Принципы проектирования и строительства дорог на многолетнемерзлых грунтах

Многолетний опыт строительства железных и автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах в России, затем в СССР, а позднее в США и Канаде доказал целесообразность и правильность проектирования и строительства земляного полотна в насыпях (выемки составляют менее 2-3 %) из несцементированных обломочных грунтов. Применение несцементированных обломочных грунтов в качестве материала для земляного полотна еще не решает проблему его прочности и в то же время приводит к высокой стоимости строительства дорог.

Особенно неблагоприятной для дорожного строительства является первая Северная подзона, где широко распространены тундровые, переувлажненные (более предела текучести), глинистые, тонкодисперсные грунты с наличием жильных и погребенных льдов, близко залегающих к поверхности земли. Здесь в большинстве мест необходимо проектировать и строить дороги со строгим сохранением естественного режима местности, используя, как правило, первый принцип проектирования и строительства дорог, предусматривающий поднятие верхней поверхности многолетнемерзлых грунтов в насыпь и сохранение их в мерзлом состоянии в течение всего периода эксплуатации дороги. Следует широко использовать естественные и различные искусственные теплоизоляционные материалы. При этом при проектировании, а затем и при строительстве автомобильных дорог насыпь необходимо доводить до такой высоты, чтобы не было оттаивания грунтов в ее основании, то есть при Н_от = 0.

Этого достигают путем сохранения условия, при котором отрицательная среднегодовая температура в основании насыпи будет ниже температуры замерзания грунта (q_зг) - условие для 1 принципа сохранения мерзлоты [31, 45]:

Природные условия второй Центральной подзоны создали меньшую влажность местности и позволяют проектировать земляное полотно по второму принципу, предусматривающему частичное оттаивание грунтов основания с учетом возникающих при этом деформаций. В этом случае возникает возможность значительного удешевления стоимости строительства за счет использования глинистых местных грунтов взамен дорогих привозных, несцементированных, обломочных (дренирующих) грунтов.

При проектировании и строительстве дорог по второму принципу высота насыпи определяется [39, 40] с учетом возникающих деформаций (осадок) поверхности покрытия, принимаемых по ВСН 46-83 и по рекомендациям проф. Н.А. Пузакова. При этом высота насыпи для дорог с цементобетонным покрытием должна быть выше, чем , при которой оттаявший слой основания даст такую величину осадки земляного полотна, чтобы у покрытия была осадка меньше или равная допустимой величине . Для дорог с асфальтовым покрытием высота насыпи должна быть выше , при которой величина оттаявшего слоя основания даст величину осадки поверхности покрытия меньше или равную допустимой величине - в зависимости от типа асфальтового покрытия).

Таким же образом определяется высота насыпи , при которой фактическая осадка покрытия для переходных типов покрытия. Аналогично для низших типов покрытия высота насыпи £ такой Н_от, при которой . (рис. 19.4).

Рис. 19.4. График зависимости осадки (S_р) и глубины оттаивания основания ( ) от высоты насыпи (И)

Однако при любом типе покрытия или вообще без покрытия высота насыпи не должна быть меньше определенной величины ( ), иначе земляное полотно разрушится в результате термокарстовых процессов. Условием сохранения многолетней мерзлоты в основании насыпи на определенной глубине от поверхности, но не глубже, чем , является сохранение отрицательной среднегодовой температуры грунтов основания насыпи

Это условие сохранения температурного режима для обеспечения II принципа проектирования и строительства дорог в районах ММГ (ВМГ) [39, 40].

Третья Южная подзона на первый взгляд более благоприятна для дорожного строительства. Здесь многолетнемерзлые грунты встречаются или в виде сплошной высокотемпературной мерзлоты, или в виде отдельных мерзлых островов среди талой толщи грунта. Эта подзона изобилует холмистым, гористым и горным рельефами с широким распространением щебенистых, дресвяных, галечниковых и иногда глинистых грунтов. При этом, земляное полотно на участках островного распространения многолетнемерзлых грунтов следует сооружать из местных дренирующих грунтов по третьему принципу, предусматривающему обеспечение предварительного оттаивание грунтов основания и осушения дорожной полосы до возведения насыпи.

Условием обеспечения III принципа проектирования и строительства дорог является сохранение положительной среднегодовой температуры грунта в основании насыпи [39, 40]:

В окончательном виде принципы проектирования и строительства автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах можно сформулировать следующим образом (В.А. Давыдов, А.А. Малышев, И.А. Золотарь, Н.А. Пузаков и др. [13, 22]; В.А. Давыдов [19, 21, 31, 45]):

первый принцип - это сохранение многолетнемерзлых грунтов в основании земляного полотна в течение всего периода эксплуатации дороги (рис. 19.5).

Рис. 19.5. Конструкция автомобильной дороги в особо сложных условиях при проектировании по первому принципу проектирования и последующего строительства с сохранением мерзлоты в основании насыпи:
1 - дорожная одежда; 2 - насыпь; 3 - мохорастительный покров; 4 - ВГММГ после строительства дороги; 5 - ВГММГ до строительства; 6 - новообразованная мерзлота под насыпью

второй принцип - допущение частичного оттаивания многолетнемерзлых грунтов в основании земляного полотна на величину, определяемую расчетом по допустимым деформациям дорожных покрытий (рис. 19.6).

Рис. 19.6. Конструкция автомобильной дороги в сложных условиях при проектировании по второму принципу проектирования и последующего строительства с допущением оттаивания мерзлоты в основании насыпи и учетом деформаций дорожных покрытий:
1 - дорожная одежда; 2 - насыпь; 3 - ВГММГ после постройки насыпи; 4 - ВГММГ до постройки насыпи; 5 - новообразованная мерзлота

третий принцип - предварительное оттаивание многолетнемерзлых грунтов за год до начала строительства дороги, подготовка и осушение придорожной полосы (рис. 19.7).

Рис. 19.7. Конструкция автомобильной дороги в условиях островной высокотемпературной мерзлоты при проектировании по третьему принципу проектирования с предварительным оттаиванием многолетней мерзлоты в основании насыпи и осушением придорожной полосы:
1 - водоотводная канава; 2 - мохорастительный покров; 3 - резерв; 4 - грунт легкоосушаемый; 4-а насыпь из легкоосушаемых грунтов; 5 - дорожная одежда; 6 - ВГММГ до строительства дороги; 7 - ВГММГ после постройки дороги; 8 - кювет

В связи со значительными трудностями сооружения земляного полотна в рассматриваемой зоне из-за отсутствия качественных грунтов следует тщательнее проводить изыскания, подробнее и на широкой полосе изучать грунты вдоль трассы дороги, получать более надежные данные по качественной характеристике грунтов и материалов. Это позволит правильно определять конструкции земляного полотна, в меньших объемах применять привозные дорогостоящие грунты и устанавливать оптимальную высоту насыпи по трём критериям:

по наличию многолетней мерзлоты в основании насыпи на определенной глубине; определяется по температурному режиму многолетнемерзлых и сезонно мерзлых грунтов и по их физическому состоянию - мерзлое или талое, что определяют принципы проектирования и строительства дорог (см. рис. 19.5-19.7) [46];

по снегонезаносимости дорожной конструкции - см. СНиП 2.05.02-85, раздел 6;

по условиям увлажнения местности (при трех типах местности-сухие, сырые и мокрые места (см. табл. 19.3) настоящей главы, СНиП 2.05.02-85, табл. 21, плюс 0,3-0,5 м выше по рекомендации проф. В.А. Давыдова.

Дата добавления: 2015-06-04