2809

(остаточных) деформации как в грунте земляного полотна, так и в слоях оснований и покрытий дорожных одежд [5].

Накопление остаточных деформаций в основании приводит на начальном этапе к образованию микротрещин, постепенное увеличение которых способствует образованию сплошной трещины с разрушением конструктивного слоя. Таким образом, разрушение происходит постепенно. Вначале возникают перенапряжения, а затем микротрещины в отдельных микрообъектах. Развитие этого процесса сопровождается перераспределением напряжений и вовлечением в трещинообразование все большего объема материала, вплоть до возникновения сплошного разрыва. При действии сжимающих напряжений разрушение обусловлено вначале прогрессирующим развитием микротрещин [3]. На следующих стадиях происходит уплотнение дорожной одежды.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что при динамических нагрузках наблюдается накопление остаточных деформации, способствующих появлению микротрещин, которые, в свою очередь, приводят к образованию поперечных трещин. Шаг трещин с течением времени уменьшается, а ширина их раскрытия увеличивается. Происходит неравномерное уплотнение дорожной одежды с образованием неровностей в дорожном покрытий.

Список литературы

1.Леонович И.И., Лащенко А.П. Динамическое воздействие подвижного состава на покрытие автомобильных дорог // Тр. Белорус.

гос. техн. ун-та. – 2014. – № 2. – С. 66–68.

2.Вознесенский Е.А. Поведение грунтов при динамических нагрузках. – М.: Изд-во МГУ, 1997. – 286 с.

3.Баженов Ю.М. Бетон при динамическом нагружении. – М., 1970. – 264 с.

4.Сергеев Е.М. Теоретические основы инженерной геологии. –

М.: Недра, 1986. – 334 с.

5.Матуа В.П., Панасюк Л.Н. Прогнозирование и учет накопления остаточных деформаций в дорожных конструкциях. – Ростов н/Д: Изд-во Ростов. гос. строит. ун-та, 2001. – 372 с.

411

Об авторах

Юшков Борис Семенович – кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой автомобильных дорог и мостов, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: admpnipu@mail.ru.

Сергеев Андрей Сергеевич – ассистент кафедры автомобильных дорог и мостов, Пермский национальный исследовательский по-

литехнический университет, e-mail: Zzverdvd@mail.ru.

Габдулхаев Радик Ильясович – магистр кафедры автомобиль-

ных дорог и мостов, Пермский национальный исследовательский политехнический университет.

412

УДК 624.131.137

Б.С. Юшков, А.С. Сергеев, А.Р. Дильмухаметов

СТРОИТЕЛЬСТВО АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ НА ПОДРАБАТЫВАЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ

Рассмотрена проблема проектировании автомобильных дорог на подрабатываемой территории. Изложено, какие территории относятся к подрабатываемым и на какие группы они подразделяются. Описан процесс образования провала на примере Верхнекамского месторождения города Березники.

Ключевые слова: подрабатываемая территория, Верхнекамское месторождение, автомобильные дороги, провал, горные выработки.

B.S. Yushkov, A.S. Sergeev, A.R. Dilmukhametov

CONSTRUCTION OF ROADS

ON THE TERRITORY MOONLIGHTING

The article considers the problem of designing roads on undermined territories. As set out which areas are moonlighting and to which groups they are divided. The process of formation of the failure of the example Verkhnekamskoye deposit of Berezniki.

Keywords: moonlighting territory, Verkhnekamskoye, roads, failure, mining.

Нерациональное использование природных ресурсов (добыча полезных ископаемых) приводит к увеличению площади отработанных месторождений и горных выработок, которые все чаще выступают в роли основания, среды и материала для возведения инженерных сооружений, в частности автомобильных и железных дорог [1].

Разработка угольных и других месторождений полезных ископаемых приводит к значительным сдвижениям земной поверхности и деформациям инженерных сооружений. Кроме того, при разработке угольных месторождений с крутым падением пластов происходит образование участков локальной кривизны – уступов. Их воздействие на объекты приводит к еще более существенным повреждениям сооружений, вплоть до полного разрушения [2].

413

К подрабатываемым следует относить территории размещения площадок и трасс намечаемого строительства, в пределах которых производилась ранее, производится в настоящее время или предусмотрена в будущем проходка подземных горных выработок с целью добычи полезного ископаемого, строительства камер, тоннелей и прочих подземных сооружений. В результате производства горных работ и перемещения грунта в выработанное пространство происходит неравномерное оседание земной поверхности, сопровождаемое горизонтальными деформациями сдвигающегося грунта [3].

Подрабатываемые территории следует подразделять на группы в зависимости от значений деформаций земной поверхности в соответ-

ствии с табл. 1 [4].

Подрабатываемые территории, на которых при выемке пластов полезного ископаемого образуются уступы земной поверхности, следует подразделять на группы в соответствии с табл. 2 [4].

В Пермском крае актуальна проблема строительства на подрабатываемых территориях. Город Березники расположен на территории Верхнекамского месторождения, и большая его часть находится над шахтами. Пустоты в некоторых участках расположены в 250–300 м от поверхности. Так, в апреле 2011 года на территории дочернего пред-

414

приятия «Уралкалий» было зафиксировано увеличение скорости проседания грунта до 37 мм в месяц; 4 декабря 2011 года произошел провал, его размеры составили 15×10 м (рис. 1).

Рис. 1. Провал города Березники

Через два дня размеры воронки выросли до 22×30 м, 9 декабря они составили 24×34 м. В центре расположенной в 130 м от воронки круговой автомобильной развязки были зафиксированы оседания со скоростью 21 мм в месяц.

17 января 2012 года размеры воронки составляли 78×52 м, 9 февраля – 82×64 м. 9 февраля в районе южного борта воронки произошло обрушение грунта площадью 18×20 м (рис. 2). Место обрушения соединено с воронкой и заполнено водой. На первую декаду февраля 2015 года размеры воронки составили 132×137 м.

Рис. 2. Борт воронки города Березники

415

Данный процесс происходит в результате затопления рудника вначале слабоминерализованными грунтовыми водами, а затем пресными. И те, и другие воды, контактируя с соляными породами, залегающими выше отрабатываемых пластов, приобретают начальную минерализацию. Далее этот раствор назовем растворителем. Поток растворителя движется по почве штреков и камер, производя выщелачивание почвы и стенок выработок, при котором увеличивается высота целиков и уменьшается их ширина, что приводит к снижению их несущей способности и разрушению. Нарушенная соль растворяется быстрее. С поступлением в рудник определенного объема растворителя и разрушением целиков, а также из-за разницы гидростатического и бытового давления, на земной поверхности образуется провал [5].

Подводя итоги вышесказанному, можно сказать, что процесс образования провалов достаточно сложный. И одна из проблем при проектировании автомобильных дорог на подрабатываемой территории – это сложность прогнозирования возникновения провалов. На данный момент нет определенной технологии и нормативной литературы для проектирования автомобильных дорог на данной территории.

Список литературы

1.Голубева О.С., Савицкий Д.Э. Геосинтетические материалы

встроительстве транспортных сооружений на территориях с распространением карстовых процессов и в зонах горных выработок // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. – 2008. – № 1. –

С. 53–57.

2.Пеньков В.А. Разработка моделей влияния подработки на продольной профиль автомобильных дорог // Вестник Харьков. нац.

авт.-дорож. ун-та. – 2005. – № 29. – С. 289–291.

3.Золотозубов Д.Г., Пономарев А.Б., Сычкина Е.Н. Строительство на подрабатываемых и карстоопасных территориях: учеб. пособие для вузов. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 137 с.

4.СНиП 2.01.09–91. Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах. – М., 1991.

5.Борзаковский Б.А., Шилов А.В. Процессы выщелачивания солей при затоплении рудника БКПРУ – 1 // Горный информационноаналитический бюллетень. – 2010. – № 9. – С. 136–143.

416

Об авторах

Юшков Борис Семенович – кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой автомобильных дорог и мостов, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: admpnipu@mail.ru.

Сергеев Андрей Сергеевич – ассистент кафедры автомобильных дорог и мостов, Пермский национальный исследовательский по-

литехнический университет, e-mail: Zzverdvd@mail.ru.

Дильмухаметов Артур Ринатович – магистрант кафедры ав-

томобильных дорог и мостов, Пермский национальный исследовательский политехнический университет.

417

УДК 624.131.137

Б.С. Юшков, А.С. Сергеев, Е.А. Каратаева

НАБУХАЮЩИЕ ГРУНТЫ В ОСНОВАНИИ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Даны характеристики и свойства грунтов, подверженных набуханию, а также география их распространения. Представлена краткая характеристика монтмориллонита. Рассмотрены проблемы строительства и эксплуатации инженерных сооружений на набухающих грунтах. Описаны методы строительства на них.

Ключевые слова: строительство автомобильных дорог, лессовый грунт, набухающий грунт, монтмориллонитовые глины.

B.S. Yushkov, A.S. Sergeev, E.A. Karataeva

SWELL SOILS UNDERLYING ENGINEERING STRUCTURES

This article contains information about the characteristics and properties of soils prone to swelling, the geography of their distribution. A brief description of the montmorillonite. The problems of construction and operation of engineering structures on swelling soils. The methods of construction on these grounds.

Keywords: construction of highways, loess soil, soil swelling, montmorillonite clay.

Актуальность проблемы строительства инженерных сооружений высока. Нормативная документация, учебная литература по строительным специальностям не содержат рекомендаций по проектированию сооружений на подобных грунтах.

Набухающий грунт относится к лессовым породам. Лессовые породы представлены глинами, суглинками, реже – супесями. Для лессов типична однородность. Наиболее распространенная толщина лессовых отложений – 10–25 м, в отдельных случаях – более 100 м (Восточное Предкавказье). Среди лессовых пород по характеру влияния на них увлажнения различают набухающие, непросадочные, просадочные. Просадка связана с воздействием воды на структуру пород с по-

418

следующим ее разрушением и уплотнением под весом самой породы или при суммарном давлении собственного веса и веса объекта. Набухающий грунт проявляет свойства увеличения объема и поднятия грунта над уровнем поверхности земли. Лессовые породы имеют большое распространение на территории Российской Федерации. Сплошным покровом они располагаются в центральных и южных районах, на Западно-Сибирской низменности. Широкое распространение лессовые образования имеют на предгорных и горных равнинах [3].

Однако не все грунты, относящиеся к лессовым, имеют такую характеристику, как набухание. К процессу набухания глинистого грунта приводит монтмориллонит. Его наличие в глинах можно предположить по сильному набуханию этих глин при их взаимодействии с жидкостями. Монтмориллонит способен образовывать с водой пластичные студенистые массы, при этом, разбухая, увеличивается в объеме в 2–3 раза и развивает давление набухания 0,3–0,5 МПа и более [1].

Монтмориллонитовые глины не все подвержены активному набуханию. На свойства этих глин влияет химический состав (таблица).

Процент набухания глинистого грунта от его составляющей [4]

Преобладание тех или иных компонентов в составе монтмориллонитовых глин изменяют их свойства. Так, например, большое содержание натрия приводит к сильному набуханию глинистого грунта, а преобладание в составе кальция дает мылящие свойства.

Натриймонтмориллонитовые глины жадно впитывают воду, заметно увеличивают свой объем. В процессе высыхания глины трескаются (рис. 1) и в то же время вспучиваются под влиянием продолжающегося сильного разбухания более глубоких участков. В результате поверхность глин приобретает сморщенный, сильнотрещиноватый вид, напоминающий кораллы. С наступлением сухого сезона поверхность этих глин высыхает и становится чрезвычайно рыхлой [2].

При строительстве зданий и сооружений на набухающих грунтах лучше использовать свайный или глубокий фундамент, но их невыгодно использовать при малоэтажном строительстве. В данном случае возможно использование ленточного или столбчатого фундамента. Тогда требуется подготовка основания. Она включает 3 метода:

419

устройство подушек из грунта, не обладающего свойствами набухания при замачивании;

применение компенсирующих подушек;

предварительное замачивание грунта основания [5].

Рис. 1. Набухающий грунт после высыхания

Подобные методы применяют при строительстве зданий и сооружений, но для других инженерных сооружений, например, таких как автомобильная дорога, некоторые методы не применимы. Экономически невыгодно проходить набухающие грунты эстакадами, производить полную замену грунта основания на ПГС.

Виностранной практике также применяется метод предварительного замачивания. Создается котлован глубиной 2 м и заливается водой. Спустя 30 суток оставшаяся вода откачивается. В верхний влажный слой добавляется известь и укатывается пневматическим катком. Через 3 суток образовывается плотный слой грунта, на котором начинают производить строительные работы.

ВИндии применяются два метода поддержания постоянной влажности грунта основания. Первый заключается в том, что вокруг здания на небольшой глубине от уровня планировки устраивается бетонный экран. Благодаря этому климатические воздействия не влияют на изменение влажности в основании наружных стен. Однако этот метод не исключает накопления влаги под сооружением и появления неравномерных подъемов.

Второй метод заключается в замачивании грунта основания через песчаные дрены, располагаемые вокруг здания. По внешней границе отмостки пробуривают скважины и заполняют их крупным песком или гравием. Устья скважин объединены между собой закрытым железобетонным лотком. В пределах каждой стены здания лоток имеет

420