1523

пасов угля и дальнейшей нерентабельностью их разработки, что привело к огромной экологической нагрузке на окружающую среду [1]. После ликвидации шахт осталась нерешенной проблема, связанная с рекультивацией отвалов горных пород, влияние которых может продолжаться несколько десятков и даже сотен лет [2]. Примерно на 15 га территории находятся отвалы и терриконы, содержащих в себе больше 2 млн м3 горной породы [3].

Последствия складирования горных пород заключаются в отчуждении земельных угодий, изменении и преобразовании природного ландшафта; вследствие самовозгорания ветровая и водная эрозии загрязняют атмосферу и гидросферу, почву, источники водоснабжения [4].

Породные отвалы имеют в своем составе обломки аргиллита, песчаника, известняка, а также угля. Внутри терриконов протекают процессы выветривания, окисления, гидролиза, гидратации, метасоматоза. При окислении пирита, содержащегося в отвалах до 4 %, происходит образование серной кислоты, окислов и гидроокислов железа. Окисление идет с образованием тепла и сопровождается самовоспламенением терриконов, обжигом, переплавлением пород, фумарольными процессами [3].

Атмосферные осадки, попадая в тело террикона, взаимодействуют с горными породами, обогащаются растворимыми соединениями. Стоки, проходя через толщу отвала, имеют реакцию среды pH 1–3, высокую концентрацию сульфат-иона (до 30 г/л), железа (до 8 г/л), тяжелых металлов и минерализацией до 50 г/л. Просачивание фильтрата в почву и грунты ведет к их закислению, что не позволяет многим представителям флоры расти на данных участках [3].

Влияние отвалов горных пород КУБа на окружающую среду является экологической проблемой, так как стоки с отвалов, попадая в грунт и почву, закисляют их.

Для большинства культурных растений оптимальная почвенная среда должна быть нейтральной, поэтому повышенная кислотность, которая наблюдается на территории Кизеловского угольного бассейна, неблагоприятным образом сказывается на растительности данной местности. Таким образом, закисленная почва имеет низкую плодородность, что означает ограниченность использования ресурса для выращивания продовольствия. Именно поэтому рекультивация терриконов Кизелбасса является актуальной на сегодняшний день.

361

Общая площадь отработанных земель в бассейне составляет 675,3 га. Основная доля нарушенных земель (около 90 %) приходится на промплощадки и земли под отвалами и терриконами [5].

Наиболее распространенным приемом понижения кислотности является известкование. Известь вытесняет из плодородного слоя почвы водород и алюминий и заменяет их кальцием и магнием. Известкование производят внесением в почву известковой или доломитовой муки на глубину до 20 см в зависимости от исходной рН и структуры почвы: чем тяжелее почвы, тем больше требуется внесения извести.

При известковании происходит сдвиг кислотности почвы в сторону нейтральной реакции раствора, что способствует развитию почвенных микроорганизмов, участвующих в преобразовании азота, фосфора и других питательных веществ из почвенного органического вещества. Подвижные соединения алюминия и марганца переходят в неактивное состояние, в результате снижается их токсическое действие на растения. В то же время такие необходимые растениям элементы, как калий, фосфор и молибден, переходят в более усвояемые формы [6].

Помимо известкования, существуют альтернативные способы стабилизации рH в почве. В табл. 1 приведены наиболее распространенные виды удобрений, которые можно применять на участке наравне с известью, учитывая при этом их состав [7].

362

Все описанные выше методы достаточно эффективны и имеют свои плюсы. Однако для рекультивации террикоников Кизеловского угольного бассейна они малопригодны из-за высокой стоимости реализации. Это связанно с тем, что для проведения подобных работ необходимо произвести закупку предложенных выше реагентов либо материалов и осуществить их доставку на объект.

На основании аналитического исследования способов рекультивации кислых почв был подобран реакционный материал в виде отвального шлака производства феррованадия, образующегося на Чусовском металлургическом заводе, расположенного на территории Пермского края. Общий объем накопленных отходов составляет примерно 1,8 млн т. Шлак представляет собой мелкодисперсный порошок. Гранулометрический состав конечного шлака представляет собой фракции не более 2 мм – 95 %, крупностью до 300 мм – не более 5 %, наличие влаги – не более 10 %.

Укрупненный химический состав представлен в табл. 2 [8].

Способ рекультивации закисленных почв Кизеловского угольного бассейна основан на реакции нейтрализации при взаимодействии с щелочными отходами Чусовского металлургического завода. Расстояние от города Чусового до террикоников КУБа составляет не более 100 км, т.е. материал для проведения рекультивационных работ находится в непосредственной близи от деградированных земель. Положительной стороной этого метода является использование ресурсного потенциала не используемого в настоящее время промышленного отхода.

Материал для рекультивации вносится на терриконики следующим способом. Сначала рекультивационный материал доставляется автосамосвалами на поверхность отвала. Далее с помощью грунтосмесительной машины отходы перемешиваются с грунтом в соотношении 1:1. Следующим шагом является засыпка поверхности террикона природным грунтом. В качестве природного грунта возможно использование почвы, песка, глины, вскрышных пород или смеси данных материалов.

363

Последний этап рекультивации (биологический) характеризуется укладкой слоя потенциально плодородного слоя почвы и высадкой насаждений.

Таким образом, ферросплавный шлак, образующийся при производстве феррованадия алюминосиликотермическим способом на Чусовском металлургическом заводе, не требует больших транспортных затрат, сложных технологических переделов, объема материала, и может быть использован в смеси с природным грунтом для рекультивации террикоников Кизеловского угольного бассейна.

Список литературы

1.Максимович Н.Г., Черемных Н.В., Хайрулина Е.А. Экологические последствия ликвидации Кизеловского угольного бассейна // Географический вестник. – 2006. – Вып. 2.

2.Максимович Н.Г. Создание геохимических барьеров для очистки стоков породных отвалов // Уголь. – 2006. – № 9. – С. 64.

3.Хроники Кизела [Электронный ресурс]. – URL: http://wiki.kizel.ru/index.php:HughVXZY&title (дата обращения: 12.10.2015).

4.Баньковская В.М., Максимович Н.Г. Геохимические изменения природной среды в районах размещения отвалов угледобывающей промышленности // География и природные ресурсы. – 1989. – № 2. –

С. 42–45.

5.Королькова В.П. Перспективы и стратегия развития территории Кизеловского угольного бассейна // Apriori. Сер.: Естественные и технические науки. – 2015. – № 4.

6.Смирнов П.М., Муравин Э.А. Агрохимия. – М: Колос, 1984. –

304 с.

7.Известкование кислых почв [Электронный ресурс]. – URL: http://ovoschnoy.ru/2012/08/izvestkovanie-kislyh-pochv/ (дата обращения: 14.10.2015).

8.Материал для рекультивации полигонов твердых бытовых отходов и карьеров: пат. 2536062 Рос. Федерация, МПК B 09 B 1/00, E 21 C 41/32 / К.Г. Пугин, Я.И. Вайсман, Л.В. Рудакова, О.В. Ивенских, А.Д. Потапов; заявитель и патентообладатель Перм. нац. исслед. поли-

техн. ун-т. № 2013134905/13; заявл. 24.07.13; опубл. 20.12.14. Бюл.

№35. – 7 с.

364

Об авторах

Устенко Сабина Владимировна – магистр кафедры охраны окружающей среды, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: ustsab@mail.ru.

Егорова Алена Николаевна – магистр кафедры охраны окружающей среды, Пермский национальный исследовательский политех-

нический университет, e-mail: alena-egorova93@inbox.ru.

Залевская Юлия Михайловна – магистр кафедры охраны ок-

ружающей среды, Пермский национальный исследовательский поли-

технический университет, e-mail: ylia_15@list.ru.

Пугин Константин Георгиевич – кандидат технических наук,

доцент кафедры автомобилей и технологических машин, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: 123zzz@rambler.ru.

365

СЕКЦИЯ 2

УДК 624.131.137

Б.С. Юшков, А.С. Сергеев, А.К. Алексейчук

СТРОИТЕЛЬСТВО АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ НА ТЕХНОГЕННЫХ ГРУНТАХ

Рассмотрена проблема строительства дорог на насыпном грунте. Техногенные отложения как основание автомобильной дороги изучены довольно плохо, хотя их распространение по всему миру очень велико за счет активной деятельности человека. При строительстве на таком грунте в дороге могут возникнуть нежелательные деформации, вызванные просадкой и неоднородной сжимаемостью грунта и, как следствие, могут привести к трещинам дорожного полотна или даже к полному разрушению дороги и человеческим жертвам. Проанализировав наиболее полную классификацию насыпных грунтов, можно понять их характерные свойства и признаки, а на основе приведенных примеров становится понятно, чем нужно руководствоваться, чтобы уменьшить негативные последствия такого строительства.

Ключевые слова: насыпные грунты, возведение дорог, классификация, свойства неоднородности, неоднородная сжимаемость, свойства однородности, просадки.

B.S. Yushkov, A.S. Sergeev, A.K. Alekseychuk

CONSTRUCTION OF THE ROAD TO MAN-MADE SOILS

In this article the problem of road construction in the bulk soil. Man-made deposits as the basis of the road is poorly. Although they spread throughout the world it is very large, due to human activity. In building on the ground in such a way may have undesirable deformation caused by subsidence and nonuniform compressibility of the soil and as a result can lead to cracking of the roadway, or even the complete destruction of roads and casualties. After analyzing the most complete classification of bulk soils can understand their characteristics and symptoms, and on the basis of the above examples it is clear what must be guided by what would reduce the negative consequences of such a development.

Keywords: bulk soils, construction of roads, classification, properties irregularities nonuniform compressibility properties of homogeneity drawdown.

366

Насыпные грунты являются проблемой современного строительства за счет своей неоднородной структуры. Они способны долгое время давать осадку под сооружением, причем неравномерную и сложнопредсказуемую. Деформируемость насыпных грунтов зависит от степени однородности их сложения, способа и давности образования, а также состава грунтов и отходов. Распространен этот вид грунтов по всему миру, так как влияние человека на природу очень велико [5]. Люди интенсивно преобразовывали верхние слои, создавали отвалы искусственных грунтов, возводили плотины и дамбы, котлованы и водохранилища, создавали полигоны бытовых и промышленных отходов. Таким образом, люди перемещали и преобразовывали огромные массы пород. В результате искусственной планировки рельефа очень часто приходилось засыпать овраги и пруды [1].

Тем самым на насыпных грунтах стоят многие инженерные сооружения, и не считаться с их влиянием представляется очень опасным.

Данная разновидность техногенных отложений характеризуется нарушенной структурой, напластования которых образованы в результате отвалов, отсыпок строительных котлованов, намыва, вскрышных работ при открытой разработке полезных ископаемых, а также отвалов отходов одного или различных видов производства и свалки бытовых отходов. Состав насыпных грунтов, как правило, не всегда обусловлен хозяйственной деятельностью человека, в процессе которого происходит накопление отходов производств, но также и геологическими условиями местности [2]. В промышленном гражданском строительстве есть несколько действующих способов снижения уровня неравномерности осадок, которые по-настоящему работают. В дорожном же строительстве эта проблема является наиболее актуальной, так как дорога имеет большую протяженность и опирается только на естественное основание. Кроме этого, при эксплуатации дорог присутствуют динамические нагрузки, из-за которых происходит нарушение структуры грунта, а, как следствие, образуются еще более неравномерные осадки слабых неоднородных грунтов. Недочеты в строительстве автомобильных дорог на насыпных грунтах приводят к печальным последствиям и даже к появлению человеческих жертв.

367

В связи с этим необходимо учитывать их состав и сложение, плотность и сжимаемость, а также состав органических включений и мусора, которые в процессе разложения или перегнивания приводят к образованию пустот внутри и без того нестабильного грунта.

Насыпные грунты, в которых крупные включения различных материалов соприкасаются, именуют по виду этих включений с указанием материалов, заполняющих поры.

Действующий ГОСТ [3] подразделяет техногенные грунты на 2 категории: с жесткими структурными связями и без них, причем к первому классу отнесены только закрепленные грунты. Отдельные виды техногенных отложений, такие как насыпные грунты, не подразделяются, поэтому для полного понимания недостаточно опираться только на этот источник, стоит обратить внимание на классификацию приведенную в таблице авторами М.И. Горбуновым-Посадовым, В.А. Ильичевым и В.И. Крутовым [4].

Классификация насыпных грунтов

368

Исходя из таблицы, становится понятно, что наибольшую опасность при строительстве дорог будут представлять неоднородные по составу и сложению неслежавшиеся насыпные грунты, а содержание

втаких грунтах шлаков и отходов промышленности является весьма неэкологичным фактором, так как приводит к загрязнению подземных вод и окружающей среды в целом.

Опасность строительства дорог на техногенных грунтах обусловлена неравномерностью осадок, которая вызывает дополнительные напряжения в надземных конструкциях дорожного полотна и, как следствие, их деформации. Проблемой также является предсказать, когда и где возникнет осадка и насколько велика она будет, поэтому при строительстве дорог на техногенных грунтах нужно учитывать этот фактор для избежания аварийной ситуации при эксплуатации. Необходимо, чтобы дорога имела прочность и жесткость, достаточные для выдерживания этих деформаций на любом участке своего протяжения.

Поскольку рельеф засыпных участков местности, как правило, сильно изрезан, то и толщина насыпных грунтов, их площадь и сложение часто на небольших расстояниях могут значительно изменяться. Это создает дополнительные сложности в обеспечении равномерной осадки дорожных сооружений, возводимых на таких участках. Если при небольшой мощности грунтов проблему осадки можно решить за счет механического уплотнения, то при 10–12-метровом сложении уплотнением нельзя достичь максимальной плотности насыпных грунтов. Если не предпринимать никаких мер, то самоуплотнение таких грунтов может длится от одного года до нескольких десятков лет. Время протекания осадки связано с продолжающимся процессом консолидации и деформаций ползучести грунта. Осадка дорог, расположенных на техногенных основаниях, будет продолжаться до тех пор, пока постепенно не затухнет окончательно. Дополнительные осадки

впериод эксплуатации дорог следует обязательно учитывать при проектировании.

Восновном быстрота протекания самоуплотнения зависит от вида грунта, из которого отсыпана насыпь [2].

ВПерми остро стоит проблема строительства дорог на насыпных грунтах, так как распространение этих техногенных отложений занимает большую часть городской застройки. При работе с материалами изысканий прошлых лет в застроенной части города зафиксиро-

369

вано распространение насыпных грунтов, обладающих специфическими свойствами, т.е. сформировался довольно мощный, но часто неравномерный слой техногенных отложений [6].

Рис. 1. График зависимости осадки насыпного грунта от собственного веса: 1 – хорошо уплотненный грунт; 2 – неуплотненная грунтовая масса; 3 – уплотненная глина; 4 – неуплотненный песок; 5 – неуплотненная

глина; 6 – бытовые отбросы

Места вскрытия насыпных грунтов нанесены на схему (рис. 2). По степени воздействия на рельеф в городе Перми выделяются

три зоны:

1)зона незначительного воздействия (мощностью до 2 м);

2)зона существенного воздействия (мощностью от 2 до 3 м);

3)зонавесьмасущественноговоздействия(мощностьюболее3 м). Последняя зона, где распространены грунты большой мощно-

сти, не рекомендована и является неблагоприятной для строительного освоения за счет продолжающегося самоуплотнения и неравномерной сжимаемости. Именно эти процессы создают проблемы для строительства автомобильных дорог.

Например, при строительстве дамбы Стаханова – Чкалова на подходе к путепроводу использовались насыпные грунты (рис. 3).

370