2809

7)ИГЭ-12А – песок средней крупности, насыщенный водой,

свключением щебня кристаллических пород, с прослоями суглинка, рыхлый, мощность от 0 до 4,2 м;

8)ИГЭ-13А – песок мелкий, насыщенный водой, с частыми прослоями суглинка и глины плотный, вскрытая мощность 9 м;

9)ИГЭ-14А – песок средней крупности, насыщенный водой,

спрослоями суглинка, плотный, вскрытая мощность 9 м;

10)ИГЭ-15 – суглинок тяжелый, опесчаненный, тугопластичный с включениями гравия кристаллических пород, мощность 3,5 м;

11)ИГЭ-19 – суглинок тяжелый, текучепластичный, с частыми прослоями песка, мощность от 0 до 6,2 м.

Сведения о прочностных и деформационных характеристиках грунта в основании линейного объекта представлены в табл. 1.

Таблица 1

Нормативные и расчетные характеристики грунтов, входящих в расчетную схему

Установившийся уровень грунтовых вод зафиксирован на глубине от 0,2 до 0,6 м от поверхности земли (абсолютные отметки от

176,55 до 179,15).

Для проведения расчетов принят поперечный профиль конструкции земляного полотна на пикете ПК 177+80.00 (рис. 1).

Особенностью грунтового основания является наличие слабых грунтов: ИГЭ-12А, ИГЭ-19. Из этого следует, что необходимо осуществить ряд расчетов, результаты которых приведут к определенным вариантам возведения насыпи дорожного полотна на данном основании.

491

В первую очередь производим расчет основания по деформациям, а точнее определяем осадку основания методом послойного суммирования. Данные о составе насыпи приведены в табл. 2, расчетная схема – на рис. 1.

Таблица 2

Состав насыпи и характеристики слоев

Рис. 1. Расчетная схема

Согласно СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» и вышеуказанным значениям нормативных нагрузок из ГОСТ 52748– 2007 определяем общую осадку сооружения: s = 22,1 см.

Далее следует оценить степень устойчивости основания насыпи в зависимости от величины расчетной нагрузки и характера отсыпки насыпи.

Степень устойчивости, исходя из положений [1], устанавливается по величине коэффициента безопасности:

492

где Kбез – коэффициент безопасности; Рбез – безопасная нагрузка, отвечающая предельной величине внешней нагрузки на основание, вызывающей возникновение предельного состояния по сдвигу в наиболее опасной точке основания; Ррасч – расчетная величина внешней нагрузки, определяемая для насыпи трапецеидальной формы.

Pбез насыпи hнасыпи Sкон PНК ,

где РНК – расчетная величина нагрузки от автомобилей, определяемая по ГОСТ 52748–2007. Для 4-полосной дороги категории Iв класса нагрузки K, нормативной нагрузки НК (при расчете на устойчивость насыпи) ее следует принимать равной 8,3.

где с – колея нормативной нагрузки НК (с = 2,7 м); D – база нормативной нагрузки НК (D = 3,6 м).

Безопасная нагрузка зависит от интенсивности передачи нагрузки, в связи с чем для определения типа основания по результатам оценки устойчивости необходимо в общем случае определить коэффициент безопасности для условий быстрой отсыпки насыпи и условий медленной отсыпки.

Безопасная нагрузка для условий быстрой отсыпки насыпи определяется по формуле

где Cнач и нач – сцепление и угол внутреннего трения грунта слабой толщи при его природных плотности и влажности; ср – средневзвешенный удельный вес грунта слабой толщи (в необходимых случаях с учетом взвешивания), расположенной выше горизонта Z; Z – глубина рассматриваемого горизонта от поверхности земли; – для трапецеидальной эпюры нагрузки функция нач, формы эпюры нагрузки 2a/B и относительной глубины z/b, устанавливаемая по графикам прил. 3 [1].

493

В случае, когда коэффициент безопасности больше или равен единице, основание относят к I типу по устойчивости и никаких дополнительных проверок устойчивости не проводят.

Расчет коэффициента устойчивости при медленной отсыпке ведется аналогично, только при нахождении безопасной нагрузки учитываются условные сцепление и угол внутреннего трения, получаемые при консолидированно-дренированных испытаниях на сдвиг. Кроме того, средневзвешенный удельный вес грунта умножается на глубину рассматриваемого горизонта от поверхности земли.

Результаты расчета показывают, что слой суглинка (ИГЭ-19) относится ко II типу оснований (необходимы специальные мероприятия для обеспечения требуемой устойчивости). А слой влажного песка (ИГЭ-12А) можно отнести к I типу (для обеспечения устойчивости не требуются дополнительные мероприятия).

Представим, что мы применили условия медленной отсыпки грунта насыпи при которых наблюдалось сжатие слабой толщи грунта. Следующим этапом перед устройством дорожной одежды должен быть прогноз хода осадки основания насыпи во времени, который следует проводить для наиболее невыгодного слоя грунта – суглинка. Тогда время завершения не менее 90 % расчетной осадки для суглинка равно 1,75 года. В условиях непрерывного роста темпов современного автодорожного строительства сокращение сроков является значительным преимуществом, поэтому использование этого способа возведения насыпи в большинстве случаев является неприемлемым. Для решения этой проблемы необходимо рассмотреть другие варианты обеспечения устойчивости основания насыпи на слабом основании.

Одним из наиболее эффективных и экономически целесообразных вариантов обеспечения устойчивости насыпи на слабом основании является применение использование геосинтетических материалов. Геосинтетические материалы широко применяются для обеспечения устойчивости насыпей в дорожном строительстве [2–7].

Основой для подбора и расчета геосинтетика послужит типовое решение, рекомендованное для дорожного строительства [2] (рис. 2).

Для определения максимальной растягивающей нагрузки в армоэлементе, который будет находиться в основании насыпи, воспользуемся методом круглоцилиндрической поверхности скольжения (КЦПС). В этом случае нагрузка может быть определена как

494

где Yj – вертикальное плечо момента для критической поверхности скольжения для блока j в основании насыпи; MRRj – максимальный суммарный момент для блока j в основании насыпи; MDj – максимальный опрокидывающий момент для блока j в основании насыпи; MRSj – максимальный суммарный момент удерживающих сил для блока j в основании насыпи.

Рис. 2. Типовая конструкция с тканым геотекстилем из прочных полиэфирных нитей: 1 – дорожная одежда; 2 – связный грунт; 3 – геосинтетический материал «Геоспан ТНПЭ»; 4 – слабое основание

Потенциальную поверхность скольжения находим, используя метод Янбу (рис. 3). При расчете удерживающего момента учитываются следующие характеристики:

где Wi – вес i-го блока грунта, кН; Pi – нагрузка от транспорта, кН; φi, Сi – угол внутреннего трения и сцепление грунта по плоскости скольжения; li – длина дуги скольжения, м.

Опрокидывающий момент включает силы, направленные на сдвиг (опрокидывание) отсека:

MD (Wi Piтр) sin i .

Обозначив все необходимые значения для каждого блока расчетного отсека обрушения, рассчитываем максимальную погонную нагрузку, которую должен воспринимать геотекстиль: Tmax 27,8кН/м.

495

Рис. 3. Определение поверхности скольжения и разбивка на блоки

Тогда расчетная прочность геотекстиля определяется по формуле

где А1 – коэффициент учета ползучести, А1 = 0,5; А2 – коэффициент учета повреждения геосинтетика при транспортировке, монтаже и уплотнении грунта, А2 = 0,95; А3 – коэффициент учета стыковки, взаимного перекрытия и соединения полотен, А3 = 0,8; γb – коэффициент запаса для гибких армоэлементов, γb = 1,75.

С учетом коэффициентов требуемая прочность геотекстиля равна 142,1 кН/м. Исходя из этого, принимаем в качестве армирующего материала тканый геотекстиль из прочных полиэфирных нитей марки ТНПЭ 150 производства фирмы «Гекса» с пределом прочности по длине 150 кН/м и пределом прочности по ширине 50 кН/м.

Выводы:

1.Выполненные расчеты устойчивости автодорожной насыпи на слабом основании показали, что на данном участке автодороги целесообразно применение двух альтернативных варианта возведения насыпи: медленная отсыпка с дальнейшей консолидацией основания в течение 21 месяца и применение геосинтетического материала из полиэфирных нитей без ожидания завершения консолидации основания.

2.Технико-экономическое сравнение вариантов дает однозначное представление о наиболее рациональном и относительно дешевом

способе (с учетом времени, потерянного при медленной отсыпке), а именно обеспечении устойчивости основания насыпи при помощи тканого геотекстиля из прочных полиэфирных нитей марки ТНПЭ 150.

496

Список литературы

1.Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах. – М., 2004. – 133 с.

2.Методы строительства армогрунтовых конструкций: учеб.- метод. пособие / В.Г. Офрихтер, А.Б. Пономарев, В.И. Клевеко, К.В. Решетникова. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2010. – 145 с.

3.Клевеко В.И. Определение расчетного сопротивления грунтового основания, армированного горизонтальной прослойкой // Основания и фундаменты в геологических условиях Урала. – 2002. – № 1. –

С. 53–56.

4.Клевеко В.И. Осадка фундамента на армированном грунтовом основании // Основания и фундаменты в геологических условиях Ура-

ла. – 2002. – № 1. – С. 46–49.

5.Клевеко В.И. Исследование работы армированных глинистых оснований // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. – 2014. – № 4. – С. 101–110.

6.Клевеко В.И. Применение геосинтетических материалов в дорожном строительстве в условиях Пермского края // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. – 2013. – № 1. – С. 114–123.

7.Клевеко В.И. Оценка величины осадки фундамента на глинистых основаниях, армированных горизонтальными прослойками // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности. – 2012. – № 1. – С. 89–98.

Об авторах

Рубцова Мария Владимировна – студентка кафедры строительного производства и геотехники, Пермский национальный исследователь-

скийполитехническийуниверситет, e-mail: masharubzova@yandex.ru.

Клевеко Владимир Иванович – кандидат технических наук,

доцент кафедры строительного производства и геотехники, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: vlivkl@mail.ru.

497

УДК 625.7

И.М. Самышева, Л.В. Павлова

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ ЭКСПЛУАТАЦИИ, СТРОИТЕЛЬСТВА И РЕКОНСТРУКЦИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ МОСТОВ, ДОРОГ, ТОННЕЛЕЙ

Освещены современные экологические проблемы, связанные со строительством, эксплуатацией и реконструкцией автомобильных дорог, мостов, тоннелей. Исследованы аспекты воздействия на экологию окружающей среды. Отражены методы борьбы с ухудшением экологической ситуации, в частности на территории РФ.

Ключевые слова: автомобильные дороги, экология, воздействие, загрязнение, компонент, окружающая среда, влияние, борьба.

I.M. Samysheva, L.V. Pavlova

ECOLOGICAL ASPECT OF OPERATION, CONSTRUCTION AND RECONSTRUCTION OF HIGHWAYS, BRIDGES, TUNNELS

This article opens the modern environmental problems connected with construction, operation and reconstruction of highways, bridges, tunnels, investigates aspects of impact on ecology of environment and reflects methods of fight against deterioration of an ecological situation, in particular, in the territory of the Russian Federation.

Keywords: highways, ecology, influence, pollution, component, environment, influence, fight.

Любой элемент деятельности предприятий дорожного хозяйства оказывает действие на окружающую среду, т.е. при строительстве, реконструкции, ремонте, содержании автомобильных дорог и искусственных сооружений существуют экологические аспекты, явные и скрытые (таблица).

498

Экологические аспекты и воздействия

Источниками воздействия автомобильной дороги на окружающую среду являются различные транспортные средства, дорога с движущимся по ней транспортом, строительно-дорожные машины и оборудование в процессах выполнения технологических операций строительства, реконструкции, эксплуатации, содержания и ремонта дорог, предприятия дорожного хозяйства и сервиса, находящиеся в придорожной полосе [1]. Взаимодействие системы «водитель – автомобиль – дорога – окружающая среда» представлено на рис. 1.

Рис. 1. Схема взаимодействия водителя с окружающей средой

Основные виды воздействия автомобильной дороги на окружающую среду представлены на рис. 2.

Наиболее чувствительные компоненты природной среды при строительстве (реконструкции) автомобильной дороги – это:

ландшафт, рельеф местности, плодородный слой почвы из-за отчуждения земель под дорожные объекты и линейные сооружения, сооружение выемок, мостовых переходов, насыпей, земляного полотна, наличие строительных отходов и несанкционированных свалок, эрозионных процессов, карьеры строительных материалов;

499

Основные виды воздействия автомобильнойдороги на окружающую природную и социальную среду

Изъятие невозобновимыхприродных ресурсов: дорожно-строительных и каменныхматериалов, щебня, песка, грунта; конструкционных: черных, цветных металлов, пластмасс, цемента, битума; эксплуатационных: топлив, масел, противогололедныхреагентов, биопрепаратов, пестицидов; энергоресурсов; изъятие земельных ресурсов, воды, кислорода; воздействие на плодородныйслой почвы

Физическоеналичие объекта (сооружение и использованиеобъекта), воздействиена ландшафт, гидрологию, климат, социально-экономические условия жизни, традиционныйуклад жизни и природопользованиеместного населения

Загрязнениехимическимивеществами, пылью, твердыми отходами компонентовокружающей среды (воздуха, воды, почвы, растительности) и воздействиена здоровье населения, плодородие сельскохозяйственных земель, биопродуктивностьприродных ландшафтови водоемов

Шум, вибрации, электромагнитноеи ионизирующее воздействие на компоненты окружающей среды, население и животный мир

Динамическое воздействиедвижущихся машин и механизмов на людей, животных, растительность

Рис. 2. Основные виды воздействия автомобильной дороги на окружающую среду

поверхностные воды из-за загрязнения их нефтяными продуктами, специальными жидкостями (жидкостями систем охлаждения двигателей, гидросистем строительно-дорожных машин, аккумуляторных батарей), взвесями, особенно при установке опор мостов в русле реки, смыва пленкообразующих веществ и вяжущих со строительных площадок;

животный мир, ихтиофауна, население при забивании свай, производстве взрывных работ, работе машин и механизмов (рис. 3).

Наиболее чувствительными компонентами природной среды

при эксплуатации, содержании и ремонте автомобильных дорог яв-

ляются:

– поверхностный сток из-за загрязнения противогололедными, органическими веществами, нефтепродуктами, продуктами износа дорожного покрытия, шин; проложения дороги в выемке или на насыпи, концентрации стока вследствие искусственного водоотвода с дорожного покрытия и др.;

500