veststuВестник Сибирского государственного университета путей сообщенияBulletin of Siberian State University of Transport1815-9265Сибирский государственный университет путей сообщения10.52170/1815-9265-2023-66-81veststu-110Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРАBUILDING AND ARCHITECTUREРазработка методики выявления растепления многолетнемерзлых грунтов основания опор мостов на основе вибродиагностикиDevelopment of a methodology for detecting the thawing permafrost soils at the base of bridge supports based on the oscillation frequencies diagnosticsПоляковаЛ. А.PolyakovaL. A.

Любовь Александровна Полякова, аспирант кафедры «Мосты»

Новосибирск, Россия

Lyubov А. Polyakova – Postgraduate of the Bridges Department

vasilchuck97@mail.ruЛебедевА. А.LebedevA. A.

Александр Александрович Лебедев, научный сотрудник

Салехард, Россия

Alexander А. Lebedev – Researcher

a.a.lebedev_mt@mail.ruПлесовскихК. А.PlesovskikhK. A.

Кирилл Александрович Плесовских, младший научный сотрудник

Салехард, Россия

Kirill А. Plesovskikh – Junior Researcher

plesovskih.ka@yandex.ruПушкаревВ. Е.PushkarevV. E.

Владислав Евгеньевич Пушкарев, младший научный сотрудник

Салехард, Россия

Vladislav Е. Pushkarev – Junior Researcher

vladpuskr@mail.ruШеинА. Н.SheinA. N.

Александр Николаевич Шеин, ведущий научный сотрудник

Салехард, Россия

Alexander N. Shein – Leading Researcher

a.n.shein@yandex.ruЯшновА. Н.YashnovA. N.

Андрей Николаевич Яшнов, заведующий кафедрой «Мосты», кандидат технических наук, доцент

Новосибирск, Россия

Andrey N. Yashnov – Head of the Bridges Department, Candidate of Engineering, Associate Professor

yan@stu.ruСибирский государственный университет путей сообщенияРоссияSiberian Transport UniversityRussian FederationНаучный центр изучения АрктикиРоссияArctic Research center of the Yamal-Nenets Autonomous DistrictRussian Federation202330092023038192Copyright © Полякова Л.А., Лебедев А.А., Плесовских К.А., Пушкарев В.Е., Шеин А.Н., Яшнов А.Н., 20232023Полякова Л.А., Лебедев А.А., Плесовских К.А., Пушкарев В.Е., Шеин А.Н., Яшнов А.Н.Polyakova L.A., Lebedev A.A., Plesovskikh K.A., Pushkarev V.E., Shein A.N., Yashnov A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikstu.ru/jour/article/view/110

В настоящее время остро стоит вопрос развития северных регионов России за счет расширения сети железных и автомобильных дорог. Однако нормативная база по проектированию, строительству и эксплуатации мостов не в полной мере учитывает воздействие природно-климатических изменений, а также процессов деградации мерзлых грунтов на искусственные сооружения в течение всего их жизненного цикла. Для совершенствования строительных норм необходимо проводить исследования, направленные на изучение проблем, возникающих в процессе эксплуатации сооружений в условиях Крайнего Севера.Создание методов решения этих проблем позволит повысить эксплуатационную надежность существующих мостов. Для этого необходимо развивать систему мониторинга и содержания искусственных сооружений, в том числе совершенствовать и методы надзора за техническим состоянием мостов. В рамках данного исследования для обследования мостов, построенных в криолитозоне, были использованы такие методы, как вибродиагностика, электротомография, электропрофилирование и георадарное зондирование. Исследования проведены на полигоне из 21 автодорожного моста, которые расположены на автомобильных дорогах Сургут – Салехард и Лабытнанги – Харп. Сравнение рассмотренных методов свидетельствует о перспективности метода вибродиагностики. В качестве основного контролируемого параметра принята собственная частота колебаний конструкции. Изменение частоты колебаний опор будет свидетельствовать об изменении жесткости основания опор мостов и растеплении мерзлых грунтов. Для лучшей обоснованности результатов исследования планируется организовать мониторинг температуры грунтов, а также выполнить геологические изыскания с уточнением характеристик грунтов основания.

Currently, the issue of the development of the northern regions of Russia due to the expansion of the network of railways and highways is acute. However, the regulatory framework for the design, construction and operation of bridges does not fully take into account the impact of natural and climatic changes, as well as the degradation of frozen soils on artificial structures throughout their life cycle. In order to improve building codes, it is necessary to conduct research about the problems arising in the process of operation in the conditions of the Far North. The creation of methods to solve these problems will improve the operational reliability of existing bridges. Therefore, it is necessary to develop a system for monitoring and maintaining artificial structures, including improving methods for monitoring the technical condition of bridges. Within the framework of this study, such methods as vibration diagnostics, electrotomography, electro profiling and georadar sounding were used to examine bridges built in the cryolithozone. The research was carried out at a landfill of 21 road bridges located on the Surgut – Salekhard and Labytnangi – Harp highways. The comparison of the considered methods testifies to the prospects of the method of vibration diagnostics. The natural oscillation frequency of the structure is taken as the main controlled parameter. A change in the frequency of vibration of the supports will indicate a change in the stiffness of the base of the bridge supports and the thawing of frozen soils. To better substantiate the results of the study, it is planned to organize monitoring of soil temperature, as well as perform geological surveys with the specification of the characteristics of the foundation soils.

вибродиагностикагеотехнический мониторингискусственные сооружениядеградация многолетнемерзлых грунтовмониторинг мостовмостопора мостаоснование опорсобственная частота колебанийспектр частотdiagnostics of oscillation frequenciesgeotechnical monitoringartificial structuresdegradation of permafrost soilsmonitoring of bridgesbridgebridge supportbase of supportsnatural frequency of vibrationsfrequency spectrumАвторы выражают благодарность за консультации и помощь в проведении исследования младшему научному сотруднику лаборатории геоэлектрики Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука Анне Алексеевне Заплавновой и инженерам-технологам 1-й категории СибНИИ мостов – научного подразделения Сибирского государственного университета путей сообщения Илье Витальевичу Засухину и Кириллу Викторовичу КобелевуReferencesСП 32-101–95. Проектирование и устройство фундаментов опор мостов в районах распространения вечномерзлых грунтов : принят и введен в действие корпорацией «Трансстрой» 22.12.1996 / разработан Научно-исследовательским институтом транспортного строительства. Москва : Трансстрой, 1996. 95 с.SP 32-101-95. Design and installation of foundations of bridge supports in areas of permafrost distribution: adopted and put into effect by the Transstroy corporation on December 22, 1996. Developed by the Research Institute of Transport Construction. Moscow: Transstroy; 1996. 95 p. (In Russ.).Павлов А. В. Мерзлотно-климатический мониторинг России: методология, результаты наблюдений, прогноз // Криосфера Земли. 1997. Т. I, № 1. С. 47–58.Pavlov A. V. Permafrost and climate monitoring of Russia: methodology, results of observations, forecast. Cryosphere of the Earth. 1997;I(1):47–58. (In Russ.).Павлов А. В., Малкова Г. В. Современные изменения климата на севере России. Новосибирск : Гео, 2005. 80 с.Pavlov A. V., Malkova G. V. Modern climate changes in the north of Russia. Novosibirsk: Geo; 2005. 80 p. (In Russ.).Деградация мерзлоты: результаты многолетнего геокриологического мониторинга в западном секторе российской Арктики / А. А. Васильев, А. Г. Гравис, А. А. Губарьков [и др.] // Криосфера Земли. 2020. Т. 24, № 2. С. 15–30. DOI 10.21782/KZ1560-7496-2020-2(15-30).Vasiliev A. A., Gratis A. G., Gubarkov A. A. [et al.]. Permafrost degradation: results of long-term geocryological monitoring in the western sector of the Russian Arctic. Cryosphere of the Earth. 2020;24(2):15–30. (In Russ.). DOI 10.21782/KZ1560-7496-2020-2(15-30).Деградация мерзлоты в ЯНАО. Результаты многолетнего мониторинга / А. А. Васильев, Д. С. Дроздов, А. Г. Гравис, К. А. Никитин // Современные исследования трансформации криосферы и вопросы геотехнической безопасности сооружений в Арктике : сборник трудов конференции (Салехард, 8–12 ноября 2021 г.). Салехард, 2021. С. 78–80. DOI 10.7868/9785604610848018.Vasiliev A. A., Drozdov D. S., Gravis A. G., Nikitin K. A. Degradation of permafrost in the Yamalo-Nenets Autonomous District. Results of long-term monitoring. Modern studies of cryosphere transformation and issues of geotechnical safety of structures in the Arctic. Salekhard, November 8–12, 2021. Salekhard; 2021. P. 78–80. (In Russ.). DOI 10.7868/9785604610848018.Пространственная и временная изменчивость мерзлых толщ в западном секторе российской Арктики – результаты комплексного мониторинга на геокриологических стационарах / Г. В. Малкова, А. А. Васильев, А. Г. Гравис [и др.] // Современные исследования трансформации криосферы и вопросы геотехнической безопасности сооружений в Арктике : сборник трудов конференции (Салехард, 8–12 ноября 2021 г.). Салехард, 2021. С. 279–282. DOI 10.7868/9785604610848075.Malkova G. V., Vasiliev A. A., Gravis A. G. [et al.]. Spatial and temporal variability of frozen strata in the western sector of the Russian Arctic – results of integrated monitoring at geo-cryological hospitals. Modern studies of cryosphere transformation and issues of geo-technical safety of structures in the Arctic (Salekhard, November 8–12, 2021). Salekhard; 2021. P. 279–282. (In Russ.). DOI 10.7868/9785604610848075.Changes in the 1963–2013 shallow ground thermal regime in Russian permafrost regions / D. A. Streletskiy, A. B. Sherstiukov, O. W. Frauenfeld, F. E. Nelson // Environ. Res. Lett. 2015. Vol. 10. P. 125005.Streletskiy D. A., Sherstiukov A. B., Frauenfeld O. W., Nelson F. E. Changes in the 1963–2013 shallow ground thermal regime in Russian permafrost regions. Envi-ron. Res. Lett. 2015;10:125005.Мельников В. П., Дроздов Д. С., Малкова Г. В. Климатические и криогенные факторы обустройства северных территорий // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. 2009. № 6. С. 75–83.Melnikov V. P., Drozdov D. S., Malkova G. V. Climatic and cryogenic factors arrangement of the northern territories. News of higher educational institutions. Geology and exploration. 2009;(6):75–83. (In Russ.).Яшнов А. Н., Кузьменков П. Ю., Иванов Е. О. Развитие мониторинга технического состояния мостов // Путь и путевое хозяйство. 2021. № 7. С. 14–18.Yashnov A. N., Kuzmenkov P. Yu., Ivanov E. O. Development of monitoring of technical condition of bridges. Railway Track and Facilities. 2021;(7):14–18. (In Russ.).Яшнов А. Н., Снежков И. И. Опыт диагностики искусственных сооружений методом малых воздействий // Транспортные сооружения. 2019. Т. 6, № 3. С. 21.Yashnov A. N., Snezhkov I. I. Experience of diagnostics of artificial structures by the method of small impacts. Transport structures. 2019;6(3):21. (In Russ.).Васильчук Л. А., Яшнов А. Н. Диагностика подмывов опор мостов по динамическим параметрам // Мосты и тоннели: теория, исследования, практика. 2020. № 18. С. 18–27.Vasilchuk L. A., Yashnov A. N. Diagnostics of bridge support washouts by dynamic parameters. Bridges and tunnels: theory, research, practice. 2020;(18):18–27. (In Russ.).Патент № 2778277 Российской Федерации, МПК G 01 M 7/00. Способ мониторинга технического состояния мостовых опор в процессе их эксплуатации : № 2021122624 : заявлен 28.07.2021 : опубликован 17.08.2022 / Л. А. Васильчук, И. В. Чаплин, А. Н. Яшнов, П. Н. Стрекаловский ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО СГУПС. 2 с.Vasilchuk L. A., Chaplin I. V., Yashnov A. N., Strekalovsky P. N. Patent 2778277 of the Russian Federation, IPC G 01 M 7/00. Monitoring of the technical condition of bridge supports during their operation. The applicant and the patent holder of the Siberian Transport University. No. 2021122624; application 28.07.2021; published 17.08.2022. 2 p. (In Russ.).Яшнов А. Н., Снежков И. И. Развитие систем диагностики и мониторинга мостов // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2020. № 3 (54). С. 6–13.Yashnov A. N., Snezhkov I. I. Development of diagnostic and monitoring systems of bridges. The Siberian Transport University Bulletin. 2020;(54):6–13. (In Russ.).Электротомография: аппаратура, методика и опыт применения / Е. В. Балков, Г. Л. Панин, Ю. А. Манштейн [и др.] // Геофизика. 2012. № 6. C. 54–63.Balkov E. V., Panin G. L., Manstein Yu. A. [et al.]. Electrotomography: equipment, methodology and application experience. Geophysics. 2012;(6):54–63. (In Russ.).Электротомография методом сопротивлений и вызванной поляризации / А. А. Бобачев, А. А. Горбунов, И. Н. Модин, В. А. Шевнин // Приборы и системы разведочной геофизики. 2006. № 2. C. 14–17.Bobachev A. A., Gorbunov A. A., Modin I. N., Shevnin V. A. Electrotomography by the method of resistances and induced polarization. Methods and systems of exploration geophysics. 2006;(2):14–17. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.