CC BY
23«C@yL@qyiym-J®yrMaL»#2il4),2©2© / TECHNICAL SCIENCE
37
УДК 625.731
Абунагимова Лилия Рустэмовна
магистрант
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
Ворона-Сливинская Любовь Григорьевна
докт. экон. наук, профессор
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
DOI: 10.24411/2520-6990-2019-11221 ПРЕИМУЩЕСТВА ПРИМЕНЕНИЯ ГЕОСЕТКИ «НЕФТЕГАЗ - ГРУНТСЕТ» ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ВНУТРИПРОМЫСЛОВЫХ ДОРОГ НА СЛАБЫХ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ ОСНОВАНИЯ
Abunagimova Liliya Rustemovna
Undergraduate, St. Petersburg state University University of architecture and civil engineering Vorona-Slivinskaya Lubov G.
Doctor of Economics, Professor St. Petersburg state University University of architecture and civil engineering
ADVANTAGES OF APPLICATION OF THE NEFTEGAZ-GRUNSET GEOGRID DURING THE CONSTRUCTION OF INTRA-INDUSTRIAL ROADS ON WEAK MULTI-FROZEN GROUND SOILS
Аннотация
В данной статье рассмотрены недостатки возведения насыпи на слабых болотных грунтах с устройством лежневого настила. Поднят вопрос о способе укрепления насыпи на слабых болотных грунтах при строительстве автомобильных дорог Самотлорского месторождения с помощью геосетки «ССП 30/30-2,5 Нефтегаз - Грунтсет». Далее выявлены значительные преимущества в использовании метода укрепления земляного полотна армированной обоймой из геосетки, а также представлены результаты расчета по осадке конструкции насыпи на болоте II типа с применением геосеток. Выявлен экономический и практический эффект использования геосеток, применение которых позволяет сократить потери грунта, стабилизировать насыпь, делая осадку более равномерной и повысить общую устойчивость, а также значительно уменьшить трудозатраты и затраты на строительные материалы, что является немаловажным критерием эффективного строительного производства.
Abstract
The article presents the shortcomings of the embankment erection on weak marshy soils with the arrangement of the deck flooring are considered. The question of the method of strengthening the embankment on weak marshy grounds during the construction of the roads of the Samotlor field with the help of the geogrid "SSP 30 / 30-2.5 Neftegaz - Gruntset" is raised. Further, significant advantages in using the method of the earthen cloth reinforced by a cage from the geogrid are revealed, and also results of calculating the sediment of the mound structure in the marsh of type II with the use ofgeogrids are presented. The economic and practical effect of geogrid application has been revealed, the use of which allows to reduce soil losses, stabilize the embankment, making the sediment more uniform and improve overall stability, and significantly reduce labor costs and construction materials costs, which is an important criterion for effective construction production.
Ключевые слова: многолетнемерзлый грунт, лежневая дорога, болота II типа, геосетка «ССП -Нефтегаз - Грунтсет», армированная обойма, осадка конструкции насыпи, деформация по оси дороги.
Keywords: permafrost, road, marshes of II type, geogrid «SSP - Neftegaz - Gruntset», reinforced cage, sediment of embankment structure, deformation along the axis of the road.
Говоря об объектах нефтедобычи на территории Западной Сибири, в первую очередь необходимо упомянуть о сложных условиях освоения нефтяных месторождений. Так, на Самотлорском газонефтяном месторождении особенности геологического строения и общая равнинность рельефа с малыми уклонами создают благоприятные условия для заболачивания местности и торфонакопления
[5].
Самотлорское месторождение представляет собой промышленный объект нефтедобычи с кустовыми площадками, промышленными площад-
ками дожимных насосных станций (ДНС), кустовых насосных станций (КНС) с развитой сетью автомобильных дорог, трасс нефтесборов, водоводов, воздушных линий электропередач, ВЛ - 6кВ и ВЛ-35 кВ. В настоящее время месторождение находится на стадии расширения и реконструкции [3, с. 211].
В большинстве случаев участки производства строительных работ на месторождении представляют собой местность II категории сложности: всхолмленную, залесенную до 70% , с заросшими болотами II и III типа средней проходимости. Бо-
38 TECHNICAL SCIENCE / «ЭДУШд1Щ1УМ-.ЛО1УГМ&1»#2(Ш4:Ш020
лота II типа заполнены торфом и другими болотными отложениями разной консистенции, в том числе выдавливающимися при некоторой интенсивности возведения насыпи высотой до 3 м, но не выдавливается при меньшей интенсивности возведения насыпи [2].
Очевидно, что из-за высокой заболоченности и одновременном наличии многолетнемерзлых грунтов на Самотлорском месторождении возникла необходимость в применении в нефтепромысловом и дорожном строительстве новых строительных материалов, таких как геосетка [1, 4, с. 59].
Следует заметить, что еще с 1976 года Западная Сибирь стала самым крупным в России полигоном для экспериментальной проверки, а после - для широкого внедрения в строительство геотекстильных материалов [6, с. 60].
В успешности применения таких материалов можно удостовериться после проведения расчета по осадке конструкции насыпи на болоте II типа с применением геосеток.
Расчет осадки конструкции насыпи на болоте II типа с применением геосеток
Насыпь на болоте II типа с использованием торфа в основании. Исходные данные:
• протяженность участка - 698 м;
• действующая распределенная нагрузка от транспорта - 40 кН/м2.
Конструкция насыпи:
• средняя высота - 0,5 м;
• ширина поверху - 8м;
• заложение откосов с применением лежневого настила - 1:1, для конструкции с геосетками - 1:2;
• грунт насыпи - песок мелкий.
Грунтовое основание:
1. торф, тип II - 2,7 м;
2. торф, тип 1Б - 0,3 м;
3. суглинок - 2 м.
Слои приведены в порядке соответственно нумерации от вышележащих к нижележащим от основания насыпи со средним значением толщины для данного участка (см. таблицы 1 и 2).
Армирование насыпи: Первый вариант - лежневая дорога III типа на болотах II типа [8]. Второй вариант - конструкция № 3 альбома типовых конструкций «Стеклонит» - армированная обойма высотой 0,5м из ССП 30/30 -2,5 в теле насыпи с укладкой в поперечном направлении [2].
Таблица 1
Тип материала Тип элемента Тип интегрирования Общее количество элементов
Грунт 6-узловой треугольник 3-точечная Гаусса 209
Геосетка 3-узловая линия 3-точечная Ньютона-Котса 33
Лежневый настил 3-узловая линия 3-точечная Гаусса 30
Таблица 2
Характеристики грунтов_
Характеристика слоя в виде модели грунта Мора-Кулона Тип грунта
1 2 3 4 5
Насыпной грунт (Песок) Торф, тип 1Б Торф, тип II Торф, тип III Cуглинок
Тип водонасыщения Ненасыщ. Насыщ. Насыщ. Насыщ. Насыщ.
Yunsat [kN/m3] 16,3 1,6 1,2 0,8 16,7
Ysat [kN/m3] 18,0 14,4 15,1 15,7 19,8
kx [m/day] 2,0 0,01 0,15 1,5 0,01
ky [m/day] 2,0 0,01 0,3 3,0 0,01
Eref [kN/m2] 38000 210 140 35 14000
V [-] 0,3 0,35 0,35 0,35 0,33
Gref [kN/m2] 14615,385 77,778 51,852 12,963 5263,158
Eoed [kN/m2] 51153,846 337,037 224,691 56,173 20743,034
Cref [kN/m2] 4 7 4 3 23
Ф [0] 36 12 17 19 21
Где Yunsat, [кЫ/ш3]- нормативный удельный вес грунта, Ysat - удельный вес частиц грунта, V - число Пуассона. К прочностным характеристикам отно-
сятся угол внутреннего трения Ф, [4, с. 55]; и удельное сцепление, С^, [кЫ/ш2]. Деформационными характеристиками являются модуль деформации Бге^ [кЫ/ш2], Боеа -модуль упругости.
<<Ш11ШетиМ~^®и©Ма[1>>#2(1!4)),2©2© / TECHNICAL SCIENCE 39
Рис. 1. Модель деформированной конструкции с применением лежневого настила
Максимальная деформация по оси дороги с применением настила составила 0,5 м (на рис. 5 -синяя линия). При моделировании в программном комплексе геотехнических расчетов «Plaxis 2D V9» при заданных условиях коэффициент устойчивости
составляет Куст = 1,65 (на рис. 6 - красная линия). Это означает, что конструкция устойчива, так как значение выше минимально допустимого Куст.щт = 1,3.
Рис. 2. Модель деформированной конструкции с армированием геосеткой
■ЛИО
Рис. 3. Полные деформации конструкции с применением лежневого настила
Максимальная деформация по оси дороги с армированием составила 0,47 м (на рис. 5 - розовая линия). При моделировании в программном комплексе геотехнических расчетов «Plaxis 2D V9» при заданных условиях коэффициент устойчивости при этом составляет Куст = 1,6 (на рис. 6 - зеленая линия). Это означает, что конструкция устойчива, так как значение выше минимально допустимого Куст.1шп = 1,3. Также стоит отметить более плавную траекторию роста графика изменения коэффициента устойчивости земляного полотна с армированием геосеткой по сравнению с поведением линии графика красного цвета.
В сравнении с конструкцией земляного полотна на лежневом настиле армированная геосеткой насыпь также соответствует требуемому коэффициенту устойчивости. Разница в запасе прочности вариантов укрепления составляет 2-3%, превышая нормативный показатель на 26-27% [8].
При возведении насыпи происходит процесс сжатия и частичного выпора торфа II типа. Расползание отсыпаемого грунта в толще болота (особенно под откосами, где отсутствует лежневой настил) приводит к дополнительному расходу грунта на досыпку. Армирование геосеткой «ССП 30/30-2,5» выполняет функцию распределения нагрузки от вышележащего грунта и транспорта, снижая осадку и делая её равномерной [2].
40
TECHNICAL SCIENCE / «Ш11ШетУМ~^®УГМа1>#2(114)),2©2(1
Рис. 4. Полные деформации конструкции с армированием геосеткой
Рис. 5. График хода осадки: по оси х - теоретические перемещения узлов; по оси у - фаза нагрузки
Благодаря армированию геосеткой конструкция земляного полотна стала более устойчивой,
напряжения в грунте воспринимаются геосинтетикой, которая не даёт расползаться откосам и стабилизирует осадку [6, с. 58].
/ / / —--—"
/ X // 1 /
1J - - - -1
Рис. 6. График изменения коэффициента устойчивости: по оси х - теоретические перемещения узлов; по оси у - коэффициент безопасности. На графике красного цвета: вариант дороги с применением лежневого настила. На графике зеленого цвета: вариант дороги с применением геосетки.
После рассмотрения результатов расчета становится очевидно, что обеспечивается существенное увеличение устойчивости конструкции до требуемых показателей со значительным запасом прочности, а также уменьшается количество требуемого насыпного грунта на 63,7% на болоте II типа.
Расчет экономического эффекта
Рассмотрим экономический эффект применения геосетки «ССП 30/30-2,5» для армирования насыпи на болоте II типа с использованием торфа в основании. Расчет был произведен на основании
«C@yL@qyiym-J®yrMaL»#2íl4),2©2© / TECHNICAL SCIENCE
41
данных об объекте строительства, а именно автомобильной дороги на одной из дожимных насосных станций Самотлорского месторождения.
Конструкция насыпи:
- Ширина поверху - 8 м;
- Высота насыпи - 0,5 м;
- Заложение откосов - 1:1, для конструкции с геосетками - 1:2;
- Грунт насыпи - песок мелкий;
- Длина участка насыпи - 698 м.
Объём грунта, требуемого для отсыпки земляного полотна с укреплением насыпи лежневым настилом:
- V гр+ос = 18 420 м3.
Объём грунта, требуемого для отсыпки насыпи с учётом осадки при армировании геосетками:
- V гр+гео = 6 685 м3 ( что в 2,8 раз меньше первого варианта).
- То есть, экономия объёма отсыпаемого грунта составит:
- Л= 12 435 м3.
Стоимость грунта в требуемом для первой рассматриваемой технологии объеме составит 4 791, 042 тысяч рублей. Стоимость грунта в требу-
емом для второй рассматриваемой технологии объеме составит 1 738, 769 тысяч рублей. Тогда экономия денежных затрат на грунт составит 3 052, 274 тысяч рублей в уровне цен 2019 года [7].
Длина сетки в обойме - 25 м (с учётом нахлё-ста 0,2 м), ширина рулона - 4 м, количество рулонов на всю длину участка - 184 штуки. Площадь одного рулона:
£ = 25 ■ 4 = 100м2
рулона
Тогда площадь геосинтетических материалов, требуемая для армирования насыпи составит:
80бщ = 184-100 = 18400м2
При цене геосетки «ССП 30/30-2,5 Нефтегаз-Грунтсет» - 55,86 рублей за м 2 (с НДС) стоимость геоматериала составит [7]:
Р = 18400- 55,86 = 1027824рублей Стоимость геосинтетического материала (геосетки) - 1 027, 824 тысяч рублей.
Объем потребных лесоматериалов для традиционной технологии - 13 021 м3. При цене 2 364,73 рубля за м3 стоимость лесоматериалов составит 30 791,149 тысяч рублей. Результаты расчета сведены в таблицу 3 [7].
Таблица 3
Количество и стоимость потребных материалов сравниваемых технологий строительства
Сравниваемая техноло- Дорожная насыпь с устройством Дорожная насыпь с устройством кон-
гия строительства лежневого настила структива из ГСТМ
Материалы Кол-во, м3 Стоимость, тыс. руб. Кол-во Стоимость, тыс. руб.
Грунт (песок мелкий) 18 420 4 791, 042 6 685 м3 1 738, 769
Лесоматериалы круглые 1 628,3 3 850, 477 - -
ГСТМ - - 18 400 м2 1 027, 824
ИТОГО 31 441 3 855, 268 25 085 2 766,59
По полученным результатам расчета, наблюдается экономия стройматериалов, следовательно, и трудовых ресурсов, и механизмов (до 25% выгоды), снижается амортизация механизмов. Экономический эффект при использовании альтернативной технологии строительства составляет 1 088,68 тыс. рублей [9, с. 134].
Выводы
При возведении насыпи на слабых болотных грунтах с устройством лежневого настила происходят значительные потери грунта (последующая досыпка до рабочих отметок), такой вариант укрепления считается материально затратным и трудоёмким, а главное, менее экологичным. Конструкция с применением современных геосинтетических материалов для армирования земляного полотна является более успешной альтернативой для строительства на болотных грунтах, так как применение геосеток позволяет сократить потери грунта, стабилизировать насыпь, делая осадку более равномерной и повысить общую устойчивость, о чём свидетельствуют проведенные расчёты. Обойма из стеклянной геосетки «ССП 30/30-2,5 Нефтегаз -Грунтсет» в нижнем слое насыпи позволяет увеличить устойчивость конструкции на 23% свыше требуемого коэффициента устойчивости. Ко всему
прочему, такой подход к укреплению насыпи земляного полотна является более экологичным, поскольку исключает использование значительных объёмов древесины при строительстве.
Таким образом, при меньшей стоимости материалов и меньшей трудоёмкости процесса армирование геосеткой обеспечивает показатели прочности и значения осадки насыпи земляного полотна автодороги на болотах аналогичные укреплению насыпи лежневым настилом.
Список литературы
1. Alekseev I., Abakumov E., Akimov L., Vorona-Slivinskaya L. Geoelectrical survey of active layer depth in urban and mature environments of Yamal Region. В сборнике: MATEC Web of Conferences. conference proceedings. 2018. С. 02024.
2. Альбом типовых конструкций с использованием геосинтетических материалов производства компании "Стеклонит" [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://meganorm.ru/Index2/174293841/4293841153.ht m (дата обращения: 17.05.2018).
3. Бабина Ю.В., Москвин В.В. Экономическая география России. Учебник. - Москва: ИНФРА-М, 1999. С. 305.
TECHNICAL SCIENCE /
42_
4. Ворона-Сливинская Л.Г., Сакаева Л.Р. Применение геосеток при строительстве автомобильных дорог на слабых грунтах нефтяных месторождений Западной Сибири. В книге: Приоритетные направления развития науки и образования. Под общ. ред. Г.Ю. Гуляева. Пенза, 2018. С. 53-61.
5. Voskresenskaya E.V., Snetkov V., Ponoma-renko A., Vorona-Slivinskaya L.G. Ecological and economic mechanism for the formation of environmental measures in the gas extraction constructions. В сборнике: E3S Web of Conferences. 2019. С. 08014.
6. Захарова А.В., Шемякин С.А. Новые искусственные материалы промышленного изготовления для объектов нефтяного и дорожного строительства // Научный журнал Нефтяное хозяйство. 2004. № 3. С. 57-61.
7. Прайс-лист группы компаний «Росполи-мерстрой». [Электронный ресурс]/ Режим доступа: https ://rpstroi.ru/catalog/geosetka-geomaty-geokompozit/setka-ssp-30-30-2-5-neftegaz-gruntset/ (дата обращения: 17.05.2019).
8. Технологическая карта на строительство лежневых дорог. URL: http://docplayer.ru/70431551-Tehnologicheskaya-karta-na-stroitelstvo-lezhnevyh-dorog.html.
9. Томсон А.Л., Ворона-Сливинская Л.Г. Модульные платформы: современные практика и теория создания новых продуктов и сервисов. Проблемы управления рисками в техносфере. 2010. № 3 (15). С. 132-135.
