CC BY
92
ТРАНСПОРТНЫЕ ОБЪЕКТЫ •
Федеральная автодорога «Амур» Чита—Хабаровск: геокриологические проблемы и пути их решения
В.Г. КОНДРАТЬЕВ, научный руководитель НПП «ТрансИГЭМ», д-р геол.-мин. наук, профессор
Федеральная автодорога «Амур» Чита—Хабаровск является одной из крупнейших современных строек в России. Ее строительство, начатое в 1978 г., намечено завершить в 2010 г.
Дорога протяженностью 2165 км пересекает Забайкалье и Приамурье — территории с весьма неоднородными геоморфологическими, геолого-тектоническими и ландшафтно-климатическими условиями, что предопределяет значительную неоднородность инженерно-геокриологических условий трассы. Здесь есть районы с очень сложными, сложными, относительно сложными и относительно простыми инженерно-геокриологическими условиями. Сложность условий в основном предопределяется наличием и льдистостью многолетнемерзлых пород, их просадочностью при оттаивании, а также пучинистостью при промерзании сезонно-талых и сезонно-мерзлых грунтов. При строительстве и эксплуатации дороги происходят изменения мерзлотной обстановки и активизируются неблагоприятные инженерно-геокриологические процессы и явления, в частности, термокарст, пучение, солифлюк-ция, термоэрозия, наледи и др. [2, 3].
Необходимо особое внимание к геокриологическим исследованиям на федеральной автодороге «Амур», имея в виду предстоящее завершение строительства, асфальтирование и ввод в пос-
тоянную эксплуатацию. Тем более, что какого-либо геокриологического обоснования изысканий, проектирования и строительства автодороги за прошедшие десятилетия выполнено не было. Отсутствие надлежащей геокриологической информации часто приводит либо к недооценке опасности возможных инженерно-геокриологических процессов и явлений и применению ненадежных технических решений и конструкций элементов дороги, либо наоборот, к переоценке такой опасности и применению излишне дорогостоящих и длительных по исполнению технических решений и конструкций.
Вот лишь два примера.
Пример 1. Высокая насыпь на подходе автодороги «Амур» к переходу через руч. Чичон, 247 км. Здесь неравномерная осадка насыпи высотой до 20 м отмечается с мая 2001 г, вскоре после сдачи участка в постоянную эксплуатацию. За 5 лет просадка поверхности дороги местами составила около 2 м (рис. 1), несмотря на периодическую досыпку грунта и выравнивание профиля.
Поперечными и диагональными трещинами шириной до 15—20 см разби-
ты проезжая часть дороги, обочины, откосы насыпи, а также поверхность, непосредственно прилегающая к насыпи. Деформируется также металлическое ограждение дороги. Участок аварийный. Скорость движения автомобилей ограничена до 40 км/час при проектной 100 км/час.
В сентябре 2006 г. ЗАО «Труд» по проекту кооператива «Азимут» произвел ремонт 200-метрового участка (рис. 2).
Затрачено почти 10 млн руб. впустую, поскольку деформации участка продолжаются (рис. 3). Иного и не могло быть, так как не было проведено инженерно-геокриологическое обследование участка. Проектировщик, заказчик и подрядчик, не разобравшись в причинах деформаций участка, ограничились утепленной дренажной канавой и покрытием северного откоса насыпи так называемой «укрепляющей композицией из высоко-кремнеземистого и карбонатно-минерального сырья».
При этом были проигнорированы результаты обследования участка, выполненного ТрансИГЭМ в 2002 г. [2, 3] и показавшего, что деформации земляного полотна автодороги здесь происходят из-за деградации льдистых веч-номерзлых грунтов в основании насыпи, прогреваемой солнечными лучами и летними осадками. Ни дренажная канава, размещенная почему-то с низовой стороны насыпи, ни композитная обсыпка ее северного откоса никак не препятствуют деградации льдистой мерзлоты в основании автодороги, поэтому и бесполезным оказался ремонт участка в сентябре 2006 г. В основании дороги на участке все еще остается 15— 20 м многолетнемерзлого грунта, большей частью льдистого, просадочного и текучего при оттаивании, поэтому деградация вечной мерзлоты и, соответственно, деформации дороги в сложившихся условиях могут продолжаться десятки, если не сотню лет, о чем свидетельствует опыт Забайкальской желез-
• СТРОИТЕЛЬНЫЕ ОБЪЕКТЫ
Рис. 2. Состояние участка федеральной автодороги «Амур» Чита—Хабаровск, км 247, через 1 месяц после ремонта, произведенного ЗАО «Труд» по проекту кооператива «Азимут», октябрь 2006 г.
Рис. 3. Состояние участка федеральной автодороги «Амур» Чита—Хабаровск, км 247, через 11 месяцев после ремонта, произведенного ЗАО «Труд» по проекту кооператива «Азимут», август 2007 г.
ной дороги [1], параллельно которой и проходит автодорога «Амур».
Стабилизационные мероприятия на участке должны быть направлены, прежде всего, на прекращение дальнейшего развития деградации вечной мерзлоты в основании земляного полотна дороги [4]. Их выбор необходимо обосновать теплотехническими расчетами и сравнением конкурирующих вариантов. При этом в начале должна быть решена техническая задача — отобраны все возможные технические решения, обеспечивающие стабильность земляного полотна на льдистых грунтах, а затем — их экономическое сравнение, учитывая как строительные затраты, так и эксплуатационные расходы. Пытаться сразу найти дешевое решение — лишь потратить время и средства и не решить проблему стабилизации участка.
Пример 2. Противоналеднье мероприятия на переходах автодороги «Амур» через малье водотоки на км 1008 и км 1020. На переходах автодороги через водотоки на км 1008,1020,1022 шириной соответственно 5,4 и 10 м, из-за боязни наледей были запроектированы 4-х и 3-х пролетные мосты (рис. 4).
Дополнительные геокриологические исследования, проведенные ТрансИГЭМ по инициативе подрядной строительной организации, позволили оценить
реальную наледную опасность на водотоках и рекомендовать мероприятия по ее снижению. Это позволило ЗАО «Центр практической экологии — Экотерра» применить на км 1008 (рис. 5) и км 1020 более эффективные технические решения с использованием гофрированных металлических труб большого диаметра вместо мостов длиной 97 и 55 м.
Экономия средств и времени на строительство переходов очевидна. По информации подрядчика экономия средств составила 9 %, выигрыш во времени — 1,5 месяца.
И таких примеров по автодороге «Амур» множество. Во многом это обусловлено формализмом, поразившим в последние годы изыскания и проектирование, в частности, автомобильных дорог в криолитозоне. В условиях так называемого рынка и торгов на проект-но-изыскательские работы часто бывает достаточным купить лицензию и максимально упростить программу изысканий, сведя ее лишь к буровым работам, чтобы, даже не имея соответствующих специалистов, проводить инженерно-геологические изыскания в криолитозо-не. Устарели и нормативно-методические документы, на которые обычно ссылаются изыскатели и проектировщики дорог и которыми руководствуется экспертиза проектов. Мерилом качества изысканий, в особенности в криолито-
зоне, должны быть не физические объемы буровых работ, а полнота и достоверность полученной информации о закономерностях формирования и развития инженерно-геокриологических условий на трассе автодороги, которая позволяла бы ответить на вопросы: почему здесь такие инженерно-геокриологические условия, как они буду изменяться в связи с естественно-исторической динамикой природной обстановки и под воздействием техногенных факторов при строительстве и эксплуатации дороги, какие при этом возникнут неблагоприятные инженерно-геокриологические процессы и явления, какие мероприятия должны быть применены при сооружении и эксплуатации дороги для предотвращения или ослабления опасного воздействия этих процессов и явлений?
Материалы многочисленных изысканий, проведенных за десятки лет на трассе федеральной автодороги «Амур», не позволяют ответить ни на один из перечисленных вопросов. А без этого стабилизационные мероприятия будут необоснованны и неэффективны, а в ряде случаев и вредны, поскольку могут вызвать активизацию криогенных процессов.
Поэтому для обеспечения эффективной эксплуатации автодороги «Амур», проходящей по южной окраине области вечной мерзлоты и глубокого сезонного промерзания грунтов, что предопределяет постоянное изменение мерзлотных условий, необходимы: выявление закономерностей развития мерзлотных условий на трассе, систематический контроль их динамики и криогенного воздействия на элементы дороги, своевременное осуществление защитных мероприятий. Наиболее эффективно это возможно в рамках системы инженерно-геокриологического мониторинга автодороги «Амур» (СИГМА «Амур») [5-7], осуществляемой на единой научно-методической основе. Такая основа — Рекомендации по инженерно-геокриологическому обоснованию эксплуатации федеральной автомобильной дороги «Амур» Чита—Хабаровск разработаны в 2006 г. ТрансИГЭМ по заказу Федерального дорожного агентства России. Теперь необходимо на их основе разработать проект создания СИГМА «Амур», в котором следует детально проработать все организационные, финансовые, методические и технические аспекты инженерно-геокриологического сопровождения эксплуатации автодороги «Амур», в том числе текущего содержания, ремонта, капитального ремонта и реконструкции.
СТОИТЕЛЬНЫЕ ОБЪЕКТЫ •
Рис. 4. Трехпролетный мост длиной 55 м на переходе федеральной автодороги «Амур» Чита—Хабаровск через водоток шириной 10 м, км 1022, декабрь 2003 г.
Рис. 5. Водопропускная двух очковая металлическая гофрированная труба, построенная взамен 4-х пролетного моста длиной 97 м на водотоке шириной 5 м, км 1008 автодороги «Амур» Чита—Хабаровск, декабрь 2003 г.
Учитывая, что с начала изысканий прошли десятки лет, а строительство автодороги заняло три десятилетия, перед сдачей федеральной автодороги «Амур» Чита—Хабаровск в постоянную эксплуатацию на всем протяжении следует провести специальное инженерно-геокриологическое обследование ее для установления реальной геокриологической обстановки в теле и основании земляного полотна, полосе отвода и на прилегающей территории, на площадках искусственных сооружений. С помощью аэрофотосъемки, геофизических методов, бурения, инженерно-геокриологического обследования, режимных наблюдений, лабораторных и камеральных исследований необходимо установить состав, криогенное строение, физико-механические и теплофизические свойства, распространение, температурный режим, условия залегания и мощность сезонно- и много-летнемерзлых и сезонно-талых грунтов, развитие криогенных процессов и явлений. В итоге анализа полученных материалов и данных предшествующих изысканий должны быть выявлены общие и частные закономерности формирования и развития геокриологических условий в зависимости от геолого-географических
факторов, конструктивных и технологических особенностей элементов автодороги.
На этой основе, с использованием математического и физического моделирования в сочетании с теплотехническими расчетами следует выполнить геокриологическое прогнозирование с целью получения научно обоснованного, конкретного в пространстве и времени представления о характере возможного изменения инженерно-геокриологической обстановки на трассе магистрали вследствие естественных природных процессов и техногенных воздействий при строительстве и эксплуатации автодороги.
Эти данные позволят разработать превентивные мероприятия по управлению инженерно-геокриологической обстановкой на трассе, цель которого — создание оптимальных условий эксплуатации автомагистрали и охраны природы на прилегающей территории.
Чем раньше начнется создание и функционирование системы инженерно-геокриологического мониторинга федеральной автомобильной дороги «Амур» Чита—Хабаровск, тем более надежной и безопасной она будет, тем
меньше будут непроизводительные расходы при ее эксплуатации.
Было бы логично к 2010 г. не только завершить строительство дороги, но и обеспечить ее защитой от опасных инженерно-геокриологических процессов и явлений — создать систему инженерно-геокриологического мониторинга федеральной автомобильной дороги «Амур» Чита—Хабаровск, сравнимой с Транссибом и БАМом по значению для развития Забайкалья и Дальнего Востока.
Без этого автодорога «Амур» будет обречена на перманентный ремонт, постоянные ограничения скорости движения автомобилей и колоссальные в связи с этим финансовые и материальные потери государства. В выигрыше будут лишь проектно-изыскательс-кие и дорожно-строительные организации, главным образом, те из них, которые запроектировали и построили эту дорогу. Не останется в накладе и заказчик, поскольку все новые и новые средства пойдут через него на ремонт и содержание дороги.
Литература
1. Кондратьев В.Г. Технико-экономическое обоснование стабилизации земляного полотна на сильнольдистых вечномерзлых грунтах одного из участков Забайкальской железной дороги // Ж.-д. транспорт. Сер. «Строительство. Проектирование»: ЭИ/ЦНИИТЭИ МПС.— 1997.-Вып. 2. — С. 1—53.
2. Кондратьев В.Г. О геокриологическом обосновании изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации автодороги Чита—Хабаровск / Материалы научно-практической конференции «Проблемы проектирования и строительства автомобильной дороги Чита—Хабаровск». — Иркутск: Иркутскгипро-дорнии, 2003. — С. 57-163.
3. Кондратьев В.Г. Не повторить ошибок БАМа // Дороги России XXI века, 2003, №5. — С. 17—19.
4. Кондратьев В.Г. Стабилизация земляного полотна и опор контактной сети и воздушных линий на вечномерзлых грунтах.— Чита: Чит-ГУ, 2005. — 241 с.
5. Кондратьев В.Г., Гарагуля Л.С., Соболева С.В., Потапов С.Ю. Концепция системы инженерно-геокриологического мониторинга федеральной автодороги «Амур» Чита—Хабаровск // Сергеевские чтения. Вып. 8 / Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии (Москва, 22 марта 2006) — М.: ГЕОС, 2006. — С. 221—224.
6. Кондратьев В.Г., Дементьев А.Д., Глухов А.П. Система инженерно-геокриологического мониторинга федеральной автодороги «Амур» Чита—Хабаровск как основа обеспечения ее безопасности / Материалы IX Всероссийской конференции с участием иностранных ученых «Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф», Барнаул, 2007. — С. 36—39.
7. Кондратьев В.Г., Соболева С.В., Потапов С.Ю. Система инженерно-геокриологического мониторинга как основа эффективной эксплуатации федеральной автодороги «Амур» Чита—Хабаровск / Материалы международной конференции «Теория и практика оценки состояния криосферы Земли и прогноз ее изменений», т. II, Тюмень, 2006. — С. 247—250.
