Особенности изысканий для строительства дорог на многолетнемерзлых грунтах

В процессе изысканий, при проектировании и строительстве дорог и площадок под аэродромы, здания и сооружения необходимо тщательно учитывать особенности природно-климатических условий рассматриваемой зоны, которые могут характеризоваться следующими показателями: видом и влажностью грунтов сезоннооттаивающего слоя; физико-механическими свойствами грунтов, их составом и сложением; мощностью сезоннооттаивающих и сезоннопромерзающих слоев; мерзлотно-геологическими (криогенными) процессами (бугры пучения, термокарст, солифлюкция, наледи и т.д.) с выявлением причин их образования; температурным режимом грунтов; наличием и видом грунтовых (надмерзлотных и межмерзлотных) вод; климатическими показателями района строительства.

В зависимости от изученности местности в топографическом, инженерно-геологическом и гидрогеологическом отношениях может быть применен тот или иной вид аэросъемки или весь их комплекс.

Преобладающее значение имеют аэрометоды на стадии рекогносцировочных изысканий для обоснования инвестиций (ОИ) основных конкурирующих вариантов трассы дороги или площадок для размещения и строительства аэродромов, крупных промышленных объектов, зданий или сооружений.

Наземные инженерно-геологические и топографические изыскания целесообразно выполнять сразу на значительной территории или на значительном протяжении намечаемых к строительству объектов (всех намечаемых трасс дорог и площадок) мобильными комплексными экспедициями, состоящими из нескольких изыскательских партий или отрядов.

Это диктуется экономической целесообразностью: в связи с труднодоступностью этих районов, потребностью большого количества разнообразной техники, приборов и оборудования, проведение наземных изысканий вызывает значительные затраты на организацию экспедиционных баз, на заброску изыскательских топографических и геологических партий, отрядов и групп, обеспечение их продовольствием, снаряжением, транспортом, связью и горючим.

Инженерные изыскания на трассе автомобильных дорог выполняют в соответствии с настоящим документом, а также с общими требованиями Строительных норм и правил по проектированию и строительству, СНиП 2.02.04-88, СНиП 2.05.02-85 и др. документов.

Разработку предпроектной и проектной документации на строительство автомобильных дорог и сооружений на них осуществляют в соответствии с действующим законодательством по стадиям:

обоснование инвестиций (ОИ) или технико-экономическое обоснование (ТЭО);

инженерный проект (ИП) или рабочий проект (РП);

Подготовку документации, обосновывающей новое строительство или реконструкцию автомобильной дороги, выполняют с учетом оценки воздействия дороги на окружающую среду (ОВОС).

Проектно-сметную документацию разрабатывают по заданию Заказчика на объем, очередность и стадии, указываемые в Задании.

Проектно-изыскательская организация (конкретно ГИП) совместно с Заказчиком обязаны учесть в задании все сопутствующие работы, обеспечивающие устойчивость, надежность и работоспособность проектируемых сооружений, включая научное сопровождение на всех стадиях проектирования, строительства и эксплуатации дороги и всех сопутствующих зданий и сооружений.

Пояснительная записка должна содержать ссылку на технико-экономическую часть (ТЭЧ) предыдущей стадии (ТЭО, ОИ) или другой обосновывающий документ в части назначения и обоснования основных параметров проектируемой дороги: варианты плана трассы, расчетная скорость движения, параметры плана и продольного профиля и т.д. При отсутствии ТЭЧ предыдущей стадии все вышеуказанное следует обосновывать в инженерном проекте (ИП).

После утверждения одобренных обоснований инвестиций (ОИ) выполняют разработку проектной документации на новое строительство или на реконструкцию автомобильной дороги.

Стадийность проектно-изыскательских работ (табл. 19.11) устанавливают на основе технико-экономического обоснования строительства дороги (титула), для составления которого проводят экономические и рекогносцировочные изыскания.

Стадийность проектно-изыскательских и опытных работ с научным сопровождением хода изысканий, проектирования, строительства, реконструкции, ремонта и эксплуатации автомобильных дорог

Стадии работ и предоставляемые документы	Стадии технических изысканий	Периоды изыскательских и опытных работ	Подразделения и организации, выполняющие работы	Организации, принимающие работы

Задание на обоснование инвестиций (О И) строительства, реконструкции или ремонта объекта: - определение цели инвестирования; - разработка ходатайства о намерениях; - ориентировочные объемы инвестиций; - источники финансирования			Заказчик и специализированная проектная организация, имеющая соответствующую лицензию на право ведения и производства данного вида деятельности в соответствии с действующим законодательством	Утверждающая инстанция
Программа развития строительства, реконструкции или ремонта дороги (ПРД): - определение технических решений и объемов строительных работ; - определение стоимости программы развития дороги (ПРД); - общественный и экономический эффект реализации программы; - год начала и окончания реализации программы	Без полевых работ		Заказчик и проектная организация по согласованию с органами государственного и местного самоуправления и уполномоченные этими органами организации государственного контроля (надзора)	Утверждающая инстанция
Обоснование инвестиций (ОИ) или технико-экономическое обоснование (ТЭО) необходимости строительства, реконструкции и ремонта дороги: Необходимый объем, перечень материалов и документов, которые могут быть использованы при разработке обоснования инвестиций (ОИ) или (ТЭО), приведен в приложениях 2.2 и 2.3 Главы 2 «Организация проектирования автомобильных дорог».	На этом этапе используют имеющиеся архивные материалы инженерных изысканий, проработанные и ранее оформленные с разработкой обоснования инвестиций решениями администраций республик, краев и областей субъектов Российской Федерации. В сложных условиях в случае необходимости проводят рекогносцировочные изыскания	Подготовительный; Полевой; Камеральный	Дорожные и экономические отделы (группы) проектных организаций по государственным контрактам с организациями заказчика	ОИ или ТЭО: заказчик и утверждающая инстанция
1 стадия проектирования: а) инженерный проект (ИП) строительства, реконструкции и ремонта дороги: Необходимый объем, перечень материалов и документов, включаемых в состав инженерного проекта (ИП), приведен в приложении 2.4 Главы 2 «Организация проектирования автомобильных дорог»	Подробные технические изыскания	а) Изыскания: подготовительный период; полевой; камеральный	а) Комплексная экспедиция проектной организации с использованием современной вычислительной техники и средств автоматизации, применением аэрокосмических методов и космических снимков, лазерных и электронных приборов (по контрактам с организациями заказчика);	а) Изыскания: принимает комиссия под председательством автора проекта (ГИПа); Инженерный проект (ИП): Организация заказчика, специализированная проектная организация, имеющая соответствующую лицензию и утверждающая инстанция;
б) техническое задание (ТЗ) на проектирование опытных участков с наблюдательными постами		б) Организация наблюдательных постов	б) Дорожные научно-исследовательские организации: вузы, кафедры, специализированные лаборатории по контрактам с организациями заказчика	б) ТЗ: принимает проектная организация и выполняет работу по контракту с организацией заказчика.
II стадия проектирования: а) Изыскания: заказчик и комиссия под председательством автора проекта (ГИПа); Рабочая документация (РД): утверждается заказчиком	а) Рабочая документация (РД) строительства, реконструкции или ремонта дороги;	Предпостроечные изыскания: полевые	а) Комплексная экспедиция проектной организации (по контрактам с заказчиком)	Утверждающая инстанция
б) Рабочая документация (РД) опытных участков строительства и реконструкции: заказчик с участием ГИПа и научно-исследовательской организации	б) Рабочая документация (РД) строительства опытных участков	камеральная обработка	б) Проектная организация (по контрактам с заказчиком)	Утверждающая инстанция
Строительство, реконструкция или ремонт дороги: - Цель строительства, реконструкции или ремонта дороги; - Технический уровень принятых проектных решений и технологические способы их осуществления; - Технология дорожного строительства	III. Строительство дороги, в том числе строительство опытных участков дороги Паспорта опытных участков дороги и постов наблюдения		Подрядчик (генподрядчик), на основе договора строительного подряда при подрядном способе строительства, в т.ч. по результатам тендера; - на основе собственной распорядительной документации при ведении строительства организацией, совмещающей функции заказчика и исполнителя работ	Заказчик с участием федеральных, региональных и местных дорожных органов управления дорожным хозяйством, организаций государственного контроля и надзора, проектных и научно-исследовательских организаций. Научное сопровождение строительных и опытных работ по контрактам с региональными и местными органами управления дорожным хозяйством, дорнии. вузами, кафедрами, лабораториями и др.
Эксплуатация дороги: - Цель эксплуатации - обеспечение круглогодичного, непрерывного удобного и безопасного движения автомобилей с расчетной нагрузкой и установленными скоростями в любое время года и в любых условиях погоды; - разработка системы планово-предупредительных и ремонтно-восстановительных работ, а также оргтехмероприятий, обеспечивающих удобное и безопасное движение автомобилей и эффективное использование дорог для перевозки грузов и пассажиров; - ответственность за надлежащее содержание дороги	IV. Эксплуатация дороги Организация дорожной службы по осуществлению комплекса работ и мероприятий по ремонту и содержанию дороги и сооружений на них, систематическое наблюдение за эксплуатационным состоянием дорог, ведение эксплуатационной документации, в т.ч. систематическое заполнение паспортов опытных участков и постов наблюдения (мониторинг)	*	Наблюдения на постах и опытных участках	Региональные и местные органы управления дорожным хозяйством. Научное сопровождение опытных работ с привлечением дорожных научно-исследовательских организаций, вузов, кафедр, лабораторий на контрактных условиях

Новые автомобильные дороги проектируют, как правило, в две стадии с проведением:

подробных технических изысканий - для составления инженерного проекта дороги;

предпостроечных изысканий - для составления рабочей документации.

На всех стадиях изысканий проводят мерзлотно-грунтовые исследования.

Каждый ИП содержит раздел «Охрана окружающей среды», в котором обосновывают мероприятия по охране окружающей среды и указывают, где и с какими условиями разработан раздел «Оценка воздействия на окружающую среду» (ОВОС).

Для достоверной оценки топографических, мерзлотно-грунтовых и гидрогеологических условий местности изыскания автомобильных дорог проводят, как правило, в теплый период года; обследования наледных мест, бугров пучения и снегозаносимых участков, бурения на мостовых переходах проводят, как правило, в зимнее или весеннее время.

Инженерно-геологические, гидрогеологические обследования и мерзлотно-грунтовые исследования выполняют в процессе технических изысканий комплексной проектно-изыскательской экспедицией, оснащенной оборудованием в зависимости от стадии проектирования (см. табл. 19.11).

Разделы по буровзрывным работам могут разрабатываться как для каждого ИП, так и для объединенных смежных участков (объектов). В последнем случае в каждом ИП должна быть подробная информация с таблицей объемов буровзрывных работ.

На основе результатов этих работ выявляют участки местности с наиболее благоприятными инженерно-геологическими, гидрологическими и мерзлотно-грунтовыми условиями для проложения наиболее рационального варианта трассы дороги, руководствуясь положениями настоящего раздела.

Изыскательские экспедиции и партии обеспечивают (в зависимости от местных условий) вездеходами, автомобилями с высокой проходимостью, самолетами, вертолетами, катерами, болотоходами, снегоходами и в отдельных случаях (в труднодоступных районах Крайнего Севера) оленьими или собачьими упряжками.

В течение всего периода изысканий экспедиционные группы должны иметь двустороннюю телефонную, спутниковую или радиосвязь с базой экспедиции.

Объем изыскательских работ на каждой стадии (подготовительные, полевые и камеральные) корректируют в зависимости от сложности геологических мерзлотно-грунтовых и топографических условий с учетом освоенности района изысканий, в том числе и наличия дорог.

При подготовке документации, обосновывающей строительство и реконструкцию автомобильных дорог, процедура оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) является обязательной.

Разработку проектной документации на строительство или реконструкцию автомобильных дорог, как правило, осуществляют на основе утвержденного обоснования инвестиций (ОИ).

Практика изыскательских и проектных работ в северной строительно-климатической зоне показывает, что помимо аэросъемочных и наземных топографических работ необходимы детальные мерзлотно-грунтовые обследования больших территорий с проведением комплекса работ, имеющих в ряде случаев решающее значение при окончательном выборе варианта трассы дороги или строительной площадки для других объектов на особо сложных участках местности с наличием криогенных явлений: бугров пучения, подземных льдов, термокарста, солифлюкции, курумов, маревых участков, заболоченности и т.д.

Указанные особенности приводят к значительному изменению методики инженерно-геологических обследований и к необходимости выполнения таких видов работ, которые обычно не проводятся при изысканиях в других районах, например:

распространение ММГ по площади по обследуемой полосе варьирования, где намечаются варианты проектируемой трассы дороги;

определение глубины залегания и распространения по площади многолетнемерзлых, нередко льдонасыщенных грунтов;

установление по глубине температуры талых и многолетнемерзлых грунтов;

установление по глубине суммарной влажности талых и многолетнемерзлых грунтов;

определение мощности сезоннооттаивающих верхних слоев почвы и грунтов;

лабораторные определения теплофизических и физико-механических свойств мерзлых, оттаивающих и талых грунтов;

установление криогенной текстуры мерзлых грунтов и т.д.

Необходимо особо остановиться на стадийности проектно-изыскательских работ (см. СНиП 1.02.01-85) применительно к условиям зоны вечной мерзлоты.

В связи со значительной сложностью природно-климатических условий рассматриваемого региона следует предусматривать необходимость выполнения проектно-изыскательских работ с одновременным выполнением опытно-экспериментальных обследований и мерзлотно-грунтовых исследований с последующим многолетним мониторингом (равным или более 5-7 лет).

В табл. 19.11 приведена стадийность проектно-изыскательских и опытно-экспериментальных работ. Одновременно с выполнением на ранней стадии изучения территории проектируемого объекта (например, на стадии рекогносцировочных изысканий) необходимо выявлять типовые участки местности для организации и проведения стационарных, долговременных (равным или более 5 лет) наблюдений (мониторинг) за температурным и влажностным режимами грунтов, осадками и пучением поверхности.

Такие стационарные наблюдения следует вести на всех стадиях проектно-изыскательских работ, а также в дальнейшем в процессе строительства и эксплуатации дорог, аэродромов и других сооружений. При разработке программ наблюдений и организации полевых опытно-экспериментальных работ и мерзлотно-грунтовых исследований целесообразно работать проектно-изыскательским организациям совместно с учебными и научно-исследовательскими институтами, кафедрами, лабораториями, конструкторскими бюро и т.д.

Стационарные наблюдения проводят с целью проверки правильности применяемых конструкции, способов производства работ, новых решений в области конструирования, расчета и эксплуатации сооружений, а также установления их взаимодействия с многолетнемерзлыми и сезонно мерзлыми грунтами.

Стационарные наблюдения проводят на специальных пунктах (постах), организуемых на опытных конструкциях, а также на характерных участках эксплуатируемых автомобильных дорог.

В программу наблюдений входит круглогодичное систематическое изучение:

теплового режима грунтов земляного полотна и естественного основания (температуры, глубины и скорости оттаивания и промерзания);

водного режима земляного полотна и грунтов естественного залегания (влажности, льдистости и источников увлажнения);

осадок и пучения грунтов естественного основания, земляного полотна и дорожного покрытия;

прочности и деформативности земляного полотна и грунтов естественного основания (модуля упругости, модуля деформации, сцепления и угла внутреннего трения);

метеорологических условий (атмосферные осадки, температура воздуха, ветер, даты установления и схода снегового покрова).

Посты водно-мерзлотного контроля (ПВМК) оборудуют после подробного изучения климатических, мерзлотно-грунтовых и гидрогеологических условий местности и конструктивных особенностей полотна дороги.

На каждый пост ПВМК составляют специальный паспорт.

Методика организации наблюдений на постах (ПВМК) приведена ниже.

Наблюдения за температурой, глубиной и скоростью оттаивания и промерзания грунтов осуществляют с помощью термометров различных конструкций, в том числе жидкостных (ртутных, спиртовых) термометров, а также электрических термометров сопротивления, основанных на термопарах.

Схема заложения термометров и влагомеров на посту ПВМК представлена на рис. 19.13. Устанавливаются датчики температуры и влажности с помощью скважин, пробуриваемых по оси дороги, на краю дорожного покрытия, в обочине, около подошвы насыпи, в берме (если таковая в конструкций имеется), в резерве и в поле, за пределами дорожной полосы (на рис. 19.13 эти измерительные вертикали обозначены цифрами 1,2,3,4....).

Рис. 19.13. Схема заложения термометров и влагомеров на наблюдательном посту:
1 - измерительная вертикаль по оси дороги; 2 - то же на обочине; 3 - то же посередине кювета (если в резерве, то их д.б. минимум 3: по краям и по средине); 4 - то же на границе полосы отвода; (+) - термометры; (-) - влагомеры; 5 - пост наблюдения

Наилучший способ установки датчиков на строго фиксированной глубине - это привязать их к деревянной рейке, на которой точно помечены соответствующие расстояния и места датчиков, и опустить эту гирлянду датчиков в скважину на заранее запланированную глубину. После этого скважина засыпается сухим песком с легким потряхиванием рейки с датчиками, установленной в этой скважине. Точное местоположение скважины в плане следует строго зафиксировать в плане и на поперечнике - разбить поперечный створ и закрепить его на местности (на деревьях, телеграфных столбах или установить специальные знаки створные столбы). Результаты измерений температуры заносят в журнал наблюдений (или фиксируются на самописцах) и в последующем изучают и обрабатывают. Осадки и пучение фиксируют путем нивелирования специальных марок (маяков) (на рис. 19.14 пучинистые и осадочные марки обозначены цифрами 1 и 2). На участках автомобильных дорог с капитальными и облегченными покрытиями применяют закрепленные в покрытиях тонкие металлические стержни с головкой, имеющей сферическую поверхность (форма гвоздя) для установки на ней рейки при нивелировании (на рис. 19.15 они обозначены цифрами 1-8).

Рис. 19.14. Схема установки марок в земляном полотне:
1 - марки для наблюдений за пучением (осадкой) грунта земляного полотна; 2 - то же грунтов естественного основания

Рис. 19.15. Конструкция опытного участка (пример) с марками оценки пучения и осадок земляного полотна и дорожной одежды:
1-8 - марки оценки пучения и осадок дорожного покрытия и верхнего слоя земляного полотна; 9-17 - марки оценки осадок основания земляного полотна

Марки (9-17) для наблюдения за осадками и пучением грунтов в основании земляного полотна изготавливают из металлического листа толщиной 3-4 мм, размерами 30´30 или 40´40 см и диаметром стержня 10-15-20 мм, приваренного по центру листа. Высота стержня должна быть меньше высоты насыпи на 8-10 см в точке установления марки (маяка).

Высотной привязкой и нивелировочной основой для контроля следует предусматривать устройство специального мерзлотного репера (рис. 19.16), устанавливаемого в удобном для нивелирования месте и, желательно, скрытого от посторонних глаз.

Рис. 19.16. Постоянный мезлотный репер:
1 - деревянный короб; 2 - торф или мох; 3 - грунт; 4 - заглушка; 5 - стержень репера, заанкеренный в вечномерзлый грунт; 6 - глинистый или бетонный раствор; 7 - засыпка песком; 8 - заполнение солидолом; 9 - труба

Модули упругости и деформации мерзлых и оттаивающих грунтов земляного полотна и соответственно естественного основания в зоне вечной мерзлоты определяют посредством пробных нагружений грунта с помощью передвижного пресса. Испытания проводят с помощью специального пресса или более простого оборудования, состоящего из гидравлического (или механического) домкрата, манометра, набора штампов разных диаметров и индикаторов для замера осадок штампа.