CC BY
43
УДК 622.271; 625.7/8 (075)
Костромин Михаил Витальевич Mikhail Kostromin
Попова Юлия Тимофеевна Yuliya Popova
УКРЕПЛЕНИЕ АВТОДОРОГ И СЪЕЗДОВ ГЕОТЕКСТИЛЬНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ГЛУБОКОЗАЛЕГАЮЩИХ РОССЫПЕЙ ЗАБАЙКАЛЬЯ
STRENGTHENING OF HIGHWAYS AND SLOPES BY GEOTEXTILE MATERIALS DURING DEEP LOOSE DEPOSITS DEVELOPMENT IN TRANSBAIKALIE
Дано решение актуальной проблемы при строительстве и эксплуатации съездов при разработке глубокозалегающих многолетнемерзлых россыпей Забайкалья с использованием автомобильного транспорта на вскрышных работах. Отмечается, что высокие и стабильные механические и физические свойства геотекстильных полотен, простота их укладки позволяют создавать прослойки различного назначения как в земляном полотне, так и в слоях дорожных одежд. Излагается актуальность проблемы использования синтетических материалов для армирования, которые позволят увеличить прочность дорожной одежды по критериям упругого прогиба и сдвига, а также получить ощутимый экономический эффект при эксплуатации предприятия с небольшой производственной мощностью
Ключевые слова: россыпь, многолетнемерзлые породы, армирование, съезд, геотекстильные материалы, синтетические материалы, упругий прогиб, прочность дорожной одежды по сдвигу, экономический эффект
This paper gives a solution to current problems in the construction and maintenance of slopes during deep permafrost loose deposits in Transbaikalie by means of road transport in the process of stripping works. It is noted that high and stable mechanical and physical properties of geotextile road-beds and the ease of their laying allows to produce interlayers for various purposes, as in the earthen road-beds and in the layers of road pavements. The importance of the problem of using synthetic materials for reinforcement, which will increase the strength of the pavement according to the criteria of elastic bending and shear, is described, and also it'll help to get a significant economic effect in the process of enterprise with a small production capacity functioning
Key words: loose deposit, permafrost rocks, reinforcement, slope, geotextiles, synthetic materials, elastic deflection, strength of pavement due to shift, economic effect
Основной целью применения геотекстильных материалов при армировании автомобильных дорог и съездов является создание благоприятных условий для надежной и экономичной работы автомобиль-
ного транспорта при разработке глубокоза-легающих многолетнемерзлых россыпей. В районах с влажным и холодным климатом на участках с неблагоприятными грунто-во-гидрологическими условиями должны
быть предусмотрены меры по обеспечению устойчивости дорожной одежды и земляного полотна. Запроектированная дорожная одежда должна быть не только прочной и надежной в эксплуатации, но экономичной и, возможно, менее материалоемкой, особенно по расходу дефицитных материалов и энергии, а также должна соответствовать экологическим требованиям.
Геотекстильные материалы для армирования автодорожного полотна в условиях Забайкалья впервые применены при разработке глубокозалегающей россыпи р. Шер-кунча, расположенной в верхнем течении р. Нижняя Борзя. Ведение вскрышных работ на данной россыпи до глубины 3,0 м выполняется при помощи бульдозера Д-355 с двусторонним отвалообразованием, а ниже 3,0 м вскрышные работы производятся по транспортной схеме разработки с примене-
Сложная мерзлотно-геологическая характеристика месторождения (оттаивание мерзлых пород весной) и начало ливневых дождей в осенние месяцы приводят к набуханию глинистых и мелкодисперсных частиц, что приводит к нарушению целостности проезжей части съезда и проседанию грунта автодороги. Дорога становится труднопроходимой, в результате затрудняется движение автотранспорта. Бывают случаи схода автотранспорта с намеченной траектории движения, в результате чего техника выходит из строя. В связи с этим на предприятии принимаются меры по дополнительной отсыпке дороги крупнокусковатой породой. Для этой цели необходимо заимствовать один экскаватор и один-два автосамосвала с участка вскрышных работ, что влечет снижение производственной мощности по данному участ-
нием экскаваторов HITACHI на выемке и погрузке массы и транспортировке ее при помощи автосамосвалов БелАЗ-540 во внешние отвалы.
Для вывозки горной массы из разреза в каждом блоке устраивается съезд вдоль северного борта карьера. Формирование съезда производится постепенно, по мере отработки каждого уступа. При этом съезд располагается на площади блока, сопредельного с вскрываемым блоком. Ширина съезда должна быть не менее 16,0 м.
Борт карьера в предельном положении отстраивается с оставлением бермы безопасности шириной 3,0 м между двумя уступами. При этом высота верхнего уступа проектом принимается 10,0 м, а высота нижнего зависит от общей высоты борта и колеблется от 3,0 до 10,0 м (рис. 1).
t5D
ку. Вследствие чего предприятию наносится значительный экономический ущерб.
Нами предлагается использовать геотекстильные материалы для укрепления съездов и автодорог внутри разреза. Проектирование нежестких дорожных одежд представляет собой единый процесс конструирования и расчета одежды и осуществляется согласно Инструкции ВСН 46-83 [1].
Дорожные одежды проектируют на перспективный период до очередного капитального ремонта. Этот период для дорог с усовершенствованными капитальными покрытиями принят в среднем 15 лет, с усовершенствованными облегченными — 10 лет, с переходными — 6...8 лет.
Одним из путей повышения эффективности строительства автомобильных дорог стало применение синтетических матери-
Рис. 1. Поперечный разрез карьера
алов (СМ). К синтетическим материалам относятся смолы, волокна, тканые и нетканые полотна, сетки, решетки, пленки, пластмассы.
Синтетические материалы выполняют ряд функций, позволяющих повысить эксплуатационную надежность и сроки службы дорожной конструкции:
1) армирование (усиление дорожных конструкций в результате перераспределения СМ, возникающихв массиве при действии нагрузок от транспортных средств и напряжений);
2) дренирование (ускорение отвода воды) или гидроизоляции (уменьше-
ние притока в земполотно поверхностных вод);
3) защиты (предотвращение или замедление процесса эрозии грунтов, предотвращение взаимопроникания материалов контактирующих слоев, в том числе работа в качестве фильтра).
Отечественной промышленностью выпускается целый ряд геотекстилей, наиболее популярным из них является дорнит [2].
Технология производства геотекстильного полотна оказывает большое влияние на свойства материала (см. таблицу) [3].
Характеристика геотекстильных материалов
Материал Поверхностная плотность, г/м2 Ширина/толщина, м Прочность на растяжение (вдоль/поперек), Н/м2 Коэффициент фильтрации, м/ сут
Нетканый с семенами трав ТУ-412-17-88 80...90 2,0/0,005 180.200
Армодор, нетканый иглопробивной тер-моупрочненный из полипропилена и лавсана 160 4,0/0,001 50/80 30.40
Нетканый иглопробивной полиамидный ТУ-6-06-С105-84 500 1,5/0,003 180.200/110.140 130
Нетканый иглопробивной полипропиленовый 520 2,4/0,004 110.160/90.150 8.15
Свтекс, нетканый иглопробивной из полиамида 600 2,4//0,004 90.120/50.80 150
Дорнит, нетканый иглопробивной из смеси волокон 600 2,5/0,004 90.120/50.90 150
Армодор, пленочный изополивилхлорид-ного сырья, гидроизоляционный 1500 1,4/0,004 60.80/30.45
Основные виды геотекстиля относятся к рулонным нетканым иглопробивным материалам, полотно которых имеет ширину до 2,5 м. В отличие от тканых полотен нетканые холсты имеют беспорядочную спутанно-волокнистую структуру, технология формирования которой намного проще, производительнее и менее трудоемка, чем производство тканей.
Высокие и стабильные механические, физические свойства полотен, простота производства работ позволяют без затрудне-
ний создавать из них прослойки различного назначения как в земляном полотне, так и в слоях дорожных одежд.
На участках автодороги предусматривают прослойку в виде обоймы (рис. 2) со сплошной укладкой полотен в поперечном направлении в нижней части насыпи. Высота обоймы не должна превышать максимально допустимой величины, принимаемой в зависимости от модуля деформации геотекстильного материала Е.
Рис. 2. Поперечные профиль насыпи с разделяющими геотекстильными прослойками: 1 - песчано-гравийная смесь (Н); 2 - слой геотекстиля; 3 - крупнообломочный
материал (Н2); 4 - верхний горизонт многолетнемерзлых грунтов (ВГВМГ) в естественныхусловиях; 5 - то же, после постройки насыпи; 6 - пойменный аллювий, сложенный илисто-глинистым материалом с небольшим количеством
дресвы и мелкой гальки
При проектировании дорожных одежд переходного типа, выравнивание которых не сопряжено со значительными затратами (щебеночные, гравийные и подобные им покрытия), допускают возможность более значительного накопления остаточных деформаций под действием движения. Во всех случаях для оценки напряженного состояния конструкции используют решения теории упругости.
Согласно методике, приведенной в Инструкции по расчету дорожных одежд нежесткого типа для карьерных дорог под автосамосвалы грузоподъемностью 40...42 т, принимается толщина покрытия из пес-чано-гравийной смеси (Н1 = 10.15 см) и рассчитывается толщина основания рудо-возной дороги из крупнообломочного материала (Н2 = 25.30 см). Общая толщина дорожной конструкции, с учетом подстилающего слоя, составит 50 см. Данная конструкция дороги обеспечивает требуемый для автосамосвалов эквивалентный модуль упругости 120 МПа.
Упругий прогиб дорожной одежды, являясь показателем жесткости, характеризует прочность одежды, которую можно оценить, сопоставляя фактический модуль упругости с требуемым модулем Етр, вычисляемым с использованием величины
допустимого упругого прогиба. Требуемый модуль Етр определяется графически в зависимости от вида расчетной нагрузки и перспективной эквивалентной интенсивности движения на одну полосу Nр.
Прочность дорожной одежды по критерию упругого прогиба находится по формуле
E = К х Е , Па,
общ пр mp7
(1)
где Еобщ — общий модуль упругости дорожной одежды, Па;
Кпр — коэффициент прочности.
Прочность дорожной одежды по критерию упругого прогиба без применения усовершенствованного покрытия составит 115 Па.
Прочность дорожной одежды по критерию упругого прогиба с применением усовершенствованного покрытия (геотекстильного материала) составит 170 Па.
Отсюда следует, что с применением усовершенствованного покрытия прочность дорожной одежды по допустимому упругому прогибу возрастает в 1,5 раза по сравнению с обычными дорожными одеждами, представленными местными грунтами.
Прочность дорожной одежды по сдвигу находится по формуле
К = Ка х К , Па, (2)
ооп п' 7 4 '
где Т — активное напряжение сдвига, Па;
Тдоп — допускаемое напряжение сдвига, обусловленное сцеплением в грунте или материале, Па;
Кпр — коэффициент прочности.
Т= = сх К, хК0 хК0, Па,
доп 1 2 3~
(3)
где с — сцепление в грунте активной зоны земляного полотна в расчетный период или в материале малосвязного слоя, Па;
К — коэффициент, учитывающий снижение сопротивления грунта или малосвязного материала сдвигу под агрессивным воздействием подвижных нагрузок, колебаний и т.п. (К = 0,6 при расчете на действие движущихся автомобилей; К1 = 0,9 при расчете на действие неподвижной нагрузки);
К2 — коэффициент запаса на неоднородность условий работы дорожной одежды, связанный с недоучетом неблагоприятных природных воздействий, с технологическими и другими причинами; влияние этих факторов зависит от интенсивности движения и может быть определено графически, при N = 70 К2 = 1,9;
К3 — коэффициент, учитывающий особенности работы грунта и малосвязных материалов, обусловленные увеличением фактического сцепления за счет явления ди-латаксии и зацепления частиц (принимаем для обычного полотна К3=1,5; для укрепленного геотекстильным материалом К3 = 7,0) [1].
Прочность дорожной одежды без дополнительного укрепления по сдвигу составит 0,053 Па.
Литература_
Прочность дорожной одежды с укреплением геотекстительными материалами по сдвигу составит 2,15 Па.
Отсюда следует, что с применением усовершенствованного покрытия прочность дорожной одежды по сдвигу возрастает в 40 раз по сравнению с обычными дорожными одеждами, представленными местными грунтами.
На более опасных участках нужно использовать более жесткий материал, имеющий более высокий модуль упругости и повышающий сдвигоустойчивость [4].
По классификации дорожных одежд и покрытий дороги, находящиеся в зоне разработки россыпи можно отнести по типу одежды к низшим, а по виду покрытия, материала и способу его укладки — к переходным покрытиям (из щебеночно-гравийно-песчаных смесей; малопрочных каменных материалов и шлаков; грунтов, укрепленных или улучшенных различными местными материалами; древесных материалов и др.).
л о о
С внедрением этой технологии найдены положительные решения данной проблемы. Получен ощутимый экономический эффект, что важно при эксплуатации небольшого предприятия, такого как россыпь р. Шеркунча. В последующем технология армирования автодорог и съездов может быть применена и на других россыпных месторождениях со сложными мерзлотно-геологическими характеристиками [5].
_References
1. Проектирование автомобильных дорог: справочник инженера-дорожника / Под ред. Г.А. Федотова. М.: Транспорт, 1989. 437 с.
2. Млачнев Н.З., Тоболин В.С. Строительство линейных сооружений. Чита: ЧитГУ, 2006. 144 с.
3. Емельянович В.В. Особенности проектирования автомобильных дорог в зоне вечномерзлых грунтов. Чита: ЧитГУ, 2004. 132 с.
4. Костромин М.В., Попова Ю.Т. Способы применения геотекстильных материалов при разработке глубокозалегающих россыпей Забайкалья: материалы 6-й междунар. научной школы молодых
1. Proektirovanie avtomobilnyh dorog: Sprav-ochnik inzhenera-dorozhnika [Road design: handbook of highway engineers]: Ed. G.A. Fedotov. Moscow: Transport, 1989. 437 p.
2. Mlachnev N.C., Tobolin V.S. Stroitelstvo lineynyh sooruzheniy [Construction of linear structures]. Chita: ChitGU, 2006. 144 p.
3. Emeliyanovich V.V. Osobennosti proek-tirovaniya avtomobilnyh dorog v zone vechnomerzlyh gruntov [Features of designing automobile roads in the permafrost zone]. Chita: ChitGU, 2004. 132 p.
4. Kostromin M.V., Popova Yu.T. Materialy 6-y mezhdunarodnoy nauchnoy shkoly molodyh uchenyh i spetsialistov «Problemy osvoeniya nedr v XXI veke glazami molodyh» posvyashhennoy Godu molodezhi
ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» посвященной Году молодежи. М.: ИПКОН, 2009. С. 182-185.
5. Костромин М.В., Попова Ю.Т. Конструкция автомобильных съездов разреза при разработке глубокозалегающих россыпей: материалы V между-нар. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодые — наукам о земле». РГГРУ им. С. Орджоникидзе. Студенческое научно-техническое общество РГГРУ. М.: 2010. С. 229.
(Materials of the second international scientific school of young scientists and specialists «Problems of mineral resources development in the XXI century through the eyes of young» dedicated to the Year of Youth) Moscow: IPKON, 2009. P. 182-185.
5. Kostromin M.V., Popova Yu.T. Materialy V mezhdunarodnoy konferentsii studentov, aspirantov i molodyh uchenyh «Molodye — naukam o zemle». RGGRU im. S. Ordzhonikidze (Proceedings of the V International Conference between postgraduates and young scientists «Young — earth sciences» RGGRU named after S. Ordzhonikidze). Student Scientific and Technical Society RGGRU. Moscow, 2010. P. 229.
Коротко об авторах_
Briefly about the authors
Костромин М.В., д-р техн. наук, профессор, Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия
ogr_chitgu@mail. ги
M. Kostromin, doctor of technical sciences, professor, Transbaikal State University, Chita, Russia
Научные интересы: проблемы разработки россыпных месторождений дражным и гидромеханизированным способами
Scientific interests: problems of loose deposits development by dredging and hydro-dredging methods.
Попова Ю.Т., ст. преподаватель, Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия [email protected]
Научные интересы: повышение экологической безопасности при разработке россыпных месторождений
Yu. Popova, senior teacher, Transbaikal State University, Chita, Russia
Scientific interests: improving of environmental safety during loose deposits development
