.

3.11 криолитозона: Верхняя часть земной коры с отрицательной температурой почв, отложений, горных пород, независимо от содержания в них воды (льда), включающая в себя мерзлые, морозные и охлажденные грунты.

3.12 курумы: Скопления дресвяно-щебнисто-глыбового материала на склоне различной крутизны (от 3 до 38°) и имеющие в строении признак присутствия наиболее крупных обломков на поверхности.

3.13 лед подземный: Лед в мерзлых грунтах независимо от его размера и генезиса, подразделяющийся на текстурообразующий лед (при толщине ледяных тел не более 0.3 м) и залежеобразующий (жильный, пластовый, пещерный, гольцовый, глыбовый).

3.14 льдистость грунтов: Отношение содержания льда в мерзлом грунте к общему объему грунта (в процентах или долях единицы).

3.15 метеорологические параметры: Температура воздуха, температура почвы, влажность воздуха, количество и динамика выпадения осадков (жидкие, твердые), направление и скорость ветра, солнечная радиация, атмосферное давление.

3.16 морозобойное растрескивание: Разрушение охлаждающегося мерзлого грунта при превышении контракционным напряжением прочности грунта на растяжение.

3.17 морозное (криогенное) пучение грунтов: Криогенный процесс, вызванный промерзанием грунта, миграцией влаги, образованием ледяных прослоев, деформацией скелета грунта, приводящих к увеличению объема грунта, поднятию дневной поверхности.

3.18 наледь: Ледяной массив на поверхности земли, льда или инженерных сооружений, образовавшийся при замерзании подземных (грунтовых), техногенных или речных вод.

3.19 напряженно-деформированное состояние (НДС) дорожных конструкций: Совокупность напряжений и деформаций, возникающих в элементах конструкции при воздействии постоянных и временных нагрузок и воздействий.

3.20 обвально-осыпные процессы: Движение вниз по склону рыхлых горных пород или их скальных блоков под действием силы тяжести.

3.21 опасный участок: Участок автомобильной дороги с прилегающей территорией землеотвода на котором наблюдаются деформации дорожных конструкций и/или интенсивное развитие негативных криогенных процессов, а также участок по геокриологическим условиям предрасположенный к развитию негативных процессов и деформаций дорожных конструкций.

3.22 оползень: Нарушение устойчивости склонов или откосов, выражающееся в смещении одной части грунтового массива относительно другой, остающейся неподвижной, без потери контакта между ними.

3.23 подземные воды: Воды, находящиеся в верхней части земной коры (до глубины 12-16 км), заполняющие промежутки и поры обломочных пород (песков, галечников), трещины плотных пород, карстовые пустоты известняков, доломитов и т.д.

3.24 прогноз геокриологический: Научное предвидение изменений геокриологических условий во времени и пространстве вследствие естественных или техногенных воздействий на ландшафтно-геологическую среду. Геокриологический прогноз включает прогноз термовлажностного режима грунтов и прогноз криогенных и геологических процессов.

3.25 сезонное промерзание и оттаивание грунтов: Процесс периодического замерзания и оттаивания поровой влаги в грунте за счёт сезонных колебаний погодных условий.

3.26 солифлюкция: Медленное передвижение оттаивающих переувлажнённых почв и дисперсных грунтов на пологих склонах рельефа.

3.27 термокарст: Процесс оттаивания льдистых грунтов, подземных льдов, сопровождающийся их осадкой и образованием отрицательных форм рельефа.

3.28 термокоса (термогирлянда): Специальное устройство для одновременного измерения температуры в нескольких точках грунтового массива.

3.29 термоэрозия: Эрозия льдистых многолетнемерзлых грунтов за счет термического и механического одновременных воздействий движущейся воды.

4 Сокращения

В настоящем методическом документе приняты следующие обозначения и сокращения:

БПЛА	-	беспилотный летательный аппарат
ДЗЗ	-	дистанционное зондирование Земли
ЛТС	-	литотехническая система
ММГ	-	многолетнемерзлые грунты
НДС	-	напряженно-деформированное состояние
ППС	-	песчано-подстилающий слой
СМПОС	-	система мониторинга параметров окружающей среды
СПО	-	специальное программное обеспечение
СТС	-	сезонно-талый слой
УПВ	-	уровень подземных вод
ФКУ	-	федеральное казенное учреждение
ЦММ	-	цифровая модель местности
ЦМР	-	цифровая модель рельефа
API	-	программный интерфейс приложения
2G/3G/LTE	-	стандарты передачи данных в сетях GSM

5 Основные положения

5.1 Цели и задачи мониторинга

Целью инженерно-геокриологического мониторинга является оценка состояния автомобильных дорог, выяснение причин развития деформаций конструктивных элементов автомобильных дорог (грунта земляного полотна, конструктивных слоев дорожных одежд и т.д.), обеспечение геокриологического прогноза, а также научное обоснование и разработка защитных мероприятий на этапах проектирования, строительства (реконструкции), капитального ремонта, текущего ремонта и эксплуатации автомобильных дорог, проходящих на территории распространения многолетних мерзлых грунтов, а также в области глубокого сезонного промерзания грунтов.

Цель достигается путем координации регулярных наблюдений по трем блокам:

- инженерно-геокриологический блок, включающий в себя инженерно-геологические, гидрогеологические, геокриологические наблюдения и исследования;

- гидрометеорологический блок, включающий наблюдения за изменением метеорологических факторов;

- мониторинг напряженно-деформированного и водно-теплового режима дорожных одежд.

Объектом мониторинга являются автомобильные дороги, с прилегающей полосой шириной до 2 км, подвергающиеся неблагоприятному воздействию криогенных процессов. На отдельных участках, требующих специальных повторяющихся наблюдений и исследований, организуются мониторинговые стационарные посты, входящие в состав геотехнического мониторинга.

Инженерно-геокриологический мониторинг требует специального районирования территории исследований, прилегающей к объектам мониторинга, выполняемого в следующих масштабах:

- мониторинг участка автомобильной дороги выполняется в региональном масштабе (1:100 000 - 1:200 000) на основе дистанционных (преимущественно) и наземных методов с учетом результатов инженерно-геокриологического районирования участка автомобильной дороги соответствующего масштаба для выявления участков с развитием негативных криогенных процессов;

- локальный мониторинг выполняется в детальном масштабе (1:10 000) на основе периодических наземных обследований в местах наиболее интенсивного развития негативных криогенных процессов и деформаций дорожного полотна, прилегающих к стационарным постам мониторинга;

- мониторинг на стационарных постах выполняется в точечном масштабе на основе данных, получаемых со стационарных постов мониторинга, установленных на репрезентативных участках развития опасных криогенных процессов и деформаций дорожного полотна.

Задачи инженерно-геокриологического мониторинга:

- сбор, хранение, обработка и анализ информации о состоянии мерзлых грунтов, происходящих в них процессах и явлениях, а также изменениях их состояния;

- оценка состояния мерзлых грунтов и прогноз изменения состояния под воздействием природных и (или) техногенных факторов;

- разработка предложений о предотвращении негативного воздействия на многолетнемерзлые грунты;

- оценка эффективности проводимых мероприятий по контролю за состоянием мерзлых грунтов;

- создание и эксплуатация баз данных информационных систем о состоянии мерзлых грунтов в геоинформационной системе мониторинга.

Задачами мониторинга метеорологических условий на стационарных постах является получение необходимой и точной информации о колебаниях и трендах изменения метеопараметров непосредственно в точке нахождения стационарных постов мониторинга для анализа геокриологической и геотехнической информации и составления прогнозов.

Мониторинг напряженно-деформированного состояния (НДС) и водно-теплового режима дорожных одежд, запроектированных с учетом СП 313.1325800, необходим для контроля состояния автомобильной дороги в период эксплуатации и разработки, на основе полученных данных, дополнительных рекомендаций по проектированию, строительству (реконструкции), капитальному ремонту, ремонту и эксплуатации автомобильных дорог.

В задачи мониторинга напряженно-деформированного состояния дорожных одежд входит:

- определение параметров напряженно-деформированного состояния дорожной одежды с его мониторингом в различные периоды года;

- исследование взаимосвязи температурных условий эксплуатации на вязко-пластично-упругие свойства асфальтобетонных слоев в условиях криолитозоны;

- выявление причин образования деформаций дорожных конструкций;

- выработка предложений по разработке подходов к прогнозированию неблагоприятных криогенных процессов на сложных участках автомобильной сети в криолитозоне.

Информация, получаемая со стационарных постов мониторинга, позволит осуществлять контроль состояния дорожной конструкции и динамику измеряемых параметров на ранней стадии их развития, разработать и применить превентивные мероприятия для корректировки и поддержания мерзлотно-грунтовых условий дороги.

Целями устройства наблюдательных станций напряженно-деформированного состояния являются:

- определение величин механических растягивающих деформаций, возникающих на нижней границе пакета асфальтобетонных слоев и слоев основания из укрепленных материалов (при наличии в конструкции) при приложении транспортной нагрузки;

- определение величин напряжений сжатия на поверхности рабочего слоя грунта земляного полотна, на поверхности дополнительного слоя основания и несущих слоев основания из неукрепленных материалов при приложении транспортной нагрузки;

- получение данных о динамике изменения температур конструктивных слоев дорожной одежды, а также динамике изменения температур и влажности в годовом цикле водно-теплового режима оттаивающих или промерзающих слоёв грунта земляного полотна;

- мониторинг изменения параметров напряженно-деформированного состояния, а также водно-теплового режима дорожной конструкции во времени в зависимости от климатических факторов (в условиях криолитозоны) и срока службы дорожных одежд с момента их устройства.

Экспериментальное изучение закономерностей механического, теплового, гидродинамического и геохимического взаимодействия автомобильных дорог с грунтами основания, полученное по результатам мониторинга, позволит провести оценку, анализ и прогноз развития криогенных процессов, развивающихся на участке автомобильной дороги.

В процессе мониторинга выполняется:

- установление причин возникновения деформаций дорожных конструкций;

- научное обоснование принимаемых решений по проведению ремонтно-восстановительных работ;

- разработка и совершенствование технологий проведения ремонтных работ;

- совершенствование правил технической эксплуатации объектов в зоне распространения многолетнемёрзлых грунтов.

При анализе результатов мониторинга следует учитывать принципы проектирования автомобильной дороги в соответствии с СП 34.13330 и принятые конструктивные решения по формированию температурного режима работы вечномерзлых грунтов, при котором обеспечивается требуемая стабильность дорожной конструкции.

Концепцию рекомендуемого мониторинга автомобильных дорог в криолитозоне можно представить в виде схемы (рисунок 1).

Перечень работ для каждого участка устанавливается на основании технического задания на разработку системы мониторинга, а также программы работ.

Знания о криогенных процессах и факторах, оказывающих влияние на их развитие как непосредственно в дорожной одежде, так и в грунтах основания, а также на прилегающих территориях - это основа модели литотехнической системы.

Рисунок 1 - Концептуальная схема организации мониторинга автомобильных дорог в криолитозоне

Такая модель создается на основании исходных данных о природных и конструктивных и эксплуатационных особенностях автомобильной дороги. Уточнение модели начинается с организации комплексных геокриологических исследований автомобильной дороги, в т.ч. с применением стационарных постов мониторинга на проблемных участках. На основании морфологических и ретроспективных представлений, заложенных в модели, создаются прогнозы, на основании которых уже возможно принимать управляющие решения. При необходимости детального наблюдения за отдельными криогенными процессами и участками организуются дополнительные исследования, результаты которых также уточняют модель ЛТС. Накопление системных знаний позволяет уточнять модель литотехнической системы в целом, а также совершенствовать нормативно-методическую базу.

5.2 Перечень видов работ

5.2.1 Виды работ при общем мониторинге участка автомобильной дороги

Инженерно-геокриологический мониторинг на локальных участках осуществляется для контроля геокриологических условий и развития криогенных процессов на ограниченных участках с интенсивным развитием негативных криогенных процессов или наиболее предрасположенных к развитию негативных процессов. Он позволяет осуществлять уточнение мест расположения стационарных постов мониторинга и точек контроля в пределах поста.

Общий мониторинг участка автомобильной дороги производится с целью выявления новых участков, с развитием негативных криогенных процессов и участков наиболее предрасположенных к развитию негативных криогенных процессов в полосе отвода.

Общий мониторинг участка автомобильной дороги включает следующие виды работ:

- обзорное геокриологическое районирование участка автомобильной дороги в масштабе 1:100 000-1:200 000 с применением дистанционных методов в соответствии с 5.8 настоящих Методических рекомендаций;

- периодический контроль участка автомобильной дороги с применением дистанционных и наземных методов (выявление участков набольшего развития неблагоприятных криогенных процессов) том числе георадиолокационным методом;

- контроль криогенных процессов и изменения геокриологических условий в пределах ограниченных участков с интенсивным развитием негативных криогенных процессов в местах расположения стационарных постов мониторинга.

При необходимости возможно проведение мониторинга отдельных участков автомобильной дороги и полосы отвода георадиолокационным методом, при этом следует уделять внимание на изменения конфигурации слоев дорожной одежды и выделять ослабленные зоны в слоях основания и грунтах земляного полотна (просадки, разуплотнения и пр.).

На стадии создания системы мониторинга результатом общего контроля является выбор участков автомобильных дорог для оборудования стационарных постов мониторинга. На этой же стадии проводится корректировка (в случае необходимости) расположения участков для оборудования стационарных постов мониторинга и регламента работы постов.

На стадии эксплуатации автомобильных дорог системы общий мониторинг позволяет регистрировать изменение геокриологических условий, осуществлять прогноз развития неблагоприятных криогенных процессов и, в случае необходимости, производить выбор участков для оборудования дополнительных стационарных постов мониторинга.

При проведении общего контроля участка автомобильной дороги осуществляются периодические наблюдения за следующими процессами с организацией стационарных наблюдений на выборочных участках:

Термокарст. Наблюдения на выявленных потенциально термокарстовоопасных участках, а также участках развития подземных льдов, организуются с целью обнаружения признаков термокарста и условий, приводящих к его активизации в полосе отвода. В случае пересечения автомобильной дорогой линейных водотоков поверхностных или подземных вод коридор наблюдения за процессами термокарста рекомендуется расширить в сторону повышения рельефа (вверх по течению грунтовых или поверхностных вод, где могут образовываться участки подтопления) до 500 м. Объектами мониторинга являются просадки и поверхностные водоёмы, возникающие на поверхности дорожных конструкций и полосы отвода автомобильной дороги. Рекомендуемый режим наблюдений: наблюдения за вновь образующимися термокарстовыми образованиями в зоне воздействия автомобильной дороги производятся не реже одного раза в месяц в теплый период года; за активизацией термокарстовых форм на выявленных участках развития термокарста - 1 раз в месяц в теплый период года. На участках активного развития термокарстовых процессов проводится измерение глубины и площади западин и термокарстовых озер, измерение температурного режима воды и донных отложений, измерение скоростей отступания берегов (термоабразия).

Морозное пучение грунтов. Наблюдения на потенциально пучиноопасных участках автомобильной дороги организуются с целью обнаружения признаков пучения, определения скорости и амплитуды пучения в зависимости от климатических факторов и техногенного воздействия. Необходимость проведения мониторинга за процессами пучения обусловлена значительной величиной возможных вертикальных деформаций земной поверхности, как правило, в пределах подгорных шлейфов, низинных болот. При хозяйственном освоении территории нарушение даже отдельных элементов природной среды (уничтожение растительного или почвенного покрова, уплотнение снега и пр.) ведет к изменению температурного и влажностного режима грунтов и, как следствие, к пучению грунтов и деформации сооружений. Количество, местоположение и размеры выделенных пучиноопасных участков уточняются в ходе исследований. Ширина коридора для наблюдения за процессами пучения ограничивается зоной полосы отвода. Объектами мониторинга являются пучиноопасные участки автомобильной дороги, площадь распространения пучинистых грунтов в верхнем горизонте, их состав и влажность. При обнаружении активизации пучения организуются стационарные наблюдения. Стационарные наблюдения включают контроль за температурой грунтов, установку пучиномеров и реперов, повторные геодезические съемки, лабораторное исследование свойств грунтов. Режим наблюдений: наблюдения за морозным пучением проводится не реже одного раза в месяц в зимний период года.

Наледи. Наблюдения на потенциально наледеопасных участках организуются с целью обнаружения признаков и условий наледеобразования в пересекаемых долинах рек и ручьев и на выходах подземных вод в долинах. Ширина коридора для наблюдения за наледями определяется преобладающими размерами наледных тел или полян на каждом конкретном участке автомобильной дороги и составляет не менее 100 м в обе стороны от дороги. Объектом мониторинга являются наледеопасные участки долин на автомобильной дороге, мощность наледных тел, площадь наледных полян, время существования наледи (сезонные и многолетние) и источник их питания (подземные или речные воды). В рамках мониторинга проводятся маршрутные наземные и аэровизуальные наблюдения. Режим наблюдений: наблюдение за наледями в зоне воздействия автомобильной дороги производится в зимнее время не реже одного раза в месяц.

Термоэрозионные процессы. Наблюдения на участках, подверженных термоэрозионным процессам ведутся с целью определения интенсивности их проявлений. Регулярные наблюдения за возможным размывом грунтов организуются в пределах полосы отвода. Объекты наблюдения - крутые склоны междуречий и речных долин, возникающие при термоэрозионном размыве промоины, борозды, активно растущие овраги, угрожающие размывом насыпи автомобильной дороги. Виды и методы наблюдений: на выявленных эрозионноопасных участках автомобильной дороги проводятся режимные (периодические) маршрутные наблюдения. Полевые работы включают: выявление вновь образовавшихся эрозионных форм; измерения параметров эрозионных форм (глубина, ширина) с привязкой к реперам; инструментальную съемку (тахеометрическую, нивелирование и т.п.) для определения величины перемещения вершин эрозионных форм. Режим наблюдений: наблюдения за вновь образующимися эрозионными формами в зоне воздействия автомобильной дороги производится не реже одного раза в месяц в теплый период года; маршрутные наблюдения за активизацией эрозионных форм на выявленных эрозионноопасных участках - 1 раз в месяц в теплый период года.

Курумы. Объектом мониторинга являются курумоопасные склоны на автомобильной дороге. При обнаружении активизации курумов рекомендуется проведение специальных наблюдений с помощью стационарных методов, регламентируемых отдельным техническим заданием. К стационарным методам относятся повторные геодезические работы на меченых обломках пород, вскрытие курумных тел шурфами. Режим наблюдений: геодезические наблюдения за меченными обломками проводится 1 раз в год в конце летнего периода.

Солифлюкция. Наблюдения на участках развития солифлюкции организуются с целью обнаружения признаков смещений грунтов на пересекаемых автомобильной дорогой склонах. Наблюдения на участках развития солифлюкции организуются с целью обнаружения признаков смещений грунтов на пересекаемых автомобильной дорогой склонах. Ширина коридора для наблюдения за развитием солифлюкции ограничивается зоной полосы отвода автомобильной дороги. Режим наблюдений: наблюдения на участках развития солифлюкции проводится 1 раз в год в конце летнего периода.

Оползневые процессы. Объектом мониторинга являются оползнеопасные склоны на автомобильной дороге, оползневые тела и их параметры. Оползневые процессы. Все контролируемые параметры фиксируются в полевом дневнике или в бланке специальной формы в ходе маршрутных обследований. Режим наблюдений: наблюдения за оползневыми процессами производится не реже одного раза в месяц в теплый период года. Проведение сопутствующих наблюдений: на зафиксированных оползнях устанавливаются колышки-реперы и проводится геодезическая съемка рельефа.

Обвально-осыпные процессы. Объектом мониторинга являются обвально-осыпные склоны в пределах полосы отвода автомобильной дороги. На особо опасных участках, создается сеть наблюдательных пунктов (сеть реперов) и организуются наблюдения в рамках инженерно-геокриологического мониторинга. Полевые работы включают: маршрутные обследования обвально-осыпных участков; выявление вновь образовавшихся рвов и трещин отседания на склонах. Режим наблюдений: наблюдения за активизацией обвально-осыпных процессов на выявленных потенциально опасных участках - 1 раз в месяц в теплый период года.

На участках наибольшего развития неблагоприятных процессов для оценки состояния ММГ, устойчивости грунтов, и контроля за развитием криогенных процессов проводятся наземные визуальные наблюдения объектов автомобильной дороги и полосы отвода, в ходе которых фиксируются изменения криогенных форм поверхности автомобильной дороги, на откосах и в полосе отвода (просадки, пучение, образование трещин, термоэрозия, обводнение, наледи и др.).

Задачей маршрутных обследований является фиксация по внешним признакам нарушений и деформаций объектов автомобильной дороги или поверхности земли в полосе отвода для выделения наиболее опасных участков, на которых для установления их фактического состояния рекомендуется проведение дополнительных инструментальных наблюдений. Состав работ маршрутных обследований включает:

- обнаружение и фотофиксацию нарушений и деформаций;

- привязку точек исследований к выбранной системе координат;

- описание и занесение в реестр (ведомости, полевые журналы и т.д.);

- установление необходимости дополнительных инструментальных наблюдений (геодезических, гидрогеологических, тензометрических и виброметрических).

При маршрутных обследованиях применяются средства измерения, поверенные и калиброванные в надлежащем порядке (линейки по ГОСТ 427, рулетки по ГОСТ 7502, ГОСТ 32825, ГОСТ 8.674);

Фотофиксация выполняется с фиксированных точек, которые назначаются исходя из необходимости получения фотоматериалов нарушений и деформаций: обзорных, с общими изображениями наблюдаемого участка; детальных, с изображениями состояния участков дорожного полотна, дорожных откосов и поверхности земли в полосе отвода с их повреждениями, нарушениями и деформациями.

При проведении маршрутных обследований внимание уделяется состоянию элементов конструкций автомобильной дороги и примыкающих к ней участков в пределах полосы отвода, таких как наличие просадок, пучения, размывов, трещин, появлению водоёмов и т.д. Выявленные в ходе осмотра нарушения, деформации и повреждения измеряются и фотографируются.

В местах просадок грунта измерение глубины сезонного оттаивания проводятся методом непосредственных измерений щупом. Измерения проводятся в соответствии с требованиями ГОСТ 26262.

Особое внимание в процессе маршрутных обследований следует уделять участкам конструкции автомобильной дороги и конструкциям сооружений инженерной защиты, в которых обнаружены трещины. При изучении трещин фиксируют положение, форму, направление, распространение по длине, ширину раскрытия, глубину.

5.2.2 Виды работ на стационарных постах мониторинга

На стационарных постах инженерно-геокриологического мониторинга выполняются следующие виды работ:

- автоматизированные наблюдения за параметрами окружающей среды, характеризующих инженерно-геокриологические (мерзлотные) условия (Приложение А, Измерительный блок N 1);

- автоматизированные наблюдения за метеорологическими параметрами (Приложение А, Измерительный блок N 2);

- автоматизированные наблюдения напряженно-деформируемого состояния и водно-теплового режима дорожных одежд (Приложение Б);

- локальный контроль участка расположения стационарных постов мониторинга и прилегающей территории с использованием дистанционных данных и наземных обследований;

- геофизические исследования с целью определения положения кровли многолетнемерзлых грунтов и наличия (образования) таликов.

Локальный контроль участка и геофизические исследования проводятся не реже чем 1 раз в полгода с целью своевременной фиксации изменения ландшафтных и геокриологических условий на стационарных постах мониторинга.

Комплекс геофизических методов выбирается в зависимости от конкретных условий на участке. Комплекс методов выбирается так, чтобы обеспечить надежное определение положения кровли многолетнемерзлых грунтов на всей площади участка.

5.3 Рекомендации по выбору участков размещения стационарных постов мониторинга и требования к характеристике исходных инженерно-геокриологических условий выбранных участков

5.3.1 Критерии выбора участков размещения стационарных постов мониторинга

Выбор мест размещения стационарных постов мониторинга рекомендуется проводить на основе материалов региональных работ с учётом доступности изучаемой территории. Желательно чтобы эти территории охватывали наиболее типичные природно-технические комплексы с максимальным проявлением криогенных процессов. Выбор участков определяется следующими основными критериями:

- наличие интенсивных деформаций дорожных конструкций и покрытия;

- наличие очагов развития негативных криогенных процессов (термокарст, термоэрозия, пучение и др.);

- наличие, помимо очагов развития процессов, широко выраженных факторов развития негативных криогенных процессов (подземных льдов, высокольдистых грунтов, нарушений естественного стока и условий дренажа и т.п.), которые могут привести к интенсификации процессов в будущем;

- наличие прямой угрозы для дорожных конструкций со стороны развивающихся криогенных процессов (в случае отсутствия деформаций дорожных конструкций и покрытия в настоящее время).

Оценка необходимости и приоритетности детальных визуальных/дистанционных и инструментальных наблюдений за нагрузками на земляное полотно и другие объекты автомобильной дороги определяется по одному из трёх критериев или по их совокупности:

- в пределах участка встречены не один, а несколько криогенных процессов - чем больше процессов, тем приоритетнее участок;

- незатухающие или нарастающие во времени деформации автомобильной дороги (ситуация ухудшилась по сравнению с прошлым обследованием) - чем интенсивнее деформации, тем приоритетнее участок;

- ранее проведённые восстановительные (рекультивационные) или инженерно-защитные работы оказались неэффективными.

Возможность доступа к сотовой связи (GSM) желательна, но не обязательна.

Выбор участков автомобильных дорог для оборудования стационарных постов мониторинга производится на основе обзорного геокриологического районирования.

Обзорное геокриологическое районирование производится для экспресс-изучения автомобильной дороги и земельных участков в пределах полосы отвода с целью выделения опасных и потенциально опасных участков для планирования размещения постов мониторинга. Обзорное геокриологическое районирование выполняется в масштабе 1:100 000 - 1:200 000 при проектировании системы мониторинга и повторяется 1 раз в 7 лет для адаптации системы мониторинга к изменению природных условий. Основным результирующим материалом является карта комплексного геокриологического районирования в масштабе 1:100 000 - 1:200 000 на полосу отвода автомобильной дороги.

Исходными материалами для выполнения обзорного геокриологического районирования являются следующие комплекты данных:

- материалы дистанционного зондирования;

- цифровые модели рельефа;

- фондовые картографические материалы;

- материалы инженерно-геологических изысканий.

Выполнение обзорного геокриологического районирования включает следующие элементы:

- общий дистанционный контроль участка автомобильной дороги;

- сопоставление результатов общего дистанционного контроля участка автомобильной дороги с фондовыми картографическими материалами и с материалами инженерно-геологических изысканий;

- анализ инженерно-геокриологических условий;

- формирование итоговых материалов районирования.

Методика общего дистанционного контроля участка автомобильной дороги изложена в разделе 5.8. Результатом общего дистанционного контроля участка автомобильной дороги является предварительная карта обзорного геокриологического районирования по дистанционным данным в масштабе 1:200 000 (1:100 000).

Карта обзорного районирования дополняется данными локального крупномасштабного дистанционного контроля опасных участков (раздел 5.8).

В результате осуществляется выбор участков возможного расположения стационарных постов мониторинга. На данных участках выполняется дополнительный локальный дистанционный контроль и затем осуществляется окончательный выбор участков расположения стационарных постов мониторинга.

Для создания постов мониторинга напряженно-деформированного состояния выбираются участки автомобильных дорог, на которых в рамках капитального ремонта, реконструкции или нового строительства устраивается конструкция дорожной одежды, начиная с грунта рабочего слоя.

Автомобильные дороги и конструкции дорожных одежд выбираются исходя из основных задач мониторинга и получения максимально возможной информации для дальнейшего анализа.

К основным задачам мониторинга относятся:

- особые грунтово-гидрологические условия;

- применение типовых или наоборот, нетипичных конструкций дорожных одежд;

- применение инновационных материалов или технологий строительства.

Участок автомобильной дороги, на котором размещается стационарный пост мониторинга состоит из:

- зоны, в которой расположены датчики, протяженность которой составляет ориентировочно 30 м и назначается исходя из количества датчиков и их расположения. Длина участка выбирается исходя из обеспечения возможности размещения всех датчиков в полосе наката со смещением в горизонтальной проекции от 30 до 50 см между датчиками, исключая расположение датчиков друг над другом. Рекомендации по выбору количества датчиков представлены в Приложении Б.;

- зоны для выполнения мониторинга транспортно-эксплуатационного состояния дорожной одежды, протяженность которой составляет не менее 200 м (при возможности обеспечения неизменности конструкции дорожной одежды и грунтово-гидрологических условий, рекомендуемая длина участка не менее 500 м);

- буферной зоны, протяженность которой составляет не менее 10 м.

Рекомендуемая схема расположения участка стационарного поста мониторинга представлена в Приложении В.

Для устройства стационарного поста мониторинга рекомендуется выбирать участки, удовлетворяющие следующим требованиям:

- однотипный продольный и поперечный профили (насыпь, выемка);

- однотипная конструкция дорожной одежды;

- одинаковый тип грунта и схема увлажнения;

- наличие сотовой, спутниковой связи или радиоуправления (желательно);

- возможность установки оборудования для автономной работы по заданному алгоритму;

- наличие возможности установки на обочине специального сооружения с подведенным электричеством (желательно) для хранения проводов подключения датчиков и метеостанции.

Выбор мест размещения стационаров проводится на основе материалов региональных работ с учетом доступности изучаемой территории, а также желательного наличия в зоне доступа сотовой связи (GSM).

5.3.2 Характеристика исходных инженерно-геокриологических условий

5.3.2.1 Полевые инженерно-геологические и инженерно-геофизические исследования

Перед началом мониторинга на участках размещения стационарных постов мониторинга настоятельно рекомендуется в полной мере охарактеризовать начальные условия. Характеристика инженерно-геокриологических условий выбранных участков размещения постов мониторинга включает следующие виды работ:

- полевые инженерно-геологические исследования на участке и отбор проб грунтов для лабораторных исследований;

- лабораторное определение состава, строения и свойств грунтов в условиях современного естественного залегания;

- прогнозное определение изменения строения и свойств грунтов;

- изучение динамики сезонных изменений свойств грунтов.

Полевые инженерно-геологические исследования проводятся в соответствии с требованиями нормативных документов - ГОСТ 32836, ГОСТ 32868, ГОСТ 33149, СП 446.1325800, СП 22.13330, СП 11-105, СП 493.1325800 и СП 25.13330 и включают бурение инженерно-геологических и гидрогеологических скважин, проходку горных выработок с отбором проб грунтов для лабораторных исследований и замер температур грунтов в выработках, инженерно-геофизические методы исследования. Результатом инженерно-геологических исследований является геологическая, инженерно-геологическая и инженерно-геокриологическая характеристика района исследований в целом, и каждого ландшафтно-геологического комплекса на его территории. Отбор, транспортировка и хранение проб проводятся по требованиям ГОСТ 12071-2014 с условием сохранения температуры, соответствующей их залеганию в массиве. Глубина проходки горных выработок и отбора образцов определяется требованиями Технического задания, Программы работ или другого документа, регламентирующего проведение работ по установке стационарных постов мониторинга.

Результаты полевых инженерно-геологических исследований характеризуют:

- распространения, особенностей формирования, условий залегания и мощности многолетнемерзлых грунтов, наличия таликов;

- глубины сезонного оттаивания и промерзания грунтов, ее динамики во времени в зависимости от изменений поверхностных условий и колебаний климата;

- среднегодовой температуры многолетнемерзлых и талых грунтов и глубины нулевых годовых колебаний температуры;

- криогенного строения и криогенных текстур грунтов в плане и по глубине;

- степени льдистости грунтов;

- наличия, условий залегания, морфометрических характеристик залежей подземного льда, их генетические типов;

- распространения, характера проявления и генезиса таликов, охлажденных грунтов и таликовых зон;

- нормативной и расчетной глубины сезонного оттаивания и промерзания;

- состояния и криогенного строения грунтов сезонноталого и сезонномерзлого слоев;

- распространения и температуры подземных вод;

- положения уровня подземных вод.

Инженерно-геофизические исследования проводятся в соответствии с ГОСТ 32868 и СП 493.1325800 в пределах участка расположения стационарного поста мониторинга с целью определения распространения многолетнемерзлых грунтов между мониторинговыми скважинами, как в пределах автодороги, так и за пределами дорожной насыпи на незатронутой территории. Комплекс методов выбирается в зависимости от конкретных условий на участке так, чтобы обеспечить надежное определение распространения многолетнемерзлых грунтов на всей площади участка.

5.3.2.2 Лабораторное определение состава, строения и свойств грунтов в условиях современного естественного залегания

Лабораторные исследования состава, строения и свойств мерзлых и немерзлых грунтов в условиях современного естественного залегания проводятся для определения их физических, физико-химических, механических, химических и теплофизических свойств.

Определение гранулометрического состава грунтов проводится в соответствие с требованиями ГОСТ 12536-2014 ситовым методом, для определения содержания крупнообломочной и песчаной фракций, и ареометрическим, для определения содержания пылеватой и глинистой фракций, методами. При наличии специальных требований к программе исследований проводится определение микроагрегатного состава грунтов.

Определение физических свойств грунтов проводится в соответствии с требованиями ГОСТ 5180-2015. Экспериментальным путем проводится определение влажности W, суммарной влажности W _tot методом высушивания до постоянной массы, плотности р методом режущего кольца и взвешивания в воде или нейтральной жидкости, плотности частиц  _S пикнометрическим методом, предела пластичности W _P методом раскатки и предела текучести W _L грунта методом балансирного конуса. На основании полученных характеристик расчетным путем определяются характеристики строения мерзлого грунта - плотность скелета грунта  _d, пористость n и коэффициент пористости e, степень водо-льдонасыщения S _R, число пластичности I _P и показатель текучести I _L, количество незамерзшей воды Wн льдистость за счет видимых включений льда i _i, относительная i и объемная i _o льдистость.

Определение механических свойств мерзлых и немерзлых грунтов проводится в соответствии с требованиями ГОСТ 59597-2021 методом консолидировано-дренированных испытаний в условиях трехосного сжатия для определения их прочностных (угол внутреннего трения , удельное сцепление с) и деформационных (модуль общей деформации Ео) свойств в условиях температур залегания, определенных при проведении инженерно-геологических изысканий. При наличии специальных требований к программе исследований могут дополнительно определяться другие показатели механических свойств грунтов.

Определение химического состава грунтов и подземных вод проводится методом химического анализа водной вытяжки для определения засоленности (Dsol) и солевого состава грунтов и подземных вод.

Исследование теплофизических свойств грунтов проводится в соответствии с требованиями ГОСТ 26263-84 для определения их теплофизических характеристик - теплопроводности и объемной теплоемкости С и определения температуры начала замерзания грунтов. На основании полученных характеристик расчетным путем определяется величина температуропроводности грунтов.

5.3.2.3 Прогнозное определение изменения строения и свойств грунтов

Для прогноза возможного изменения строения и свойств мерзлых грунтов в различных режимах геокриологических условий проводится определение их физических и механических свойств в различных температурных условиях. Испытания проводятся при различных температурах, моделирующих прогнозное изменение геокриологических условий.

Определение механических свойств мерзлых грунтов проводится в соответствии с требованиями ГОСТ 59597-2021 методом консолидировано-дренированных испытаний в условиях трехосного сжатия для определения их прочностных (угол внутреннего трения , удельное сцепление с) и деформационных (модуль общей деформации E _o) свойств. При наличии специальных требований к программе исследований могут дополнительно определяться другие показатели механических свойств грунтов.

Определение механических свойств мерзлых грунтов в условиях изменения температуры сопровождается определением их физических свойств в тех же условиях для контроля изменения их строения и свойств при изменении температуры. При таких исследованиях определяются показатели влажности W, суммарной влажности W _tot, плотности , плотности скелета грунта  _d, пористости n и коэффициента пористости e, степени водо-льдонасыщения S _R при каждой температуре испытаний.

Температуры, при которых проводятся испытания мерзлых грунтов, определяются на основе результатов геокриологического районирования территории и прогноза динамики изменения геокриологических условий, включая как повышенные отрицательные, так и положительные значения.

5.3.2.4 Изучение динамики сезонных изменений свойств грунтов

Изучение динамики сезонных изменений свойств проводятся для грунтов, слагающих слой сезонного оттаивания - промерзания для количественной оценки изменения их строения и свойств при сезонных изменениях их фазового состояния и включают в себя определение изменение физических и механических свойств грунтов при их промерзании и оттаивании.

Для промерзающих грунтов проводится определение их прочностных (угол внутреннего трения , удельное сцепление с), деформационных (модуль общей деформации Ео) и физических (влажности W, суммарной влажности W _tot, плотности , плотности скелета грунта  _d, пористости n и коэффициента пористости e, степени водо-льдонасыщения S _R) свойств при температурах ниже температуры начала замерзания грунта в условиях его перехода в мерзлое фазовое состояние.

Также для промерзающих грунтов в соответствии с требованиями ГОСТ 28622-2012 проводится определение относительной деформации морозного пучения  _fh для характеристики их степени пучинистости.

Для оттаивающих грунтов проводится определение их прочностных (угол внутреннего трения , удельное сцепление с), деформационных (модуль общей деформации Ео) и физических (влажности W, суммарной влажности W _tot, плотности , плотности скелета грунта  _d, пористости n и коэффициента пористости e, степени водо-льдонасыщения S _R) свойств при температурах выше температуры начала замерзания грунта в условиях его перехода в талое фазовое состояние.

Конкретные виды и объемы лабораторных исследований определяются требованиями Технического задания, Программы работ или другого документа, регламентирующего проведение работ по установке стационарных постов мониторинга в зависимости от геологического, геокриологического строения участка.

В соответствии с требованиями СП 446.1325800 проведение испытаний может проводиться по методикам, не регламентированных настоящим ОДМ, установленным в соответствующих национальных и межгосударственных стандартах, инструкциях, стандартах организаций и др. документах добровольного применения. Применение таких методик обосновывается и определяется требованиями Технического задания, Программы работ или другого документа, регламентирующего проведение работ.

5.4 Перечень параметров, контролируемых на стационарных постах мониторинга

5.4.1 Инженерно-геокриологические условия (Блок N 1):

- температура грунтов до глубины 20 м;

- влажность грунтов (весовая или объемная);

- плотность теплового потока;

- толщина снежного покрова на основной площадке и у подошвы откосов насыпи;

- уровень, температура, минерализация подземных вод (при наличии на участке);

- поровое давление в талых грунтах (при наличии на участке);

- уровень водоемов (при наличии в полосе отвода);

- уровень льда на участках распространения наледей;

- вертикальная деформация дорожного полотна и прилегающей территории;

- горизонтальная деформация на откосах насыпи.

Все параметры, кроме вертикальной и горизонтальной деформации поверхности, регистрируются в автоматическом режиме с записью результатов в энергонезависимую память и возможностью скачивания результатов на физический электронный носитель информации (флешка, съемный диск и т.п.) и/или передачи информации через сотовую или спутниковую связь. Вертикальную и горизонтальную деформацию поверхности допустимо определять по результатам периодических геодезических измерений смещения меток с применением наземной съемки или съемки с применением БПЛА.

5.4.2 Метеорологические условия (Блок N 2):

- атмосферное давление;

- температура воздуха;

- влажность воздуха;

- скорость ветра;

- направление ветра;

- температура поверхности почвы (ненарушенная растительность);

- количество жидких атмосферных осадков;

- прямая коротковолновая радиация;

- отраженная солнечная радиация;

- суммарная длинноволновая радиация;

- толщина снежного покрова в ненарушенных условиях.

Все параметры регистрируются в автоматическом режиме с записью результатов в энергонезависимую память и возможностью скачивания результатов на физический электронный носитель информации и/или передачи информации через сотовую или спутниковую связь.

5.4.3 Напряженно-деформируемое состояние дорожных конструкций (Блок N 3):

- давление (напряжение) в слоях дорожной одежды;

- растягивающие деформации на нижней границе монолитных слоев;

- влажность грунта земляного полотна и слоев дорожной одежды (ППС);

- температура слоев дорожной конструкции (слоев из асфальтобетона, слоев основания, грунта земляного полотна).

Давление и деформации в дорожной одежде измеряются в полуавтоматическом режиме в условиях создания на поверхности автомобильной дороги известной нагрузки с периодичностью не реже указанной в 5.6.5. Влажность грунтов земляного полотна и температура слоев дорожной конструкции регистрируются в автоматическом режиме с записью результатов в энергонезависимую память и возможностью скачивания результатов на физический электронный носитель информации и/или передачи информации через сотовую или спутниковую связь.

Структурная схема стационарного поста мониторинга приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Стационарный пост мониторинга. Схема структурная

5.5 Требования к измерительным системам и устройствам

5.5.1 Общие положения

Наблюдения за состоянием и динамикой массивов многолетнемёрзлых грунтов в районе автомобильных дорог проводится, как на стационарных мониторинговых постах в режиме постоянного контроля, так и вдоль автомобильной дороги в режиме периодического обследования. При создании и организации системы мониторинга рекомендуется использовать оборудование, точность и надежность которых соответствует требованиям к оборудованию, изложенным в Приложениях А и Б. Длительность автономной работы не менее 3 месяцев и способность дистанционной передачи данных.

При выборе систем сбора и обработки информации, поступающей с датчиков рекомендуется руководствоваться следующими требованиями:

- использовать системы сбора и обработки информации в соответствии с категорией климатического исполнения УХЛ1 по ГОСТ 15150;

- степень защиты от пыли и влаги систем сбора и обработки информации не менее IP65 по ГОСТ 14254 (IEC 60529:2013);

- для надежной работы использовать основные и резервные аккумуляторные батареи. Емкость резервной батареи выбирать с учетом времени замены основного аккумулятора (при его значениях напряжения ниже допустимого) сотрудниками обслуживающего персонала.

Системы сбора и обработки информации обеспечивают:

- прием информации от измерительных преобразователей и датчиков;

- привязку всей информации к системе единого времени (СЕВ);

- передачу команд измерительным преобразователям и датчикам;

- обработку полученной от измерительных преобразователей и датчиков информации;

- передачу обработанной информации через GSM-модем в информационно-обрабатывающий центр;

- прием команд управления через GSM-модем от информационно-обрабатывающего центра;

Допускается использование радиоканалов и каналов спутниковой системы связи.

Для систем сбора и обработки информации желательно обеспечение следующих режимов работы:

- самотестирования;

- режим ожидания;

- накопления и предварительной обработки информации;

- режим связи.

Начальное самотестирование производится при каждом включении или перезапуске системы и включает тесты ПЗУ, ОЗУ, напряжений питания, GSM-модема, и подключенных датчиков.

В режиме ожидания отключены все датчики и устройства связи, а процессор переходит в спящий режим. Этим обеспечивается минимальное энергопотребление.

В режиме накопления и предварительной обработки информации через заданные интервалы времени, в соответствии с регламентом работы происходит "пробуждение" процессора, и система производит сбор данных от подключенных датчиков.

В режиме связи через заданные интервалы времени система переходит из режима ожидания в режим связи и осуществляет штатный звонок в информационно-обрабатывающий центр для передачи накопленной информации и статуса. После чего переходит в режим ожидания.

В комплект поставки оборудования входят следующие эксплуатационные документы:

- паспорт (формуляр) систем сбора и обработки информации;

- паспорт (формуляр) подключенных к системе датчиков.

При необходимости дополнительно поставляется руководство по эксплуатации, инструкция по монтажу, руководство оператора (пользователя).

Вся эксплуатационная документация поставляется на русском языке.

Рекомендуется выбирать надежное оборудование, приспособленное к работе на открытом воздухе, под землей (в скважинах) и в открытом грунте (в шурфах) в жестких климатических условиях криолитозоны, в широком диапазоне колебания температур, включая низкие отрицательные температуры, при высокой влажности, устойчиво к попаданию воды, а также в условиях периодического промерзания-оттаивания.

Ниже приводятся рекомендуемые требования к измерительным системам и устройствам, применяющимся на стационарных постах мониторинга.

5.5.2 Измерительный блок N 1. Инженерно-геокриологические условия

Рекомендуемые требования к техническим характеристикам

Система мониторинга регистрации инженерно-геокриологический условий призвана обеспечить автоматическую регистрацию, хранение и передачу данных в соответствии с перечнем измеряемых параметров, приведенным в 5.4.1.

Рекомендуемые требования к измерительным системам и устройствам в части допустимых пределов погрешности и диапазонов измерения контролируемых параметров приведены в Приложении А.

Целесообразно использовать датчики, способные сохранять работоспособность при воздействии внешних факторов (уплотняющая техника, чрезмерное увлажнение, засоленность, пыль, экстремальные температуры и т.д.) в процессе строительства и эксплуатации дорожных конструкций.

Рекомендуемые требования к комплектности

Соединение точек проектного положения датчиков и устройства считывания и хранения информации должно быть обеспечено достаточной длиной подводящих проводов или беспроводной связью класса WPAN, WLAN, WWAN.

Совместно с комплектом датчиков должно поставляться устройство считывания информации / программное обеспечение для работы в общеизвестных операционных системах. Рекомендуется применять системы считывания информации датчиков, обеспечивающие возможность считывания показаний с датчиков в динамическом режиме.

К поставке обязательны регламент проведения оценки работоспособности датчика, методика и оборудование для калибровки (в случае необходимости проведения данных работ). В комплект поставки должна входить инструкция на русском языке.

Рекомендуемые требования к установке

Установка датчиков должна осуществляться квалифицированными специалистами в соответствии с техническими регламентами закладки датчиков, рекомендациями производителя измерительного оборудования.

5.5.3 Измерительный блок N 2. Метеорологические условия

Требования в целом соответствуют таковым для 5.5.2. Система мониторинга регистрации инженерно-геокриологический условий призвана обеспечить автоматическую регистрацию, хранение и передачу данных в соответствии с перечнем измеряемых параметров, приведенным в 5.4.2.

Рекомендуемые требования к измерительным системам и устройствам в части допустимых пределов погрешности и диапазонов измерения контролируемых параметров приведены в Приложении А.

Для правильного размещения измерительного оборудования и обеспечения его нормальной работоспособности применяются дополнительное оборудование и материалы:

- аппаратура связи комплекса в сетях 2G/3G/LTE;

- контроллер-преобразователь интерфейсов датчиков солнечной радиации и толщины снежного покрова;

- комплект кабелей для датчиков и оборудования СМПОС;

- конструкции для установки приборов (опора, кронштейны, траверса);

- аппаратурный шкаф с резервируемым блоком питания, обогревателем, вентилятором и устройствами электроавтоматики.

5.5.4 Измерительный блок N 3. Напряженно-деформированное состояние и водно-тепловой режим дорожных конструкций

Система мониторинга регистрацию, хранение и передачу данных в соответствии с перечнем измеряемых параметров, приведенным в 5.4.3.

Технические характеристики системы мониторинга напряженно-деформированного состояния дорожных одежд представлены в приложении Б.

Рекомендуется использовать датчики, способные сохранять работоспособность при воздействии внешних факторов (уплотняющая техника, увлажнение, пыль, температура устройства слоев и т.д.) в процессе строительства.

Совместно с комплектом датчиков должно поставляться устройство считывания информации и программное обеспечение для работы персональным компьютером (ПК). Рекомендуется использовать системы считывания информации датчиков давления и относительных деформаций, обеспечивающие возможность считывания показаний с датчиков в динамическом режиме нагружения.

Требования к системам мониторинга разработаны с учетом положений ОДМ 218.4.033 [1].

5.6 Рекомендации по оборудованию стационарных постов мониторинга на ключевых участках автомобильных дорог и регламенту проведения измерений

5.6.1 Общие положения

Измерения параметров в соответствии с перечнем, приведенном в 5.4 (Приложения А и Б), выполняется на стационарном посту мониторинга, схема которого приведена в Приложении Г. Пост на ключевом участке, чтобы максимально детально охарактеризовать динамику геокриологических условий и развития криогенных процессов. Все три измерительных блока целесообразно по возможности располагать в пределах одной локальной площадки.

Система мониторинга НДС и водно-теплового режима (блок N 3) может быть установлена на участках автомобильных дорог при послойном устройстве отдельных конструктивных слоев. Это возможно только при строительстве, реконструкции и капитальном ремонте в местах устройства дорожной одежды начиная с рабочего слоя земляного полотна, в связи с чем планы расположения стационарных постов мониторинга рекомендуется сверять с планами данных видов работ на автомобильных дорогах.

На участках, не внесенных в планы на устройство дорожных одежд на ближайшие годы, но при этом представляющих исключительный интерес для инженерно-геокриологического мониторинга, допустимо оборудовать посты, включающие только два измерительных блока - инженерно-геокриологический (N 1) и метеорологический (N 2).

Оборудование стационарных постов осуществляется в соответствии с техническими регламентами и рекомендациями производителя измерительного оборудования.

Перечень работ по оборудованию постов мониторинга устанавливается на основании технического задания на разработку системы мониторинга, а также программы работ. Примеры составления технического задания приведены Приложении Д.

5.6.2 Измерительный блок N 1. Инженерно-геокриологические условия

Температура грунтов

Мониторинг температуры грунтов проводится температурными датчиками, которые размещаются в горных выработках - шурфах и скважинах. Количество датчиков и глубина их расположения определяются требованиями технического задания, Программы работ или другого документа, регламентирующего проведение работ по установке стационарных постов мониторинга в зависимости от геологического разреза горной выработки, определенного по результатам инженерных изысканий, так, чтобы обеспечить измерение температуры каждой разновидности грунтов.

Измерение температуры требуется проводить в пяти термометрических скважинах глубиной 20 м. Инженерно-геологические скважины бурятся с описанием и отбором монолитов и образцов нарушенного сложения колонковым способом без промывки, ударно-канатным или виброударным. Отбор образцов грунтов из каждого выделенного инженерно-геологического элемента производится в соответствии с требованиями ГОСТ 12071 и в соответствии с 5.3.2 настоящих Методических рекомендаций. После окончания буровых работ скважины оборудуются термометрической трубой на всю глубину их заложения.

На участке стационарного поста мониторинга контрольные термометрические скважины располагаются следующим образом (Приложение Г):

- одна центральная скважина по середине дорожного полотна (допускается размещение центральной скважины на обочине дороги, очищенной в зимний период от снега);

- две скважины у подошвы откосов насыпи (где наблюдается наибольшая мощность снега и воздействие поверхностных вод, развитие термокарста) с двух сторон;

- скважины вне дороги с обеих сторон на полосе отвода.

Для выполнения требований СП 25.13330 термометрические скважины, пробуренные на стационарных постах инженерно-геокриологического мониторинга, рекомендуется оборудовать сертифицированными температурными датчиками согласно ГОСТ 25358. От глубины 2 м до глубины 5 м датчики располагаются через каждые 0,5 м, от 5 до 10 м - через каждый 1 м., ниже 10 м - через каждые 2 м, а также на забое скважины. До глубины 2 м температурные датчики устанавливаются через каждые 0,5 м в специальных шурфах для исключения воздействия эффектов, связанных с турбулентным перемешиванием воздуха в устьях скважин.

Измерения температуры грунтов производится с помощью логгерной системы, которая позволяет автоматически измерять значения с заданной периодичностью. Для достоверной оценки температурного режима и контроля за тепловым состоянием грунтов рекомендуется проводить измерения температуры грунтов с периодичностью не менее двух раз в сутки (через каждые 12 часов).

Влажность грунтов

По СП 45.13330 и ГОСТ 27751 следует периодически определять влажность грунтов земляного полотна (насыпи) и грунтов основания. Датчики влажности устанавливаются в шурфах, глубиной 2 м (или до глубины залегания кровли ММГ), под дорожным покрытием и под полосой отвода. В каждом устанавливается не менее пяти датчиков влажности, равномерно распределённых по глубине в деятельном слое (Приложение Г).

Измерения влажности грунтов производится с помощью логгерной системы, которая позволяет автоматически измерять значения с заданной периодичностью. Для достоверной оценки влажностного режима и контроля за тепловым состоянием грунтов рекомендуется проводить измерения влажности с периодичностью не менее двух раз в сутки (через каждые 12 часов).

Плотность теплового потока

Для учета тепловых процессов в дорожной одежде и на прилегающих территориях, под дорожным покрытием и на полосе отвода под почвенно-растительным слоем оборудуются системы регистрации плотности теплового потока (Приложение Г). Сенсоры теплового потока устанавливаются на поверхности земли, на глубине 0,15 м и на подошве слоя сезонного промерзания/оттаивания.

Измерения плотности теплового потока грунтов производятся с помощью логгерной системы, которая позволяет автоматически замерять значения с заданной периодичностью. Для достоверной оценки плотности теплового потока и контроля за тепловым состоянием грунтов рекомендуется проводить измерения с периодичностью не менее двух раз в сутки (через каждые 12 часов).

Толщина снежного покрова

В целях изучения снежной нагрузки местности рекомендуется устанавливать не менее 4 снегомерных реек с фотофиксацией с обеих сторон полотна на откосах и вне дороги в естественном ландшафте (Приложение Г). Снегомерная рейка представляет из себя окрашенную в белый цвет деревянную планку с нанесенными на неё яркими контрастными сантиметровыми метками. Приборами для фотофиксации являются фотоловушки.

Две фотоловушки рекомендуется устанавливать на полосе отвода с обеих сторон дороги таким образом, чтобы сантиметровые меры на снегомерных рейках находились в зоне четкой видимости прибора для фотофиксации.

Показания с рейки рекомендуется снимать с учетом особенностей снегонакопления. Точное количество реек устанавливается и обосновывается в программе работ.

Фотоловушки целесообразно запрограммировать на замер с периодичностью не менее двух раз в сутки.

Уровень, температура и минерализация подземных вод

При наличии на участке надмерзлотных подземных вод, организуется мониторинг изменения их уровня, температуры и минерализации. Для наблюдения за уровнем надмерзлотных вод на территории стационарного поста рекомендуется пробурить 2 гидрогеологические скважины на полосах отвода с правой и левой сторон автомобильной дороги (Приложение Г). Глубина бурения скважин зависит от расчетной величины сезонного оттаивания (или кровли залегания ММГ) и должна быть на 0,5 метра глубже этой величины. Гидрогеологические скважины оборудуются фильтровой колонной, вертикальный размер которой соответствует мощности сезонно-талого слоя. Оголовок фильтровой колонны должен находиться на высоте 1 м от поверхности земли. В этих же скважинах проводятся измерения температуры и минерализации подземных вод.

Измерения уровня, температуры и минерализации воды в гидрогеологической скважине осуществляется с помощью электронных датчиков, которые позволяют в автоматическом режиме с заданной периодичностью проводить замер. Периодичность измерений 1 раз в неделю. В результате наблюдений определяется динамика уровня подземных вод и составляется прогнозная оценка изменения несущей способности грунтов основания в зоне развития водоносных таликов.

Поровое давление в талых грунтах

В случае, если на участке расположения стационарного поста мониторинга подошва сезонно-талого слоя не сливается с кровлей ММГ или присутствуют талики другого генезиса, рекомендуется проведение измерений порового давления в талых грунтах. Измерения проводятся в шурфах или скважинах с помощью датчиков порового давления (пьезометров), снабженных специальной насадкой. Датчики задавливаются в грунт на забое шпуров. Каждый датчик располагается в отдельном шпуре, глубина шпуров (положения датчиков) определяется параметрами талика, в общем случае составляет 0,2; 0,5; 1,0; 2,0 м. Датчики устанавливаются на основной площадке насыпи и на прилегающей территории. Измерения целесообразно проводить с периодичностью 2 раза в сутки (каждые 12 часов).

Уровень поверхностных водоемов

При наличии поверхностного водоема на участке расположения стационарного поста в полосе отвода дороги, проводятся измерения колебаний уровня водоема. Измерения проводятся автоматически с той же периодичностью, что и измерения уровней грунтовых вод. Измерения проводятся с помощью автоматизированного гидрологического комплекса. Периодичность измерений 1 раз в неделю.

По результатам мониторинга проводится сравнительный анализ изменения уровней вод водоема и гидрогеологических скважин в течение года. В результате анализа этих данных определяется наличие гидравлической связи водоносного талика с поверхностным водоемом. При обнаружении наличия гидравлической связи с помощью геофизических исследований определяются пути фильтрации вод и дается прогнозная оценка развития суффозии в грунтах основания автомобильной дороги.

Уровень льда на участках распространения наледей

При наличии на участке наледей необходим мониторинг наледеобразования в соответствии с СП 493.1325800. В районах развития наледей устанавливают следующие показатели:

- морфологические характеристики наледи (размеры в плане, мощность);

- локализация наледи (русловая, долинная, склоновая);

- источники питания наледей, их расходы и генезис;

- температура, уровень подземных вод и химический состав наледеобразующих подземных вод;

- динамика роста и разрушения наледей;

- характеристики абразионной и эрозионной деятельности наледного льда и наледных вод;

- соотношения глубины промерзания грунта с уровнем грунтовых вод (для наледей подземных вод);

- наледные поляны [для них характерны: многочисленные протоки; наледный аллювий, представленный валунно-гравийно-галечным материалом; угнетенная растительность, погибший лес, хранящий следы их воздействия - отбеленные стволы, по которым может быть восстановлена максимальная мощность льда; остатки солей (высолы)].

Участки с наледеобразованием оборудуют ледомерными рейками. Ледомерная рейка представляет из себя окрашенную в белый цвет деревянную планку с нанесенными на неё яркими контрастными сантиметровыми метками. Приборами для фото- и видеофиксации является фотоловушки.

Фотоловушки устанавливают таким образом, чтобы сантиметровые меры на ледомерных рейках находились в зоне четкой видимости прибора для фото- и видеофиксации.

Вертикальные и горизонтальные деформации

Вертикальные и горизонтальные деформации

Цель измерений вертикальных и горизонтальных смещений - установить связь наблюдаемых деформаций дорожных конструкций с изменением геокриологических условий. Измерение вертикальных и горизонтальных деформаций рекомендуется проводить двумя путями:

- периодически 1 раз в квартал путем контроля перемещения геодезических марок с применением наземной съемки или методов лазерного сканирования с применением БПЛА;

- непрерывно (квазинепрерывно) путем инклинометрических измерений в вертикальных и горизонтальных скважинах с помощью стационарных инклинометров.

Количество и расположение геодезических марок в каждом конкретном случае выбирается индивидуально с учетом конструкции насыпи и характера просадок и устанавливается программой работ.

Непрерывные инклинометрические измерения проводятся в соответствии с ОДМ 218.5.015 [2], при этом глубина инклинометрических скважин определяется положением верхней границы многолетнемерзлых грунтов - забой скважин располагается не менее на 1 м ниже этой границы. Рекомендуется бурение четырех вертикальных инклинометрических скважин, расположенных на откосах насыпи по углам стационарного мониторингового поста (по 2 скважины на обоих откосах насыпи) и 1 горизонтальной инклинометрической скважины. Количество датчиков, глубины скважин и их расположение определяются геологическими условиями и границами многолетнемерзлых грунтов и назначаются индивидуально для каждого участка. Необходимо учитывать, что расположение горизонтальной (инклинометрической) скважины близко к дорожной одежде неизбежно приведет к искажениям результатов (динамика от транспорта). Дополнительно может быть измерена суммарная и послойная осадка с помощью тросовых измерителей деформации. Принципиальная схема (профиль) системы непрерывного мониторинга деформаций приведена на рисунке 3. Возможны и иные схемы непрерывных инклинометрических наблюдений в соответствии с ОДМ 218.5.015.

Рисунок 3 - Принципиальная схема (профиль) системы измерений вертикальных и горизонтальных смещений насыпи и грунтов основания.

5.6.3 Измерительный блок N 2. Метеорологические условия

Комплекс работ по установке метеорологических систем мониторинга параметров окружающей среды (СМПОС) и прогнозирования погодных условий в зоне вечной мерзлоты включает в себя:

- монтаж и запуск в эксплуатацию оборудование стационарного поста;

- круглосуточный круглогодичный сбор в автоматическом режиме измеряемых данных с параметрами окружающей среды, их обработку и сохранение в структурированной базе данных (БД);

- круглосуточный бесперебойный доступ Пользователей к функционалу СПО (при наличии действующего подключения к глобальной сети Internet) с любого устройства (ПК, планшет, смартфон), работающего под управлением доступной операционной системы с использованием типовых WEB браузеров, мобильных приложений согласно имеющимся персональным правам допуска к информации.

При этом полностью исключается необходимость доработки специального программного обеспечения ЦОУ, а равно приобретение или использование дополнительного программного обеспечения сторонних производителей, устанавливаемых на устройства Пользователей.

Возможность обеспечения Центра оперативного управления (ЦОУ) специализированной гидрометеорологической информацией для районов установки СМПОС, для прогнозирования потенциальной возможности возникновения опасных метеорологических условий.

Все конструкции и оборудование соответствуют исполнению В 1 по ГОСТ 15150 "Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды (с Изменениями N 1, 2, 3, 4, 5)".

Оборудование СМПОС монтируется на отдельно установленную опору, с использованием траверсы для установки оборудования с кронштейнами для обеспечения ориентации в пространстве и надежного закрепления датчиков. Характеристики опоры рассчитываются с учетом ветрового, снегового и гололедного района места их монтажа, а также силовой и ветровой нагрузки монтируемого на них оборудования.

Оборудование СМПОС размещается на столбовой опоре заводского изготовления. Высота надземной части опоры - не менее 6 м для схемы подвода кабеля электропитания по воздуху.

Опора оборудуется защитным заземлением и молниеприемником.

Подвод кабеля электропитания осуществляется в соответствии с полученными Техническими условиями под землей на глубине 0,5 м, либо над землей, на высоте не ниже 4 м, в любом свободном для крепления кабеля месте.

Конструкция оборудования СМПОС должна обеспечивать безопасность обслуживающего персонала от воздействия электрического напряжения в процессе эксплуатации и технического обслуживания СМПОС. Требования к положению датчиков приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Требования к положению датчиков.

Датчик	Положение датчиков
Автоматизированная метеостанция	На высоте 2 м в (защищен от дождя и прямых лучей солнца)
Датчик температуры поверхности почвы	На глубине 0.01 м (защищён от дождя и прямых солнечных лучей, ненарушенная растительность)
Количество жидких атмосферных осадков	Вблизи поверхности земли
Фотометр солнечного излучения	Вблизи поверхности земли
Пирометр	Вблизи поверхности земли
Оптический датчик толщины снежного покрова	На поверхности, естественного сложения

5.6.4 Измерительный блок N 3. Напряженно-деформируемое состояние и водно-тепловой режим дорожных конструкций (оборудование стационарного поста)

Датчики системы мониторинга НДС и водно-теплового режима закладывают на участках автомобильных дорог при послойном устройстве отдельных конструктивных слоев.

Система мониторинга напряженно-деформированного состояния функционирует непосредственно при участии персонала с созданием нагрузок с определенными параметрами посредством:

- груженого автомобиля с известными параметрами (нагрузка на ось, диаметр отпечатка пятна контакта, нагрузка на колесо и давление в колесе);

- испытательной установки динамического нагружения в соответствии с ГОСТ 32729 и ГОСТ Р 59918;

- испытательной установки статического нагружения по ГОСТ Р 59866.

Система мониторинга водно-теплового режима должна обеспечивать постоянный мониторинг измеряемых параметров в режиме реального времени с сохранением данных в облачное хранилище в автоматическом режиме и отображением результатов по удаленному доступу, либо при накоплении данных на электронный носитель с последующем съеме данных в ручном режиме.

В качестве основного оборудования используют следующие виды измерительных датчиков:

- датчики растягивающих деформаций нижней границы пакета слоев асфальтобетона или слоя основания из укрепленных материалов;

- датчики давления для слоев основания из неукрепленных материалов и грунта рабочего слоя;

- датчики влажности грунта и ППС;

- датчики температуры грунта и конструктивных слоев дорожной одежды;

- датчики температуры воздуха.

Датчики растягивающих деформаций предназначены для определения относительных растягивающих деформаций на нижней границе укрепленных слоев при создании на поверхности дороги нагружения с известными параметрами.

На автомобильных дорогах с нежесткими дорожными одеждами датчики растягивающих деформаций закладывают в нижней части пакета асфальтобетонных слоев, а также при наличии укрепленного органическим, комплексным или минеральным вяжущим слоя основания - на нижней границе данного слоя. Датчики закладывают в прямоугольной области в районе правой полосы наката правой крайней полосы движения автомобильной дороги. Расстояние между центрами датчиков составляет от 30 до 50 см. Расстояние между центрами датчиков измеряется инструментально и указывается на план-схеме устройства пункта мониторинга. Рекомендуемое количество датчиков в одном уровне - не менее 12. Данное количество датчиков необходимо для определения параметров образующейся в процессе нагружения чаши прогиба, составляющей порядка 2 м от центра приложения нагрузки.

Схема закладки датчиков относительных деформаций представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Схема закладки датчиков относительных деформаций.

Датчики давления предназначены для измерения давления (напряжения) на поверхности неукрепленных (несвязных) слоев при создании на поверхности вышележащих слоев нагрузки с известными параметрами.

На стационарных постах мониторинга датчики давления закладывают на поверхности рабочего слоя земляного полотна, на поверхности песчано-подстилающего слоя и на поверхности неукрепленного слоя основания (дополнительно) в правой полосе наката правой крайней полосы движения со смещением между собой в направлении движения на расстояние от 30 до 50 см. Схема закладки датчиков давления представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Схема закладки датчиков давления.

Датчики температуры предназначены для периодической регистрации температуры слоя, в котором расположен датчик. На наблюдательной станции датчики температуры закладывают в грунт земляного полотна, а также в каждый слой дорожной одежды с размещением в плане в районе правой полосы наката крайней правой полосы движения. Дополнительно устанавливают датчики измерения температуры окружающего воздуха.

Датчики влажности предназначены для периодической регистрации относительной влажности слоя, в котором расположен датчик. На станции мониторинга датчики влажности закладывают в слой земляного полотна в разных уровнях и в ППС с размещением в районе правой полосы наката крайней правой полосы движения.

Количество датчиков разного вида в системе мониторинга зависит от конструкции дорожной одежды, количества слоев и наличия укрепленных слоев основания.

Система мониторинга параметров НДС должна иметь вывод проводов на обочину автомобильной дороги. Длина подводящих проводов должна быть достаточной для соединения точек проектного положения датчика и устройства считывания информации.

На обочине должно быть оборудовано место хранения проводов в антивандальном водонепроницаемом колодце или ящике с последующей возможностью быстрого доступа и подключения оборудования. Считывающие блоки могут хранятся у владельца оборудования и подключаются при выполнении испытаний.

Система водно-теплового режима устанавливается на обочине с целью избегания повреждения и для возможности передачи данных в единую базу данных. Возможно оборудование системы солнечными или иными типами батарей для поддержания заряда аккумуляторов.

Установка датчиков осуществляется квалифицированными специалистами в соответствии с данным ОДМ и рекомендациями производителя.

Основные указания к работам по закладке измерительных датчиков представлены в Приложении Е.

5.6.5 Регламент мониторинга напряженно-деформированного и водно-теплового режима дорожных одежд

Мониторинг параметров НДС дорожных одежд, транспортно-эксплуатационного состояния и свойств асфальтобетонов и битумных вяжущих в условиях криолитозоны включает в себя:

1) мониторинг в рамках строительства, реконструкции, капитального ремонта, ремонта;

2) мониторинг в рамках эксплуатации автомобильной дороги.

Мониторинг в рамках строительства, реконструкции, капитального ремонта и ремонта (с случае устройства дорожных одежд), включает в себя:

1) отбор грунта земляного полотна и материалов конструктивных слоев, в том числе, асфальтобетонных смесей в период строительства с последующим определением свойств материалов в лаборатории. Помимо оценки соответствия материалов требованиям нормативных документов целесообразно выполнять испытания по определению расчетных характеристик грунта земляного полотна, а также расчетных характеристик материалов конструктивных слоев для дальнейшего сопоставления с проектными данными и анализа полученных результатов;

2) послойные испытания по оценке несущей способности каждого устроенного слоя статическим и динамическим нагружением и определение НДС на датчиках. На грунте земляного полотна и слоях из неукрепленных материалов выполняются испытания по ГОСТ Р 59866. На укрепленных слоях и слоях из асфальтобетона по ГОСТ Р 59918. Дополнительно на укрепленных слоях и слоях из асфальтобетона допускается выполнения испытания статическим нагружением при помощи установки статического нагружения в соответствии с ГОСТ Р 59866.

Мониторинг в рамках эксплуатации автомобильной дороги включает в себя:

- определение НДС и водно-теплового режима на станциях мониторинга непосредственно после строительства. Определение НДС включает в себя выполнение испытаний (создание нагружения) над датчиками давления и относительных деформаций. Создание нагружения выполняется от колесной нагрузки транспортных средств с известными параметрами нагружения (расчетной осевой нагрузкой на ось равной 11,5 т и нормативным давлением в шинах) или имитации нагрузки установками динамического нагружения по ГОСТ 32729 с последующим определением зависимости параметров НДС. Дополнительно допускается выполнения испытания статическим нагружением при помощи установки статического нагружения в соответствии с ГОСТ Р 59866. Мониторинг НДС осуществляется совместно с измерением влажности грунта и температуры конструктивных слоев. Определяемые показатели - давление и относительные деформации на границах конструктивных слоев, температуры слоев. Испытания выполняют непосредственно над датчиками, входящими в систему мониторинга НДС, а также рекомендуется дополнительно на всем участке с идентичной конструкцией дорожной одежды длиной не менее 100 м с шагом не более 10 м (при испытаниях динамическим нагружением).

- периодическое сезонное выполнение определения параметров НДС. Испытания выполняются регулярно в расчетный (весенний) и нерасчетные периоды года. В наиболее неблагоприятный расчетный период испытания целесообразно выполнять в период оттаивания и максимального ослабления грунта земляного полотна не менее 2-3 раз с целью выявления наибольшего ослабления грунта и дорожной конструкции в целом. Периоды выполнения испытаний в расчетный период определяются по данным об оттаивании грунта рабочего слоя и повышении влажности грунта со станций мониторинга водно-теплового режима. В летний период испытания целесообразно выполнять 2-3 раза при температуре воздуха выше средней (для летнего периода), определяемой по метеорологическим данным или по данным со станции мониторинга водно-теплового режима. В весенний период испытания выполняются 2-3 раза в период наибольшего увлажнения грунта земляного полотна, определенного по данным мониторинга водно-теплового режима. В зимний период выполняется непрерывный мониторинг температурного режима работы конструкции. Влажность грунта и слоев дорожной одежды рекомендуется определять в автоматическом режиме не реже одного раза в сутки. Температуру рекомендуется определять в автоматическом режиме не реже одного раза в час.

- ежегодные замеры интенсивности движения на участке мониторинга в соответствии с ГОСТ 32965. Интенсивность дорожного движения определяется с целью сопоставления с проектными данными и анализом результатов состояния НДС и транспортно-эксплуатационного состояния с количеством приложений расчетной нагрузки.

- ежегодную диагностику транспортно-эксплуатационного состояния дорожной одежды. Диагностика выполняется не менее двух раз в год по показателям: продольная ровность по ГОСТ 33101; поперечная ровность (колея) по ГОСТ 32825; прочность дорожной одежды по ГОСТ Р 59918;

5.7 Рекомендации по системам сбора, хранения и передачи данных

Единое информационное пространство предполагает единую систему справочников, классификаторов, кодификаторов, наличие соглашений по протоколам информационного обмена, форматам и структуре информационных сообщений, соглашений по структурам и форматам распределенных баз данных (БД). Единое информационное пространство реализуется в автоматизированной системе сбора, хранения и передачи данных Необходимое условие создания единого информационного пространства - требование пространственной и временной привязки информации.

Среди самых важных характеристик систем следует назвать производительность, надежность и простоту использования.

Надежность хранения данных зависит от физического сервера. Для этого рекомендуется использовать надежные комплектующие физического сервера и обеспечить бесперебойное его питание.

В основу построения общей структуры базы данных заложены следующие основные принципы:

- информация накапливается и хранится в единой базе данных, в которую поступают сведения из всех возможных источников;

- передача данных конечным пользователям осуществляется из единой базы данных;

- в качестве интерфейса конечного пользователя выступает автоматизированная информационная система;

- инструментарии для ввода, преобразования и анализа данных обращаются непосредственно в единую базу данных с сохранением в ней результатов работ;

В едином информационном пространстве проекта каркасом является геоинформационная система автомобильной дороги.

Первостепенное определение компонент геоинформационной системы автомобильных дороги производится в соответствии с ОДМ 218.9.008 "Геоинформационные системы автомобильных дорог. Порядок сбора, хранения и обновления данных". Основные понятия, на которые рекомендуется опираться в разработке компонентов ГИС-системы:

- модель дорожных данных: Модель данных для описания расположения, размеров, конструкции и технических характеристиках автомобильных дорог, их конструктивных частей, элементов инженерного обустройства и искусственных сооружений, а также их изменения в течение жизненного цикла автомобильной дороги;

- пространственная база данных автомобильных дорог: Совокупность пространственных дорожных данных по автомобильным дорогам, организованная в соответствии с моделью дорожных данных;

- классификатор элементов автомобильных дорог: Перечень видов логических и конструктивных элементов автомобильных дорог, элементов инженерного обустройства, искусственных сооружений.

Процесс внесения данных в пространственную базу данных автомобильной дороги происходит по этапам жизненного цикла (предпроектные исследования, инженерные изыскания, проектирование, строительство/реконструкция, содержание и ремонт, капитальный ремонт, эксплуатация).

В результате первичного внесения данных создаются основные компоненты ГИС-системы автомобильной дороги, для рассматриваемой информационной системы мониторинга необходимым является выполнение задач:

- определение координат пунктов дорожной геодезической сети в географической системе координат WGS-84 (система высот EGM2008) и создание дорожной геодезической сети, применяемой для выполнения высокоточных ГНСС-измерений при исполнительной съёмке автомобильных дорог;

- создание сведений о топологии автомобильной дороги, включая точные координаты концов участков автомобильной дороги и километровых столбов;

- составление паспортов искусственных сооружений;

- создание крупномасштабного топографического плана автомобильной дороги и внесение в пространственную базу данных автомобильной дороги сведений по результатам исполнительной съёмки автомобильной дороги;

- внесение в пространственную базу данных автомобильной дороги сведений о транспортно-эксплуатационных характеристиках автомобильной дороги.

Наличие уникальных идентификаторов объектов мониторинга. Немаловажным в геоинформационной системе автомобильной дороги является своевременная актуализация пространственной базы данных, когда на выбранном участке проводится аэрофотосъёмка придорожной полосы, собираются сведения по результатам исполнительной съёмки участков и добавляются в пространственную базу обновленные сведения по придорожной полосе автомобильных дорог.

Наполнение разрабатываемой базы данных должно соответствовать приложению Б ОДМ 218.9.008 в части атрибутов и требований по качеству, включая основные разделы:

- пространственно-топологический каркас сети автомобильных дорог;

- логический участок дороги (с добавлением выбранного участка дороги для картографирования обзорного геокриологического районирования и участка расположения стационарного поста инженерно-геокриологического мониторинга);

- конструктивный элемент дороги;

- объект придорожной полосы (при наличии поста - с добавлением датчиков и скважин стационарного поста инженерно-геокриологического мониторинга).

В разработке картографического обеспечения принимается во внимание национальный стандарт ГОСТ Р 54023 "Система навигационного диспетчерского контроля выполнения государственного заказа на содержание федеральных автомобильных дорог. Назначение, состав и характеристики картографического обеспечения". В состав базовых слоев подсистемы, как минимум, входят: территориальное (административное) деление, населенные пункты, дорожная сеть, дорожные сооружения, рельеф, гидрография, растительность и инфраструктура федеральной автомобильной дороги. Создаваемые качественные цифровые карты Управлений федеральной автомобильной дороги целесообразно использовать в разработке картографического обеспечения проекта.

Специальное программное обеспечение (СПО) СМПОС обеспечивает:

- круглосуточное, круглогодичное предоставление данных от оборудования СМПОС;

- формат представления табличных данных - HTML и Excel;

- формат представления графических данных - JPEG; Информация с СМПОС содержит следующие данные:

- температуру воздуха;

- влажность воздуха;

- атмосферное давление;

- температуру поверхности почвы (ненарушенная растительность);

- точку росы;

- интенсивность осадков (мм/час);

- тип осадков (снег/дождь/град/ледяной дождь/морось/ дождь со снегом);

- суммарный слой осадков за 12 или 24 час (мм);

- скорость ветра (м/сек);

- направление ветра (град);

- толщину снежного покрова в ненарушенных условиях.

Система выполняет регистрацию событий (дата и время начала, завершения). Система позволяет Пользователю:

- настраивать подписки (уведомления) на зарегистрированные события. В зависимости от настроек Система отправляет уведомление о событии на электронную почту или посредством СМС сообщений;

- использования мобильного приложения для работы с системой;

- глубокую интеграцию внешних систем с СМПОС благодаря многофункциональному API, реализованному в виде веб-сервисов.

Модуль мониторинга и оповещения СПО СМПОС обеспечивает:

- круглосуточный, круглогодичный мониторинг работоспособности модулей СПО;

- круглосуточный, круглогодичный мониторинг работоспособности оборудования, входящего в состав СМПОС;

- круглосуточный, круглогодичный контроль оперативного отображения в программе неработающих/проблемных устройств (компонентов СМПОС);

- выполнение, в случае необходимости, выборочного опроса оборудования СМПОС в целом;

- оперативное оповещение в автоматическом режиме посредством СМС сообщений и электронной почты Заказчика о неработоспособности (остановке) отдельных программных модулей, а также сбоях в работе СПО в целом;

- оперативное оповещение в автоматическом режиме посредством СМС сообщений и электронной почты персонала, отвечающего за техническое обслуживание и содержание оборудования СМПОС, о неработоспособности (сбоях в работе) отдельных устройств, входящих в состав СМПОС, а также стационарного поста мониторинга в целом;

- оперативное оповещение в автоматическом режиме посредством СМС сообщений и электронной почты заинтересованных лиц и организации, отвечающие за обслуживание и содержание автомобильных дорог, о наличии возникших, а также прогнозируемых на данном участке неблагоприятных природных явлений.

5.8 Рекомендации по использованию данных дистанционного зондирования Земли

5.8.1 Рекомендации по подбору материалов

Общий дистанционный контроль участка автомобильной дороги.

Материалы дистанционного зондирования для общего дистанционного контроля участка автомобильной дороги включают материалы космической съемки, отвечающие следующим требованиям:

- пространственное разрешение в диапазоне 2-30 м/пикс;

- наличие мультиспектральных каналов (синий, зеленый, красный, ближний инфракрасный);

- сроки съемки не более двух лет от момента выполнения работ.

В качестве дополнительных целесообразно использовать следующие материалы:

- цифровые модели рельефа и местности и продукты их обработки (крутизны, экспозиции и др.), построенные как по общедоступным данным, так и в результате выполнения инженерно-геодезических изысканий;

- разносезонные материалы космической съемки с разрешением не менее 30 м в видимой зоне спектра со сроками съемки не более двух лет от момента выполнения работ;

- материалы радиолокационной космической съемки с разрешением не менее 30 м со сроками съемки не более двух лет от момента выполнения работ;

- материалы тепловой инфракрасной дистанционной съемки со сроками съемки не более двух лет от момента выполнения работ;

- материалы панхроматической или спектрозональной аэросъемки.

Локальный дистанционный контроль участков размещения стационарных постов мониторинга.

Материалы дистанционного зондирования для локального дистанционного контроля участков включают в качестве основных материалы:

- материалы стерео съемки с БПЛА (в том числе геодезической) с разрешением лучше 20 см (для получения 3D модели) в видимой зоне спектра или инфракрасной зоне спектра;

- материалы космической съемки с разрешением лучше 0,7 м в видимой и инфракрасной зонах спектра;

- съемка осуществляется в интервале 1-2 года от срока контроля.

Подбор и получение материалов космических съемок выполняется, прежде всего, на основе следующих источников:

- открытые источники получения космических снимков;

- доступные коммерческие источники космических снимков, в том числе космические снимки производства Госкорпорации "Роскосмос";

- материалы съемки с БПЛА специализированных сторонних организаций.

Технические требования к космической съемке, съемке с БПЛА, цифровым моделям рельефа и местности формируются при разработке программ работ общего и локального дистанционного контроля.

5.8.2 Методика выполнения работ

Методика использования материалов дистанционного зондирования для общего дистанционного контроля участка автомобильной дороги.

Общий дистанционный контроль участка автомобильной дороги охватывает полосу шириной 4 км. Общий дистанционный контроль участка автомобильной дороги выполняется путем комплексного геокриологического дешифрирования материалов дистанционного зондирования.

В процессе дешифрирования выделяются следующие элементы:

- участки однородные по геокриологическим условиям (как правило, отвечают ландшафтным местностям);

- скопления очагов развития негативных криогенных процессов (термокарст, подтопление и т.д.) и отдельные наиболее значимые очаги;

- существенные факторы развития негативных криогенных процессов (полигональная трещиноватость грунтов, бугристость, четковидность русел и др.).

Дополнительными продуктами, на основании которых осуществляется дешифрирование являются:

- схемы концентрации подземного стока, построенные автоматически на основании ЦМР различного уровня;

- схемы сроков залегания снежного покрова, построенные автоматически на основании разносезонных космических снимков за последние 5 лет.

Комплексное геокриологическое дешифрирование осуществляется на основе использования всей совокупности дешифровочных признаков, включающей прямые и косвенные дешифровочные признаки.

К прямым дешифровочным признакам относятся:

- геометрические (форма и размер объекта);

- яркостные (фотон, уровень яркости, цвет, спектральный образ);

- структурные (рисунок изображения).

К косвенным дешифровочным признакам относятся дешифровочные признаки элементов ландшафтного строения, связанные с геокриологическими условиями территории (ландшафтные индикаторы инженерно-геокриологических условий). При дешифрировании целесообразно использовать методические документы по дешифрированию при инженерно-геологической съемке [1].

При дешифрировании следует использовать эталонные изображения. Примеры эталонных изображений приведены в приложении Ж.

Эталонные изображения целесообразно пополнять. Для этого выделяются участки снимка (и/или снимков, различающихся по параметрам, например, разрешению, и датам), где дешифрируемые объекты представлены в их наиболее характерном и узнаваемом виде. Каждому эталону дается описание с учетом имеющихся данных. Таблицы эталонов приведены ниже.

При дешифрировании могут быть использованы программные пакеты обработки растровых изображений для автоматизированного дешифрирования.

Результатом общего дистанционного контроля участка автомобильной дороги является предварительная карта обзорного геокриологического районирования по дистанционным данным в масштабе 1:200 000 (1:100 000). На карте отображаются следующие элементы:

- общая характеристика;

- рельеф;

- индекс;

- стратиграфо-генетический комплекс и состав поверхностных отложений;

- группы растительности.

После проведения сопоставления с результатами инженерно-геологических изысканий формируется итоговая карта обзорного геокриологического районирования в масштабе 1:200 000 (1:100 000). На карте отображаются следующие элементы:

- стратиграфо-генетический комплекс и состав поверхностных отложений;

- рельеф;

- группы растительности;

- распространение и мощность ММГ, м;

- температура ММГ, °С;

- криотекстура;

- мощность СТС, м;

- криогенные процессы.

Примеры предварительной и итоговой карты и легенды приведены в приложении И.

Методика использования материалов дистанционного зондирования для локального дистанционного контроля участков.

Локальный дистанционный контроль охватывает:

- окрестность стационарных постов мониторинга общей шириной 1200-2000 м; границы контроля уточняются на базе анализа физико-географических и геокриологических условий в районе размещения поста;

- опасные участки автомобильной дороги, границы контроля уточняются на базе анализа физико-географических и геокриологических условий.

Локальный дистанционный контроль участков выполняется путем комплексного геокриологического дешифрирования материалов дистанционного зондирования.

В процессе дешифрирования выделяются следующие элементы:

- участки однородные по геокриологическим условиям (как правило, отвечают ландшафтным урочищам);

- очаги развития негативных криогенных процессов в полосе отвода автомобильной дороги (термокарст, подтопление и др.);

- факторы развития негативных криогенных процессов (полигональная трещиноватость грунтов и др.);

- очаги развития негативных криогенных процессов в пределах автомобильной дороги (насыпь, обочина, проезжая часть).

Контроль осуществляется с помощью основной съемки.

Комплексное геокриологическое дешифрирование осуществляется на основе использования всей совокупности дешифровочных признаков, включающей прямые и косвенные дешифровочные признаки, с использованием эталонов, аналогично дешифрированию при общем дистанционном контроле участка автомобильной дороги.

На основе полученных материалов съемки при интерпретации выполняются следующие процедуры:

- корректировка специализированного районирования окрестности стационарных постов мониторинга по геокриологическим условиям;

- корректировка расположения и контуров опасных криогенных процессов в окрестности постов мониторинга;

- оценка изменения геокриологических условий с позиций необходимости корректировки состава и размещения точек контроля в пределах постов мониторинга и/или изменения регламента их работы;

- оценка количества, плотности, очагов развития негативных криогенных процессов в пределах полосы отвода автомобильной дороги.

Результирующим материалом обработки является карта специализированного геокриологического районирования по материалам дистанционных съемок масштаба 1:10000-1:7000 с нанесенной (при необходимости) корректировкой состава и размещения точек контроля. На карте отображаются следующие элементы:

- геолого-геоморфологический ярус (комплекс);

- рельеф;

- характеристика поверхностных отложений;

- состояние криогенных грунтов;

- водный режим;

- почвенно-растительные ассоциации;

- криогенные процессы.

При разработке карты природные комплексы ранга ландшафтных местностей (сложных урочищ) показываются на карте в стандартной цветовой гамме и буквенными индексами с табличной легендой, включающей следующие характеристики:

- принадлежность к ландшафтному или геолого-геоморфологическому комплексу более высокого порядка;

- рельеф;

- генезис, возраст и вещественный состав поверхностных отложений;

- криогенный статус и водный режим поверхностных отложений;

- почвенные разности и растительные сообщества;

- распространенность неблагоприятных криогенных процессов и явлений, в частности проявления природного и инициированного термокарста.

Техногенные объекты рекомендуется показывать на карте оттенками серого цвета и номерами, включая:

- дороги с асфальтобетонным покрытием;

- основные грунтовые дороги;

- дорожная инфраструктура - остановки, расширения и т.п.;

- выемки грунта под дороги с асфальтобетонным покрытием;

- обочины дорог с асфальтовым покрытием с выделением участков проявлений неблагоприятных процессов;

- насыпи с выделением участков проявлений неблагоприятных криогенных процессов - термоэрозионных промоин, подтопления, термокарста;

- постоянные объекты защиты дороги - противоэрозионные желоба, водоотводные канавы;

- оперативные объекты защиты дороги - засыпка ям (борьба с инициированным термокарстом), каменные наброски и площадки под водопропускными трубами (борьба с эрозией и инициированным термокарстом);

- участки складирования дорожно-строительных материалов.

Кроме того, на карте в виде линейных объектов различного цвета выделяются:

- водоотводные желоба и придорожные канавы;

- русла постоянных водотоков (если имеются в наличии);

- русла временных (сухих) водотоков;

- проявления термоэрозии - термоэрозионные промоины;

- эрозионные промоины;

- водопропускные трубы под автомобильными дорогами.

Примеры исходных данных, полученных с БПЛА, а также карты и легенды приведены в приложении К.

Полученная информация об условиях опасных участков отражается на карте обзорного геокриологического районирования.

Предложения о корректировке состава, размещения и регламента точек исследования могут формироваться в следующих случаях:

- при возникновении или исчезновении очагов развития негативных криогенных процессов на участке стационарного поста мониторинга;

- при резком изменении размеров очагов негативных криогенных процессов на участке поста мониторинга.

К исполнителям работ по использованию материалов дистанционного зонирования предъявляются следующие требования:

- владение навыками ландшафтного и геологического дешифрирования;

- владение навыками автоматизированного и экспертного дешифрирования мультиспектральных космических и аэрофотоснимков с разрешением от 0,1 до 30 м;

- владение навыками обработки и интерпретации цифровых моделей рельефа и местности.

В случае необходимости допускается привлечение специализированных сторонних организаций.

При работе с космическими снимками, цифровыми моделями рельефа и другими пространственными данными рекомендуется использовать российское ПО или ПО с открытым кодом, например, QGIS Desktop, ГИС "Панорама" и др.

5.9 Рекомендации по сбору, накоплению и анализу поступающей при мониторинге информации с целью ее использования в инженерных расчётах и прогнозе эксплуатационного состояния автомобильных дорог

5.9.1 Рекомендации по сбору и накоплению информации

Сбор информации осуществляется по трём основным направлениям. К первому направлению относится поиск и пополнение исторических фондовых и опубликованных материалов по климатическим и геокриологическим условиям территории. Ко второму направлению относится сбор данных об актуальном распространении вдоль автомобильной дороги участков нарушения проектных характеристик объекта и активности криогенных процессов (в том числе с использованием дистанционных методов). К третьему направлению относятся данные, получаемые на стационарных постах мониторинга.

Фондовая информация берется на основе материалов региональных работ. Если инженерно-геологические карты на территорию исследования отсутствуют, то используют имеющийся картографический материал, с широким использованием рекогносцировочных работ, к проведению которых в качестве эксперта рекомендуется привлекать специалиста-геокриолога, хорошо знающего данный регион.

Методика исследований базируется на полном использовании всех современных методов изучения основных параметров криолитозоны, включающих горно-буровые, геофизические, геодезические, гидрометеорологические, геокриологические и гидрогеологические наблюдения и исследования. Накопление информации осуществляется силами ФКУ, отвечающего за состояние соответствующего участка автомобильной дороги, в виде электронной локальной базы данных с обязательным её дублированием в уполномоченной федеральной организации Росавтодора.

5.9.2 Рекомендации по обработке и анализу информации

Обработка и анализ данных осуществляются в специализированных аналитических центрах, организуемых на каждой автомобильной дороге.

Каждый из таксонов обзорного и специального геокриологического районирования рекомендуется охарактеризовать результатами ежегодных расчётов потенциального сезонного промерзания и оттаивания и изменения несущей способности грунтов при изменении их свойств в зависимости от криологических условий. Основным объектом контроля изменения свойств грунтов оснований автомобильных дорог на участке мониторинга являются показатели температуры грунтового массива. Наблюдения за состоянием проводится в грунтах всех развитых на участке ландшафтно-геологических комплексов для контроля общего состояния грунтового массива основания дороги и на участках проявления или возможной активизации криогенных процессов для контроля их развития, выделенных по результатам геокриологического районирования территории.

Результаты инженерно-геологических изысканий на участке мониторинга, характеристика состава, строения и свойств мерзлых и немерзлых грунтов в условиях современного естественного залегания и прогноза их изменения в различных режимах геокриологических условий и сезонных изменений служат основой для инженерных расчетов несущей способности и деформируемости грунтов. Такие расчеты проводятся отдельно для каждого температурного режима грунтов, и их результаты определяют критический уровень изменения свойств грунтов, приводящий к недопустимым деформациям и развитию и активизации криогенных процессов, влияющих на безопасность, и, соответственно, параметры геокриологических условий, при которых эти изменения происходят.

Изменение температуры грунтов свидетельствует о соответствующем изменении их свойств, и при достижении пороговых значений, определенных расчетным путем при подготовке исходных данных для проведения мониторинга, выступает индикатором развития критических деформаций грунтов оснований или активизации криогенных процессов, влияющих на возникновение аварийных ситуаций и безопасность эксплуатации автомобильных дорог.

По результатам мониторинга определяются потенциальное сезонное промерзание и оттаивание. Потенциальное сезонное промерзание - это расчётная величина глубины промерзания грунта при отсутствии многолетнемерзлых грунтов. Потенциальное сезонное оттаивание - это расчётная величина, которая показывает, на какую глубину оттает грунт при наличии многолетнемерзлых грунтов на этом участке. Превышение расчётного сезонного оттаивания над сезонным промерзанием соответствует условиям деградации многолетнемерзлых грунтов и наоборот, превышение сезонного промерзания над сезонным оттаиванием соответствует условиям деградации многолетней мерзлоты.

Выявление тенденций изменения глубины деятельного слоя и соотношения потенциальных промерзания и оттаивания позволяет диагностировать направленность изменения геокриологических условий и рекомендовать решения по типу инженерной защиты.

Последовательный расчёт указанных величин для каждого элемента ландшафтной структуры по годам даёт возможность выделить потенциально неблагоприятные территории, где процессы осадки грунта с большой вероятностью связаны с постепенным оттаиванием многолетней мерзлоты.

5.9.3 Рекомендации по использованию данных мониторинга в инженерных расчётах и прогнозе эксплуатационного состояния автомобильных дорог

Мониторинговая информация обеспечивает диагностику причины разрушения насыпи и дорожного покрытия, что позволяет сопоставить направленность и магнитуду криогенных процессов, а также динамику свойств грунтов основания, с динамикой разрушения насыпи, дорожных одежд и элементов дорожных конструкций.

Оценка устойчивости насыпи и расчёт напряжённо-деформируемого состояния дорожных одежд осуществляется с учётом устойчивости основания насыпи и прогноза изменения этой устойчивости с учётом климатических изменений, динамики геокриологических условий и развития криогенных процессов.

Прогноз геокриологических условий осуществляется по численным или аналитическим моделям, реализуемых в двухмерной постановке на контрольных поперечниках в пределах стационарного поста мониторинга. Калибровка моделей, назначение начальных условий и верификация моделей осуществляются с преимущественным использованием данных мониторинговых наблюдений. Задание климатического сценария для осуществления геокриологического прогноза осуществляется на основе региональных выборок общедоступных данных глобальных климатических моделей CanESM или MIROC.

5.9.4 Рекомендации по представлению результатов мониторинга для принятия управляющих решений

В первой функциональной части мониторинга предусматривается решение задачи определения участков автомобильной дороги, испытывающих максимально неблагоприятные воздействия от природных и природно-техногенных криогенных процессов (Приложение Л). Этапность функционирования информационно-аналитического центра системы мониторинга показана в таблице в левой (первой) колонке. На каждом из этапов выделяется наблюдаемые показатели, их нормативные значения (включая критерии, по которым выносится суждение о необходимости принятия управленческого решения), показатели состояния автомобильной дороги, тенденции изменения этих показателей и предлагаемые управленческие решения. Управленческие решения предоставляются лицам, принимающим решения на разных уровнях управления компании.

Разделы ежегодного и квартальных отчётов, формируемых в аналитическом центре системы мониторинга, включают в себя описание имеющихся пространственно-привязанных данных, каталог нарушений, связанных с ними ремонтных работ, оценку современного состояния и тенденций изменения геокриологических условий и неблагоприятных криогенных процессов, выделение участков с хроническими и вновь возникшими проблемами на отдельных участках. Важной частью отчёта являются рекомендации по развитию системы мониторинга и составу наблюдений по автомобильной дороге в целом и на отдельных стационарных постах мониторинга.

Во второй функциональной части мониторинга предусматривается решение задачи диагностики и отслеживания неблагоприятного криогенного процесса, воздействующего на локальный участок автомобильной дороги, средствами наблюдения на стационарном посту мониторинга.

Каждый отдельный взятый стационарный пост мониторинга должен быть включён в систему обработки данных аналитического центра и быть обеспеченным квартальными и ежегодным отчётами о результатах своей деятельности. Главным результатом работы представляется диагностика ведущего процесса нарушения устойчивости инженерного сооружении, а также рекомендации о необходимости защитных мероприятий и данные об эффективности применения этой защиты.

Результаты мониторинга напряженно-деформированного состояния накапливаются и сохраняются в электронном виде.

Анализ результатов выполняется по мере их накопления. В процессе анализа проводят обработку результатов мониторинга методами математической статистики, в том числе построены регрессионные модели прогнозирования свойств дорожного покрытия.

На основе анализа полученных данных вырабатываются решения по актуализации требований к эксплуатации, содержанию и ремонту участков автомобильных дорог в криолитозоне.

5.10 Дополнительные требования по охране труда

При проведении работ следует руководствоваться соответствующими требованиями ГОСТ Р 58350 и правилами охраны труда и техники безопасности.

Организация движения на участках проведения работ выбирается в зависимости от их длительности, категории автомобильной дороги, сложности дорожных условий и фактической интенсивности движения транспортного потока.

Места производства работ обустраиваются техническими средствами организации дорожными движения, иными направляющими и ограждающими устройствами, средствами сигнализации и прочими средствами, предусмотренными ГОСТ Р 58350, по ГОСТ 32757.

Качество оборудования для монтажа СМПОС должны быть приняты при входном контроле по документам предприятия-изготовителя (поставщика).

Библиография

[1] ОДМ 218.4.033-2017 "Методические рекомендации по созданию системы опытно-экспериментальных полигонов на действующей сети автомобильных дорог федерального значения для внедрения новых технологий и материалов в дорожном хозяйстве в различных природно-климатических зонах Российской Федерации"

[2] ОДМ 218.5.015-2019 "Методические рекомендации по измерению деформаций земляного полотна автомобильных дорог с применением принципов инклинометрии"

[3] ОДМ 218.4.039-2018 "Рекомендации по диагностике и оценке технического состояния автомобильных дорог"