При строительстве и эксплуатации автомобильной дороги в суровых зимних климатических условиях могут возникать различные деформации земляного полотна. В настоящее время различают множество методов укрепления откосов насыпи. Суровые зимние природные условия позволяют использовать только некоторые из них [1, 2].
На сегодняшний день чаще всего применяются следующие методы укрепления откосов насыпи земляного полотна:
– биологический метод;
– использование неорганических вяжущих для укрепления грунта;
– применение геосинтетических материалов в виде рулонов, решёток, мембран;
– применение железобетонных конструкций либо габионных материалов.
Не все перечисленные методы способны предотвратить деформацию откосов насыпи земляного полотна автомобильной дороги в условиях вечной мерзлоты. В слоях земляного полотна могут возникать различные деформации, характерные для данных климатических условий. Например: деформация слоя (в том случае если земляное полотно и откосы сложены из нестабильных мёрзлых грунтов или талых переувлажнённых грунтов); либо деформация осадки или пучения в поперечном профиле дорожных конструкций. Эти деформации могут привести к серьёзным последствиям. Поэтому к выбору метода укрепления откосов насыпи земляного полотна в подобных условиях нужно подходить особенно ответственно [2].
Суровые климатические условия в районах распространения вечной мерзлоты не позволяют прорастать травяным насаждениям за короткий летний период, так же затруднено использование дёрна для укрепления откосов насыпи земляного полотна. Поэтому можно утверждать, что использовать биологический метод укрепления откосов в подобных условиях нецелесообразно.
Использование железобетонных конструкций и габионных укреплений может привести к разрушению земляного полотна, так как при наступлении положительных температур грунт, используемый в земляном полотне, начнёт таять, и это может привести к смыву откоса насыпи или другим деформациям.
Исходя из сказанного выше можно сделать вывод, что наиболее приемлемыми методами укрепления откосов насыпи земляного полотна автомобильной дороги в условиях вечной мерзлоты можно считать применение геосинтетических конструкций, а также использование различных вяжущих, стойких к низким температурам и к перепаду температур (или их сочетание).
Для укрепления откосов в основном используются неорганические вяжущие вещества, твердеющие при отрицательных температурах и сохраняющие форму откосов при их перепаде. В их состав обычно добавляют цемент или неорганическое вяжущее, а также соли, понижающие температуру замерзания воды (карбонат калия К 2 СО 3 , хлорид натрия NaCl , хлорид кальция СаС1 2 , нитрит натрия NaNO 2 и др.). Например, при температуре от –10 до –20°С рекомендуется применять растворы с добавкой поташа (10 % от массы вяжущего) или нитрита натрия (5 % от массы вяжущего). При более низкой температуре добавки солей увеличивают. В случае применения химических добавок выше указанных солей к растворам с неорганическим вяжущим следует руководствоваться специальными инструкциями.
Из положительных качеств метода использования неорганических вяжущих можно выделить его дешевизну, по сравнению с другими методами. К недостаткам же можно отнести низкую водостойкость вяжущих веществ в грунте.
Также для укрепления откосов насыпи земляного полотна автомобильной дороги в суровых зимних климатических условиях могут быть задействованы различные геосинтетические материалы в связке с утеплителем или водонепроницаемым материалом. Для укрепления могут быть использованы геомембраны. С их помощью можно гидроизолировать нижние слои дорожной одежды, перераспределяя влагу в верхние слои, а также армировать дорожное полотно от возможных деформаций. Кроме того, могут быть использованы георешётки. Они применяются в работах по ремонту и строительству дорог, проходящих через заболоченные местности, песчаные сыпучие почвы и зоны вечной мерзлоты. Применение этого метода ускоряет строительство дорог и является экономически выгодным. Также используется геотекстиль. Прослойка из этого геосинтетического материала препятствует взаимопроникновению материалов различного гранулометрического состава, обеспечивая стабильность свойств дисперсных материалов, повышая качество и культуру работ.
Преимущества метода использования геосинтетических материалов:
1) пригодность для работы в тех условиях, где требуется не только значительная прочность, но и долговечность, что важно в суровых зимних условиях;
2) экономичность ̶ использование геосинтетиков практически в любом случае сокращает объёмы земляных работ и использование привозных материалов;
3) универсальность ̶ в некоторых случаях только они могут обеспечить единственно возможное решение той или иной инженерной проблемы;
4) экологичность ̶ геосинтетики способствуют снижению индустриального влияния на окружающую среду и сокращают использование природных ресурсов в промышленном и гражданском строительстве.
Недостатки использования геосинтетических материалов:
1) геомембраны могут остановить не только проникновение воды на объект, но и испарение из него, из-за чего в земляном полотне может возникнуть морозное пучение;
2) особые условия хранения и бережное обращение с геосинтетическими материалами, поскольку даже небольшое повреждение на поверхности материала может существенно ухудшить его эксплуатационные характеристики;
3) восприимчивость к химическому воздействию, а также разрушение под воздействием ультрафиолетового излучения и органических растворителей, что может вызвать затруднения в случае применения данных материалов в связке с различными вяжущими [1].
Нами был проведён опрос, состоящий из 9 вопросов, связанных с рассматриваемой темой, среди специалистов дорожной отрасли, в ходе которого выяснилось, что наиболее целесообразным, по их мнению, является метод укрепления геосинтеическими материалами (средняя оценка по девятибалльной шкале — 7), затем идёт комбинация геосинтетических материалов и неорганического вяжущего (средняя оценка — 5) и наименьшее количество баллов набрал метод укрепления неорганическими вяжущими (средняя оценка — 4).
Также с помощью геоинформационной системы QGIS было проведено изыскание, связанное с расположением заводов и фабрик по производству материалов, необходимых для укрепления откосов насыпи на территориях распространения вечной мерзлоты. Были выбраны автомобильные дороги, находящиеся в рассматриваемых климатических условиях, и были рассчитаны расстояния от них до ближайших предприятий, обеспечивающих ремонт откосов. Проделанная нами исследовательская работа показала, что на изучаемой местности находится недостаточное количество объектов инфраструктуры для проведения рассматриваемых видов работ по укреплению откосов земляного полотна автомобильной дороги. После проведения расчётов по оценочной стоимости доставки материалов с предприятий было установлено, что из двух рассматриваемых материалов наиболее затратным по стоимости перевозки является геосинтетический материал, являющийся наиболее предпочтительным при выборе метода укрепления откоса насыпи дороги.
Проведённое исследование показало, что для укрепления откосов насыпи земляного полотна при строительстве автомобильной дороги в условиях вечной мерзлоты наиболее целесообразными методами с технической и экономической точек зрения будут являться использование различных геосинтетических материалов и применение неорганических вяжущих для укрепления грунта земляного полотна, а также их комбинация. Также можно сказать, что в рассматриваемом климатическом районе имеется недостаточное количество объектов инфраструктуры, необходимых для обеспечения ремонта откосов доступными методами, а доставка материалов является экономически затратной, что может привести к проблемам при проведении работ по укреплению земляного полотна автомобильной дороги.
На основе проведённых нами изысканий можно сделать вывод, что наиболее оптимальным методом укрепления откосов насыпи в условиях вечной мерзлоты является метод использования геосинтетических материалов при устройстве откосов насыпи, сложенных из глинистых грунтов.
Литература:
- ОДМ 218.2.094–2018 Методические рекомендации по проектированию земляного полотна автомобильных дорог общего пользования из местных талых и мёрзлых переувлажнённых глинистых и торфяных грунтов в зонах распространения многолетнемерзлых грунтов: введён впервые: принят и введён в действие на основании распоряжения Федерального дорожного агентства (Росавтодор) от 25.07.2018 г. / разработан обществом с ограниченной ответственностью «Центр стратегических автодорожных исследований». Москва, 2018. -17,19 стр.- Текст: непосредственный.
- СП 313.1325800.2017 Дороги автомобильные в районах вечной мерзлоты. Правила проектирования и строительства: введён впервые: утверждён приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 14 декабря 2017 г. N 1669/пр и введен в действие с 15 июня 2018 г. / разработан авторским коллективом ЗАО «ПРОМТРАНСНИИПРОЕКТ». Москва, 2017. -5,32 стр.- Текст: непосредственный.
