VII. Проектирование дорог в районах распространения вечномёрзлых грунтов.

51. Многолетне мерзлые грунты, определение и характеристика.

Вечно мерзлыми и многолетне мерзлыми грунтами называют грунты содержащие замерзшую воду, имеющие температуру ниже 0 градусов и находящиеся в этом состоянии длительное время.

Мерзлые грунты имеют в своем составе лед, который цементирует минеральные частицы, а ак же заполняет пустоты, поры и трещины. Слои грунта замерзшие зимой и не оттаивающие в течение 1-3 лет называют переледками.

Мерзлые грунты состоят из минеральных частиц воды, льда, воздуха. велечина, форма и состав этих составляющих криогенную текстуру. Различают до 15 видов криогенных текстур. Для дорожного стр-ва применяют три основных текстуры:

1.Массивная - характерезуется наличием в основном порового льда и льда цемента.

2.Сплошная- чередование включений ледяных прослоек и линз с минеральными слоями.

3.Сетчатая - формируется ледяными включениями располагающимися в виде сетки с ячейками.

Вечно мерзлые грунты классифицируются:

1. По физическому состоянию подразделяются на:

а) Низкотемпературные(твердомерзлые) - прочно спаяны льдом, практически не сжимаемы, с температурой ниже границы замерзания грунтов, в таком состоянии находятся длительное время.

б) Высокотемпературные(пластичномерзлые) - хар-ся большим содержанием замерзшей воды. обладают вязкими свойствами, сжимаются под весом от сооружений.

в) Сыпуче-мерзлые грунты - крупнообломочные и песчаные грунты несцементированные льдом вследствие их малой влажности.

2. По территориальному распределению:

а) районы сплошного распространения вечной мерзлоты - обширные пространства где ММГ наблюдаются повсеместно

б) районы в пределах которых обширные пространства с ММГ разделяются таликами. Талики - талые породы ограниченные в своем распространении мерзлыми породами.

в) острова и районы островов ММГ расположенные вдали от общего массива ВМГ (вечномерзлых грунтов)

3. по продолжительности существования

а) кратковременно мерзлые грунты и породы - существует в течении несколькизх часов или суток, мощность - несколько см

б) сезонно-мерзлые грунты или породы - существуют в течении зимы - мощность до одного метра.

в) ММГ - существуют в течении нескольких десятков лет, мощность несколько десятков метров.

г) ВМГ - или породы - мощность может достигать 1.5км а существовать сотни лет.

Могут быть случаи когда верхний слой грунта при зимнем замерзании сливаются с многолетнемерзлой толщей, т.о. образуется сливающаяся мерзлота.

Горные породы имеющие отриц. температуру и влажность меньшую чем количество незамерзшей воды при этом не содержащие лед - называются морозными.

К ММГ могут относится дисперсные грунты сцементированные льдом (песчаные, обломочные, глинистые, торфяные) а так же магматические, метаморфические, осадочные горные породы.

52. Особенности дорожного строительства в зоне распространения вечной мерзлоты.

Строительство и эксплуатация а/д имеют ряд особенностей связанных с суровыми природно-климатическими условиями, а также особенностями социально-экономического развития территории и удаленостью: (назвать 5)

1. Наличие огромных территорий, занятых озёрами, болотами и переувлажнёнными участками местности

2. Повсеместное отсутствие качественных дорожно-строительных материалов (таких как песчано-гравийных смесей, щебень и так далее)

3. Широкое распространение глинистых пылеватых грунтов мало пригодных для дорожного строительства

4. Очень короткий тёплый период года, в которые можно выполнять дорожно-строительные работы (2,5 - 4 месяца)

5. Длинный холодный период года (7 - 9 месяцев), суровые длиннные зимы с температурой до -60 (невозможность строительных работ)

6. Наличие жильных и погребенных льдов, вытаивание которых приводит к трещинам, буграм пучения и термокарстовым явлениям.

7. Распространение мерзлотных геоморфологических образований, таких как бугры пучения, наледи, морозобойные трещины и термокарстовые явления

8. Значительное удалённость от экономически развитых районов, а также низкая плотность дорожной сети, в следствии чего стоимость строительства по меньшей мере увеличивается в 3 раза. Сложность доставки строительных материалов к месту производства работ

9. Высокая стоимость рабочей силы, примерно в 4 раза выше, чем в районах средней полосы

10. Наличие мохо-растительного покрова, нарушение которого при строительстве также может привести к негативным явлениям

Связь между территориями и населенными пунктами бывает возможно часто только зимой по зимним дорогам – автозимникам, а также по ледовым переправам. Транспортная доступность и социально-экономическое развитие таких территорий затрудняет доставку важных грузов и обеспечение населения.

53. Дорожно-климатическое районирование зоны вечной мерзлоты на территории РФ.

Территорию РФ подразделяют на два основных условных региона:

1. Первый регион,(ОСНОВНОЙ) основная особенность сезонная промерзание грунтов. Такой регион занимает примерно 30-35 % территорий РФ.

2. Второй регион, в котором поверхностный слой грунтов протаивает летом на небольшую глубину, а остальную часть года находится в мёрзлом состоянии. То есть, под оттаявшим грунтом находятся мёрзлые грунты.

Линия разделов региона является граница распространения ММГ. Исследование зоны вечной мерзлоты показало зональное изменение основных физико-географических природных факторов. На основе проведённых исследований за мерзлотным режимом первая ДКЗ была подразделена на 3 характерные подзоны, которые отличаются между собой зональными изменениями физико-географических факторов. В основы деления легли след. факторы:

- вид грунта деятельного слоя и его влажность

- характер распространения ММГ и их температура

- мощность деятельного слоя

- среднегодовая температура воздуха

- рельеф местности и гидрология

54. Краткая характеристика подзон IДКЗ (зоны вечной мерзлоты).

1. Первая подзона первой дорожно-климатической зоны I₁. это северная подзона низко температурных многолетних мёрзлых грунтов (НТММГ) сплошного распространения с высокой влажностью грунтов сезонно оттаивающего слоя (влажность грунтов выше предела текучести.). Мощность 200-900м и более, среднегодовая температура грунтов -5- -12, глубина сезонного оттаивания менее 1м. (Тундра, лесотундра.)

2. Вторая подзона первой дорожно-климатической зона I_2. Это центральная подзона НТММГ сплошного распространения мощностью от 50 до 400м, среднегодовая температура грунтов от -1 до -5. Глубина сезонного оттаивания до 3х метров. Грунты: скальные, щебенистые, гравийно-галечные и глинистые. С умеренной влажностью грунтов деятельного слоя. (Тундра, Сибирь, Прибалтика, Дальний Восток, Читинская область).

3. Третья подзона первой дорожно-климатической зоны I₃. это южная подзона высокотемпературных многолетних мёрзлых грунтов (ВТММГ) сплошного и островного распространение с умеренной влажностью грунтов сезонно оттаивающего слоя. Мощность от 50 до 100м, температура грунта выше -1, глубина сезонного оттаивания до 4м и более. Характерные грунты: пылеватые, глинистые, песчаные, галечниковые. (Хабаровский край, Сахалин, часть Восточной Сибири, часть Дальнего Востока, часть Европейской части России)

55. Основные принципы проектирования и строительства дорог на ММГ.

ЗП конструируют в зависимости от типа местности руководствуясь 3мя принципами. Высоту насыпи назначают на основании расчетов устойчивости, прочности и снегонезаносимости. Окончательно принимают наибольшую высоту насыпи удовлетворяющую всем требованиям. Исходя их опыта строительства и проектирование на ММГ в основном устраиваются насыпи из несцементированных обломочных грунтов. (выемки составляют 2-3%)

56. Особенности 1-ого принципа проектирования и строительства дорог на ММГ.

Предусматривает сохранение мерзлоты в основании насыпи в течении всего периода эксплуатации а/д, используется при наиболее неблагоприятных условиях. Для сохранения мерзлоты в насыпи используют естественные и искусственные теплоизоляционный материал. При проектировании, а далее и при строительстве насыпь нужно доводить до такой высоты, чтобы не было оттаивания грунтов в её основании, то есть величина оттаивания в данном принципе проектирования Ноттаивания = 0.

1-верхняя граница ММГ после строительства дороги

2- верхняя граница ММГ до строительства дороги

3-новообразованая мерзлота под насыпью

4-мохорастительный покров

57. Особенности 2-ого принципа проектирования и строительства дорог на ММГ.

Предусматривает частичное оттаивание грунта основания с учётом возникающих притом деформаций. Величину оттаивания определяют расчётом по допустимым деформациям покрытия:

- осадка поверхности цементо-бетонного покрытия должна быть не более 2 сантиметров

- осадка а/б покрытия в диапазоне 4-6 сантиметров

- для переходного типа покрытий допустимая осадка не более 10 сантиметров

- для низших типов покрытия до 15 сантиметров допускается

В данном случае появляется возможность удешевления стоимости строительства за счёт использования местных глинистых грунтов, при этом высота насыпи не должна быть меньше определённой величины Нмин., иначе земляное полотно может разрушиться в результате термокарстовых процессов. Среднегодовая отрицательная температура в основании насыпи должна быть выше температуры замерзания грунта, но ниже 0 градусов.

1-верхняя граница ММГ после строительства дороги

2- верхняя граница ММГ до строительства дороги

3-новообразованая мерзлота

58. Особенности 3-ого принципа проектирования и строительства дорог на ММГ.

Предусматривает предварительное оттаивание ММГ основания (примерно за год до начала строительства) и осушение дорожной полосы до возведения насыпи. Условием обеспечения третьего принципа проектирования является сохранение положительной среднегодовой температуры грунта в основании насыпи.

Рациональную высоту насыпи устанавливают по следующим критериям:

1. По наличию многолетней мерзлоты в основании насыпи на определённой глубине с определением температурного режима грунтов

2. По снегозаносимости дорожной конструкции (прописывается в СНиПе)

3. По условиям увлажнения местности (сухие, сырые и мокрые места) (прописывается в СНиПе)

Основные правила устойчивости дорожной конструкций:

1. Проектирование земляного полотна в насыпях

2. Возведение земляного полотна из скальных, крупнообломочных или песчаных грунтов

3. Применение нетканных синтетических материалов в основании земляного полотна и в конструкции дорожной одежды

4. При необходимости замены переувлажнённых грунтов деятельного слоя крупнообломочными или песчаными грунтами

1-верхняя граница ММГ после строительства дороги

2- верхняя граница ММГ до строительства дороги

3-мохорастительный покров

59. Порядок проектирования а/д в районах распространения ММГ.

Категорию А/Д общего пользования назначают по приведённой интенсивности движения согласно СНиП 2-05.02-85. План продольного профиля А/Д, опасные параметры поперечного профиля, требование к пересечениям и примыканиям, обустройство дороги – назначают по СНиПу.

Продольный профиль проектируется с учётом возможных изменений водно-теплового режима грунтов, а также с учётом режима и высоты снегоотложения. А/Д проектируется в следующем порядке:

- назначают принцип проектирования з.п. с учётом типа местности, с учётом мощности сезонно-оттаивающего слоя и с учётом температурного режима вечной мерзлоты

- конструируют з.п. и дорожную одежду

- для каждого конкретного участка трассы определяют высоту насыпи (глубину выемки). При этом учитывают устойчивость з.п. по инженерно-геологических условиям, а также условия увлажнённости местности и снегозаносимость

- назначают и рассчитывают водоотводные и искусственные сооружения

- разрабатывают варианты индивидуального проектирования для участков с особо сложными мерзлотно-грунтовыми условиями

Основные положения при выборе плана трассы.

Трассирование дороги осуществляют с учётом требований ландшафтного проектирования (31318 СНиП)

Трассу следует прокладывать по наиболее сухим участкам, на крупнообломочных, скальных и гравелистых грунтах без песчаных прослоек По возможности располагать трассу вблизи расположения грунтов, пригодных для сооружения з.п.

Следует обходить участки с неблагоприятными, мерзлотными грунтовыми условиями, а также участки с близким залеганием подземных льдов

Рекомендуется прокладывать трассу по склонам южных экспозиций, следует избегать северных мокрых склонов

Трассу стремиться прокладывать с максимальным использованием снегонезаносимых форм рельефа (обходить пониженные места или огибать по кратчайшему направлению, проходить через лесные массивы, а также обходить жилые и производственные постройки с подветренной стороны)

Трассу следует совмещать с направлением господствующих ветров или располагать под углом не более 20 градусов.

60. Особенности изысканий для строительства дорог на ММГ.

Проектно-изыскательные работы подразделяют на три периода:

- подготовительный. Осуществляют сбор и изучение исходных данных , работу с литературой, метеостанцией, а также анализ изученности предполагаемого района строительства будущей а/д.

- полевой. Выполняют исследования данных геологий, гидрометеорологические данные, данные по ММГ.

- камеральные. Систематизируются полученные данные за 2 периода, выпускается отчёт о проделанной работе с графическими материалами и пояснительной запиской. Проводят рекогносцировочные изыскания для уточнения отдельных сложных участков по намеченным вариантам трассы. Они заключаются в выполнении инженерно-геологических и мерзлотно-грунтовых исследований, в объёме достаточном для получения уточнённых данных.

- сбор данных о топографической изученности местности. При таких исследованиях используют несколько видов аэрокосмической съёмки поверхности, а именно спектральная (эффективен при изучений состава влажности и типов грунтов); многозональная (с использованием нескольких аэрокамер); инфракрасная.

- воздушное и наземное лазерное сканирование. Также используют для получения данных топографий местности.

Наземные инженерно-геологические и инженерно-геодезические изыскания выполняются сразу на большой территории, намечаемой для строительства линейного объекта. На место обследования отправляется комплекс экспедиций, период проведения работ необходимо обеспечить транспортным средством, связью, техникой и оборудованием. Работы проводят в короткий тёплый период года.

Основной особенностью в зоне ММГ изысканий является выполнение мерзлотно-грунтовых исследований. При выполнении данных работ должны быть получены следующие данные:

- распространение ММГ по площади вариантов трассы

- определение глубины залегания ММГ

- установление по глубине температуры талых грунтов и ММГ

- определение мощности деятельных слоёв

- установление влажности грунтов

- лабораторные исследования теплофизических и физико-механических свойств грунтов

- установление креогенной текстуры грунтов

Для такого объёмного и сложного исследования поверхности используют радиолокацию с применением самоходных георадаров. Необходимо произвести бурение отбором образцов для лабораторных испытаний. Скважины бурят на глубину 15-25 метров.

Параллельно с выполнение проектно-изыскательных работ выполняются опытно-экспериментальные обследования. Для этого устанавливают характерные типовые участки местности для проведения стационарных долговременных (более 5 лет) наблюдений. Наблюдают за температурой, влажностными режимами грунтов, осадками и пучением. Такие обследования проводят с целью проверки правильности применяемых конструкций, а также проверки новых решений при проектирований и строительстве А/Д в данных условиях. Организуют посты водно-мерзлотного контроля.

На постах водно-мерзлотного контроля организуют наблюдения за температурой, режимом з.п., за прочностью и деформацией з.п. и за метеорологическими условиями. По измерительным вертикалям бурят скважины, в которых устанавливают термометры и специальные датчики необходимые для получения данных. Устанавливают на определённой глубине: чем ближе к поверхности, тем чаще и чем глубже, тем реже на расстоянии 0,5-1 метр. Затем скважины засыпают песком и фиксируют её положение плане. Данные об изменении температурного режима передаются на пост наблюдения и используются при выборе проектных решений. Для изучения осадки и пучения з.п. используют специальные марки. Марик закрепляют в покрытиии, затем нивелируют и в дальнейшем отслеживают изменения по высоте.