В 1940 г. Институт мерзлотоведения опубликовал первое пособие по мерзлотоведению [4]. Таким образом, накануне Великой Отечественной войны Институт мерзлотоведения (г. Москва) стал ведущим учреждением по вопросам изучения мерзлых горных пород и подземной криосферы СССР.
2 этап. Послевоенный Московский (1945 - 1960 гг.)
Мерзлотоведение (или геокриология) созрело к этому времени как наука, в нем формируются крупные самостоятельные разделы знаний.
В 1953 г. на геологическом факультете МГУ была организована первая в мире кафедра мерзлотоведения, ставшая важным центром подготовки специалистов-мерзлотоведов и ведущая большой объем научно-исследовательских работ в этой области. За этот период разработаны многие теоретические и методические вопросы мерзлотоведения, в частности, впервые разработаны метод анализа частных и общих закономерностей формирования сезонно- и многолетнемерзлых толщ, а также теория и практика мерзлотного прогнозирования (руководитель работ д-р геолого-минер. наук, проф. В.А. Кудрявцев).
В 1956 г. на VII Межведомственном совещании по мерзлотоведению было представлено 89 научных и производственных учреждений, в том числе 45 организаций, работающих вне Москвы.
В 1959 г. вышла сводная работа по общему мерзлотоведению [5].
3 этап. Якутско-Московский (1961 - 1990 гг.)
В 1961 г. Якутское отделение Института мерзлотоведения АН СССР было реорганизовано в Институт мерзлотоведения Сибирского отделения АН СССР. Московский институт мерзлотоведения был при этом упразднен, а его отделы были переданы в ПНИИИС Госстроя СССР.
В 1966 г. было созвано VIII Всесоюзное межведомственное совещание по геокриологии (мерзлотоведению) с участием многочисленных научных институтов и производственных организаций, а также ученых из Монголии, Польши и Чехословакии. Труды этого совещания были опубликованы в восьми выпусках тезисов и докладов участников совещания.
В эти годы мерзлотоведение успешно развивалось также в отделах институтов Госстроя (ПНИИИС, НИОСП), в институте Всегингео, на кафедрах высших учебных заведений (МГУ, МИСИ, ЛГИ и др.).
В 1970 г. в Москве при АН СССР создается Совет по криологии Земли, в состав которого вошли известные ученые Москвы, Ленинграда и Сибирского отделения АН СССР.
Совет по криологии Земли АН СССР провел большую работу по созыву в 1973 г. в Якутске II Международной конференции по мерзлотоведению, которая подвела итоги современного мерзлотоведения и наметила пути его дальнейшего развития в международном аспекте. III Международная конференция по мерзлотоведению была проведена в Канаде в 1978 г.
1.3. Инженерное мерзлотоведение в транспортном строительстве
Строители железных дорог столкнулись с вечномерзлыми грунтами еще в XIX веке при строительстве Транссибирской железнодорожной магистрали. При этом российские инженеры всерьез занялись изучением такого феномена, каким является вечная мерзлота, или, как еще ее называют, «Русский Сфинкс».
Однако первый нормативный документ по транспортному строительству появился только в 1939 г. [7], разработанный большим коллективом авторов под руководством профессора Ленинградского института инженеров транспорта А.В. Ливеровского и доц. К.Д. Морозова (в разработке этот документа принимали участие профессоры М.И. Сумгин, В.В. Григорьев, В.О. Цшохер, А.П. Еремин, Н.Т. Швейковский, С.Л. Бастамов, Л.И. Бернацкий, М.Ф. Срибный, H.H. Быков, доценты А.В. Патилеев, А.Н. Цытович, инженеры А.М. Чекотилло, К.В. Петров, С.Н. Качурин, Н.Д. Белокрылов, Н.Н. Толстихин, М.М. Крылов, С.Л. Колесников, В.В. Еленевский, геолог Сахарова).
После Великой Отечественной войны исследования продолжались на строящихся и построенных железных дорогах институтами ЦНИИС и СибЦНИИС. В 1961 г. все материалы исследований были обобщены, при этом подготовлены и утверждены Минтрансстроем СССР технические указания [10].
В 1956 - 1962 гг. исследованиями в районах вечной мерзлоты занимался головной институт Союздорнии (г. Москва). Научную работу по исследованию особенностей проектирования и строительства автомобильных дорог и аэродромов вел в эти годы д-р техн. наук, проф. Н.А. Пузаков. В эти же годы (1956 - 1961 гг.) в районах Крайнего Севера, Красноярского края, в районе Норильского горно-металлургического комбината им. А.П. Завенягина проводились исследования под руководством д-pa техн. наук, проф. И.А. Золотаря (ВОЛАТТ), который подготовил серьезную обобщающую монографию по применению тонкодисперсных грунтов в дорожном строительстве.
В 1962 г. под руководством д-ра техн. наук Н.А. Пузакова (Союздорнии) подготовлены технические указания [11]. В подготовке этого документа принимали участие канд. техн. наук Г.В. Бялобжеский (снегоборьба), инж. Б.В. Уткин (борьба с наледями), А.Т. Якубцова (мерзлотно-грунтовые обследования), инженеры А.Е. Дюков, М.Н. Елагин, Н.А. Жмакин, П.А. Баранов, М.М. Антошкин, В.Н. Тулумбасов (автомобильные дороги в районах Арктики), инженеры В.А. Ткачев, Х.Х. Амиров, Д.Н. Изотов, В.В. Ромм, В.А. Толчеев, канд. техн. наук И.Н. Матяш под руководством канд. техн. наук М.И. Иванова (аэродромы), а также д-р техн. наук А.А. Калерт, канд. техн. наук А.И. Золотарь, Н.А. Перетрухин, инж. Н.С. Ценюга.
В этот период тематику научных работ по зоне вечной мерзлоты в головном институте Союздорнии закрыли, финансирование этих работ прекратилось. Руководитель этой работы д-р техн. наук, проф. Н.А. Пузаков вынужден был перейти в МАДИ на кафедру строительства и эксплуатации автомобильных дорог к д-ру техн. наук, проф., заслуженному деятелю науки и техники РСФСР, лауреату Государственных премий Н.Н. Иванову, где он работал до 1973 г. в должности профессора кафедры СЭД МАДИ.
Одновременно с закрытием темы в головном институте Союздорнии с 1963 г. начинаются исследования по разработке норм и технических условий по проектированию и строительству автомобильных дорог в районах вечной мерзлоты в Омском филиале Союздорнии под руководством канд. техн. наук Малышева А.А. При этом создается научная группа, занимающаяся изучением прочности и устойчивости земляного полотна автомобильных дорог:
кандидаты техн. наук Б.И. Попов (работает в филиале с 1962 г. по настоящее время), А.С. Плоцкий (работает в филиале с 1963 г. по настоящее время), Р.З. Порицкий (работал в филиале с 1963 г. по 1973 г., затем переехал в Минск и работает в Белдорнии до сих пор), В.А. Давыдов (работал в филиале почти 13 лет, с 1964 по 1976 гг., затем перешел в СибАДИ, где работает до настоящего времени); а также инженеры Н.А. Голенко, Л.Б. Зотова, Б.Ф. Бржезицкий, С.М. Козырев. Позднее подключились к этой тематике с уклоном на автозимники и строительство дорог на болотах следующие специалисты-дорожники: канд. техн. наук Н.Ф. Савко работал в филиале с 1962 по 1979 гг. (погиб в Магадане), канд. техн. наук Н.М. Тупицын (работал в филиале с 1964 по 1978 гг., затем перешел в СибАДИ, где работает по настоящей время), инж. А.П. Казаков (работает в филиале с 1966 г. по настоящее время). Позднее к этой же тематике подключились исследователи дорожных одежд и материалов (Н.В. Матлаков с 1967 по 1973 гг., Ю.Е. Никольский с 1967 по 1987 гг., А.Г. Широков с 1967 по 1982 гг., умер после командировки в Афганистан, Б.Б. Самойленко с 1972 г., с перерывами, по настоящее время и др.).
В результате многолетних исследований с 1962 - 63 гг. по 1975 - 77 гг. Омским филиалом Союздорнии были организованы наблюдения за прочностью и устойчивостью дорожных конструкций на автомобильных дорогах в районах вечной мерзлоты (в р-не г. Норильска, на автодорогах Ленск - Мирный, Мирный - Чернышевск, Вилюйская ГЭС - Айхал - Трубка Удачная, Якутск - Покровск, Якутск - Намцы, Романовка - Богдарин и на др.). На основе этих 10 - 12 летних наблюдений на постах и опытных участках указанных дорог, а также результатов многолетних обследований дорог были разработаны дорожно-климатическое районирование территории СССР, занятой вечной мерзлотой, принципы проектирования и строительства дорог на вечномерзлых грунтах, изучены особенности водно-мерзлотного режима земляного полотна, разработаны особенности расчета дорожных одежд на прочность и конструкции земляного полотна дорог с учетом принципов проектирования, а также технология строительства земляного полотна и дорожных одежд в условиях наличия вечномерзлых грунтов и с учетом резкоконтинентального климата - жаркого лета и низких зимних отрицательных температур воздуха.
Разработаны также указания по организации стационарных наблюдений на дорогах, указания по мерзлотно-грунтовым исследованиям при изысканиях автомобильных дорог, методика расчета насыпи на устойчивость, рекомендации по проектированию и строительству водопропускных труб, технологический схемы сооружения земляного полотна дорог и расчет сроков производства земляных работ.
Результаты этих исследований и практические рекомендации были включены составной частью в «Инструкцию по изысканию, проектированию и строительству автомобильных дорог в районах вечной мерзлоты» (ВСН 84-75 Минтрансстрой СССР. - М., 1976. - 218 с.), разработанную коллективом Омского филиала Союздорнии (руководитель работы канд. техн. наук В.А. Давыдов) с участием ряда организаций: Союздорпроекта (А.В. Волконский, В.И. Земсков, К.А. Постникова, В.К. Чугунов), Гипродорнии (И.Н. Войкин, Л.В. Дугин, А.М. Чухвичев), Промтрансниипроект (А.Ф. Бохин), Белдорнии (Р.З. Порицкий), СибЦНИИС (С.М. Большаков). Эта инструкция действует по настоящее время.
После завершения этой работы исследования продолжались как в Омском филиале Союздорнии, так и в головном институте Союздорнии, а также в СибАДИ, куда пришли на кафедру проектирования автомобильных дорог доц., канд. техн. наук В.А. Давыдов (с 1977 г.) и Н.М. Тупицын (с 1978 г.).
В 1978 г. были изданы Союздорнии «Методические рекомендации по теплотехническому расчету насыпей автомобильных дорог» (М., 1978. - 32 с), руководитель работы канд. техн. наук В.А. Давыдов, с участием инженеров Б.Ф. Бржезицкого и С.М. Козырева.
В 1980 - 81 гг. разработана «Инструкция по проектированию промышленных автодорог в районах Восточной Сибири» (руководитель работы канд. техн. наук В.А. Давыдов).
С 1983 г. была издана «Инструкция по проектированию автомобильных дорог для обустройства нефтяных и газовых месторождений на севере Тюменской области» (ВСН 2-134-81), разработанная коллективом авторов из Омского филиала Союздорнии и СибНИПИгазстроя.
В 1984 - 85 гг. подготовлена «Инструкция по проектированию и строительству промышленных автомобильных дорог в районах Восточной Сибири» (Минэнерго СССР), руководитель работы канд. техн. наук В.А. Давыдов.
В 1985 г. Омским филиалом Союздорнии подготовлено дополнение № 1 к ВСН 84-75 по применению синтетических нетканых материалов, руководитель работы канд. техн. наук Б.И. Попов.
В 1985 г. разработана «Инструкции по проектированию и строительству автомобильных дорог для обустройства нефтяных и газовых месторождений на севере Тюменской области и в других районах тундры с аналогичными условиями (ВСН 201-85), руководитель работы канд. техн. наук Б.И. Попов.
В 1986 - 88 гг. закончена переработка ВСН 84-75 и планируется ее переиздание в 1990 - 91 гг. Paботa выполняется в Омском филиале Союздорнии, руководитель работы канд. техн. наук Б.И. Попов, с участием авторов из ряда организаций, включая СибАДИ (канд. техн. наук В.А. Давыдов, Н.М. Тупицын) [ВСН 84-89].
На этом краткий исторический очерк о проводимых исследованиях в области инженерного мерзлотоведения применительно к автомобильным дорогам можно закончить (по состоянию на 1.01.1989 г.).
2. ВЕЧНОМЕРЗЛЫЕ ГРУНТЫ
2.1. Распространение вечномерзлых грунтов
Вечномерзлые грунты распространены на одной пятой части суши Земного шара и встречаются на половине территории (более 47 %) СССР, большей части Аляски и одной трети территории Канады.
На территории средних и высоких широт обоих полушарий верхние слои литосферы на относительно долгий срок охлаждаются до отрицательной температуры. Грунты, почвы, породы, содержащие включения льда, называются мерзлыми, не содержащие в своем составе кристаллов льда - талыми.
Промышленное освоение новых районов немыслимо без развитой сети автомобильных дорог. Площадь распространения мерзлых пород в СССР составляет 10 млн. 700 тыс. км2, превышая на 1 млн. 400 тыс. км2 территорию США, включая Аляску.
Тяжелые природные условия рассматриваемой зоны: низкие отрицательные температуры (до -60 С), суровые и длинные зимы (7 - 9 месяцев), близко залегающие к поверхности вечномерзлые грунты, а также отдаленность от экономически развитых районов страны и слабое развитие транспортной сети (менее 0,2 км на 100 км2 территории) - приводят к тому, что стоимость строительства дорог в несколько раз превышает стоимость их строительства в средней полосе.
Высокий уровень промышленно-энергетического потенциала нашей страны позволил перейти к интенсивному освоению богатейших природных ископаемых, разведанных в районах распространения вечномерзлых грунтов (в Западной и Восточной Сибири, Якутии и Забайкалье):
Тюменской и Томской областях - запасов нефти, газа и леса;
Красноярском крае и Иркутской области - редких и цветных металлов, леса и энергетических ресурсов рек;
Якутии - алмазов, золота, угля;
Забайкалье - редких и цветных металлов, минерального сырья и др.
Директивами XXVII съезда КПСС предусмотрено в областях и краях, занятых вечномерзлыми грунтами, значительно «... расширить строительство и реконструкцию автомобильных дорог» [1]. Однако строительство автомобильных дорог в районах вечной мерзлоты связано с преодолением специфических особенностей природно-климатического характера: наличие вечномерзлых грунтов, преобладание пылеватых грунтов в деятельном (сезоннооттаивающем) слое и избыточное увлажнение местности.
Как показывает многолетний опыт строительства железных и автомобильных дорог в СССР, США и Канаде, отмеченные факторы обусловили специфический подход к назначению дорожных конструкций, земляное полотно которых проектируют и строят преимущественно в насыпях (выемки составляют менее 2 - 3 %) из несцементированных обломочных грунтов.
Отечественная и зарубежная практика дала много примеров деформаций и разрушений на автомобильных дорогах в районах вечной мерзлоты, что указывает на недостаточную изученность и неполноту исследований вопросов проектирования прочного и устойчивого земляного полотна на вечномерзлых грунтах.
