Дороги мира. История и современность

5.3. Технология строительства дорог на Севере России

Как уже указывалось выше, технология строительства на Севере страны имеет свою специфику ввиду низких температур, состава грунтов, вечной мерзлоты, удаленности от промышленных центров, малой плотности населения, сильных ветров, большого количества снега и заболоченности больших пространств.

Рис. 146. Панорама местности на полуострове Ямал

Рис. 147. Дорога вблизи Ноябрьска

Геология этого района представлена подзолистыми и торфяными грунтами, 1 – ЗА типов. Общая протяженность болот (II–IIIA) глубиной от 1 до 7 м в полосе землеотвода под дорогу составляет 31,5 % из 49 км, участок пересекается руслами рек пять раз. Категория дороги – пятая, с нежестким покрытием, но с расширенной проезжей частью-8 м, высота профиля – 1,2–3,0 м, откосы – 1:3. В период строительства дорога должна была выдержать трафик, соответствующий третьей категории автодорог (500×2 самосвалов в сутки), при осевых нагрузках 100 кН.

Помимо геологических и климатических трудностей, строительство было осложнено дополнительными требованиями заказчика:

• обеспечить в период строительства непрерывный проезд техники;

• обеспечить до завершения полного профиля дороги провоз тяжелого бурового оборудования;

• обеспечить высокие темпы строительства (не менее 300 м в сутки).

Наиболее ценным в этом проекте, с научно-практической точки зрения, было то, что применялось три технологических варианта укрепления основания дороги на болотистых участках, а за состоянием конструкции осуществлялся постоянный мониторинг, включающий в себя геодезические наблюдения за осадкой. Первый вариант: замена грунтов основания (выторфовка), укладка геоткани, и затем отсыпка самой насыпи. Второй вариант: устройство лежневого настила из бревен, отсыпка выравнивающего слоя из местного грунта, укладка геоткани, отсыпка насыпи. Третий вариант: отсыпка выравнивающего слоя из песка, далее армирование основания насыпи геотканью.

Рис. 148. Схематичное изображение строительства автодороги по третьему варианту

На третьем варианте, который являлся основным, остановимся подробнее. В качестве армирующего материала был выбран тканый высокопрочный геотекстиль Geolon, хорошо зарекомендовавший себя при работе в низкотемпературных условиях.

Рис. 149. Армирование дорожного полотна тканым материалом

Прочность материала подбиралась по расчету, с учетом худших характеристик грунтов (5 кПа) и максимальной транспортной нагрузки. Сама армированная конструкция представляла собой замкнутую форму, образованную обратными заворотами геоткани. Это обеспечивало повышение стабильности основания насыпи Высота армированного слоя составила 0,5 м. В местах, где ожидалась значительная осадка, армирование осуществлялось в два слоя, первый (нижний) – основной слой; второй – защитный, выполнялся только по краям насыпи. В этом случае общая высота армирования была 1 м. Идея проектировщиков состояла в том, что помимо армирующей и разделительной функции геоткань должна обеспечить дополнительную защиту основания насыпи от разрушения в весенний период. Для формирования вертикальной стенки армированного слоя применялись передвижные опалубки или промороженный песчаный валик.

Большим плюсом для проекта явилась предложенная производителем Geolion, компанией Ten Cate Nicolon, технология смешивания отдельных полотен геоткани в листы 22×25,6 м. Эта позволило повысить производительность работ и значительно сократить расход геоткани на перехлесты. На всех низменных и болотистых участках были применены оригинальные конструкции водопереходов, армированные геотканью.

Геодезические наблюдения за осадкой насыпи на участках, где использовались различные варианты укрепления основания, показали явные преимущества третьего варианта. Там, где применялась одна геоткань, осадка была очень равномерной, а ее величина меньше прогнозируемой.

Приводим еще один типичный пример, строительства дороги на полуострове Ямал. Создание сети внутрипромысловых автомобильных дорог является приоритетным направлением работ. Возведение и нормальное функционирование остальных объектов всецело зависит от подвоза грузов. Добыча газа без круглогодичного снабжения обречена на неудачу. Именно с автомобильных дорог и началось более 15 лет назад освоение этого края. Было отсыпано около 70 км насыпей, но затем их строительство прекратилось. Основная причина в том, что темпы разрушения насыпей морфодинамическими процессами оказались неожиданно масштабными и энергичными.

Ямал целиком расположен в Заполярье. Рельеф полуострова – молодая равнина, абсолютные отметки которой в центральной части полуострова достигают 150 м, а ближе к окраинам снижаются до 15–20 м грунты пылеватые, реже мелкие пески – их льдистость достигает 50 %.

Климат на полуострове суровый, зима длится с сентября по май. Осадки 300–350 мм/год, около половины приходится на лето, во время которого отмечаются продолжительные моросящие дожди. Летом происходит оттаивание активного слоя, который составляет до 1 м и сопровождается вязко-илистым течением грунта по склонам.

Увлажнение тундры происходит вследствие таяния снежного покрова, малой испаряемости, осадков в виде моросящего дождя и невозможности просачивания воды в грунт вследствие водоупора (вечная мерзлота).

Автомобильные дороги строятся в насыпи, которая является чужеродным телом на поверхности тундры. Она является стимулятором целого ряда процессов, направленных на изменение состояния прилегающей полосы тундры и на собственное разрушение. Достаточно отметить, что угол естественного откоса местных грунтов составляет 2–30, в то время как заложение откосов насыпей – 1:3, то есть 18–200.

Дорожная одежда на дорогах предусмотрена трехслойная: пескоцементная смесь или щебень, слой дорнита, железобетонные плиты.

Изменение своего состояния насыпи испытывают на себе сразу же после отсыпки. Оно проявляется последовательно и закономерно.

Первичная консолидация насыпей происходит в весенний период. Возведения в зимнее время из мерзлого грунта, обладающего некоторой льдистой составляющей, насыпь теряет воду, высвобождающейся при оттаивании грунта. Потери объемов насыпей составляет при этом 6–30 %.

Вторичная консолидация насыпей происходит в результате динамического воздействия автотранспорта. Наибольшее уплотнение грунтов насыпи, до 10 %, отмечаются на проезжей части насыпи, наименьшее – на обочине.

Термокарстовые просадки под откосами. Они происходят по краям насыпей в результате их освобождения. В этом случае происходит растепление грунтов в глубину, кровля вечномерзлого грунта опускается вниз, и образуется озеро или серия озер.

Эрозионные процессы являются ведущими при разрушении насыпи. Эрозия на насыпи проявляется двояко: в виде эрозии, т. е. размыва земной поверхности текущей водой и в виде термоэрозии – если эта поверхность сложена мерзлыми, льдистыми грунтами. При термоэрозии текущая вода оказывает на размываемый мерзлый грунт еще и тепловое воздействие, что усиливает размыв.

Рис. 150. Пример эрозийной деятельности на автодороге, построенной на полуострове Ямал

Обводнение. Значительная часть насыпей оказывается на территории, затапливаемой во время половодья. Это значит, что здесь происходит ежегодное обводнение насыпей, разрушительное ветроволновое воздействие на наветренные откосы, оседание краевых частей насыпей, перетекающая вода оказывает на размываемый мерзлый грунт еще и тепловое воздействие, что усиливает размыв.

Вследствие длительного срока эксплуатации и строительство, а также научного сопровождения строительства дорог на Севере страны были сделаны следующие выводы:

• типовые решения – разрабатываемые для линейных участков насыпей (пересекающих склоны, террасы, пойму, озерные котловины) и узловых участков насыпей – разных типов;

• индивидуальные решения – разрабатываемые для узловых и отдельных участков насыпей, характеризующихся экстраординарным развитием морфодинамических процессов.

Должно быть модернизировано нормативное обеспечение – в нормативную литературу необходимо ввести раздел «Морфодинамические процессы». В нем речь должна идти о склоновых процессах, эрозионных, ветроволновых, об экспозиции откосов насыпей и об иных характеристиках рельефа. И все это применительно к строительству и эксплуатации автомобильных дорог на Дальнем Севере.

Заканчивая изложение технологий строительства дорог на Севере России, мы увидели насколько сложно построить автомобильную дорогу на Севере страны, которая могла бы быть пригодной для проезда автомобилей круглогодично. Увидели сколько еще надо сделать ученым, чтобы дороги строились в короткие сроки из местных материалов и служили как можно дольше.