Разработанные ранее технологии строительства дорог на слабых основаниях характеризуются большой материалоемкостью минерального сырья, как в процессе строительства, так и эксплуатации. К таким методам относится полная или частичная замена слабых грунтов (в основном торфов) на пески, щебень или крупнообломочный материал с использованием лесных ресурсов в качестве армирующего элемента основания (лежневки). Задачей исследования стала разработка экологически безопасной технологии устройства нефтепромысловых дорог, позволяющей снизить антропогенные воздействия на окружающую среду и обеспечить прочность и эксплуатационную безопасность конструкции.
Проведенные исследования показали, что эффективным решением этой задачи является использование геосинтетических материалов для повышения несущей способности слабого основания [1]. Геосинтетические материалы в конструкции земляного полотна дороги позволяют обеспечить высокий темп строительства, качество и надежность эксплуатации конструкции, сокращение объема использования строительных материалов, снижение материалоемкости и энергопотребления, что направлено на обеспечения экологической безопасности при строительстве нефтегазопромысловых дорог. Для оценки экологической безопасности нами был использован метод квалиметрии, позволяющий получить бальную оценку экологической безопасности, что также принято при построении системы различных национальных стандартов «зеленого строительства»[2]. Различия в системах заключаются в количестве и формулировках применяемых критериев, значениях граничных значений показателей соответствия, названиях и количестве баллов и системе градации. Выполненные оценки показали преимущество технологии армирования оснований в сравнении с методами частичной или полной замены грунтов (рис 1).
Рис. 1. Оценки методов строительства
Фактически метод армирования геосинтетическими материалами (геотканью) наименьшим образом влияет на окружающую среду при наименьших технико-экономических затратах.
Важным показателем эффективности метода армирования оснований служит прогноз развития осадок во времени, который позволяет оценить надежность и эксплуатационную пригодность разработанного решения. Исследования выполнялись на участке промысловой автомобильной дороги, проходящей внутри коридора коммуникаций, соединяющего три Салымских нефтяных месторождения Западной Сибири. Строительство автодороги осложнено многочисленными болотами, проходящими через участок строительства. В процентном соотношении общая протяженность болот составляет 31,5 % от общей длины 49-километрового коридора коммуникаций. Глубина болот колеблется от 1 до 6 метров.
Определение прочности армирующей геоткани выполнялось по I-му предельному состоянию расчетным методом по схеме круглоцилиндрических поверхностей скольжения и плоскому сдвигу на контакте арматура - грунт насыпи.
Технология производства работ включала в себя следующий порядок:
- сшивку геоткани в цельные полотна и обеспечивающие безстыковочные зоны на захватках длиной 25 м (рис.2);
- планировку основания;
- укладку цельных полотен на основание с нахлестом не менее 1 м;
- отсыпку и уплотнение слоя насыпи толщиной 70 см (рис.3);
- устройство обратных заворотов геоткани с последующим преднапряжением армирующего элемента с помощью строительной техники (рис.3);
- последующая отсыпка грунта насыпи с уплотнением до проектных отметок.
Рис.2. Отсыпка и уплотнение слоя насыпи.
Проектная осадка насыпи рассчитывалась по двум методикам: расчет конечной осадки торфяного основания на основе региональной типизации торфов ВСН 26-90 [5] и расчет осадок методом слоя ограниченной мощности Н.А. Цытовича.
Результаты расчетов по каждому из пикетов, расположенных с шагом 200 м, участка автомобильной дороги представлены на графике (рис. 3). По вертикали отложено значение осадки в см. Как следует из приведенных графиков, различия в некоторых точках указывают на несовершенство имеющихся методик, а, следовательно, требуют экспериментального подтверждения.
Рис. 3. Значений расчетной осадки насыпи, полученной по двум методам расчета
Мониторинг осуществлялся на участке дороги длиной 3 км, продольный профиль представлен на рис.6. Участок характеризуются залеганием торфа различной мощности, грунтовые воды находятся практически на поверхности природного рельефа. Наблюдения проводились методом геодезических съемок, в качестве реперов были выбраны металлические водопропуска из металлических труб диаметром 1,2 м, которые укладывались на армированное геотканью основание. Водопропуска устанавливались с шагом 200 м на пикетах: ПК31+00, ПК 33+00, ПК 35+00, ПК 37+00, ПК 39+00, ПК 41+00, ПК 43+00, ПК 45+00, ПК 47+00, ПК 49+00, ПК 51+00, ПК 53+00, ПК 55+00, ПК 57+00, ПК 58+40.
Рис. 4. Продольный профиль насыпи ПК 31- ПК 58+40
Наблюдения за осадкой насыпи проводилось несколькими циклами. Первый цикл съемок последовательный, что обусловлено технологией производства работ. Водопропуска монтировались последовательно в течение 20 суток, а геодезическая съемка велась индивидуально после монтажа водопропуска и отсыпки насыпи до проектных отметок. Последующие циклы съемок проводились сразу по всем токам наблюдений. Первые 10 месяцев (период интенсивных осадок) наблюдения проводились постоянно каждый месяц. Все результаты заносились в журнал наблюдений, а затем обрабатывались. Результаты наблюдений представлены в таблице и на графике (рис.5).
Рисунок 5. График фактической осадки, ось S-глубина осадки (м.), ось t - время осадки (мес.).
Сравним результаты фактической осадки через 10 и 20 месяцев с расчетными данными осадок (табл.1).
Таблица 1
|
№ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
№ пикета |
ПК 31 |
ПК 33 |
ПК 35 |
ПК 37 |
ПК 39 |
ПК 41 |
ПК 43 |
ПК 45 |
ПК 47 |
ПК 49 |
ПК 51 |
ПК 53 |
ПК 55 |
ПК 57 |
ПК 58 |
|
|
через 10 мес. |
|
0,29 |
1,27 |
1,9 |
1,84 |
1,58 |
0,39 |
2,14 |
0,58 |
1,45 |
1,7 |
1,8 |
1,6 |
0,66 |
1,45 |
0,32 |
|
|
0,18 |
0,48 |
0,55 |
0,78 |
0,71 |
0,14 |
0,91 |
0,42 |
0,48 |
0,83 |
0,95 |
0,98 |
0,36 |
0,8 |
0,35 |
|
|
через 20 мес. |
|
0,29 |
1,27 |
2,19 |
1,94 |
2,05 |
0,39 |
2,95 |
0,58 |
1,51 |
1,91 |
2,36 |
2,06 |
0,66 |
1,72 |
0,32 |
|
|
0,22 |
0,63 |
0,69 |
0,96 |
0,99 |
0,19 |
1,06 |
0,54 |
0,62 |
0,98 |
1,17 |
1,24 |
0,52 |
1,04 |
0,51 |
|
Анализ полученных результатов показывает.
Осадка основания стабилизировалась во всех точках наблюдения практически за 20 месяцев, что согласно теоретическим расчетам составляет 95 % конечной осадки.
Предложенное проектное решение и технология отвечают требованиям прочности и надежности, несущая способность основания обеспечена.
Использования технологии армирования грунтов основания геосинтетической тканью приводит к выравниванию значений осадки по профилю дороги.
Предложенная технология позволяет снизить материалоемкость строительства, уменьшить антропогенные воздействия на окружающую среду, повысить экологическую безопасность строительства нефтегазопромысловых дорог.
Рецензенты:
- Кочетков А.В., д.т.н.,заведующий отделом ФГУП Росдорнии, профессор СГТУ и ПГТУ, г. Саратов.
- Шукуров И.С., д.т.н. профессор кафедры «Городское строительство и экологическая безопасность» ГОУ ВПО Московский государственный строительный университет, г. Москва.