О многолетнемёрзлых грунтах в дорожном строительстве Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

О МНОГОЛЕТНЕМЁРЗЛЫХ ГРУНТАХ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ Халиулина Л.Э.

£

Халиулина Лилия Эльверовна - инженер II категории, филиал

Инженерно-технический центр ООО « Газпром добыча Ямбург», г. Новый Уренгой

Аннотация: в статье анализируются принципы проектирования автомобильных дорог на вечномерзлых грунтах.

Ключевые слова: автомобильные дороги, вечномерзлые грунты, земляное полотно, дорожная одежда.

Проблема исследования многолетнемёрзлых грунтов и условий строительства на них имеет особую актуальность, так как около 13% площади России, весьма богатой природными ресурсами, находится в области распространения многолетнемёрзлых грунтов.

Многолетнемёрзлые грунты образовались около 0,7 млн. лет назад во время раннего плейстоцена, они находятся в мёрзлом состоянии много тысячелетий, лишь летом оттаивая на небольшую глубину (1.. .3 м).

В сооружениях, возведённых на ММГ без принятия особых мер, возникают совершенно недопустимые деформации, вплоть до аварийного разрушения.

Многолетнемёрзлые грунты вследствие наличия в них льдо-цементных связей при сохранении отрицательной температуры грунтов являются достаточно прочными природными образованиями. Однако при оттаивании порового льда по мере застройки территорий структурные льдо-цементные связи лавинно разрушаются, грунт переувлажняется талой водой и превращается в разжиженную массу, не способную обеспечить геостойкость построенных зданий, сооружений, как результат проявления тепловой просадки бывших многолетнемёрзлых грунтов. Такое явление называется термокарстом, что не совсем верно, поскольку процесс образования термокарста не связан с химическим растворением.

При проектировании земляного полотна автомобильной дороги руководствуются следующими принципами использования грунтов основания в мёрзлом или талом состоянии:

Первый принцип - сохранение вечномерзлых грунтов в основании земляного полотна в течение всего периода эксплуатации дороги (расчетное состояние грунта основания - мерзлое). Проектирование ведут на особо сложных по мерзлотно-грунтовым условиям участках (3-й тип местности) с низкотемпературной вечной мерзлотой на глинистых сильнопросадочных грунтах с влажностью выше предела текучести. Оттаивание грунта основания не допускается, так как может привести к недопустимым деформациям земляного полотна и разрушению дорожной одежды. Земляное полотно конструируют в насыпях (безрезервный поперечный профиль) из несцементированных обломочных грунтов с обязательным сохранением в

I 10 I

неразрушенном состоянии мохорастителъного покрова в основании насыпи и на всей дорожной полосе.

Второй принцип - частичное оттаивание мерзлых грунтов на величину обеспечивающую устойчивость земляного полотна с учетом допустимой осадки покрытия (расчетное состояние грунта основания - мерзлое). Проектирование ведут на сложных по мерзлотно-грунтовым условиям участка (2-й тип местности) с низкотемпературной вечной мерзлотой. При проектировании автомобильных дорог по принципу ограничения глубины оттаивания грунтов основания, исходя из допустимых деформаций, земляное полотно конструируют в соответствии с поперечными профилями. Допускается возводить земляное полотно из местных глинистых грунтов с закладкой сосредоточенных или притрассовых резервов. При этом запрещается убирать или разрушать мохорастительный покров в основании насыпи.

Расчет насыпи на устойчивость выполняется согласно обязательного приложения 4 ВСН 84-89 «Изыскания, проектирование и строительство автомобильных дорог в районах распространения вечной мерзлоты».

Устойчивость насыпи обеспечивается ее высотой, при которой ВГММГ будет сохраняться в критический по балансу тепла год Т1 (не более раза в 11 лет) на требуемой (допустимой) глубине и осадка насыпи при этом в оттаявшие грунты основания не будет превосходить допустимой величины.

Ориентировочные значения допустимой осадки Sд0п (см) завися от вида покрытия и типа дорожной одежды.

При проектировании насыпи по первому принципу осадка в процессе эксплуатации дороги не допускается. В этом случае расчет производим по формуле:

Н > Нк, (1)

где Н - высота насыпи, обеспечивающая устойчивость конструкции земляного полотна м;

НК- глубина сезонного оттаивания конструкции, включающей земляное полотно и дорожную одежду, м.

Для конструкции насыпи, состоящей из двух слоев с резко отличающимися теплофизическими характеристиками, глубину сезонного оттаивания каждого слоя рассчитывают по формулам:

для верхнего (дорожная одежда):

НС1 = Ни -К№-КП, (2)

для нижнего (материал основания или грунт земляного полотна):

НС2 = НС2 (3)

для нижнего (грунт земляного полотна или основания ):

НС2 = НС2 (4)

где НС1, НС2, НС3 - глубина сезонного оттаивания соответственно верхнего и нижних слоев, м;

НС1Н ,НС2Н ,НС3Н - нормативная глубина сезонного оттаивания первого, второго и третьего слоев, определяемая по картам (рисунок 1,приложения 4 ВСН 84-89);

КП - коэффициент, учитывающий интенсивность оттаивания материала дорожной одежды (Таблица 1,приложения 4 [1]);

- поправочный коэффициент на расчетную влажность материала дорожной, одежды и грунта насыпи, принимается по графикам на картах (Таблица 2 и рисунок1,приложения 4[1]);

Влажность слоев дорожной одежды и грунта насыпи при определении значения

в расчетах принимают близкой к оптимальной.

С учетом формул (2) - (3) глубину сезонного оттаивания конструкции насыпи определяют по методу эквивалентных слоев:

I 11 I

при двух слоях:

Нк = Ио2+Ь (1 - Нс2) , (5)

НС1

где h - толщина первого (верхнего) слоя, м. при трех слоях:

НК = Иеэ+Ь! • (1 - Нс3) +И2- (1 - Нс3) , (6) НС1 НС2

где ^ и h2 - толщина первого (верхнего) и второго слоя, м.

При проектировании насыпи по второму принципу высоту насыпи рассчитывают по формуле

Н Я

Н = Нк - (-4 • (-^ --с) , (7)

Н дс е

где Нд.с - мощность деятельного (сезоннооттаивающего) слоя, устанавливаемая по данным изысканий или расчетом по формулам (4) - (6) при естественной влажности грунта, м;

е - относительная осадка грунта основания после его оттаивания под нагрузкой доли единицы; определяется согласно (рисунок 5, 6 приложение 4[1]);

Sс - строительная осадка, зависящая от сезона производства земляных работ, м; определяется согласно обязательному (приложение 6 [1]).

Если предусмотрено предварительное оттаивание и осушение грунтов основания, то высоту насыпи рассчитывают по формуле

Н

Н = нК - -доп (—^ +1) +в! , (8)

Нт •е

где НТ - глубина предварительного оттаивания грунтов основания до возведения земляного полотна, м; определяют по картам (рисунок 1 - 4 приложения 4 [1]) с учетом прогнозируемой влажности;

Б1 - осадка грунтов основания после предварительного оттаивания под действием собственного веса, м;

Н 2

81 = Ао-Нт + а 0 7 т ^ т , (9) где у - плотность талого грунта, кг/см3 .

В результате расчетов определяют: при первом принципе проектирования -высоту насыпи, которая позволит поднять ВГММГ не ниже подошвы насыпи с сохранением его на этом уровне в течение всего периода эксплуатации дороги; при проектирование по второму принципу - высоту насыпи с учетом строительной осадки, зависящая от сезонного производства работ.

Список литературы

1. ВСН 84-75. Инструкция по изысканию, проектированию и строительству автомобильных дорог в районах вечной мерзлоты. М.: Минтрансстрой, 1976, 218 с.

2. СП 34.13330.2012 - Автомобильные дороги. М.: Госстрой России, 2013.

3. Мулюков Э.И., Урманшина Н.Э. Основы геологии и грунтоведения: Электронная версия. Уфа: УГНТУ,2010, 131 с.

I 12 I