CC BY
70
Чижиков Илья Александрович
ChizhikovI.A.
Аспирант ФГБОУ ВПО «МГСУ», Москва
Graduate, Moscow E-mail: ilya2@mail.ru
Применение биопозитивных конструкций и технологии при строительстве грунтовых сооружений в сложных гидрогеологических условиях
Using biopositiveconstructions and processes in construction of soil structures under
complex hydrogeological conditions
Аннотация: В статье рассматривается предложенная автором биопозитивная конструкция грунтового сооружения в сложных гидрогеологических условиях на примере грунтовой дороги в Западной Сибири. Данная конструкция была предложена, как альтернатива применяемым экстенсивным методам, таким, как замена слабых грунтов основания на пески или щебень, или устройство лежневых настилов, характеризующихся высокой энерго- и материалоемкостью, наносящим существенный вред окружающей среде.
The Abstact: This article presents biopositive construction of soil structure under complex hydrogeological conditions using a road in Western Siberia. This construction was suggeste das alternative tot heapplied extensive methods, namely: replacement of the road base soft soils with sands or gravel, as well as road planking specified by high power and material consumption, causing significant damage to the environment.
Ключевые слова: биопозитивная конструкция, Западная Сибирь, слабые грунты, сложные гидрогеологические условия.
Key words: biopositive construction, Western Siberia, soft soils, complex hydro geological conditions.
***
Строительство грунтовых сооружений (ограждающих и водоупорных дамб и плотин, грунтовых дорог, полигонов ТБО, шламохранилищ и многих других) остается сейчас и будет оставаться в будущем одним из основных видов промышленного и гражданского строительства.
Строительство грунтовых сооружений производится на тех или иных природных основаниях, многие из которых характеризуются сложными гидрогеологическими условиями: болота, торфы, водонасыщенные глинистые грунты и т.д. Все эти составляющие ландшафта являются основой для развития различных экосистем, и преобразование этих оснований в техногенных целях ведет к серьезным преобразованиям природных экосистем.
Особое место среди грунтовых сооружений занимают линейные грунтовые дороги. В частности значительная доля строительства линейных грунтовых сооружений приходится на территорию Западной Сибири, которая служит источником поставки энергоресурсов на мировые рынки. Территория Западной Сибири представляет уникальный природный комплекс, в котором преобладают лесные и болотные экосистемы, территория которых характеризуется залеганием слабых водонасыщенных глинистых грунтов и торфов, что определяет специфику данного региона и диктует особые требования к конструкции и технологии строительства [13].
Значительная часть грунтовых дорог представлена дорожными насыпями. Строительство дорожных насыпей с применением экстенсивных методов, таких как замена слабых грунтов основания на пески или щебень или устройство лежневых настилов, характеризуется высокой энерго- и материалоемкостью, наносит существенный вред окружающей среде. В этих случаях наблюдается изменение гидродинамического режима, заболачивание территорий, образуется большое количество техногенных грунтов. Это определило постановку задачи в разработке «дружественных окружающей среде» технологий, биопозитивных проектных решений с применением современных строительных материалов.
В последнее время в строительстве широко применяются различные группы геосинте-тических материалов: нетканые геотекстили, геосетки, георешетки, объемные геоячеки, геоткани, дренажные композиты, геомембраны, противоэрозионные маты и. т.д. МГСУ на базе НП и УЦ «ЭКОГЕОС» с участием автора были проведены научно-исследовательские работы по разработке и проектирование различных грунтовых сооружений с использованием геосин-тетических материалов [1]. Это позволило сформировать определенные требования к биопо-зитивным конструкциям, разработка которых осуществлялась исходя из предпосылок, направленных на снижение негативных воздействий.
Биопозитивная конструкция и технология строительства должны обеспечить:
снижение объема техногенных грунтов, образующихся в процессе строительст-
ва;
• снижение материало- и энергоемкости решения;
• минимизации воздействий на геологическую среду;
• не допустимости изменений гидродинамического режима.
В ходе исследований рассматривались сложные участки грунтовых дорог в сложных гидрогеологических условиях на территории Западной Сибири близ г. Салым. На рис. 1 представлен продольный профиль одного из исследуемых участков. Мощность слабых грунтов представленных торфами доходила до 6 м.
Рис. 1. Продольный профиль насыпи ПК 31- ПК 58+40
Поэтому применение традиционных методов строительства грунтовых сооружений связанных с выторфовкой (рис.2) или устройством лежневых настилов (рис.3) повлекут значительные экономические и экологические потери.
В качестве биопозитивной конструкции рассматривались несколько вариантов, с использованием различных геосинтетических материалов, раннее применяемых в грунтовых сооружениях. Основными критериями была обеспечение экологической безопасности при наименьших экономических потерях.
Рис. 2. Продольный профиль насыпи ПК 31- ПК 58+40
Рис. 3. Продольный профиль насыпи ПК 31- ПК 58+40
Наиболее оптимальным оказался вариант с высокопрочной геотканью. Так как геоткань выполняет сразу несколько функций, армирование, разделение слоев и фильтрация. Кроме того, технология работы с геотканью позволяет сшивать полотна, образуется большие куски способные перекрывать участки до 50-100 м.
Автором предложена биопозитивная конструкция (рис. 4).
Рис. 4. Схема биопозитивной конструкции из геоткани
Помимо биопозитивной конструкции не использующей выторфовку и лежневку была предложена технология возведения дорожной насыпи обеспечивающая высокую скорость строительства с минимальными затратами (рис. 5).
Рис. 5. Схема монтажа биопозитивной конструкции грунтовой дороги в сложных гидрогеологических условиях
После проведения монтажных работ автором осуществлялся мониторинг. Мониторинг состоял из визуальных и инструментальных наблюдений. Визуально осуществлялся контроль изменения формы конструкции насыпи, фиксировалось образование локальных провалов, воронок, деформаций конструкции. Для измерения вертикальных перемещений земляного полотна использовался тахеометр марки NET 1.
Период наблюдений был установлен на основании расчета времени полной стабилизации осадок основания на основе теории фильтрационной консолидации грунтов. Фактические осадки на момент завершения наблюдений достигли 9G % расчетных значений. Значения осадок земляного полотна были рассчитаны по двум методикам: ВСН 26-9G и методом слоя ограниченной мощности, которые дали близкие результаты.
Наблюдения за осадками насыпи включали несколько циклов. Первый цикл съемок -последовательный, по мере возведения дороги, который составил 20 суток. Последующие 8 циклов проводились сразу по всем водопропускам на всем протяжении участка. Первые 10 месяцев характеризуются интенсивным развитием осадок. Затем приращения осадок уменьшаются и через 20 месяцев, после начала строительства дороги они составили - не более 2 см./мес., что свидетельствует о завершении процесса консолидации. Следует отметить, что сразу же после строительства грунтовое сооружение (дорожная насыпь) была введена в эксплуатацию.
Значения расчетной фактической осадки через 10 и через 20 месяцев демонстрирует рисунок 6.
Значения расчетной и фактической осадки через 10 и 20
месяцев
го
ІСІ
тГ
+
т- ГО г— 00
ш ш ш ш
с
с
с
С
с
с
с
с
■БЮрасч
■ЗЮфакт
■ 320расч
■ ЭЭОфакт
Рис. 6. Значения расчетной и фактической осадки (по вертикали) через 10 и 20 месяцев (по горизонтали номера пикетов (через 200м.), по вертикали - значения осадки, м)
Анализ данных натурных наблюдений позволил установить:
• На всем протяжении участка в биопозитивной конструкции не выявлено местных разрушений земляного полотна и дорожной одежды;
• Значения фактических осадок оказались несколько меньше расчетных. При этом не зафиксировано прямой зависимости осадки от мощности слабого слоя.
• Грунтовая дорога находится в устойчивом состоянии на всем наблюдаемом участке, при этом нет необходимости в проведении ремонтных работ.
Эти результаты получили полномасштабное внедрение в практике строительства грунтовой дороги в Западной Сибири (п. Салым), а также использовались при разработке СТО 80193846-007-2012 «Рекомендации по применению биопозитивных конструкций в сложных гидрогеологических условиях» [2].
Вывод.
Предложенная биопозитивная конструкция с применением геосинетитческих материалов разработана и внедрена с целью наименьшего воздействия на окружающую среду при строительстве дорожных насыпей, кроме того геосинтетическийматериал подбирался таким образом, чтобы обеспечить наибольшую эффективность и технологичность строительства. Данные мониторинга подтверждают надежность и долговечность биопозитивной конструкции.
Полученные результаты дают основание заключить что, применение биопозитивной конструкции и технологии является наиболее экологически безопасным методом строительства грунтовых дорог в сложных гидрогеологических условиях [3-5].
ЛИТЕРАТУРА
1. Научное сопровождение в составе рабочего проекта «Транспортная развязка на 19 км МКАД. Автодорога Беседы - Братеево. Расчетное обоснование армогрунтовой конструкции насыпи повышенной крутизны на слабом основании» / Отчет по х/д НИР №322, фонды МГСУ, М., 1999. - 45 с.
2. СТО 80193846-007-2012 «Рекомендации по применению биопозитивных конструкций в сложных гидрогеологических условиях», Волжск, 2012. - 20 с.
3. Применение технологий авиастроения в методах расчета и монтажа полимерных дорожных сеток / А. В. Кочетков, Р. М. Янабаев, М. А. Бушуев, М. В. Степанов // Строительные материалы, 2010, № 10. - С. 19 - 23.
4. Инновации в геоимплантатах: экопаркинги для мегаполисов / А.Л. Земляк, Н. Е. Кокодеева, М. В. Степанов, А. В. Кочетков // Строительные материалы, 2011, № 2. - С. 35 - 38.
5. Нормирование на основе оценки степени риска статистических показателей качества производства геосинтетических материалов и изделий / А.В. Кочетков, Н.Е. Кокодеева, М.В. Степанов и др. // Строительные материалы. 2011. № 10. - С. 42 - 45.
Рецензент: д.т.н., профессор СГТУ им. Гагарина О.В.Захаров
