Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

TIME EVALUATION OF THE PEATS’ CONSOLIDATION IN THE HIGHWAY SUB-GRADE

Chemus A.A. 1 Bereznev V.A. 1 Yadzinskaya M.R. 1
1 Perm State University
Vast territory of our country, about 20 %, swamped. Presence in the geological section of peat and high groundwater levels require additional measures to improve soil properties and hence additional costs during construction. In this regard, during the development of the territory, preferred a more favorable sites. Appli-cation of new technologies in the construction and reclamation of soils allows the expansion of economic de-velopment of the territory, cycling uncomfortable wetlands . It should be noted that most of the oil fields in Western Siberia is located in wetlands. Compared with mineral ( sand and clay ) soils, peat is characterized by high humidity, porosity and compressibility. It should be noted that the issue of time consolidation of peat composing flooded terrace and left-bank floodplain of the river. Kama paid enough attention in the scientific literature. Therefore, the aim is to assess time consolidation of peat for selecting technology of road construc-tion. The article presents the timing and consolidation of peat soil foundation holds zoning road. Underlying zoning laid term road construction, for selected taxa are recommendations.
zoning
highway
building in the water area
engineering geology
soils
consolidation
peats

Обширные территории нашей страны, приблизительно 20 % [5], заболочены. Наличие в геологическом разрезе торфов и высокий уровень грунтовых вод требуют дополнительных мероприятий по улучшению свойств грунтов и, следовательно, дополнительных затрат при строительстве. В связи с этим при освоении территории предпочтение отдается более благоприятным участкам. Применение новых технологий в строительстве и мелиорации грунтов позволяет при расширении хозяйственного освоения территории задействовать неудобные заболоченные участки. Необходимо отметить, что большая часть нефтяных месторождений Западной Сибири расположена в заболоченной местности.

По сравнению с минеральными (песчано-глинистыми) грунтами, торф характеризуется высокими влажностью, пористостью и сжимаемостью. Под нагрузкой 0,1–0,2 МПа осадка торфа составляет 30–50 %.

Изучением физико-механических свойств торфов занимались Амарян Л.С., Гусева В.И., Дрозд П.А. , Зарецкий Ю.К., Морарескул Н.Н., Силкин А.М. . Исследованиями их консолидации – Зарецкий Ю.К., Морарескул Н.Н. .

Следует отметить, что вопросу времени консолидации торфов, слагающих затопляемую левобережную террасу и пойму р. Кама, уделено недостаточно внимания. Поэтому целью работы является оценка времени консолидации торфов для выбора технологии строительства автодороги.

Объектом исследования является торф, залегающий в основании участка внутрипромысловой автодороги.

В территориальном отношении часть автодороги находится в пределах акватории Камского водохранилища и в прибрежной зоне р. Кама (рис. 1, 2).

В геоморфологическом отношении участок исследований представляет собой пологую заболоченную равнину с абсолютными отметками 106,69–107,94 (Балтийская система высот), третьей надпойменной террасы р. Кама.

Площадь изысканий расположена в 650–700 м от левого берега Камского водохранилища. Между ней и берегом проектируется устройство дамбы (насыпи) с водопропускным сооружением и автодорога (рис. 2).

Рис2.1_Обзор25_А3.gif

Рис. 1. Местоположение площади изучения

Рисунок 2 – Площадь изысканий в акватории Камского водохранилища (Google Earth, снимок 2011 г.)

В пределах участка изысканий по данным буровых работ, подтвержденных лабораторными испытаниями, встречены торфы и илы, которые относятся к специфическим грунтам.

Торф – органический грунт, образовавшийся в результате естественного отмирания и неполного разложения болотных растений в условиях повышенной влажности при недостатке кислорода и содержащий 50 % и более органических веществ.

Геологическое строение, до глубины 10 м, представлено (сверху вниз) четвертичными аллювиально-биогенными и аллювиальными отложениями: торф мощностью от 0,3 до 5,6 м, глина мягкопластичная вскрытой мощностью до 2,0 м и песок средней крупности мощностью от 1,0 до 6,5 м (рис. 3).

9646-023 880-ИИ-11.1пр.2000_адIвар_ПК0-ПК20.gif

Рис. 3 – Геологический разрез

В инженерно-геологическом разрезе торф черный, коричневато-черный, древесно-травяной, сильноразложившийся, реже среднеразложившийся, нормальнозольный и высокозольный, насыщенный водой. Торф вскрыт скважинами над песчаным грунтом (искусственно погребенный торф) и участками с поверхности.

Физико-механические свойства грунтов представлены в табл. 1.

Автодорога относится к V категории, материалом насыпи является песчано-гравийная смесь (ПГС). Высота насыпи будет определена в зависимости от величины осадки грунтов основания и, прежде всего, торфа. Время строительства – 9 месяцев, максимальное время консолидации – 6 месяцев (до степени консолидации 90 %).

Таблица 1. Физико-механические свойства грунтов

Номенклатура грунта

Влажность,

W, %

Плотность,

ρ, г/см3

Модуль общей деформации,
Е, МПа

Нормативный

Расчетный

Торф

431

1,04

0,15

0,15

Глина

33,9

1,83

10

10

Песок

19,4

1,94

26

26

Методика. В методическом плане работа строилась следующим образом:

  • обосновывалась и выбиралась расчетная модель;
  • рассчитывалось время осадки торфяной залежи.

Как видно из геологического строения участка исследований, в основании автодороги залегают торф, глины и пески, а материалом насыпи является ПГС, поэтому при расчете используется модель двусторонней фильтрации, и путь фильтрации равен половине мощности сжимаемой толщи.

Время, необходимое для достижения заданной степени консолидации Qv, определяется по формуле [10]:

где – фактор времени, принимаемый по табл. 110 «Пособия по проектированию оснований зданий и сооружений»;

– путь фильтрации сжимаемой толщи слабого грунта, равный при односторонней фильтрации мощности слоя;

– коэффициент консолидации грунта при вертикальном дренировании, м2/год.

Коэффициент консолидации для торфа равен = 1 м2/год, согласно табл. Ж.1 СП 50-101-2004 [3].

Результаты исследований времени консолидации для степени консолидации 90 % и 99 % при нагрузках Р = 0,5 кг/см2 (от насыпи) приведены в табл. 2.

Таблица 2. Время консолидации толщи специфических грунтов заданной мощности

Мощность
сжимаемой толщи

Время консолидации при

степени консолидации 90 %

степени консолидации 99 %

0,5

1 месяц

1 месяц

1,0

3 месяца

5 месяцев

1,5

6 месяцев

12 месяцев

2,0

10 месяцев

22 месяца

2,5

16 месяцев

34 месяца

3,0

23 месяца

49 месяцев

3,5

31 месяц

66 месяцев

4,0

41 месяц

86 месяцев

4,5

52 месяца

109 месяцев

5,0

64 месяца

135 месяца

5,5

77 месяцев

163 месяца

6,0

92 месяца

194 месяца

6,5

108 месяцев

228 месяцев

Из табл. 2 видно, что при степени консолидации грунтового основания автодороги 90 % время консолидации при мощности торфа 5,6 м составляет более 6 лет. Такое положение не отвечает требованиям строительства автодороги (срок строительства определен в 9 месяцев). Таким образом, уплотнять грунты основания автодороги насыпью на всем участке строительства не целесообразно.

Для выбора технологии консолидации грунтов проведено районирование трассы автодороги по методикам, изложенным в работах [2, 7, 9, 10]. В качестве классификационного показателя использован критерий мощности сжимаемой толщи Кр. Это обусловлено тем, что он определяет время консолидации грунтов основания. Граничные условия выбираются, исходя из времени консолидации. При строительстве автодороги за 9 месяцев грунтовое основание должно уплотниться за 6 месяцев. Поэтому, исходя из табл. 2, выбирается Кр. = 1,5 м сжимаемой толщи.

В результате районирования выделено 2 таксона. Первый таксон характеризуется следующими инженерно-геологическими условиями: мощность сжимаемой толщи (mc) меньше 1,5 м, время консолидации t = 6 месяцев. Второй таксон характеризуется mc > 1,5 метра и t > 6 месяцев. Построена карта районирования.

Рекомендации. Для таксона 1 технология уплотнения грунтового основания сводится к формированию насыпи из ПГС. Насыпь передает нагрузку Р = 0,5 кг/см2 грунт. Осадка торфа и ила по результатам расчетов составила 0,4–0,6 м. В течение первых двух месяцев осадка будет составлять 0,2–0,4 м, дальнейшая осадка в 0,1 м произойдет в последующие 4 месяца. В течение периода эксплуатации осадки ила и торфов прогнозируются менее 0,1 м, что допустимо по СП [3].

Для таксона 2 необходимо буронабивными сваями проходить всю сжимаемую толщу, формировать ростверк и по нему укладывать полотно автодороги.

Необходимо отметить, что использование силикатных растворов или удаление торфа в основании проектируемой автодороги не применимо в рассматриваемой водоохраной зоне р. Кама.

Выводы

Выполнена предварительная оценка времени консолидации торфов в основании автодороги V категории. В соответствии с ограничением по времени строительства (9 месяцев) и срока консолидации торфов (6 месяцев) проведено районирование, выделены два таксона. Для таксона 1 технология уплотнения грунтового основания сводится к формированию насыпи из ПГС в срок, соответствующий времени строительства. Для таксона 2 рекомендовано применение буронабивных свай с обустройством ростверка и последующим возведением автодорожной насыпи.

Рецензенты:

Ибламинов Р.Г., д.г.-м.н., заведующий кафедрой минералогии и петрографии Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь.

Середин В.В., д.г.-м.н., профессор, заведующий кафедрой инженерной геологии и охраны недр Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь.