Специфика строительства земляного полотна в условиях вечной мерзлоты



В статье рассмотрена специфика строительства земляного полотна в условиях Дальнего Востока РФ.

Ключевые слова: земляное полотно, вечная мерзлота

Дальний Восток — один из уникальных регионов нашей страны, но, к сожалению, одной из главных причин экономического отставания этого региона является недостаточно развитая транспортная инфраструктура [1,93; 2,73; 3,44; 4,307]. Чтоб доехать из одного населенного пункта в другой в большинстве случаев населению приходиться обращаться к вездеходам, которые совершают свой маршрут через голую тундру, что наносит весомый ущерб природе (чтобы почва восстановилась после одного вездехода, ей необходимо 50 лет).

Чтобы доставить необходимые продукты и другой груз на Дальний Восток, прибегают к помощи двух видов транспорта: корабль и самолет. Первый доставляет грузы только в период навигации, в остальное время груз привозят воздушным путем, что ведет к «неимоверно высоким» ценам. Все это ведет к миграции населения.

Так почему не исправляют эту ситуацию с транспортной системой? Возможно, это связано со сложностями при строительстве автомобильных дорог на вечной мерзлоте [5,23;6,73;7,103;8,107]. Поэтому в этой статье своей целью я ставлю разобраться в принципах строительства земляных полотен таких дорог.

По определению, мерзлыми грунтами считаются любые породы с нулевой или отрицательной температурой и содержащие лед. Вечномерзлый грунт находится в мерзлом состоянии в течение трёх и более лет [9,33;10,179;10,103;11,21].

Но обычно есть сезоннооттаивающий, или деятельный слой, на поверхности земли, который в зависимости от сезона оттаивает и замерзает. Такие деформации, как просадки, осадки и др., возникают именно из-за протаивания грунтов сезоннооттаивающего слоя. Поэтому главным вопросом является изучение его физических свойств. Например, такие факторы, как уничтожение мохорастительного покрова или вырубка на придорожной полосе кустарников и деревьев, приводят к увеличению деятельного слоя. А высокие насыпи, которые создают теплоизоляцию, приводят к увеличению уровня вечной мерзлоты.

Земляное полотно — самая главная часть автодороги. Оно возводится на грунтовом слое, который изменяет свои свойства в течение года. Поэтому устойчивость конструкции зависит от состояния грунта, его вида и влажности. [12,45;13].

По дорожно-климатическим характеристикам согласно ВСН 84–89 «Изыскания, проектирование и строительство автомобильных дорог в районах распространения вечной мерзлоты», зону вечной мерзлоты делят на 3 района (Таблица 1).

Таблица 1

Характеристика играницы районов зоны вечной мерзлоты

Тип района зоны вечномерзлых грунтов	I1	I2	I3
Природные мерзло-грунтовые условия	Мощность грунтов 200–900м; Среднегодовая температура грунтов -5…-10°С; Глубина сезонного оттаивания 0,2–2м; Грунты глинистые, пылеватые, иловатые, тундровые.	Мощность грунтов 50–400м; Среднегодовая температура грунтов -1…-5°С; Глубина сезонного оттаивания 0,8–3м; Грунты скальные, щебенистые, гравийно-галечниковые.	Мощность грунтов 50–100м; Среднегодовая температура грунтов >1°С; Глубина сезонного оттаивания >4 м; Грунты пылеватые, глинистые, песчаные, торфоглинистые, щебенистые, галечниковые.
Местность	Тундра и лесотундра	Тайга и смешанные леса	Тайга, лесостепь, побережье Охотского моря

Выгоднее с экономической стороны построить дорогу по кратчайшему направлению между двумя пунктами, но в рассматриваемой территории — это невозможно из-за различных элементов рельефа поверхности и явлений, характерных для вечной мерзлоты.

На сегодняшний день грунты деятельного слоя используются в качестве земляного полотна по некоторым принципам [5,37]:

‒ I принцип — сохранить вечномерзлые грунты в течение всего времени эксплуатации дороги.

‒ II принцип — оттаивать часть вечномерзлых грунтов на величину, определяемую по расчетам.

‒ III принцип — оттаивать грунты и полностью осушать до начала строительных работ.

Также они используются исходя из типа района зоны вечномерзлых грунтов.

Самым неблагоприятным для строительства дорожной конструкции является I₁ район, т. к. там льды слишком близко залегают к поверхности земли. А самым благоприятным является I₃ район.

По первому и второму принципу конструирование земляного полотна идет с сохранением мохового слоя, но если по первому принципу строительство идет из несцементированных обломочных грунтов (рис.1, Тип I), то второй принцип разрешает использовать глинистые грунты (рис.2, Тип VII, VIII).

Рис. 1. Поперечный профиль насыпи на льдонасыщенном основании: 1 – несцементированный обломочный грунт; 2 – мохорастительный покров; 3 – верхняя граница вечной мерзлоты до постройки насыпи; 4 – верхняя граница вечной мерзлоты после постройки насыпи

Рис. 2. Поперечные профили насыпи из местных глинистых грунтов: 1 – щебень или гравий по расчету на прочность (но не менее 0,5 м); 2 – глинистый грунт из притрассовых резервов; 3 – земляная берма; 4 – мохорастительный покров; 5 – резерв; 6 – водоотводная канава; 7 -– верхняя граница вечной мерзлоты до постройки насыпи; 8 – верхняя граница вечной мерзлоты после постройки насыпи

Согласно третьему принципу полотно конструируется в насыпях (рис.3, Тип XVI, XVII), а работы по расчистке дорожной полосы должны проводиться не менее чем за год.

Рис. 3. Поперечные профили насыпи из местных глинистых грунтов: 1 – щебень или гравий по расчету на прочность (но не менее 0,5 м); 2 – глинистый грунт из притрассовых резервов; 3 – земляная берма; 4 – мохорастительный покров; 5 – резерв; 6 – водоотводная канава; 7 -– верхняя граница вечной мерзлоты до постройки насыпи; 8 – верхняя граница вечной мерзлоты после постройки насыпи

Чтобы отслеживать пучения или осадки земляного полотна, нивелируют специальные маяки, которые изготавливаются из металлического листа (толщина 3–4 мм) размером 30x30 (или 40x40) см и с диаметром стержня около 10–16 мм.

Вывод. Проанализировав полученную информацию, я могу сказать, что строительство дорог в условиях вечной мерзлоты — кропотливый труд, так как срок службы этих дорог зависит от грунта, на который укладывается земляное полотно. А его поведение сложно предсказать. Поэтому разработали несколько принципов по их конструированию.

Строительство таких дорог широко не распространено, возможно, из-за высокой стоимости (выше стоимости дорог средней полосы), которая обусловлена следующими факторами:

‒ Характерные природные условия для этой местности: низкие отрицательные температуры (до -60 °С), длинные и холодные зимы, которые длятся 7–9 месяцев, близко залегающие к поверхности мерзлые грунты;

‒ Большая отдаленность от развитых районов.

Литература:

1. Лазарев Ю. Г., Синицына Е. Б. Основы совершенствования транспортной инфраструктуры /Ю. Г. Лазарев, Е. Б. Синицына// Технико-технологические проблемы сервиса — СПб: 2013. № 2 (24), С.92–93.
2. Лазарев Ю. Г., Синицына Е. Б. Современное состояние проблемы совершенствования транспортной инфраструктуры / Ю. Г. Лазарев, Е. Б. Синицына //Технико-технологические проблемы сервиса. — СПб.: 2013.№ 4(26), С. 71–74.
3. Лазарев Ю. Г. Формирование потребительских и эксплуатационных свойств автомобильных дорог / Ю. Г. Лазарев, Д. Л. Симонов, А. Н. Новик/ Технико — технологические проблемы сервиса. СПб.: 2016. № 1(35). С. 43–47.
4. Лазарев Ю. Г., Новик А. Н., и др., Изыскания и проектирование транспортных сооружений: Учебное пособие /Ю. Г. Лазарев, А. Н. Новик, А. А. Шибко, В. Г. Терентьев, С. А. Сидоров, С. А. Уколов, В. А. Трепалин / СПб.: ВАТТ, 2008. 392 с.
5. Давыдов В. А., Бондарева Э. Д. Изыскания и проектирование автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах. Омск: ОмПИ, 1989. — 82 стр.
6. Лазарев Ю. Г. Транспортная инфраструктура (Автомобильные дороги). Монография — LAP LAMBERT, Германия: 2015. 173 с.
7. Лазарев Ю. Г., Громов В. А. Современные требования к обеспечению потребительских и эксплуатационных свойств автомобильных дорог // В сборнике: Инновационные технологии в мостостроении и дорожной инфраструктуре. Материалы межвузовской научно- практической конференции. 2014. С. 102–109.
8. Ватин Н. И., Производство работ. Определение продолжительности строительства воднотранспортных сооружений/ Н. И. Ватин, Г. Я. Булатов, Т. Ф. Морозова, А. В. Улыбин// Учебное пособие: СПб, СПбПУ, 2013. 116 с.
9. Лазарев Ю. Г., Собко Г. И. Реконструкция автомобильных дорог: Учебное пособие. СПб. 2013. 93 с.
10. Лазарев Ю. Г., Строительство автомобильных дорог и аэродромов: Учебное пособие. / Ю. Г. Лазарев, А. Н. Новик, А. А. Шибко, С. В. Алексеев, Н. В. Ворончихин, А. Т. Змеев, С. А. Уколов, В. А. Трепалин, С. В. Дахин, В. Т. Колесников, Д. Л. Симонов // СПб.: ВАТТ. 2013. 528 с
11. Ермошин Н. А. Эксплуатация, восстановление и техническое прикрытие военно- автомобильных дорог: Учебник / Н. А. Ермошин, Ю. Г. Лазарев, С. В. Алексеев, В. Г. Лунев, Б. Г. Ашуркин, А. Н. Новик, В. А. Трепалин, Д. Л. Симонов, В. Т. Колесников/ СПб: ВАТТ, 2015. 312 с.
12. Лазарев Ю. Г. Формирование потребительских и эксплуатационных свойств автомобильных дорог / Ю. Г. Лазарев, Д. Л. Симонов, А. Н. Новик/ Технико — технологические проблемы сервиса. СПб.: 2016. № 1(35). С. 43–47.
13. Золотарь И. А., Собко Г. И., Лазарев Ю. Г., Прибор для определения коэффициента влагопроводности талых связных грунтов нарушенной структуры нестационарным методом. — Патент на полезную модель RUS 6627 21.04.1997.