Сравнение вариантов строительства земляного полотна на «слабых» грунтах

Нужно не думать, как кого-то победить, а думать, как самому стать лучше.

В. Путин

2023 год был ознаменован большим событием в дорожной отрасли — в эксплуатацию введены заключительные этапы скоростной автомобильной дороги М-12, позволяющей доехать от Москвы до Казани за 6,5 часов. Стоимость строительства составила астрономическую по меркам дорожного строительства сумму — почти 900 миллиардов рублей.

Для выполнения работ в кратчайшие сроки, проектируемая трасса, протяженностью 810 км была разделена на 9 этапов (с нулевого в Москве, в пределах ЦКАД, по восьмой в Казани), и строительство каждого этапа поручено крупнейшим дорожно-строительным организациям России, а также привлечена подрядная организация из Китая.

Особый интерес представляет то, что генподрядный договор предполагал выполнение работ «под ключ». В стоимость контракта были включены не только полный комплекс строительно-монтажных работ, от подготовки территории строительства, включающей в себя рубку леса и переустройство практически всех пересекающих проектируемую трассу инженерных сетей, до полного благоустройства (монтаж барьерного ограждения, освещения, нанесение разметки), но и разработка всей рабочей документации по своему этапу строительства.

Данный подход поставил генподрядные организации в относительно равные условия и позволил применить весь свой ранее накопленный опыт по строительству крупных объектов, применить уже отработанные конструктивно-технические решения, позволяющие оперативно и качественно выполнить поставленную задачу, а также извлечь при реализации строительства объекта опыт и финансовую выгоду. Однозначно можно утверждать, что наибольшая финансовая выгода достигается при умении организовать процесс так, чтоб при минимальных усилиях, достигался максимальный результат.

Нельзя не отметить огромное значение наличие компьютерных программ, позволяющее, при должном владении навыками их использования, выполнять обработку огромных объемов информации, выполнять построение пространственных 3D моделей местности с заложением в них всех необходимых характеристик и параметров, с которыми необходимо работать инженерам в процессе решения вопросов по реализации объекта строительства. Инженеры-гидротехники могут внести в программный комплекс характеристики грунтов и спрогнозировать величину осадки насыпи во времени, при различных прикладываемых к ней (к насыпи) нагрузках, определить необходимые условия для обеспечения устойчивости земляного полотна в процессе отсыпки, а также при дальнейшей эксплуатации проектируемой дороги.

Системы автоматизированного проектирования, в том числе высококлассные Российские разработки, обеспечивают полное сопровождение этапа проектирования объекта инфраструктуры в рамках жизненного цикла объекта.

Высокое развитие и интеграция информационных технологий в проектирование и строительство, применение в расчетах методов конечных элементов, позволяют исключить применение избыточных коэффициентов запаса, закладываемых в конструкции, а также более адресно назначать проектные решения, основываясь на анализе множества параметров, учет которых был ранее невозможен.

Примером реализации объекта дорожной инфраструктуры при обозначенных выше условиях, стал рассмотренный в квалификационной работе участок трассы одного из этапов скоростной автомобильной дороги, категории 1Б, построенной в период 2021–2024 гг, на территории Владимирской области. Основные техническо-экономические характеристики данной дороги приведены таблице 1.

В соответствии с результатами инженерно-геологических и инженерно-гидрометеорологических изысканий для участка проектирования характерны в основном 2-й («сырой») и 3-й («мокрый») типы местности по характеру и степени увлажнения. Верхние слои естественного основания сложены главным образом глинистыми разновидностями дисперсных грунтов, что обуславливает широкое распространение по трассе переувлажненных супесей (ИГЭ-4б, ИГЭ-8б, ИГЭ-12в), суглинков (ИГЭ-5б, ИГЭ-9б, ИГЭ-13в) и глин (ИГЭ-14б) с показателем консистенции (текучести) более 0,5.

С точки зрения работы переувлажненных глинистых грунтов в основании земляного полотна автомобильных дорог следует выделить следующие свойственные для них особенности:

— невозможность достижения на поверхности таких грунтов требуемых нормами значений коэффициента уплотнения;

— относительно низкая прочность в нестабилизированном (неконсолидированном) состоянии (условия быстрого сдвига);

— медленное протекание процессов фильтрационной консолидации.

Ввиду указанных особенностей проектом определены следующие противодеформационные мероприятия:

— для обеспечения устойчивости земляного полотна на переувлажненных глинистых грунтах основания в нестабилизированном состоянии (на период строительства) предусмотрена частичная замена переувлажненных глинистых грунтов стабильными дренирующими грунтами с Кф ≥ 0,5 м/сут. (достаточная глубина замены определена расчетом) и/или армирование основания насыпи высокопрочным геотекстилем (требуемая марка прочности геотекстиля установлена расчетом);

— для предотвращения возможного разрушения покрытия вследствие неравномерных деформаций, вызванных консолидацией грунтов основания в период эксплуатации, монолитные слои дорожных одежд устраиваются после завершения интенсивной части осадки в соответствии с п. 7.31 СП 34.13330.2012.

Конструктивные решения по противодеформационным мероприятиям представлены на рис. 1, рис. 2.

Технология укладки армирующего тканного геотекстиля принята в соответствии с ОДМ 218.5.003–2010.

Рис. 1. Укладка геосинтетического материала на всю ширину подошвы насыпи по слою замены грунта основания, глубиной 0,5 м

Рис. 2. Замена слабого грунта основания насыпи на песок дренирующий

Разность сметной стоимости при применении только одного конструктивного решения на всю строительную длину рассматриваемого участка составила 4,4 % в пользу метода, предполагающего применение геополотна при проведении противодеформационных мероприятий. Помимо экономии в части сметной стоимости, необходимо отметить практически 50 % снижение нагрузки на строительную технику, значительное снижение нагрузки на местные дороги, за счет уменьшения объема заменяемого грунта, а следовательно уменьшение износа и снижение вероятности значительного ухудшения состояния существующей сети дорог за период строительства.

Полученные результаты ни в коем случае не свидетельствуют о том, что необходимо полностью исключать метод замены грунта без применения геосинтетических материалов. Применение геосинтетики актуально в случае большой мощности слабых грунтов по устраиваемой насыпью, а также сжатых сроках производства СМР, когда невозможно применение таких методов как временная пригрузка либо предварительная консолидация.

Литература:

1. ГОСТ 25100–2011 «Межгосударственный стандарт. Грунты. Классификация».
2. ГОСТ 33063–2014 «Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Классификация типов местности и грунтов».
3. ГОСТ 33149–2014 «Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Правила проектирования автомобильных дорог в сложных условиях».
4. СП 34.13330.2012 «Свод правил. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02–85*».
5. ОДМ 215.5.003–2010 — «Применение геосинтетических материалов в строительстве и ремонте автомобильных дорог».