авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«Е. А. Бедрин, А. М. Завьялов, М. А. Завьялов ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ОСНОВАНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ Омск – ...»

-- [ Страница 2 ] --

Имеющиеся данные свидетельствуют, что у насыпей, имеющих достаточную высоту для повышения уровня мерзлоты в основании, строительная осадка больше в том случае, когда насыпи отсыпаются на талое основание при положительной температуре воздуха. В этом случае величина осадки увеличивается за счёт уплотнения грунтов деятельного слоя, а с другой – за счёт некоторого оттаивания вечномёрзлых грунтов под действием тепла, аккумулированного в теле насыпи. В дальнейшем уровень мерзлоты под этими насыпями восстанавливается и по истечении двух-трех лет занимает такое же положение, как и под насыпями зимней отсыпки. Этот факт свидетельствует о том, что время производства работ при прочих равных условиях, влияя на величину осадки насыпей, не оказывает особенного влияния на установившийся тепловой режим их оснований. Некоторые данные свидетельствуют, что и на трассе БАМ – Тында насыпи высотой 2,5 – 3,0 м, отсыпанные на марях в зимнее время, не имели существенных строительных осадок, в то время как насыпи летней отсыпки погрузились в слабый грунт основания на 0, – 1,0 м. При этом сложившаяся через 3 – 5 лет верхняя граница вечномёрзлых грунтов в основании насыпи в обоих случаях либо залегает на уровне естественной поверхности грунта, либо внедрилась в тело насыпи.

Дополнительной причиной осадок насыпей, помимо протаивания мерзлоты в основании их, может явиться уплотнение вечномёрзлых грунтов основания насыпей при сохранении грунтами отрицательной температуры, близкой к нулю. Имеются данные, что длительные осадки высоких насыпей в районах вечной мерзлоты происходят не только по причине оттаивания мёрзлых грунтов в основании, но и за счёт возможного уплотнения и течения их в вяломёрзлом состоянии. При этом ежегодная осадка может достигать 3 – 5 см. Также причиной незатухающих высоких осадок (высотой более глубины промерзания) на неустойчивой прерывистой высокотемпературной (со среднегодовой температурой мёрзлых толщ до –0,5… 1,5оС) мерзлоте является отсутствие необходимой природной подзарядки холодом мёрзлого основания. Это приводит к постепенной деградации мёрзлой толщи как с поверхности, так и снизу от тепла, идущего из недр Земли.

Тепло Земли поднимается вверх со скоростью, зависящей от геотермического градиента. Данный тепловой поток является достаточно постоянным как в полярных, так и в тропических районах.

Обычно градиент (возрастание по глубине) его в верхней коре составляет 2 – 3оС на 100 м. Геотермический тепловой поток, который является произведением геотермического градиента на соответствующую удельную теплопроводность пород по глубине, составляет в среднем 0,045 Вт/м2. Для существования вечной мерзлоты деятельный (оттаивающий) слой должен ежегодно промерзать до подстилающих многолетнемёрзлых пород, «подзаряжая» их холодом на величину, превосходящую количество тепла, поступающего как сверху (в летний период), так и снизу от геотермального потока тепла. Если этого не происходит в течение нескольких лет (несливающаяся мерзлота), то «вечная» мерзлота на данном участке начинает постепенно повышать свою температуру, а затем оттаивать сверху и снизу, т.е. деградировать.

Особенно интенсивно процесс такой деградации развивается на прерывистой и островной (без бокового подтока холода от мёрзлых толщ) высокотемпературной (до –1,5 0С) вечной мерзлоте при незначительной (до нескольких десятков метров и менее) её мощности. В результате мерзлота исчезает за период, начиная от 3 – до нескольких десятков лет. При этом инженерное сооружение на ней за счёт вытаивания льда и постепенной консолидации оттаявшего грунта постоянно и, как правило, неравномерно оседает (т.е. теряет свою устойчивость).

Одним из наиболее показательных примеров развития такой деградации вечномёрзлых оснований высоких (выше глубины промерзания) насыпей на неустойчивой (высокотемпературной и прерывистой) мерзлоте являются длительные и слабозатухающие просадки высоких насыпей БАМа, начавшиеся в 80-е гг. и длящиеся все 90-е гг. двадцатого столетия. В результате всё это стало фактически разорительным для эксплуатации БАМа ввиду необходимости постоянного дорогостоящего содержания аварийных участков данной железной дороги как по объёмам текущих ремонтов, так и по длительным внеплановым задержкам ж/д движения с постоянными ограничениями скоростного режима и ремонтными остановками движения [22, 26].

1.3.7. Опыт строительства и эксплуатации железнодорожных насыпей на вечной мерзлоте Первые железнодорожные насыпи, построенные в районах вечной мерзлоты, были Забайкальская (1885 – 1900 гг.) и Амурская (1910 – 1916 гг.) – восточная часть Великого сибирского пути (Транссибирской магистрали). В период строительства появился ряд журнальных статей. В них приводились данные о затруднениях строителей, главным образом при выполнении земляных работ, а в книге Н.С. Богданова были описаны многие случаи деформаций сооружений [27]. Публикации того периода имели преимущественно описательный характер. В конце 20-х – начале 30-х гг. на Дальнем Востоке и в Заполярье было развёрнуто большое строительство дорог.

Строились Амуро-Якутская дорожная магистраль, вторые пути в пределах Амурской железной дороги, узкоколейная железная и автомобильная дороги между Дудинкой и Норильском, начинались работы по изысканиям, проектированию и строительству Байкало Амурской железнодорожной магистрали.

Значительный производственный опыт строителей Забайкальской и Амурской железных дорог своевременно не был обобщен и не стал общим достоянием. Из практики пошлых лет сохранились только отрывочные, недостаточно полно освещённые данные [28]. Часть этих данных изложена в работе проф. М.И.

Евдокимова-Рокотовского [29]. Они касаются сложности разработки ВМГ в резервах и выемках, деформативности высоких насыпей, откосов и основания выемок, а также вредного воздействия наледей на земляное полотно и способов борьбы с ними. Сложности содержания земляного полотна в условиях эксплуатации автор связывает с возникновением деформаций – сплывов и осадок высоких насыпей, оползания откосов выемок, заплывания кюветов и нагорных канав. В качестве примеров приведены фактические данные, характеризующие процесс деформирования (осадки, сплывы откоса, продольные трещины) двух насыпей высотой 13 и 20 м, сползание и деформирование насыпи высотой 5,3 м, расположенной на косогоре.

Автор считал [29], что основной причиной этих деформаций является оттаивание ВМГ основания. Предполагалось, что это мнение ошибочно, так как, по общему мнению, под насыпями высотой более глубины оттаивания (до 3,5 – 4,5 м) оттаивание вечной мерзлоты не может происходить. При этом долгое время в дорожном строительстве на мерзлоте оставался в тени вопрос о невозможности существования вечной мерзлоты без её периодической (ежегодной) «подзарядки» холодом с поверхности в зимний период. В результате в высоких насыпях, отсыпанных в тёплый период, даже в зимний период постоянно сохранялось талое ядро. Оно не допускало ежегодной «подзарядки» холодом, необходимой для существования «вечной мерзлоты» в основании высокой насыпи. Без такой подзарядки низкотемпературная вечная мерзлота значительной (в среднем более 100 м) толщины может ещё длительное время существовать за счёт постепенного повышения её температуры.

Высокотемпературная вечная мерзлота незначительной (до 30 – 50 м) толщины начинает достаточно быстро (за десятилетия) деградировать с постепенным оттаиванием. Это приводит к возникновению слабозатухающих осадок сооружения на десятки лет.

Недоучёт этого обстоятельства привел впоследствии к возникновению долговременных массовых осадок высоких насыпей БАМа, отсыпанных из прочных скальных грунтов на высокотемпературное вечномёрзлое основание, с досыпкой в тёплый период, считавшихся при этом гарантировано устойчивыми.

Фактические данные о состоянии высоких насыпей в мерзлотных условиях Дальнего Востока были приведены ещё в нескольких работах [29, 30]. В первой из них рассмотрен случай «вхождения мерзлоты в тело насыпи» высотой 22 м, а в другой – сплыв присыпки к двухпутной насыпи высотой 33 м, имеющей горб мёрзлого грунта высотой 26 м. Результаты детального обследования первой насыпи, произведённые позднее, опровергли представление о поднятии вечной мерзлоты в тело насыпи, так как мерзлоты в основании насыпи не оказалось. Очевидно, мёрзлый грунт в теле высокой насыпи сохранился со времени производства земляных работ при её возведении в зимнее время.

В 30-е гг. начали выполнять научно-исследовательские, в основном экспериментальные, работы [31, 32]. В первой работе приводятся фактические данные, объясняющие возрастание толщины деятельного слоя под низкими (до 1м) насыпями, по сравнению с её толщиной на прилегающей местности;

большую толщину деятельного слоя с южной стороны насыпи, чем с северной;

некоторое поднятие поверхности ВМГ под основной площадкой насыпей высотой 1,2 – 1,5 м. Работа содержит предложения о необходимости устройства берм из малотеплопроводных материалов с двух сторон насыпей: на марях – для предотвращения сплыва откосов, в местах залегания подземного льда – чтобы предохранить лёд от оттаивания.

В работе [32] освещены особенности природных условий Заполярья и строительства земляного полотна узкоколейной железной дороги Дудинка – Норильск с использованием переувлажнённых глинистых ВМГ. Отмечается неизбежность временного (в основном – 3 года) доуплотнительного деформирования насыпей, возводимых из переувлажнённых глинистых грунтов. Учитываются практическое отсутствие в рассматриваемом регионе грунтов с лучшими строительными свойствами и невозможность непосредственного уплотнения переувлажнённых глинистых грунтов при строительстве до требуемых коэффициентов уплотнения. При этом вносились предложения о промораживании и эксплуатационном сохранении переувлажнённых глинистых грунтов в теле насыпей и их основании в мёрзлом состоянии посредством укладки слоя теплоизоляционного материала (мха, торфа) по периметру насыпи и в её основании.

В течение 1937 – 1948 гг. были построены железные дороги Ургал – Известковая, Кожва – Воркута, Чум – Лабытнанги и др. Как показали последующие исследования, в производственных условиях ни одна из перечисленных выше рекомендаций по сохранению мерзлоты не применялась. Систематическая научно исследовательская работа по изысканиям, проектированию, строительству и эксплуатации земляного полотна дорог в районах вечной мерзлоты была организована с начала 50-х гг. При этом была изучена проектно-изыскательская документация по существующим и строящимся в то время железным дорогам, расположенным в районах вечной мерзлоты, а также материалы по дорожному строительству в Заполярье, Забайкалье, Якутии, Чукотке и в районе Магадана.

Было обследовано состояние земляного полотна в условиях постоянной эксплуатации. Установлено, что земляное полотно железных дорог, начиная с середины 30-х гг. и до 1948 г., преимущественно проектировали и строили по принципу сохранения мерзлого состояния грунтов основания (т.е. первому принципу проектирования). При этом специальные мероприятия, направленные на сохранение мерзлого состояния грунтов основания, практически не осуществлялись, однако земляное полотно, как правило, деформациям не было подвержено. Здесь можно отметить, что период 40-х гг. XX в. был сравнительно холодным, начиная со знаменитого по холоду 1941 г.

На основании данных натурного обследования земляного полотна были выявлены следующие закономерности [33, 34, 35]:

1. Под насыпями высотой 1,5 м и выше положение поверхности вечномёрзлых грунтов (ПВМГ) остаётся без существенных изменений по сравнению с её уровнем на прилегающей местности, если нет значительных нарушений теплового режима грунтов основания.

2. Понижение ПВМГ под насыпями (или их откосами) любой высоты может произойти в случаях значительного изменения естественного теплового режима грунтов основания:

- при скоплении поверхностной воды с нагорной стороны и её фильтрации через тело насыпи или грунт основания;

- если тело насыпи из дренирующего грунта просядет в грунты основания или будет вырезан слабый грунт основания и заменён дренирующим с последующим затеканием туда воды;

- при постоянном подтоплении откосов насыпи или пропуске по сопряженным с откосами насыпи кюветам и водосточным канавам весенне-летних вод;

- если был удалён или сильно повреждён мохорастительный покров в основании насыпи (особенно опасно для низких насыпей);

- под южными откосами насыпей, а также при регулярном раннем (в начале зимы) и значительном снегоотложении у откосов насыпи.

3. Повышение поверхности мёрзлых грунтов происходит под насыпями высотой, как правило, более 1,5 м, отсыпанными в зимнее или весеннее время (при этом на высокотемпературной мерзлоте максимальная высота насыпей не должна превышать глубины их промерзания).

Анализ научно-технической литературы, опубликованной в – 90-е гг., позволяет отметить, что критическому обсуждению дополнительно были подвергнуты:

- устройство берм из дренирующих грунтов или засыпка песчано-гравийной смесью (ПГС) скоплений воды у насыпей (что, как свидетельствует опыт БАМа, не уменьшает, а нередко только увеличивает глубину протаивания);

- устройство неукреплённых или жестко укреплённых бетонными элементами водоотводных канав, разрушающихся от знакопеременных деформаций (пучения и просадки), борта которых быстро разрушаются, зарастают, а дно заиливается и забивается (с предложением хорошо зарекомендовавшего себя применения гибкого укрепления, специальными синтетическими неткаными (СНМ) и дренирующими засыпками);

- вырезка слабых грунтов основания насыпей высотой более 1 м;

- устройство на откосах насыпей конвекционно охлаждающей (в среднем на 0,8 – 1,2 оС) каменной наброски из крепких, неразмокаемых и морозоустойчивых пород средним размером отдельностей 0,2 – 0,4 м толщиной не менее 0,8 м в районах, имеющих подходящие скальные грунты и без больших снежных отложений (из-за забивки со временем порового пространства мелкозёмом, чего практически невозможно избежать).

Особого внимания заслуживают работы, раскрывающие и обосновывающие возможность использования глинистых грунтов для возведения земляного полотна [36, 37]. Основная мысль, звучавшая на многих научно-технических совещаниях МПС 1990 – 2000 гг., была о том, что для прекращения осадок ж/д насыпей на вечной мерзлоте необходимо, прежде всего, остановить процесс деградации мерзлоты в их основании, особенно ввиду наблюдаемого с 80-х гг.

ХХ в. долговременного (прогнозируемого на весь ХХI в., с темпом +0, 02…0,070С в год по различным территориям) глобального потепления климата. За счёт потепления также постепенно увеличивается доля годовых осадков: от 5 до 15% по различным районам Европы, Сибири и др., что приводит к небывалым разливам рек, поднятию уровня грунтовых вод и подтоплению обширных территорий. На обширных территориях РФ, занятых вечной мерзлотой, наблюдается повышение температуры многолетнемёрзлых грунтов с оттайкой высокотемпературной мерзлоты и постепенным подтоплением (заболачиванием) низменных территорий.

Для предотвращения дальнейшей деградации вечной мерзлоты в основаниях действующих и проектируемых дорожных насыпей предлагаются следующие технические решения:

- устройство различных охлаждающих устройств (вентиляционных труб, охлаждающих свай, каменных набросок и др.);

- теплоизоляция основания, откосов, нижней и верхней частей дорожной насыпи (мохорастительным покровом, торфом, пенопластовыми прослойками и т.д.);

- устройство глиноцементных замков для защиты от подтопления и прекращения фильтрации воды в основание насыпи;

- конструктивные мероприятия (бермы, уположение откосов, армирование и др.) по предотвращению выдавливания и расползания, оттаиваюших и подтапливаемых слабых грунтов основания;

- конструктивно-технологические мероприятия по созданию тепловых диодов и экранов (конструктивных прослоек, которые за счёт значительного изменения своих теплофизических характеристик в талом и мёрзлом состоянии зимой пропускают в мёрзлое основание холода значительно больше, чем тепла летом, что повышает термическую устойчивость мёрзлого основания насыпи);

- закрытие откосов насыпей (особенно южных) навесами или невысокими (высотой до 35 – 40 см) коробчатыми элементами, каменной наброской и др., обеспечивающими защиту откосов от непосредственного солнечного нагрева летом и теплоизоляции снегом зимой, с обеспечением круглогодичного охлаждающего проветривания;

- конструктивное приспособление дорожных насыпей к неравномерным осадкам (путем гашения неравномерности осадки различным армированием и усилением – хворостяной выстилкой, лежнями, скреплёнными слоями высокопрочных пенопластов типа пеноплекс, НСМ, плоскими и объёмными георешётками и т.д.) при прогнозируемом оттаивании мёрзлых грунтов основания или осадке доуплотнения уже оттаявших слабых (переувлажнённых) глинистых грунтов, особенно в начальный (3 – 4 года) период эксплуатации.

Часть из перечисленных конструктивных и технологических мероприятий необходимо доработать в натурных условиях, чтобы выявить их реальную эффективность, в том числе и экономическую, а также возможные недостатки. Особого внимания заслуживают научные разработки, исследующие возможности «подзаряжать холодом» и сглаживать неравномерности осадки при использовании широко распространённых переувлажнённых и мёрзлых глинистых грунтов для возведения земляного полотна и в его основании (в виде прослоек «тепловых диодов» или гасящих в себе неравномерности осадки;

пластичных прослоек в обоймах из НСМ;

армогрунта и др.).

Представляют значительный интерес разработки по расширению возможностей применения повсеместно распространённых в тундровых районах вечной мерзлоты глинистых грунтов, находящихся либо в переувлажнённом, либо в мёрзлом состоянии.

Применять такие грунты при проектировании дорожных насыпей в настоящее время затруднительно или практически невозможно для обычных (нормативных) конструкций и технологий их строительства.

1.3.8. Строительство дорожных насыпей на мерзлоте за рубежом Первой дорогой в Канаде, при строительстве которой были выявлены ВМГ и встречены определённые затруднения, явилась железная дорога Пас – Черчилл длиной около 800 км в провинции Манитоба [38]. Её строили в 1908 – 1929 гг. с перерывом в 1917 – 1926 гг. Мелкие замерзлоченные болота (мари), пересекаемые трассой, осушали летом, закладывая широкие канавы (но, скорее, этим добивались не проектного осушения болота, а обеспечения водоотвода от земполотна, что не менее важно). Основание насыпей на ВМГ старались предохранять от оттаивания. Осадки полотна, возникающие на отдельных участках трассы, устраняли досыпкой сверху балластного материала из гравийно-галечниковых грунтов.

Для содержания водоотводных канав в исправном состоянии их рекомендовали периодически прочищать, примерно один раз в десять лет. В местах, где водоотвод и осушение болот были неосуществимы, у насыпей предусматривали устройство берм высотой до 60 см над уровнем воды. Текущее содержание пути в результате не представляло особых затруднений. При строительстве 50 км ж/д Линн – Лейк в 1930 г. на прерывистой вечной мерзлоте выемки в вечномёрзлой глине и торфе разрабатывали скреперами на тракторах, в летнее время послойно, по мере оттаивания грунта;

для ускорения работ грунт взрывали. Все выемки в ВМГ углубляли на 0,9 м ниже проектной отметки, таким образом увеличивая толщину балластного слоя.

При строительстве 690 км ж/д Грейт – Слейв – Лейк в 1962 – 1966 гг. на островной мерзлоте насыпи отсыпались высотой не менее 1,2 м с обязательным сохранением мохорастительного покрова в их основании. В выемках ВМГ покрывали гравийной засыпкой толщиной в 0,9 м. Такой же толщины подушки устраивали в основании водопропускных труб. По экономическим соображениям удаление локальных островов ВМГ и их замену засыпкой из непросадочного гравийного грунта не предусматривали. Считалось более целесообразным устранять осадки, возникающие в местах залегания льдонасыщенных ВМГ, досыпая и планируя земполотно в период строительства.

Сеть автомобильных дорог в Канаде имеет большее развитие, чем железных дорог. Автомобильные дороги в северной части Канады, за исключением участка дороги Аляска – Канада, не имеют жёсткого покрытия. Так же, как и в районах прерывистой высокотемпературной вечной мерзлоты, в районах распространения низкотемпературной мерзлоты сплошного распространения предусматривают, прежде всего, возможность сохранения мёрзлого состояния грунтов основания. Первая попытка прикрыть теплоизоляцией сильнольдистые высокотемпературные вечномёрзлые грунты для предупреждения их оттаивания под земляным полотном строящейся дороги на Аляске в районе Читина была предпринята в 1969 г.

На участке дороги протяжённостью около 200 м были построены четыре опытных секции: три из них были представлены насыпью высотой до 2,5 м, одна выемкой глубиной до 1,5 м. На двух секциях в основании насыпи был уложен теплоизоляционный слой в виде плит размером 5,1х61х244 см из прессованного полистерола. На третьей секции в насыпи и на секции в выемке теплоизоляционного слоя не устраивали. После отработки выемки льдонасыщенные грунты основания заменили на дренирующие. Толщина слоя замены составила около 1,5 м. На секциях, где выполняли теплоизоляцию, перед началом строительства вручную удалили деревья и кусты, не нарушая поверхностного слоя. Теплоизоляционный слой из полистерола уложили на выравнивающий слой из песка толщиной 0, – 0,5 м. Поверх теплоизоляционного слоя уложили слой песка толщиной 0,2 – 0,3 м и только после этого возвели насыпь из песчано-гравийной смеси высотой до 1,55 м.

Через два года на всех участках было построено покрытие из асфальтобетонной смеси. На одном из опытных участков в теплоизоляционный слой были уложены два слоя плит из полистерола. Трехлетние наблюдения за характером взаимодействия земляного полотна с вечномёрзлыми грунтами показали, что за это время существенных изменений прочностных показателей материала теплоизоляции не произошло, его теплопроводность не изменилась. В пределах опытных участков наблюдали различную глубину сезонного оттаивания вечномёрзлых грунтов основания: на участках дороги без теплоизоляции она составила в выемке 1,6 м, под насыпью – 0,6 м;

в основании насыпей с двухслойной теплоизоляцией – 0,1 м, а на участке с однослойной – 0,2 м. В естественных условиях под слоем мха толщиной 0,3 м глубина сезонного оттаивания не превышала 0, м.

На участках дороги, построенных в аналогичных условиях без устройства теплоизоляционного слоя, наблюдали осадку в 8 и 11 раз большую, чем на участках соответственно с двух- и однослойной теплоизоляцией. Предварительный анализ состояния опытных участков дороги показал, что устройство в насыпях и выемках при строительстве дорог на Аляске позволяет существенно уменьшить глубину оттаивания вечномёрзлых грунтов в основании земляного полотна, уменьшить величину и неравномерность осадки насыпей.

Значительно замедляется теплообмен между поверхностью дороги и грунтовым основанием. Это способствует как снижению глубины оттаивания, так и одновременно уменьшению зимней «подзарядки»

холодом вечномёрзлого грунтового основания. Последнее на высокотемпературной (–0,1…–0,5 0С) мерзлоте достаточно опасно, так как со временем может способствовать началу её постепенной деградации в основании насыпи из-за отсутствия необходимой «подзарядки» холодом, без которой мерзлота не может долго (и тем более «вечно») существовать. На низкотемпературной (–2,5…–3,0оС и ниже) вечной мерзлоте значительной (более 100 – 150 м) мощности эффект незначительного, локального (под неширокой дорогой) отсутствия подзарядки холодом общего массива мерзлоты незначителен. Такая вечная мерзлота может существовать и без локальной подзарядки, за счёт значительной аккумуляции запасов холода в себе и дополнительного его поступления с сопредельных, не теплоизолированных участков.

В целом, как показывает имеющийся зарубежный и отечественный опыт, можно считать, что применение различных пенопластов и других теплоизоляционных материалов даёт положительные результаты. Однако целесообразность использования таких материалов ограничена по экономическим показателям. По мнению канадских специалистов, их эффективно применять при строительстве дорог на Крайнем Севере Канады для уменьшения объёма грунта для насыпей при дальности возки 50 км и более.

Заслуживает внимания скоростное летнее строительство автомобильной дороги Юкон – Прадхо Бэй (Аляска) длиной 580 км за 154 дня (с 29 апреля по 3 октября 1974 г.). Дорога была предназначена для обслуживания строительства и эксплуатации трубопровода. Исключительно высокий темп строительства земляного полотна, равный 3,8 км в сутки, был обеспечен за счёт особой организации работ и массового применения местных грунтов.

Земляные работы и строительство водопропускных труб выполняли одновременно по всей трассе дороги. Отсыпку дорожных насыпей преимущественно вели с «головы» с обязательным сохранением мохорастительного покрова в основании. Для обеспечения надёжного поперечного пропуска поверхностной воды и недопущения её скопления у дорожных насыпей применяли металлические гофрированные трубы (по 8 и более труб на 1 км трассы).

В странах, ведущих строительство дорог в районах распространения вечномёрзлых грунтов и сурового климата, важное значение имеет продление сезона строительства земляного полотна. В СССР, как в Канаде и США (на Аляске), круглогодичное строительство осуществляли за счёт применения для зимней отсыпки насыпей дренирующих грунтов;

разработки песчаных и гравийных карьеров с предварительным протаиванием (обычно послойным) грунта в тёплый период года;

стадийного строительства с устройством пионерного проезда по насыпям небольшой высоты (до 0,6 м), которые затем, в тёплый период, досыпают до полных проектных отметок. Такое временное использование строящегося земляного полотна для движения строительных машин намного экономичнее, чем строительство отдельной временной автомобильной дороги.

За рубежом вполне правомерно считают, что допущение частичного оттаивания вечномёрзлого основания в период строительства насыпей, когда текущей досыпкой легко исправить неравномерность возникающих осадок, экономичнее, чем строить насыпи большей (по теплотехническим расчётам) высоты. Высота дорожных насыпей на вечной мерзлоте за рубежом в основном регламентируется обеспечением их снегонезаносимости. За рубежом делались попытки применения различных способов понижения средней температуры поверхности насыпей, устраиваемых на вечной мерзлоте. Одним из первых сообщений о применении белой краски для повышения альбедо (отражательной способности) поверхности была информация Фулвилдера и Айткена об успешном уменьшении глубины оттаивания грунта в летнее время в результате применения окрашивания поверхности асфальтового покрытия взлётно посадочной полосы в аэропорту Туле, в Гренландии.

Об экспериментах по увеличению альбедо на автомобильных дорогах Аляски сообщали Берг, Айткен и Эш. При этом отмечалось, что эффект применения окрашенных поверхностей оказывается разный в зависимости от широты местности, облачности, скорости ветра и транспорта, истирающего воздействия шин (абразивного эффекта) и др. Установлено, что интенсивное движение автомобилей увеличивает нагревание полотна дороги в летнее время. Кроме того, автомобили стирают окрашенные поверхности, особенно если на них используется шипованная резина. Несмотря на это, окрашивание дорог белой краской снизило среднюю температуру дорожного покрытия на 1оС, а также уменьшило осадку, связанную с долговременным оттаиванием вечной мерзлоты.

На Аляске в районе Фербенкса интересные эксперименты провели Д. Зарлинг и А.Брелей для разработки эффективных методов лечения земляного полотна (путем охлаждения откосов автодороги в районах вечной мерзлоты).

Проверялись три метода:

- сооружение на откосах дороги навеса из дерева и фанеры для затенения грунта откоса в течение лета и предохранения зимой от теплоизоляционного влияния снега;

- периодическая (1 раз в месяц) очистка от снега зимой участка бермы размером 6 х 21 м;

- установка на откосах термосифонов (типа керосиновых термосвай системы Гапеева) с длиной испарителя 10,5 м и радиатора 2,4 м.

С навесами было два опытных участка. На первом было размещено на южном откосе дороги семь навесов, каждый длиной 9,6 м и шириной 3,6 м, что позволило закрыть 25,2 м вдоль и 9,6 м поперёк насыпи. На втором участке навес имел размеры 4,2 х 7,2 м. В обоих случаях навесы были приподняты над землёй на 0,6 м. Из трёх опробованных методов охлаждения наибольшую эффективность показали навесы. По мнению авторов экспериментов, они могут быть достаточными для понижения среднегодовой поверхности откосов насыпей через несколько лет на 3 – 5оС. По существу, охлаждающее воздействие навеса на грунты тела и основания насыпи аналогично воздействию естественно вентилируемых наружным воздухом подполий зданий и сооружений, основанием которых служат вечномёрзлые грунты. Проветриваемые основания и подсыпки применяются уже десятки лет и, как показывает мировая практика, являются наиболее простым и надёжным способом сохранения грунтов основания в мёрзлом состоянии на весь срок эксплуатации объектов, обеспечивая тем самым их высокий срок службы.

1.3.9. Автомобильная дорога «Амур» (Чита – Хабаровск) Автомобильная дорога федерального значения Чита – Хабаровск имеет основное направление с запада на восток, расположена в пределах восточной части Читинской и западной части Амурской областей, природно-климатические условия которых характеризуются как самые суровые для этих регионов и относятся к I дорожно-климатической зоне распространения вечномёрзлых грунтов. Среднесуточная температура более 10 оС составляет лишь три месяца в году, а температура ниже 40 оС может держаться более двух месяцев. Летом наблюдается резкий перепад температур: от –4оС ночью до +36оС днём. Отмечается малое количество осадков 350 – 400 мм. Осадки распределены крайне неравномерно. Максимум их приходится на два летних месяца – июль и август.

Осадки выпадают в виде ливней. Зимой выпадает всего 5 – 10% осадков от общей годовой суммы. Вследствие этого наблюдается незначительный снежный покров, обычно до 30 см. Суровая зима и незначительный снежный покров способствуют глубокому промерзанию и вымораживанию грунтов, вплоть до образования морозобойных трещин. Таяние грунтов деятельного слоя происходит в течение пяти месяцев со скоростью от 2,8 до 7,2 см/сут в зависимости от вида и льдистости грунта. К концу оттаивания, в конце сентября, с началом перехода температуры воздуха через –5 оС глубина оттаивания составляет в среднем 2,0 – 2,5 м.

Район прохождения трассы дороги сложен в основном скальными магматическими и метаморфическими породами, которые имеют различную степень выветривания и размягчаемости. В чистом виде суглинистые, супесчаные грунты и пески практически отсутствуют. С поверхности эти породы представлены продуктом выветривания – крупнообломочными, щебенистыми и дресвяными грунтами с супесчано-суглинистым заполнителем, далее на грунтовом разрезе они представлены переслаивающимися по прочности скальными грунтами. Крупнообломачные и трещинные скальные грунты заполнены грунтовыми водами. Верховодка и почвенные воды распространены на плоских водоразделах, в межгорных впадинах и долинах рек. На пологих склонах и в застойных местах рельефа, где задерживается или отсутствует сток воды, образуются переувлажнённые участки – болота и мари. Верховодка располагается над мерзлотой. Питание её происходит за счёт атмосферных осадков, горизонт залегания зависит от количества поверхностной воды и колеблется от 0,1 – 0,5 м в долинах рек, до 0,3 – 1,0 м на водоразделах.

Руководящая отметка земляного полотна определялась по теплотехническому расчёту для второго принципа проектирования в соответствии с методикой ВСН 84-89, на полное развитие дороги определилась для первой стадии 1,87 м и 2,2 м на второй стадии (с дорожной одеждой). В процессе наблюдения за построенными участками было установлено: там, где руководящая отметка не превышала 1,87 м (верховая бровка земполотна на косогоре, место «нуля» и участки сопряжения с ним и т.д.), возникали различные деформации: протаивание и оползание откосов, просадка тела насыпи и др. В связи с этим было решено увеличить высоту руководящей отметки до 2,2 м, а с учётом дорожной одежды – до 2,5 м.

При высоте насыпи по верховой бровке от 0 до 2,0 м (т.е. менее скорректированной руководящей отметки) проектировщиками «Иркутскгипродорнии» было решено предусматривать с верховой стороны замену скальными грунтами просадочных грунтов основания, сложенных слабыми при оттаивании грунтами. Также проектировщиками рекомендовалось осуществлять замену крупно глыбовых грунтов с содержанием переувлажнённого глинистого заполнителя более 30% на глубину не менее допустимой по оттаиванию. По мнению специалистов «Омского Союздорнии», выемку и замену оттаивающих слабых (глинистых, переувлажнённых, торфяных, крупно глыбовых с переувлажнённым глинистым заполнителем более 30% и т.д.) грунтов основания проще (технологичнее, быстрее) и дешевле (для насыпей выше 1 м) было заменить устройством сверху слабого основания армирующей прослойки из геотекстильного материала (типа стабиленка, тайпара, дорнита и др.) или специальных грунтовых геосеток (форнит, фортрак и др.). Это позволяло в ряде случаев избежать дорогостоящей и трудоемкой выемки слабого грунта в основаниях сооружаемых насыпей.

Кроме того, после частичной выемки слабого грунта основания внизу, как правило, оставался неоттаявший слабый грунт.

Последующая отсыпка на него дренирующего скального грунта (как правило, с верховой стороны) при весеннем снеготаянии, ливнях и других возможных подтоплениях земполотна может способствовать попаданию в основание насыпи теплых вод. Это приводит к внепроектному (нерасчётному) растеплению и замачиванию оттаивающих мёрзлых грунтов основания с возникновением длительных, слабозатухающих и неравномерных осадок, разрушающих дорожную одежду. Укладка на частично оттаивающее (второй принцип проектирования) основание насыпи на вечной мерзлоте георешётки (при отсыпке нижней части насыпи из крупнообломочного грунта) или геотекстиля (при отсыпке нижней части насыпи из глинистого грунта) обеспечивает увеличение несущей способности нижнего слоя самой насыпи (особенно при применении «обоймы» или «полуобоймы») и оттаивающего слабого грунтового основания.

Многочисленные исследования и практические наблюдения показали, что такие прослойки, включаясь в работу уже при первичных (строительных) неравномерных деформациях осадки, эффективно перераспределяют возникающие в грунте напряжения и обеспечивают значительное снижение неравномерности осадки слабого основания как в строительный, так и в эксплуатационный периоды. Кроме того, георешётка ограничивает горизонтальные перемещения некрупных фракций (преимущественно 20 – 40 мм) крупнообломочного и скального грунтов за счёт их блокировки в ячейках, как следствие, происходит значительное увеличение сдвиговой прочности поверхности основания. При этом неравномерности осадки в основании насыпи полностью или значительно сглаживаются, а сама максимальная величина осадки в среднем снижается на 15 – 20% и более. Из практики известно, что незначительная (до 3 – 6 см в год) равномерная затухающая эксплуатационная осадка практически не повреждает переходную и нежесткую дорожную одежду автомобильных дорог.

В разработанных для I стадии строительства (возведение з/п) а/д Чита – Хабаровск проектах предусматривалось возведение насыпей в зимний период из предварительно разрыхлённых скальных грунтов на полную высоту на промёрзшее основание. Строительную осадку при этом назначали в соответствии с п. 3.68 ВСН 84-89, где рекомендуется величину осадки при составлении проектной документации принимать по справочной таблице в зависимости от свойств грунтов основания (относительной влажности и консистенции) в талом состоянии. В соответствии с действующими нормативами проектная величина осадки предусматривалась от 10 до 25 см.

По результатам промеров в конце сентября, т.е. в период максимального оттаивания деятельного слоя, при сопровождении строительства характерного участка дороги на км 684-693 было выявлено следующее состояние двух одинаковых по грунтовым условиям участков [39]:

- насыпь, отсыпанная в апреле-мае на промороженное основание из твёрдомёрзлых грунтов, на всю ширину понизу высотой 1,5 – 2, м, расклиненная поверху скальным грунтом, дала осадку в 20 см;

- насыпь, отсыпанная из скального грунта в конце июня, июле и августе на растеплённое основание, на всю ширину понизу высотой 1,5 – 2,0 м дала осадку до 70 см.

Поставленная государственной программой строительства дороги «Амур» задача обеспечения скорейшего сквозного проезда до 2003 г. обязывала для сокращения сроков строительства предусматривать в проектах круглогодичную отсыпку земполотна. В результате была предложена круглогодичная двухэтапная отсыпка дорожных насыпей. На первом этапе – технологический проезд на всю ширину земляного полотна для обеспечения проезда построечного транспорта и транзитного движения, а также обеспечения задела и стабилизации земляного полотна. На втором этапе – досыпка земляного полотна до проектных отметок с учётом суммарной осадки (от веса насыпи, построечного и транзитного транспорта и собственного веса оттаивающего грунта основания) в зависимости от периода отсыпки каждого этапа. При этом считалось, что летняя отсыпка с учётом суммарной осадки ускорит стабилизацию земляного полотна и снизит последующую эксплуатационную осадку. Например, ГНПП «Тындинская мерзлотная станция» по результатам обследования работы земляного полотна и его элементов на дороге «Амур», участок км 943-979, установила, что стабилизация осадок до уровней, предусмотренных п. 6.54 СНиП 2.05.02-85, в насыпях, отсыпанных в летний период, практически заканчивается в послепостроечный год.

Зимняя отсыпка за счёт последующего уплотнения тела и части оттаивающего основания насыпи удлиняет этот период до 3 – 5 лет.

Если земляное полотно по второму принципу проектирования (с последующим допущением частичного оттаивания грунта основания) возводилось на предварительно промороженном основании, то при этом временно (на 2 – 3 года) устанавливался псевдомерзлотный режим, т.е. замедленного на величину полученной зимней «подзарядки» холодом последующего оттаивания мёрзлого основания. Это одновременно затягивает и время прохождения значительных осадок оттаивания, что приводит к повреждению устраиваемой дорожной одежды, не рассчитанной на сверхнормативную (замедленную строительную) осадку. Вследствие этого на промороженном основании (деятельном слое) желательно возводить насыпи преимущественно по первому принципу проектирования и на низкотемпературной вечной мерзлоте.

Снижение же высоты насыпи при втором принципе проектирования на 20 – 30% по сравнению с первым при летней или зимней реализации второго принципа, как правило, с лихвой перекрывается значительным сверхнормативным возрастанием замедленной строительной (но уже в эксплуатационный период) осадки талого или оттаивающего основания (на которую необходимо было повышать запас высоты отсыпки насыпи). Таким образом, повсеместно нормативно рассчитываемой экономии от снижения объёма земработ при реализации второго принципа проектирования в действительности не происходит. Зато внепроектно понижается высота насыпи и преждевременно разрушается устроенная дорожная одежда. Тем не менее такая лжеэкономия (без учёта сверхнормативного возрастания величины осадок) повсеместно продолжает рассчитываться (учитываться) в технико-экономических сравнениях вариантов при проектировании.

В 2010 г. на а/д Чита – Хабаровск в Дальневосточном федеральном округе планировалось ввести в эксплуатацию заасфальтированные участки протяжённостью 397,1 км. При этом полномочный представитель Президента РФ в Дальневосточном федеральном округе выразил обеспокоенность нарастающими темпами ремонтов участков, только построенных на вечной мерзлоте.

По данным аппарата полпреда, многие участки дороги трудно назвать проезжими. В результате на территории Дальневосточного федерального округа к 2010 г. уже подлежат ремонту 526 км недавно построенной федеральной а/д «Амур», что требует дополнительных ассигнований на сумму 41, 592 млрд руб.

1.3.10. Обследование нефтепромысловых дорог в условиях севера Западной Сибири Данный регион не полностью входит в зону распространения вечномёрзлых грунтов (часть располагается во II дорожно климатической зоне), однако отрицательные среднегодовые температуры позволяют использовать этот баланс в дорожном строительстве.

В данном регионе хорошо себя зарекомендовали насыпи промысловых дорог на болотах, возводимые без выторфовки, на промороженных основаниях. Обследование, проведённое Омским филиалом Союздорнии в 1980 г., подтверждает это [40]. Результаты контрольного бурения земляного полотна свидетельствуют о том, что при эксплуатации насыпи на промороженных основаниях в течение семи лет сохранялась мёрзлая торфяная плита расчётной мощности (1,5 – 1,7 м), что позволило обеспечить длительную термическую и деформативную устойчивость конструкции.

При строительстве дорог через мелководные озёра лучше всего зарекомендовала себя насыпь с заполнением подводной части промороженным торфом. Состояние проезжей части после шести лет эксплуатации (без перекладки ж/б плит покрытия) было хорошее.

Опыт строительства автомобильных дорог на севере и востоке страны (Якутская АССР, Бурятская АССР, Магаданская область и др.), а также многолетние наблюдения за опытными конструкциями, выполненные Омским филиалом Союздорнии, показывают, что на льдоминеральных основаниях, где льды залегают на глубине менее двойной мощности деятельного слоя, насыпи необходимо проектировать по первому принципу, не допуская оттаивания грунтов в основании. Опыт строительства железной дороги Салехард – Игарка, автомобильной дороги Усть-Куйга – Депутатский, а также автомобильной дороги Канада – Аляска показывает, что нарушение мохоторфяного слоя, прикрывающего льдонасыщенные грунты, приводит к катастрофическим термокарстовым просадкам сооружений. При этом для обеспечения устойчивости земляного полотна требуется не только создать условия для сохранения грунтов основания в мёрзлом состоянии, но и обеспечить благоприятное очертание горизонта мерзлоты под насыпью.

Особенно важно добиться этого на участках, где очертание верхнего горизонта мерзлоты имеет сложное очертание (плоскобугристые торфяники, бугры пучения и т.п), на плоскобугристых торфяниках необходимо мочажины заполнять торфом с его последующим промораживанием. Такая подготовка основания под насыпь дополнительно обеспечивает благоприятные условия водоотвода по прилегающим мочажинам в сторону водопропускного сооружения.

В апреле 1976 г. в районе газового месторождения «Медвежье» Тюменской области был построен опытный участок земляного полотна на бугре пучения с сохранением его и изоляцией на уровне вершины слоем пенопласта. Опытный участок построен на кольцевой дороге вокруг ГП-2 (ПК 93+50 – ПК 94+90) на низкотемпературной вечной мерзлоте. Местность на участке представляет собой замкнутую котловину с несколькими буграми пучения диаметром 4 – 8 м и высотой 1,0 – 4,5 м. Контрольное бурение бугра по вершине показало, что на глубине более 2,7 м ядро состоит из льда с прослоями серого ила или суглинка. Конструкция представляет собой насыпь высотой 2,0 – 2,5 м с заложением откосов 1:2. Наблюдения вели на трёх секциях. Первая секция размещена над бугром, где на высоту 0,5 м отсыпан выравнивающий слой из песка, по которому уложены плиты пенопласта, затем на высоту 1,5 м отсыпана насыпь из песка. Вторая и третья секции расположены на мочажине. Высота насыпи на второй секции составляет 2,25 м (0,25 м под пенопластом и 1,9 м над слоем пенопласта). На третьей секции отсыпана насыпь из песка высотой 2,0 м (без пенопласта).

Наблюдения за конструкциями, выполненные в период максимального оттаивания грунтов, показали, что на секциях, где были уложены плиты пенопласта, оттаивание грунтов в основании не наблюдается, а на третьей секции без теплоизоляционного слоя произошло их оттаивание, что послужило причиной деформаций земляного полотна.

Отечественная и зарубежная практика строительства дорог показала, что в районах распространения вечной мерзлоты в глинистых грунтах и пылеватых песках выемки и полувыемки в период эксплуатации подвергаются разрушению (в первые годы оплывают откосы, имеют место большие просадки и т. п.). Также недостаточно раскрытые выемки (с заложением откосов до 1:2 и круче, вместо 1:8–12), как правило, подвержены сильным заносам снега. Поэтому строительство выемок в районах Севера допустимо лишь в исключительных случаях при надлежащем их технико экономическом обосновании.

Особое внимание необходимо уделять назначению крутизны откосов насыпей и выемок в рассматриваемой зоне. При этом следует отметить, что грунты откосов насыпей и выемок, как правило, находятся в переувлажнённом состоянии, вследствие чего они должны быть уположены. Анализ результатов натурных обследований автомобильных дорог, а также результатов наблюдений на нескольких десятках специально организованных постов позволил проследить за изменением прочности и устойчивости конструкций земляного полотна.

Установлено, что при достаточной высоте насыпи с пологими откосами под земляным полотном образуется новое положение верхнего горизонта вечной мерзлоты, конфигурация которого повторяет очертание поперечного профиля насыпи в сглаженной форме. Создаётся так называемая «мерзлотная полка», поднятая под серединой насыпи и спускающаяся с небольшим уклоном в сторону от насыпи. Такое положение мерзлоты обеспечивает надёжный водоотвод надмерзлотных вод и увеличивает устойчивость земляного полотна. Кроме влияния на положение верхнего горизонта вечной мерзлоты (что особенно важно), уположение откосов улучшает технологичность конструкции;

обеспечивает снегонезаносимость насыпи и отсутствие обычно значительных снегоотложений в откосной части, препятствующих зимней «подзарядке» холодом её мёрзлого основания;

даёт возможность хорошо уплотнить откосы;

повышает безопасность движения по дороге и улучшает её эстетический вид.

В обеспечении устойчивости насыпей, отсыпанных на льдонасыщенных основаниях, большое значение придаётся водоотводным сооружениям. Накопленный в настоящее время опыт убедительно доказывает, что устройство водоотводных канав, сопряжённых с откосом насыпи, в большинстве случаев вызывает термокарстовую эрозию. Поэтому на многолетнемёрзлых грунтах водоотводные канавы необходимо удалять от насыпи минимум на 2, – 3 м и более от основания откоса, а также по возможности осуществлять отвод воды мерзлотными валиками (с нагорной стороны), водонепроницаемыми, водоотжимными бермами или более пологими водонепроницаемыми откосами.

1.3.11. Обследование опытных участков земляного полотна с использованием в нижней части переувлажнённого промороженного суглинка в теплоизоляционной оболочке из торфа в регионе с глубоким сезонным промерзанием (II ДКЗ) Опытные участки были построены с целью установления влияния температурно-влажностного режима на устойчивость конструкции земляного полотна [41]. Опытная конструкция представляет собой земляное полотно с использованием в нижней части переувлажнённого промороженного суглинка в теплоизоляционной оболочке из торфа, а верхняя часть – из песка.

Участок №1 построен на автомобильной дороге ЦПС Самотлорского месторождения – Варьёганское месторождение протяжённостью 700 м (ПК 616 – 620, 622 – 625) в январе – апреле 1980 г.;

участок №2 на автомобильной дороге Гун-Еганское – Хохряковское месторождение протяжённостью 1345 м (ПК 24+60 – ПК29+45, ПК 38+20 – ПК 42+00, ПК 91+65 – ПК 97+30) построен в январе - апреле 1981 г.

Обследование опытных участков №1 и 2 проводили в конце сентября 1984 г, что соответствует завершению периода оттаивания.

Обследования, проведённые в 1982 – 1983 гг., показали, что в период промерзания нижняя граница мёрзлого грунта основания не опускается, насыпь промерзает на всю высоту, осадок конструкции не наблюдается, а зимнее пучение практически отсутствует.

В процессе осеннего обследования проведены визуальные наблюдения за состоянием земляного полотна и покрытия, а также инструментальное обследование контрольных поперечников.

Выяснилось, что в конце периода оттаивания грунты насыпи находятся в талом состоянии, но сохраняется мёрзлое ядро в основании на ширину насыпи поверху.

Деформации конструкций на обоих участках контролировались нивелированием плит покрытия. Результаты нивелирования показывают, что на всех опытных участках осадка конструктивных слоёв практически завершилась. В количественном отношении она не превысила допустимой для сборных цементобетонных покрытий. Деформаций швов покрытия или разрушений элементов земляного полотна, свидетельствующих о недостаточной устойчивости конструкции, не обнаружено.

Обследования опытных участков через 4,5 года (участок №1) и через 3,5 года (участок №2) после начала эксплуатации показали:

- грунты земляного полотна протаяли, что объясняется практически экстремальными условиями климата последнего периода наблюдений (очень тёплое лето, сравнительно мягкая зима), а также наличием мощных снежных отложений в залесённой местности, где расположены участки;


- мёрзлое ядро мощностью 1,2 – 1,8 м сохраняется в пределах ширины насыпи поверху;

- влажность глинистого грунта близка к начальному её значению, торфяной теплоизоляции – вдвое меньше начальной при строительстве, а в верхней песчаной части подвержена сезонному влиянию атмосферных осадков и в среднем за период наблюдений близка к её величине в процессе строительства;

- в первый год эксплуатации конструкции на дороге к Варьёганскому месторождению при интенсивности движения в среднем 1000 авт./сутки отмечались недопустимые для цементобетонного покрытия осадки, из которых 75% относились к верхней недоуплотнённой песчаной части насыпи, в настоящее время недопустимых деформаций нет по всей конструкции на обоих опытных участках.

1.3.12. Опытно-экспериментальные работы по сооружению земляного полотна с использованием пенопласта на Уренгойском газовом месторождении Опытный участок построен в феврале 1984 г. с целью проверки термической устойчивости насыпи с теплоизолирующей прослойкой в основании из пенополистирола «Стайрофоум» производства фирмы «Дау Кемикл» [42].

Строительство осуществлено на 103 км межпромысловой автомобильной дороги Уренгой-185. Протяжённость опытного участка 18 м (ПК 898 – ПК 898+18). По проекту здесь была предусмотрена насыпь высотой 1,7 м из песка. Опытная конструкция представлена насыпью высотой 1,4 м из среднего песка с содержанием пылеватых и глинистых частиц до 2,8 – 3,0% и теплоизоляционным слоем из листов пенополистирола толщиной см в основании. Под откосами листы пенополистирола были уложены в два слоя толщиной 5 и 3 см.

Опытный участок обследовали в августе 1986 г. и в конце июля 1987 г. Визуально установлено, что местность с обеих сторон насыпи нарушена проездом транспорта. Наибольшее нарушение отмечается с левой (по направлению движения в п. Ямбург) стороны насыпи, где на расстоянии 36 м от оси дороги проложен водовод.

Данные обследования показали, что фактическая ширина земляного полотна 20,5 м (по проекту 17 м);

ширина тракторного проезда 10 м;

ширина обочины 3,0 м. Состояние покрытия из сборных железобетонных плит ПАГ-14 удовлетворительное, но отмечается занижение на 12 см крайней правой плиты по отношению к крайней левой. Покрытие из плит односкатного профиля обеспечивает движение автотранспорта со скоростью 60 – 70 км/ч.

Верхняя граница вечномёрзлого грунта (ВГВМГ) отмечалась на глубине 1,5 – 1,7 м. На момент проведения обследований оттаивал весь насыпной песчаный грунт, в талом состоянии находился также и выравнивающий песчаный слой под пенополистиролом на глубине от 5 до 15 см. Большая глубина оттаивания под плитами «Стайрофоума»

выравнивающего песчаного слоя наблюдалась на стыках плит теплоизоляции. Это объясняется, скорее всего, попаданием через стыки тёплой воды, фильтрующей с поверхности через песчаное тело насыпи. Влажность песка в теле насыпи при обследовании колебалась в среднем от 5 до 8%, а под слоем теплоизоляции – 8 – 14%. В пределах ширины насыпи поверху оттаивание грунта равномерное.

Вне насыпи, на тундровой поверхности с повреждённым мохорастительным покровом, подстилаемым суглинками с влажностью 24 – 33%, глубина оттаивания в начале августа составляла до 2 м. Температура мёрзлого грунта в поле на глубине 2, м составляла –0,4 оС, а под насыпью на той же глубине, колебалась от –0,9 до 1,6 оС.

Слой талого грунта под правой бровкой на 30 см больше, чем под проезжей частью. Это объясняется неравномерным теплообменом насыпи в её поперечном сечении за счёт отепляющего влияния застойных вод у правого откоса насыпи. Некоторая неравномерность оттаивания грунтов в пределах тракторного проезда и прилегающей к нему местности объясняется влиянием снега, валы которого образуются в зимний период за счёт удаления снега с проезжей части.

В пределах тракторного проезда и прилегающей к нему местности снеговые отложения замедляют оттаивание грунтов. На теневых участках с большей мощностью снега отмечается меньшая глубина оттаивания, что имеет место в пределах левого откоса насыпи.

Обследование показало, что застойные воды значительно (в – 3 раза) увеличили влажность песчаных грунтов внизу насыпи на расстояние до 6 м. Грунт основания является просадочным (третьей категории просадочности). Для обеспечения устойчивости покрытия такие грунты следует сохранять в мерзлом состоянии, что и оказалось возможным в результате укладки теплоизолирующих плит на низкотемпературную вечную мерзлоту в основании дорожной насыпи.

1.3.13. Обследование опытных участков на межпромысловой автомобильной дороге Медвежье – Ямбург Трасса расположения опытных участков проходит по холмистой тундре, в северной подзоне сплошного распространения низкотемпературных ( –3оС и ниже, на глубине нулевых амплитуд 10– 12 м) вечномёрзлых грунтов прогнозной мощностью от 100 до 500 м.

Мощность деятельного слоя под мохорастительным покровом средней толщиной 0,15 м составляет 0,6 м (в слаборазложившемся торфе с влажностью 300 – 350%) и 1,2 м (в суглинке с влажностью, близкой к пределу текучести). Преимущественные грунты деятельного слоя – суглинки с суммарной влажностью 30 – 35%.

Дорога IV технической категории запроектирована «Союздорпроектом» по I принципу с использованием в насыпи дренирующих песчаных грунтов, дальность транспортировки которых составляет до 30 км. Руководящая высота насыпи из песка, определённая теплотехническим расчётом, составляла 2,02 м.

Строительство и обследование опытных участков осуществляли в 1985 – 1987 гг. [43]. Опытный участок №162 протяжённостью 450 м от ПК 103+50 до ПК 108+00. Конструкция земляного полотна представляет собой насыпь из мёрзлого комковатого суглинка в нижней части, откосные части присыпаны слоем песка толщиной 1, м. С поверхности на всю ширину нижней части насыпи отсыпан слой теплоизоляции из мёрзлого комковатого торфа, верхняя часть насыпи – из песка. Общая высота насыпи 2,2 м, из них суглинка 0,8 м и торфа 0,35 – 0,4 м. Насыпь устраивалась по принципу возможного сохранения комковатого суглинка в многолетнемёрзлом состоянии за счёт теплоизоляции торфом. Строительство выполнено в апреле - мае 1985 г.

В результате наблюдений за положением горизонта мерзлоты на момент завершения оттаивания в двух годовых циклах определено, что граница талой и мёрзлой зон в основном стабилизировалась уже после первого летнего сезона и в дальнейшем постепенно незначительно изменялась в допустимых для промысловой дороги пределах.

Суглинок под оттаявшим слоем торфа в первый тёплый период 1986 г. оттаял сверху на 0,35 м. Наблюдения за влажностью показали, что для минеральных грунтов (песка и суглинка) она изменяется в небольших пределах. Влажность же слаборазложившегося торфа снизилась в два раза, что обусловлено отжатием из него свободной влаги под нагрузкой.

Деформации осадок и пучения замерялись путём нивелирования плит покрытия, уложенных летом 1985 г. Обследование, выполненное в мае 1986 г., показало, что осадка верхней части насыпи составила в среднем около 25 см за счёт оттаивания и консолидации слоя мёрзлого разрыхлённого торфа и частично оттаявшего (на 0,35 м) слоя мёрзлого разрыхлённого суглинка. Оттаивание сверху произошло из-за недостаточной толщины теплоизоляции торфом – 0,2 м в оттаявшем и уплотнившемся состоянии. В зимний период 1986 – 1987 гг. деформаций пучения не наблюдалось. За летний период 1987 г. была отмечена дополнительная осадка, в среднем около 5 см. Резко выраженной неравномерности осадки плит не наблюдалось. Общее состояние участка удовлетворительное.

Ежегодная осадка оттаивания и доуплотнения имеет затухающий характер.

Опытный участок №169 протяжённостью 2600 м от ПК 108+ до ПК134+00. Конструкция земляного полотна представляет собой насыпь из мёрзлого комковатого суглинка в нижней части слоем толщиной 0,8 м. Верхняя часть насыпи 1,0 м – из песка.

Строительство выполнено в апреле - мае 1985 г. при отрицательных среднесуточных температурах воздуха.

Обследование на период максимального оттаивания в сентябре 1985 г. показало, что суглинок весь находился в мёрзлом состоянии. К концу третьего сезона оттаивания граница мерзлоты понизилась на – 5 см, что можно отнести за счёт точности определения бурением.

Комковатый суглинок находится в мёрзлом состоянии.

Недопустимых деформаций земляного полотна не наблюдалось.

Величина и ход осадок по результатам контрольных нивелирований плит покрытия аналогичен участку №162. Участок находится в удовлетворительном состоянии.

Опытный участок №175 протяжённостью 900 м от ПК 221+ до ПК 230+00. Конструкция земляного полотна представляет собой насыпь из мёрзлого комковатого суглинка в нижней части слоем толщиной 1,0 м (2 слоя по 0,5 м) и мёрзлого комковатого торфа сверху по периметру слоем толщиной 1,0 м (2 слоя по 0,5 м). Верхняя часть насыпи 0,8 м – из песка. Строительство выполнено в феврале марте 1986 г. для уточнения конструктивных параметров (толщин слоёв комковатого торфа и суглинка) по термической устойчивости.

Данные наблюдений за ходом оттаивания на этом опытном участке показали, что его характер подобен данным участка №169.

Так как толщина слоя теплоизоляции из торфа здесь больше, то глубина оттаивания уменьшилась и пока не достигает поверхности глинистого грунта, т.е. получена относительная теплоизоляция мёрзлого разрыхлённого суглинка в нижней части насыпи.

Температурный режим через два сезона оттаивания относительно стабилизировался. Общая осадка насыпи по результатам нивелирования плит покрытия за период с октября 1986 г. по август 1987 г. составила 25 – 35 см со средней неравномерностью осадки по отдельным плитам 1,5 см и более, в основном за счёт оттаивания и сжатия комковатого торфа, а также незначительного, частичного доуплотнения песка. Состояние участка удовлетворительное.


Опытный участок №155 протяжённостью 100 м от ПК101+00 до ПК 102+00. В нижней части устроены боковые дренирующие призмы из песка (в пределах откосных частей). Между призмами отсыпан мёрзлый комковатый суглинок слоем толщиной 1,0 м (в два слоя по 0,5 м). По суглинку уложен геотекстиль в один слой. Верхняя часть насыпи отсыпана послойно из песка слоем толщиной около 0,8 м.

Участок построен в период с 8 по 13 апреля 1985 г. Насыпь рассчитана на оттаивание комковатого суглинка и его консолидационное уплотнение (без допущения оттаивания грунтов основания).

Опытный участок №156 протяжённостью 150 м от ПК 102+ до ПК 103+50 отличается от предыдущего тем, что на поверхность нижней части из глинистого грунта прослойку геотекстиля не укладывали, а сразу отсыпали песок верхней части насыпи. Участок построен в период с 8 по 13 апреля 1985 г. с целью оценки влияния прослойки геотекстиля на состояние участка (в сравнении с участком №155).

Наблюдения на опытных участках №155 и 156 за влажностью грунтов в конструкциях показывают, что влажность песчаной части насыпи колеблется сезонно в пределах 6 – 10%, что можно объяснить влиянием выпадающих атмосферных осадков. В нижележащей (оттаивающей и доуплотняющейся) глинистой части влажность систематически уменьшается со временем и за первые 1,5 года с момента строительства на участке №155 уменьшилась на 14 – 15%.

На соседнем участке №156 влажность уменьшилась на 4 – 5%, что, по-видимому, можно объяснить отсутствием прослойки геотекстиля.

Дальнейшее снижение влажности не наблюдается, она колеблется в небольших пределах.

Наблюдения за осадками по конструктивным слоям показывают, что в первый летний период общая осадка составила 26 и 34 см (по участкам). Высота насыпи 1,8 м, из которых 1,0 м – мёрзлый разрыхлённый (комковатый) суглинок, оказалась недостаточной для сохранения основания в мёрзлом состоянии ввиду сжатия и уплотнения оттаявшего суглинка и значительного уменьшения при этом высоты насыпи. За второй летний период осадка доуплотнения суглинка в нижней части насыпи и частично оттаявшего мёрзлого основания (из мохорастительного покрова со спрессованным в нём снегом и подстилающим мёрзлым суглинком) составила соответственно 14 и 21 см. Пучения в зимний период не обнаружено.

Опытный участок №174 протяжённостью 1700 м от ПК 195+ до ПК 212+00. Конструкция земляного полотна состоит из комьев мёрзлого торфа вперемешку (совместным взрывом в карьере мёрзлого слоя торфа и суглинка) с комьями мёрзлого суглинка в соотношении 60 – 70 к 40 – 30% в нижней части насыпи и дренирующего песчаного грунта в верхней части. Участок построен в период с января по 7 февраля 1986 г.

Данные наблюдений за влажностью показывают, что влажность песчаной части насыпи колеблется в пределах 5 – 10%. Влажность торфа в оттаивающей части несколько снизилась с (300% до 240 – 280%), а в мёрзлой части практически не меняется. Глубина оттаивания во время первого летнего обследования к середине тёплого периода не превышала 1,2 м. В целом участок находится в удовлетворительном состоянии.

Опытный участок №170 протяжённостью 800 м от ПК 400+ до ПК 402+00 и от ПК 408+50 до ПК 414+50. Нижняя часть возведена в начале июля 1985 г. из глинистого грунта боковых резервов бульдозерами с уширением (по сравнению со стандартным проектным решением) на 1,5 – 2,0 м с каждой стороны. На ПК 400 – ПК 402 использовали льдонасыщенные разрыхлённые бульдозерным рыхлителем, в боковых резервах, на глубину 30 – 40 см вяломёрзлые с повехности суглинки, на высоту в насыпи до 0,4 – 0,5 м. На ПК 408+50 – ПК 414+50 применялся оттаявший суглинок в боковых резервах, на высоту в насыпи 0,8 – 1,0 м. Участок возведён весной 1985 г. и оставлен для просыхания и консолидации. В июле 1986 г.

отсыпана верхняя часть насыпи толщиной 1,2 – 1,4 и 0,8 – 1,0 м из песчаного грунта.

Наблюдения за влажностью глинистого грунта нижней части земляного полотна показали её снижение за период с весны 1985 по июль 1986 гг. на 4 – 10%. В дальнейшем также наблюдалось некоторое снижение влажности.

Наблюдения за осадками по осадочным маркам показывают, что нижняя часть насыпи из грунта боковых резервов под собственным весом к концу июля 1985 г. дала осадку 1,9 – 3,7 см, из которых 1,4 – 1,9 см за счёт уплотнения оттаявшего основания. Основные деформации уплотнения затем наблюдались под действием веса верхней песчаной части насыпи при её досыпке песком автовозкой с «головы». Общая осадка при этом увеличилась до 26,5 – 30,0 см, из них за счёт оттаявшего основания 9,2 – 13,4 см. Осадка сжатия глинистого грунта составила 14 – 15% первоначальной толщины и прошла в основном в период досыпки верхней части насыпи.

Опытный участок №176 протяжённостью 1500 м от ПК 90+ до ПК 105+00 межпромысловой автомобильной дороги Промбаза – УКПГ 2. Земляное полотно состоит из нижней части толщиной 1,0 м, отсыпанной из комьев мерзлого песчаного грунта в весенний период, и верхней части, отсыпанной из талого песчаного грунта в летний период. Участок построен в срок с 30 мая по 1 августа 1985 г.

Проведённое визуальное обследование опытного участка показало, что в процессе сооружения земляного полотна мёрзлый комковатый песок в нижней части насыпи оттаял. Последующими досыпками талого песчаного грунта насыпь доведена до проектной отметки и устроена дорожная одежда по первой стадии весной 1986 г.

Весной 1987 г. плиты покрытия переложены по второй стадии.

Состояние опытного участка удовлетворительное, аналогично примыкающим участкам, где земляное полотно построено по проекту из талого песчаного грунта на полную высоту.

1.3.14. Обследование опытных конструкций земляного полотна промысловых автомобильных дорог на Бованенковском газовом месторождении (полуостров Ямал) С целью исследования устойчивости конструкций с использованием мёрзлых грунтов и геотекстильных материалов в апреле 1990 г. было выполнено строительство экспериментальных участков земляного полотна на дороге База буровиков – Промбаза с последующим обследованием участков в летний период [44].

Участок автодороги, на котором выполнены экспериментальные работы, проходит по ровной пойме р. Сеяха, занятой сфагнумовыми болотами, озёрами и старицами рек. Толщина слоя поверхностного торфа до 0,35 м, влажность его изменяется от 350 до 600%. Ниже залегают сильнольдистые грунты, имеющие суммарную влажность от 37 до 97%. Земляное полотно запроектировано по первому принципу с использованием геотекстиля для армирования насыпи и защиты откосов от ветровой и водной эрозии. Геотекстиль на откосах должен покрываться латексной эмульсией с гидропосевом трав.

С ПК 114+00 по ПК 111+50 земляное полотно отсыпали из мёрзлых комковатых грунтов (мелких, пылеватых песков и супесей) послойно без использования геотекстиля.

С ПК 111+50 по ПК 110+50 опытный участок включает три экспериментальные конструкции. Первая конструкция представляет собой земляное полотно, отсыпанное в два слоя, с использованием геотекстиля только для защиты откосов насыпи на всю высоту откоса.

Во второй конструкции с ПК 11+05 до ПК 110+15 земляное полотно выполнено послойной отсыпкой мёрзлых грунтов с уменьшением проектной крутизны заложения откосов 1:4 до 1:2.

После оттаивания, осушения и уплотнения грунта должны быть досыпаны откосные части насыпи с защитой их геотекстилем и армированием верхней части земляного полотна.

Третья экспериментальная конструкция с ПК 110+75 по ПК 110+45 выполнена с укладкой геотекстиля на первом слое отсыпки земляного полотна и обработкой полотен геотекстиля горячим паром с помощью установки ППУ с последующим смерзанием геотекстиля с мёрзлым грунтом нижележащего слоя. Полотно геотекстиля закрывает поверхность насыпи и откосы.

Обследование экспериментальных участков проводилось в июне-июле 1990 г., когда на территории Бованенковского ГКМ ещё продолжался весенний паводок. Практически вся территория в районе строящейся автомобильной дороги База буровиков – Промбаза была в большей или меньшей степени обводнена. С одной стороны к насыпи вплотную подходит озеро. На этом участке земляное полотно отсыпано мёрзлым грунтом на высоту 1,4 – 2,0 м в два слоя без геотекстиля. Постепенно земляное полотно на кривой размывается озером. К концу июля насыпь была размыта с откоса на 3 – 4 м. С другой стороны от земляного полотна наблюдалось заболачивание прилегающей к дороге местности, так как насыпь перекрыла сток воды по понижениям, образовавшимся от движения автотранспорта по очищенной от снега естественной поверхности. В понижениях глубина воды достигала 1,0 м. На поверхности земляного полотна, в понижениях и колеях, наблюдался застой воды до 15 см и размыв откосов дождевыми водами.

Глубина протаивания насыпи из мелкого пылеватого песка и супеси к середине июля практически одинакова. На всех опытных участках она составляет 1,1 – 1,2 м. По значениям влажности грунта при отсыпке следует, что грунт отсыпался как частично осушенный (т.е. предварительно послойно оттаянный, стёкший и снова замёрзший в буртах), так и переувлажнённый льдистый, в обоих случаях в мёрзлом разрыхлённом состоянии. В основном использовали для отсыпки разрыхлённый мёрзлый грунт с влажностью, часто превышающей предел текучести и без требуемого уплотнения (или вообще без уплотнения). Это затем повлекло значительные деформации насыпи в виде осадок поверхности и легкий размыв насыпей талой и дождевой водой, стекающей с откосов с уменьшением ширины проезжей части и др.

При этом была наглядно видна положительная роль геотекстильной прослойки в теле насыпи, особенно для защиты откосов от водной эрозии и предотвращения растекания переувлажнённого грунта насыпи. Земляное полотно с откосами, не защищёнными геотекстилем, легко размывалось поверхностными водами. Ширина размывов достигала 5 м, а растекание откоса распространялась на 8 – 9 м. Потери грунта при этом в насыпи, не защищённой в откосах геотекстилем, составляли до 13,3 м3 на 10 п.м повреждения.

На всех поперечниках отмечается плохая ровность поверхности насыпи, которая зависит от неравномерности отсыпки, уплотнённости и влажности грунта.

Для грунта карьера (пылеватая супесь с пределом текучести Wт =0,22 с прослойками мелкого, пылеватого песка), из которого была преимущественно отсыпана дорожная насыпь, наименьшая величина осадки наблюдалась при влажности, равной 1,1 – 1,2 Wт.

Армирование геотекстилем также снижало среднюю по слою относительную осадку грунта и значительно уменьшало её неравномерность.

1.3.15. Основные выводы из материалов обследования дорожных насыпей в зоне многолетнемерзлых грунтов Анализ данных мониторинговых наблюдений и геотермических исследований свидетельствует о широко распространенной деградации верхних горизонтов криолитозоны и на глубинах 10 – м, которая в отдельных районах достигала 1,0 – 1,5 °С [45].

Таяние приповерхностной вечной мерзлоты сопровождается значительными изменениями ландшафта с преобладанием депрессивных форм, приводя к формированию термокарстовых озер.

Очевидно, что изменения, связанные с таянием приповерхностной мерзлоты, крайне опасны для любых имеющихся сооружений в этой зоне. Менее очевидно, насколько опасны последствия потепления там, где вечная мерзлота сохранится, притом, что увеличится глубина ее сезонного протаивания.

Изменение климата меняет мерзлотные условия, но не так интенсивно, как деятельность человека. На рис. 1.8 показана схема физико-географических и конструктивно-технологических факторов при возведении земляного полотна на глубину сезоннооттаивающего слоя. Прогнозируемое оттаивание мерзлых пород сопровождается просадками земной поверхности и развитием опасных мерзлотных (криогенных) геологических процессов: термокарста, термоэрозии, солифлюкции и др.

Для обеспечения последующей надёжной (устойчивой) работы дорожных насыпей на вечной мерзлоте в первую очередь необходимо выявить основные причины аварийного состояния дорожных насыпей, запроектированных и построенных по существующим техническим нормативам.

Анализ имеющихся материалов по строительству, эксплуатации, инженерному и авторскому сопровождению, а также обследованиям дорог Чукотского АО, Республики Саха (Якутия), промысловых дорог севера Тюменской области, железнодорожных насыпей Транссиба, БАМа и их притрассовых дорог, федеральных автомобильных дорог «Амур», «Лена» и др. выявил следующее.

1. По отчёту дорожного департамента Чукотского АО, к 2000 г.

более 60% автодорог Чукотки нуждались в реконструкции, так как высота их земляного полотна стала в два раза ниже, чем заложенная по проекту для второго принципа проектирования, а 15% находились уже в «нулевых» отметках и под нагрузкой от автотранспортных средств продолжали погружаться в тундру. Это повысило их снегозаносимость, увеличивая затраты не только на постоянные текущие ремонты, но и на эксплуатацию (уборку снега).

ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ РЕЛЬЕФ КРУТИЗНА ИСПАРЕНИЕ СКЛОНОВ ТЕМП-РА КЛИМАТ ВМГ ЭКСПОЗИ ЛИТОЛОГИЧ. ЦИЯ СОСТАВ СКЛОНОВ КОЛ-ВО ДВИЖЕНИЕ ОСАДКОВ ГРУНТ.

СТЕПЕНЬ ДРЕНИРОВ.

ГРУНТА АМПЛИТУДА СНЕЖНЫЙ ПЕРИОД ВОЗДУХА ПОКРОВ ПРОТАИВАНИ Я ДОПУСТ. ОТНОСИТ.

ОСАДКИ ОСАДКА ВЛАЖНОСТ.

ЛЬДИСТОСТЬ АМПЛИТУДА МОХОВОЙ ПОКРОВ ПОВЕРХНОСТ.

ПОЧВЫ ОБРАЗОВАН.

СНЯТИЕ ПОВЕРХН. РАСТИТ.

МОХОВОГО ВОД СЛОЙ СЛОЯ СТС ОХРАНА ПРИРОДЫ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗМЕНЕН НАЛИЧИЕ ТЕПЛОФИЗ.

БЕРМ ХАР-К ВЛАЖ ВЫСОТА НОСТЬ ЛИТОЛОГ.

НАСЫПИ ГРУНТА ГРУНТОВ НАСЫПИ СЕЗОННОЕ ИСКУССТВ.

РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВ-ВО КРУТИЗНА ИЗОЛЯЦИЯ РАБОТ ОТКОСОВ КОНСТРУКЦИЯ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ Рис. 1.8. Схема воздействия физико-географических и конструктивно технологических факторов при возведении земляного полотна на глубину сезоннооттаивающего слоя Ввиду отсутствия необходимого финансирования чукотские дорожники в длительный (до восьми месяцев) холодный период нередко вынуждены были отправлять в отдалённые пункты автотранспорт только сборными колоннами в сопровождении тяжелой снегоуборочной техники.

2. Результаты многолетних эксплуатационных обследований (с 70-х гг.) всё возраставших аварийных мерзлотных участков БАМа, составляющих к 1990 г. 3627 мест (в т.ч. 60 в критическом состоянии) на протяжении 2240 км, показали, что дорожные насыпи, построенные с допущением эксплуатационной осадки и последующей компенсации её подъёмкой железнодорожного пути на балласт, а также высокие насыпи, не обеспечивающие «подзарядку»

холодом своего мёрзлого основания с развитием в нём деградации мерзлоты, имели следующие осадки:

- до 200 мм/год и более (до 500 мм) в первые 18 – 20 лет эксплуатации;

- до 40 – 50 мм/год в последующие годы, периодически увеличиваясь при подтоплениях насыпей и в особо тёплые годы.

Постоянные дорогостоящие ремонтные работы с длительными остановками и ограничениями скорости подвижного состава стали, по сути, разорительными для эксплуатации БАМа и требовали уже в 90-х гг. ежегодной укладки до 2,0 – 2,5 млн м3 балласта и 3 – 4 млн м фракционного камня для охлаждающей обсыпки откосов насыпей. В 1992 г. на текущий ремонт путей БАМа был уже запрошен 1 млрд рублей (т.е. более 200 млн долларов по курсу 1992 г.). Дефектность земляного полотна составила 31% от общей протяжённости трассы БАМа по вечной мерзлоте. По мнению Главного управления пути, решение о проектировании и строительстве земляного полотна БАМа по второму принципу проектирования с допущением частичного оттаивания мерзлого основания в связи с возникновением длительных (десятки лет) слабозатухающих неравномерных и практически нерегулируемых осадок дорожных насыпей себя не оправдало [22, 26].

3. При освоении нефтяных и газовых месторождений (Уренгойское, Медвежье, Ямбургское, Песцовое, Бованенковское и др.) в зоне вечной мерзлоты севера Западной Сибири наблюдалось быстрое (за 3 – 4 года) массовое разрушение дорогостоящего сборного дорожного покрытия из высокопрочных (предварительно напряжённых) армированных железобетонных плит (типа ПАГ-14, ПДН и др.), рассчитанных на 25-летний безремонтный срок эксплуатации. Считалось, что данные массовые разрушения в основном происходят из-за поставок бракованных железобетонных плит, их неправильной транспортировки, хранения и некачественной укладки. Последующее более тщательное изучение данной проблемы выявило, что основной причиной преждевременного массового выхода из строя высокопрочных железобетонных плит являются эксплуатационные (неравномерные и сверхнормативные) осадки дорожных насыпей, в основном запроектированных и построенных по второму принципу проектирования. На редких устойчивых насыпях качественные железобетонные плиты работали свой нормативный срок без особых (разломов и выпирания арматуры) повреждений, имея разрушения, связанные с низкой их морозостойкостью.

4. Федеральная автомобильная дорога «Амур» была запроектирована и построена по второму принципу проектирования с отсыпкой земляного полотна преимущественно (более 95%) из скальных крупнообломочных и песчаных грунтов (т.е. дренирующих грунтов). Строительство было начато в 1978 г., и за 17 лет к 1995 г.

было построено всего 605 из 2165 км. Оставшиеся 1560 км в насыпях и выемках на вечной мерзлоте были построены за 8 лет (к 2004 г.) при круглогодичном строительстве и усиленном целевом федеральном финансировании. Руководящая отметка дорожных насыпей на вечной мерзлоте, возводимых с 1995 г., для второго принципа проектирования (согласно теплотехническим расчётам, по методике ВСН 84-89) составила 1,87 м. Сразу начавшиеся значительные сверхнормативные осадки строящихся насыпей заставили проектировщиков добавочно (сверхнормативно) увеличить руководящую отметку ещё на 0,3 м. С 2004 по 2010 гг. на дороге была устроена дорожная одежда с асфальтобетонным покрытием. В середине 2010 г. аппарату представителя Президента РФ по Дальневосточному округу было поручено изучить ход строительства данной дороги ввиду всё возрастающих темпов её ремонта и реконструкции, уже требующих дополнительных ассигнований ещё на 41,6 млрд руб. [46].

5. Федеральная автомобильная дорога «Лена», являющаяся «дорогой жизни» Республики Саха, также построенная преимущественно по второму принципу проектирования, находится в катастрофическом состоянии и требует скорейшей реконструкции.

Практически в аналогичной ситуации находятся многочисленные неравномерно просевшие и продолжающие оседать участки на федеральных автомобильных дорогах «Колыма» и «Вилюй», так и недостроенных, но уже требующих ремонта и реконструкции. При этом выделяемых федеральных средств недостаточно даже на сохранение существующих дорог текущими ремонтами.

Из анализа строительства дорог в зоне вечной мерзлоты прослеживается, что дорожные насыпи в районах вечной мерзлоты на территории РФ, запроектированные по второму принципу проектирования и отсыпанные дренирующими грунтами, как правило, затем имеют сверхнормативные слабозатухающие неравномерные эксплуатационные осадки. Осадки длительное время повреждают дорожную одежду и ухудшают ровность дорог, что требует проведения постоянных ремонтных работ [22, 26, 47, 48].

Эксплуатирующиеся в районах распространения вечной мерзлоты с допущением аналогичного частичного оттаивания вечномёрзлого основания дорожные насыпи Канады и Аляски, более быстро и дешевле построенные, подобных проблем практически не имеют. Большинство быстро (со средним темпом до 1000 км за 2 – года против 15 – 20 лет и более в РФ), сравнительно недорого, а главное, в последующем устойчиво (без затяжной неравномерной осадки) работающих на мерзлоте дорожных насыпей Канады и Аляски были построены с массовым применением местных глинистых грунтов и геотекстильных материалов.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.