Пучинообразование на автомобильных дорогах нашей страны является серьезной проблемой, требующей решения. В статье рассматривается ряд вопросов, связанных с исследованием процесса пучинообразования на искусственных покрытиях автомобильных дорог. В качестве предмета исследований рассматривается метод предотвращения пучинообразования с использлованием геосинтетического материала. Рассмотрены преимущества и недостатки данного метода. Описан процесс укладки геомембраны на земляное полотно. Дана краткая характеристика основным материалам, применяемым при производстве.
Ключевые слова: автомобильные дороги, пучение, пучинистые грунты, геосинтетика, геомембраны.
Heaving soils on highways of our country is a serious problem that needs to be solved. The article deals with a number of issues related to the study of the process of heaving formation on artificial road surfaces. The method of preventing the heaving formation using geosynthetic material is considered as the subject of research. The advantages and disadvantages of this method are considered. The process of laying the geomembrane on the roadbed is described. A brief description of the main materials used in production is given.
Keywords: highways, heaving, heaving soils, methods of combating heaving, geosynthetics, geomembrane.
Пучины на автомобильных дорогах нашей страны, на сегодняшний день, являются серьезной проблемой.
Особенно часто это явление распространено в районах, для которых характерна дождливая осень и зима с медленным, но глубоким промерзанием грунтов. Большинство участков строительства автомобильных дорог в таких районах располагается на слабых грунтах.
Пучины представляют собой деформации и разрушения дорожной одежды в виде бугров и сетки трещин, возникающие в результате пучинообразования.
Бугры на поверхности дороги, возникшие в результате морозного пучения могут достигать в высоту 80 мм и более. В результате, скорость движения автомобилей существенно снижается, т. к. наезд на данный дефект покрытия может привести к серьёзной поломке транспортного средства или к дорожно-транспортному происшествию.
Данные деформации на автомобильных дорогах образуются только при одновременном наличии трех факторов:
– интенсивное морозное влагонакопление, при котором максимальная относительная влажность грунта в верхней части земляного полотна
Wmax≥ 0,75 Wт (влажность грунта на границе текучести);
– промерзание грунта под дорожной одеждой на глубину h пр ≥ 0,5 м;
– наличие мелких пылеватых песков и супесей, пылеватых суглинков или других пучинистых грунтов.
При отсутствии любого из этих факторов пучины не образуются. [4]
Как видно одной из основных причин возникновения пучин на автомобильных дорогах является капиллярное поднятие воды. Это явление происходит в грунтах с большим содержанием пылеватых частиц, супесчаных, суглинистых грунтах, то есть в пучинистых грунтах.
Одной из особенностей структуры этих грунтов, является наличие пор, выполняющих роль капилляров. По капиллярам происходит поднятие воды, за счёт энергии взаимодействия молекул воды с молекулами поверхности, разделяющей воду и частицы грунта, в результате поверхностного натяжения воды [2]. Иными словами, происходит процесс капиллярного поднятия воды. Этот процесс является одной из причин образования пучения земляного полотна и дорожной одежды.
Чтобы не допустить дальнейшего возникновения пучин в дорожной одежде, а также разрушений дорожного полотна, устраивают гидроизоляционную прослойку в виде геомембраны.
Геомембрана — это сплошное синтетическое полотно для изоляции слоев. Выделяют два основных вида геомембраны из полиэтилена высокого давления (ПВД, англ. LDPE) и полиэтилена низкого давления (ПНД, англ. HDPE). Главное отличие геомембран от других геосинтетиков — это ее прочность на растяжение, которая достигает более 600 %. Материал изготовляется в рулонах различных габаритов, что позволяет укладывать материал на участке без применения специальных машин, а также не прихотлив в хранении.
Укладку материала могут осуществить два дорожных рабочих.
Перед укладкой геомембраны требуется провести некоторые подготовительные работы. Обязательно перед укладкой геомембраны необходимо очистить земляное полотно, затем произвести выравнивание поверхности и ее уплотнение.
Рис. 1. Общая технологическая схема устройства прослоек из ГМ: а — продольная укладка ГМ; б — поперечная укладка; 1–9 — рулоны (полотна) ГМ; 10 — установка для соединения ГМ; 11 — бульдозер; 12 — автомобиль-самосвал
При укладке полотен для создания защитных прослоек вдоль земляного полотна (рис. 1) выполняют раскатку рулонов вручную звеном из трех дорожных рабочих. После раскатки первых метров краевую часть (по ширине) полотна прижимают к грунту двумя-тремя анкерами (стержни диаметром 3–5 мм) длиной 15–20 см с отогнутым верхним и заостренным нижним концами (рис.2). При дальнейшей раскатке производят периодическое разравнивание полотна с небольшим продольным его натяжением и креплением к грунту анкерами (или другим способом) через 10–15 м (через 1,5–2,0 м при устройстве прослойки из ГМ на слабом основании). Крепление выполняют во избежание смещения полотна при действии ветровой нагрузки, укладке вышележащего слоя, а также для сохранения небольшого предварительного натяжения ГМ. Полотна укладывают с перекрытием не менее 0,3 м и при необходимости дополнительно соединяют. При устройстве прослойки из ГМ в основании насыпи, сложенном слабыми грунтами, величину перекрытия назначают не менее 0,5 м. [5]
Рис. 2. Способы укладки ГМ (а, б) и отсыпка на поверхность ГМ материала(в): 1 и 2 — рулон и полотно ГМ; 3 — перекрытие полотен; 4 — анкера; 5 — соединение (сшивание) полотен по краю
Рекомендуемая ширина геомембраны должна быть равна ширине дорожного покрытия. Обычно материал изготавливается в рулонах 6–12 метров, поэтому обеспечить такую возможность вполне реально. Очевидно, что при укладке геомембраны в земляное полотно автомобильных дорог высоких категорий ширины рулона 6–12 метров не будет достаточно, в этом случае для каждой полосы дорожного покрытия материал укладывается внахлест 0,5 метра. Возможна как поперечная, так и продольная относительно оси насыпи укладка отдельных прослоек с перекрытием соседних полотен на 0,5 м. Стоит отметить, что неправильное применение геоматериалов, а также совмещение устаревших методов и новых методов может существенно снизить технические характеристики конструкции.
Большое количество автомобильных дорог нашей страны расположено в районах, для которых характерна дождливая осень и зима с медленным, но глубоким промерзанием грунтов. Соответственно автомобильные дороги в этих районах наиболее подвержены морозному пучению. К сожалению, количество дорог, при строительстве которых используется укладка геомембраны, очень невелико. Очевидно, что не удовлетворительное состояние дорог оказывает влияние на внушительное количество параметров, которые в комплексе воздействуют как на экономику, так и на безопасность жизни человека.
Применение данной технологии поможет значительно улучшить состояние дорог в районах с неблагоприятными климатическими условиями.
Литература:
- Лазарев, Ю. Г. Реконструкция автомобильных дорог: учебное пособие/Ю. Г. Лазарев, Г. И. Собко; СПбГАСУ.-СПб., 2013.-93 с.
- Рекомендации по совершенствованию методов борьбы с пучинами при ремонте автомобильных дорог. Росавтодор М., 1991.
- ГОСТ Р 55028–2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Классификация, термины и определения (Переиздание).
- Васильев А. П. Эксплуатация автомобильных дорог: в 2 т. — Т. 1: учебник для студ. высш. учеб. заведений / А. П. Васильев. — 3-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2013. — 320 с.
- ОДМ 218.5.003–2010.
