Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Применение насыпей в янао, геокриологические процессы в них и направления использования объёмных георешёток 9
1.1. Применение площадных и автодорожных насыпей и существующая сеть автомобильных дорог ЯНАО 19
1.2. Геокриологические процессы в насыпях в природных условиях ЯНАО и направления использования объёмных георешёток 20
Глава 2. Влияние эрозии на строительство насыпей в криолитозоне (обзор) 29
2.1. Натурные наблюдения 29
2.2. Методы противоэрозионной защиты 35
Глава 3. Расчётная модель и районирование территории янао по опасности проявления вдольт-рассовой эрозии 38
3.1. Факторы вдольтрассовой эрозии 38
3.2. Расчётная модель и принципы районирования 39
3.3. Схематическая карта районирования 48
Глава 4. Изучение некоторых свойств грунтов и материалов, необходимых для проектирования противоэрозионных конструкций с применением объёмных георешёток 51
4.1. Компрессионные и сдвиговые свойства оттаивающих ледог-рунтов 51
4.2. Механические и фильтрационные свойства геотекстильных материалов в противоэрозионных экранах 64
4.3. Оптимальные композиции теплозащитных слоев в конструкциях противоэрозионных экранов 74
4.4. Определение допустимых неразмывающих скоростей потока на поверхности грунтов, армированных георешётками 84
Глава 5. Натурные наблюдения за поведением георешёток в противоэрозионных конструкциях 92
5.1. Обследование состояния укрепительных конструкций с объемной георешеткой откосов дорожных насыпей и выемок... 92
5.2. Организация и проведение инструментальных наблюдений за деформациями укрепительных противоэрозионных конструкций на выемках автомобильной дороги Коротчаево - Заполярное ГНКМ (65 км) 104
Глава 6. Предварительные рекомендации к проектированию противоэрозионных конструкций с применением георешёток 127
6.1. Общие положения 127
6.2. Типизация мерзлотно-грунтовых условий для целей проектирования противоэрозионных конструкций 128
6.3. Рекомендации по составу технических расчётов противоэрозионных конструкций с применением объёмных георешёток 135
Заключение 138
Литература
- Геокриологические процессы в насыпях в природных условиях ЯНАО и направления использования объёмных георешёток
- Расчётная модель и принципы районирования
- Механические и фильтрационные свойства геотекстильных материалов в противоэрозионных экранах
- Организация и проведение инструментальных наблюдений за деформациями укрепительных противоэрозионных конструкций на выемках автомобильной дороги Коротчаево - Заполярное ГНКМ (65 км)
Введение к работе
Актуальность проблемы. В нефтегазоносных районах криолитозоны
Западной Сибири и Европейского Севера широко используется строительство
на искусственных насыпях из местных грунтов. Повсеместным является при
менение насыпей под сооружение посёлков, кустов скважин и буровых устано
вок, при строительстве автомобильных и железных дорог. Использование на
сыпей в криолитозоне на застраиваемых территориях и на трассах дорог позво
ляет сводить до минимума нарушения окружающей среды (Анненков и др.,
2003 и др.).
^ В то же время опыт эксплуатации показал, что искусственные насыпи из
местных грунтов подвержены в очень большой степени процессам эрозии — термоэрозии. Откосы насыпей, отсыпанных из песчано-супесчаного грунта, интенсивно размываются талыми и дождевыми водами. Их поверхность покрыта густой сетью борозд и промоин, в нижней части которых наблюдаются шлейфы смытого насыпного грунта (Сидорчук, Баранов, 1999). Часто крупные промоины открываются своими устьями в ближайшие овраги, которые вследствие дополнительного сосредоточенного стока начинают катастрофически расти, создавая угрозу инженерным сооружениям и дорогам. Наличие вечной мерзлоты многократно усиливает этот процесс. Отсутствие противоэрозионных мероприятий в криолитозоне приводит к тому, что в течение двух — пяти лет насыпь может быть полностью эродирована и размыта, а окружающая территория - заовражена и превращена в «бэдлэнд».
Таким образом противоэрозионная защита откосов насыпей становится также частью инженерной защиты территорий от опасных экзогенных ( в криолитозоне криогенных) процессов, что регламентируется в СНиП 2.01.15-90 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов». Мероприятия по инженерной защите территории от эрозионных процессов в криолитозоне Западной Сибири предложены в работах (Сидорчук, Баранов, 1999; Ананенков и др., 2003 г и др.). Среди них для насыпей
W
** линейных сооружений и площадных насыпей рекомендовано проводить укреп-
ление их откосов против размыва атмосферными и талыми водами, однако без детализации методов такого укрепления.
Начиная с 2002 г в криолитозоне Западной Сибири (Ямало-Ненецком автономном округе) для противоэрозионной защиты откосов насыпей автомобильных дорог начали применяться объёмные георешётки, показавшие достаточно высокую эффективность (Методические рекомендации по применению объёмных георешёток ..., 2003). Однако опыт применения объёмных георешёток в качестве противоэрозионной защиты откосов насыпей в криолитозоне пока ещё остаётся очень ограниченным, не изучены необходимые для расчётов
^ параметры используемых материалов, не типизированы инженерно- мерзлот-
ные условия, не изучены некоторые свойства мерзлых грунтов, не разработаны соответствующие типовым инженерно- геокриологическим условиям конструкции противоэрозионных экранов с использованием объёмных георешёток.
Цель и задачи работы. Совершенствование научных основ применения объёмных георешёток для противоэрозионной защиты откосов насыпей в криолитозоне в мерзлотно-грунтовых условиях типа Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО), включая решение следующих исследовательских задач:
обзор и анализ криогенных процессов, в том числе эрозии — термоэрозии, в откосах насыпей и направления использования объёмных георешёток;
районирование территории ЯНАО по опасности'проявления вдольтрассо-
/4/
вой эрозии - термоэрозии как наиболее интенсивного типа эрозии;
— исследование некоторых свойств грунтов и материалов, необходимых для
проектирования противоэрозионных' конструкций с применением объём
ных георешёток;:
исследование работы противоэрозионных конструкций с применением объёмных георешёток в натурных условиях;
типизация мерзлотно-грунтовых условий и рекомендации по расчётам и конструкциям противоэрозионных экранов с применением объёмных георешёток.
' 5
I
Научная новизна.
Даны обзор и анализ геокриологических процессов в площадных и автодорожных насыпях на существующей сети автомобильных дорог ЯНАО; сделан вывод, что наиболее опасным экзогенным процессом для откосов насыпей является плоскостная эрозия / термоэрозия и вдольтрассовая эрозия; дан анализ направлений применения объёмных георешёток для защиты насыпей и склонов от геокриологических процессов.
Разработана расчётная модель — эталон вдольтрассовой эрозии — и на её основе составлена «Схематическая карта районирования территории ЯНАО по степени опасности вдольтрассовой эрозии масштаба 1:8 000 000»; согласно которой примерно на 70% территория ЯНАО существуют условия для возникновения вдольтрассовой эрозии, которая особенно интенсивной может быть на полуостровах Ямал и Гыдан.
Изучены некоторые свойства грунтов и материалов, необходимые для проектирования противоэрозионных экранов с использованием объёмных георешёток, в том числе получены следующие новые результаты:
впервые изучены механические и фильтрационные свойства оттаивающих ледогрунтов, которые могут находиться под противоэрозионным экраном;
впервые изучены фильтрационные свойства геотекстильных материалов в условиях, близких к их работе в противоэрозионных экранах и установлено, что водопроницаемость геотекстиля в условиях реальной работы может увеличиваться более, чем на порядок;
установлено новое явление существования оптимума для двухслойных теплозащитных композиций, которое может быть использовано для предотвращения оттаивания льдистых грунтов под противоэрозионным экраном; — изучена эрозионная устойчивость грунтов, армированных объемной георешеткой на склоне.
4. Выполнены обследование откосов насыпей и натурные наблюдения
на опытном участке автомобильной дороги п. Коротчаево- п. Новозаполярный, на котором применена противоэрозионная укрепительная
* конструкция с использованием объемной георешетки «ГЕОВЕБ»; установ-
лены виды наиболее значимых деформаций противоэрозионной конструкции и её грунтового основания. 5. Разработаны предварительные рекомендации по проектированию противо-эрозионных конструкций с применением георешёток, в том числе:
- впервые разработана типизация мерзлотно - грунтовых условий для целей
проектирования противоэрозионных конструкций с применением объёмных
георешёток; типизация учитывает специфику и возможный масштаб эрозии
и сопутствующих криогенных процессов;
— разработаны рекомендации по составу технических расчётов противоэро-
^ зионных конструкций с применением объёмных георешёток на основе по
левых, лабораторных и теоретических исследований, представленных в дис
сертации.
Практическая значимость работы. Совокупность результатов исследований, представленных в диссертации, входит в научную основу для разработки нормативов на проектирование противоэрозионных экранов с использованием объёмных георешёток для защиты откосов насыпей в районах криолито-зоны.
Личный вклад автора состоит в постановке, организации и планировании
исследований, в участии в обследовании опытных участков на автомобильной
дороге Коротчаево - Новозалоляроный, в районировании территории ЯНАО
* по степени опасности вдольтрассовой эрозии, в участии в обработке лабора-
торных данных, в анализе и обобщении всех материалов исследований.
Апробация работы и публикации. Работа выполнялась в течение 2002— 2004 гг. в рамках двух научно-исследовательских тем, выполнявшихся во ФГУП "СоюздорНИИ" - темы № 50-02-ВТР «Научное сопровождение опытного строительства автомобильных дорог на территории Заполярного ГНКМ с применение объёмных георешёток «Геовэб»» и темы № 26-04 — ВТР «Определение показателей свойств оттаивающих ледогрунтов для целей проектирования противоэрозионной защиты автомобильных дорог на территории к
Ямала- Ненецкого национального округа». Результаты исследований рассматривались на заседаниях научно-технического совета двух лабораторий - Дорожных одежд и Водно-теплового режима земляного полотна - ФГУП "Союз-дорНИИ". Основные положения диссертации доложены на Международной конференции по криологии Земли (г. Пущино, 2003) и опубликованы в сборнике Тезисов этой конференции. Всего автором по результатам исследований опубликовано 6 научных статей (в том числе 3 статьи в соавторстве с сотрудниками лаборатории и научным руководителем диссертации) и одно изобретение (с соавторами), по которому получено положительное решение.
Структура работы. Работа объёмом страниц текста содержит 33 рисунка, 18 таблиц и состоит из Введения, 6 глав, Заключения и Списка литературы, который включает 111 наименований. Общий объём работы, включая таблицы и рисунки, составляет 147 страниц.
Автор выражает глубокую признательность д.г.м.н. профессору СЕ. Гре-чищеву, под руководством которого выполнена диссертация, а также благодарность за совместную работу и помощь сотрудникам Лаборатории водно-теплового режима и криогенных процессов в дорожных конструкциях ФГУП "СоюздорНИИ" к.г.-м.н. Ю.Б. Шешину, к.т.н. Арк.В. Павлову, инж. А.В. Кос-тыгину и н.с. О.В. Гречищевой - сотрудникам рабочей группы, выполнявшей исследования по данной тематике. Автор выражает также благодарность за ценные советы, совместную работу и помощь в проведении натурных обследований опытных участков района п. Новозаполярного Генеральному директору ООО «Дорстройинвест» А.В. Баженову и начальнику дорожного отдела ОАО «ВНИПИгаздобача» И.М. Колодию.
Геокриологические процессы в насыпях в природных условиях ЯНАО и направления использования объёмных георешёток
Известно, что дорожные конструкции в криолитозоне подвергаются воз- « действию различных геокриологических процессов, связанных с изменениями температурного и влажностного режима грунтов основания и дорожной насыпи (СН 84-89; ВСН 26-90; Метод, рекомендации по применению металлических труб.., 2003; Метод, рекомендации по проектированию и строительству земля ного полотна ..., 2003; Шелопаев, 1983; Золотарь, 1981; ВСН 204-88; Донской, 1999; Кретов, 1999; Гречищев и др., 2001; Вечная мерзлота ...,2002; Vinson (ed.), 1996; и др.). Среди них выделяются процессы, связанные с (а) оттаивани ем вечномёрзлых грунтов, (б) промерзание талых грунтов, (в) понижение температуры мерзлых грунтов в отрицательной области, (г) циклическим промерзанием - оттаиванием грунтов. Процессы в дорожной конструкции при оттаивании мерзлых грунтов заключаются в неравномерной осадке грунтов основания и насыпи, оползании -оттаявшего грунта по склонам и откосам, водной эрозии оттаивающего грунта.
При понижении температуры мерзлых грунтов в отрицательной области происходит их температурное растрескивание, образование достаточно глубоких температурных трещин, разрывающих грунты насыпи, так и дорожную одежду, и которые в дальнейшем служат основой для эрозионного размыва в весеннее время.
При циклическом промерзании - протаивании происходит сезонное морозное пучение грунтов и выпучивание смерзающихся с ними конструкций.
В последние годы для борьбы с геокриологическими процессами начинают применяться объемные георешетки из синтетических материалов. При применении объемных георешеток должны быть решены задачи как защиты конструкций от криогенных процессов, так и расчета параметров георешеток с учетом их криогенного взаимодействия с местными грунтами. Направления ис щ пользования георешеток в дорожном строительстве в зависимости от возмож ного влияния криогенных процессов приведены в Таблице 1.1.
Учет геокриологических процессов осуществляется в основном в рамках работ по индивидуальному проектированию с научным сопровождением. Приведем некоторые общие рекомендации по проектированию конструкций из георешеток и расчетам их взаимодействия с грунтами при криогенных процессах.
В первом случае объемные георешетки крепятся к склону анкерами -стержнями, заделанными в вечную мерзлоту (рис. 1.3). В качестве сил, удерживающих оттаявшие грунты от скольжения, принимаются силы трения по нижней поверхности композитной плиты «георешетка + заполнитель», удерживаемый анкерами. Параметры анкерного крепления георешетки (расстояние между анкерами, диаметр стержней и глубина заделки в мерзлоту) определяются расчетом согласно указаниям СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» по расчету свай, заделанных в мерзлоту, на боковую нагрузку.
Расчет местной устойчивости откосов, а также склонов с укреплением поверхности георешеткой выполняется по схеме плоских поверхностей скольжения.
На откосах насыпей для их защиты от эрозионных процессов - изменение водно-теплового режима грунтов и криогенное выпучивание георешеток при промерзании - оттаивании откосов;- криогенное растрескивание грунтов и эрозия откосовпо трещинам;- суффозия грунта под георешетками в связи с понижением прочности грунтов на контакте с мерзлотой;- рост внутригрунтовых ледяных прослоев на поверхности вечной мерзлоты и оплывание откосов по этим поверхностям.
На естественных склонах для их защиты от опозней-сплывов и эрозии. - неравномерное морозное пучение;- рост внутригрунтовых ледяных прослоев на поверхности вечной мерзлоты и сплывы сезонно-оттаиваЕощегогрунта по этим поверхностям.
В основании откосов насыпей на переходах через водотоки для защиты от вдольтрассовой термоэрозии. - суффозия грунта под решетками в связи с обводнением, дополнительным оттаиванием и понижением прочности грунтов на контакте с мерзлотой;- возможность криогенного выпучивания георешеток;- оползни-сплывы вдоль насыпи совместно стермоэрозией, образование и рост вдольтрассовых
В теле насыпи для защиты от криогенного растрескивания окрашенное растрескивание грунтов насыпи и эрозия по трещинам.
На откосах выемок для укрепления теплозащитного слоя. - протаивание откоса выемки и оползание оттаявшего грунта.
В основании насыпей, в том числе при создании теплозащитных экранов необходимой жесткости для предотвращения протаивания вечной мерзлоты в основаниях дорог - протаивание вечной мерзлоты и неравномерные просадки оттаивающего грунта под влиянием тепловых и механических нагрузок.
В случае наличия на склоне пылевато-глинистых грунтов и возможности роста внутригрунтового льда на поверхности вечной мерзлоты силы трения на поверхности сезонного оттаивания принимаются равными нулю. Для удержания оттаявшего грунта на склоне может применяться либо заделка анкеров в вечную мерзлоту, либо устройство теплоизоляционных поясов.
В первом случае объемные георешетки крепятся к склону анкерами стержнями, заделанными в вечную мерзлоту (рис. 1.3). В качестве сил, удержи вающих оттаявшие грунты от скольжения, принимаются силы трения по ниж ней поверхности композитной плиты « георешетка-+ заполнитель», удержи ваемый анкерами. Параметры анкерного крепления георешетки (расстояние между анкерами, диаметр стержней и глубина заделки в мерзлоту) определяют ся расчетом согласно указаниям СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» по расчету свай, заделанных в мерзлоту, на боковую нагрузку.
Во втором случае до укладки георешетки под ней вдоль склона предусматривают устройство поясов из теплоизоляционного материала (например торфа), обеспечивающие поднятие под ними поверхности вечной мерзлоты и создание тем самым вечномерзлых «зубьев»-барьеров, препятствующих сползанию оттаявшего грунта. Размеры и частота «зубьев» определяются прочностным расчетом, а ширина и толщина теплоизоляционных поясов затем определяются специальным теплофизическим расчетом.
При использовании георешеток на песчано — пылевато- глинистых грун тах, особенно в нижней части откосов и склонов, необходимо учитывать воз можность морозного выпучивания системы «георешетка - анкер». Расчет касательных сил морозного пучения, воздействующих на анкеры, следует производить согласно указаниям СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений» и «Пособия» к этому СНиПу.
Расчётная модель и принципы районирования
Гидравлический расчёт стока, являющегося причиной вдольтрассовой эрозии, может быть выполнен методами расчёта стока вод с малых водосборов, содержащимися в работах (Мирцхулава, 1988; Гончаров, 1954; Федотов, 1986; Перевозников, 1982; Сидорчук, Баранов 1999 и др.). В основе этих методов лежат теория Шези - Маннинга и уравнения баланса стока, так называемые уравнения «кинематической волны».
Для стока с плоского склона уравнение кинематической волны имеет вид (Федотов, 1986): где h- глубина плоского стока; t- время, q—погонный расход; х- текущая координата, направленная сверху по направлениям линий тока вниз по склону или вниз по откосу насыпи; а- интенсивность дождя; Ь интенсивность впитывания на склоне или на откосе насыпи.
Для движения вод по тальвегу лога вдоль трассы дороги (по координате Y ) применяется аналогичное уравнение баланса течения жидкости с боковой при-точностью q: где т- площадь живого сечения потока; Q — расход потока в логе; -боковая приточность в единицу времени на единицу длины лога, определяемая уравнением (3.12).
Для определения опасности вдольтрассовой эрозии в среднем для отдельных участков территории, будем в дальнейшем рассматривать процесс при средних значениях интенсивности дождевых осадков и в предположении его квазистационарности. Это означает, что интенсивность осадков принимается в среднем постоянной во времени, а впитывание - так же постоянным в среднем и малым по сравнению с интенсивностью осадков, что согласуется с прямыми наблюдениями (Сидорчук, Баранов, 1999). Возможность рассмотрения процесса в качестве квазистационарного позволяет исключить из уравнений баланса (3.12) и (3.13) производные по времени.
Выражение (3.15) иллюстрирует важную гидравлическую особенность вдольтрассового потока - сильное возрастание его расхода с увеличением расстояния от гребня склона (пропорционально Т2, т.е. квадратичную зависимость Qот Y). Это, в свою очередь, обусловливает нарастание скорости потока вниз по склону.
Последнее выражение совместно с выражением (3.15) показывает, что средняя скорость потока в логе вдоль трассы возрастает вниз по склону примерно пропорционально VF. Это означает, что: (а) достижение скоростью потока предельно неразмывающего значения Vcr зависит от длины склона и (б) вдольтрассовая эрозия должна начинаться в месте максимальной скорости, т.е. в нижней точке склона, а овраг - расти вверх по логу («пятящаяся» эрозия).
Предельное расстояние вниз по логу склона Ycr, начиная с которого скорость вдольтрассового потока начинает превышать предельное неразмывающее значение Vcr, определяется из уравнения V(Y) = Vcr .. (3.20)
Выражение для Ycr также получено в явном виде, но здесь не приводится ввиду его громоздкости. Программа, реализующая описанный выше алгоритм, составлена в ПО "Mathcad".
Ввиду выявленных особенностей гидравлики вдольтрассовых потоков ме рой их эрозионной опасности целесообразно определить критическую длину склона вдоль лога Ycr: чем она меньше, тем опаснее участок территории по условиям вдольтрассовой эрозии. Если критическая длина склона вдоль лога вдоль трассы Ycr больше, чем фактическая его протяжённость, то участок является преимущественно безопасным по условиям вдольтрассовой эрозии. Если же на каком-то участке Ycr меньше средней протяжённости склонов вдоль трассы, то это означает, что на территории данного участка встречаются склоны, опасные по вдольтрассовой эрозии, и тем чаще, чем меньше Ycr.
Районирование территории ЯНАО по условиям вдольтрассовой эрозии произведено на основе расчётов по описанной выше схеме-эталону. Исходными данными для прогнозных расчётов являлись: - данные об эталонной дороге, в качестве которой выбрана дорога III -й категории, включая ширину В = 8 м, допустимый продольный уклон 0,05, уклон откоса насыпи 1:2, среднюю высоту снегонезаносимой насыпи Ш = 1,5 м (СНиП 2.05.02-85); - климатические данные о жидких осадках; - данные о рельефе, грунтах и мерзлотных условиях; - данные о критических (передельных) неразмывающих скоростях. w На последних трёх категориях данных остановимся несколько подробнее. Климатические данные. Обычно в работах по эрозии и по расчётам водо отводных сооружений рассматривается сток талых и дождевых вод (Сильвест ров, 1965; Косов, Любимов, 1976; Сидорчук, Баранов, 1999; Проектирование..., 1989; и др.) При этом довольно сложной задачей является обоснование задания расчётных значений интенсивности и продолжительности ливней, для чего тре буется анализ систематических метеорологических данных, регистрирующих режим осадков и схода снега за длительный период времени. В случае же зада чи мелкомасштабного районирования территории подробности режима осадков являются избыточными, т.к. для оценки опасности вдольтрассовой эрозии можно ограничиться средней суточной интенсивностью осадков, которая по литературным данным (СНиП 23-01-99, 1999; Сидорчук, Баранов, 1999; Про ектирование..., 1989) составляет примерно 1 мм/сут и одинакова по всей территории ЯНАО.
Данные о рельефе, грунтах и мерзлотных условиях. Эта группа данных в виде, наилучшим образом отвечающем целям рассматриваемого специального районирования, содержится на изданной в 1976 г. карте «Оценка природных условий для строительства дорог масштаба 1: 4 000 000» (Атлас Тюменской области. Вып. II, 1976).
Разработаны расчётная модель - эталон вдольтрассовой эрозии - и на её основе «Схематическая карта районирования территории ЯНАО по степени опасности вдольтрассовой эрозии масштаба 1 : 8 000 000». Установлено, что примерно на 70% территория ЯНАО существуют условия для возникновения вдольтрассовой эрозии. Особенно интенсивной она может быть на полуостровах Ямал и Гыдан.
Механические и фильтрационные свойства геотекстильных материалов в противоэрозионных экранах
Международная конференция по геосинтетике EuroGeo 1 (Geosynthetics..., 1996) и научно-практический семинар в г. Владимире (Применение геосинтети ки и геопластики при строительстве и ремонте автомобильных дорог, 1998) на метили пути производства и применения геосинтетики и геопласти ки, в том числе геотекстильных материалов, для строительства и ремонта автомобильных дорог с учетом тенденции развития новых материалов. Особое внимание на се минаре в г. Владимире было уделено состоянию отечественной нормативно технической базы применения геосинтетики и геопластики в дорожных конструкциях. В 2003 г. были выпущены «Правила применения геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог. ОДН 218.0.049 4 03» (Правила применения..., 2003), готовятся к выпуску ОДМ 218.0.084-04, со держащие в Приложении «Рекомендации по применению геосинтетических материалов для укрепления земляного полотна и его откосов», под редакцией проф. В.А. Давыдова.
Геотекстильные материалы могут применяться в конструкции противоэро-зионных экранов как основа, подстилающая объемные георешетки (Геотек-. стиль...... 2001), заполненные материалом - заполнителем, например, крупноскелетным грунтом (щебнем, гравием), торфопесчаной смесью и др. В условиях криолитозоны грунты, защищаемые экраном от эрозии — термоэрозии могут быть весьма льдонасыщенными, а при оттаивании давать значительную неравномерную осадку. В этом случае геотекстильный материал обеспечивает вы 1 равнивание давления от материала-заполнителя и его непроваливание через ячейки объемной георешетки. Таким образом выбор типа ГМ, его характери стик согласно ОДН 218.0.049-03 (Правила применения ...,2003) и конструкции противоэрозионного экрана в целом должны учитывать наряду со стандартны ми такие свойства как (а) водопроницаемость ГМ под текущими водами (а не от статического давления водой, что предусматривается стандартными методи ками испытания) и (б) изменение водопроницаемости ГМ при его растяжении локальной нагрузкой от материала-заполнителя георешетки при неравномер L( ной осадке основания.
Задачей экспериментальных исследований являлась оценка водопроницаемости текущими поверхностными водами геотекстильных материалов, применяемых для строительства автомобильных дорог с целью защиты откосов от эрозионных - термоэрозионных процессов в грунтах, и изменения водопроницаемости ГМ при их локальном деформировании (растяжении).
Исследования выполнены на образцах геотекстильных материалов трех видов со следующими характеристиками: - нетканый иглопробивной ГМ толщиной 3,3 мм с коэффициентом фильтрации 40 м/сут; - нетканый иглопробивной ГМ толщиной 5 мм с коэффициентом фильт рации 70 м/сут; - нетканый иглопробивной термоупрочненный ГМ толщиной 2 мм с ко эффициентом фильтрации 10 м/сут. Изучение водопроницаемости недеформированных образцов ГМ в водном лотке. Из исследуемого материала делался желобок треугольного сечения длиной 20 см, по которому направлялся водный поток с регулируемым расходом. Ши рина потока в верхней части составляла 2 см, глубина - не более 1 см, площадь поперечного сечения -»1 см2. Угол наклона желобка выбирался в соответст вии с уклонами 1:3, 1:2 и 1:1. Расход воды поступающего потока Q устанавли вался фиксированно в интервале значений от 0,8-10"5 м3/с (0,5 л/мин) до 16-10"5 м3/с (10 л/мин). Исследуемый образец ГМ предварительно замачивался.
Стекающая с желобка, выполненного из ГМ, вода собиралась в мерный объем и измерялось время, за которое он наполнялся, т.е. рассчитывался расход остаточного потока, стекающего с желобка длиной 20 см - Q\. Вода, стекающая по нижней поверхности ГМ, отсекалась.
Так как образцы ГМ были разной толщины, то отнормировав с учетом толщины полученные значения водопроницаемости, получим зависимости водопроницаемости от коэффициента фильтрации исследованных материалов для значения расхода исходного потока 8-Ю"5 м3/с (5 л/мин), что приведено на рис.4.8.
Для дальнейших исследований влияния толщины слоя грунта, придавливающего ГМ, на их общую водопроницаемость была принята следующая методика оценки этих параметров. Из образца ГМ сворачивался без разрезов конус с развёрткой боковой поверхности равной половине круга. Первоначально в пустой конус из ГМ заливали воду с нормированным расходом (1,6; 3,2; 8; 16)-10"5 м3/с или 1, 2, 5, 10 л/мин и замеряли высоту уровня подъема воды в конусе для каждого значения расхода фильтрата. Затем засыпался песок до этих же уровней, что и в первом случае и фильтровали воду так, чтобы над уровнем песка было к, 0,5 см воды; замерялся расход в установившемся режиме. Было установлено, что фильтрационная способность исходного ГМ на 2 порядка выше, чем у песка. За счет некоторого кольматирования порового пространства материала частицами грунта его водопроницаемость после опытов несколько уменьшалась.
Опытная проверка показала, что при таких растяжениях по площади ГМ ведёт себя неоднородно, возникают регулярные крупные поры, которые видны на просвет и определяют его основную фильтрационную способность. Например, водопроницаемость образца иглопробивного ГМ толщиной 5 мм с коэффициентом фильтрации 70 м/сут, площадь которого была увеличена в 1,5 раза, возросла в 8 раз.
Организация и проведение инструментальных наблюдений за деформациями укрепительных противоэрозионных конструкций на выемках автомобильной дороги Коротчаево - Заполярное ГНКМ (65 км)
Обследование выемок, укрепленных объёмными георешётками по технологии «ГЕОВЕБ» показывает, что в укрепительных конструкциях, а также их грунтовом основании во времени развиваются различного рода деформации. В ряде случаев эти деформации приводят к развитию нежелательных геотехногенных процессов, нарушающих целостность укрепительных конструкций вплоть до их разрушения.
Для количественной оценки деформаций, развивающихся в укрепительных конструкциях и их грунтовом основании летом 2003 г. на 2-х выемках автомо бильной дороги Коротчаево - п. Новозаполярный были оборудованы 5 наблю дательных поперечников.. Три поперечника были оборудованы на выемке ПК641-644 (левая сторона) и два поперечника на выемке ПК 650 (правая сторона). Общий вид выемок изображён на рис.5.10, рис.5.11.
При оборудовании поперечников была принята следующая методика. Вначале на каждой выемке были закреплены вешками поперечные профили. В зависимости от геометрических размеров поперечников намечалось количество наблюдательных точек на поперечнике. На каждой наблюдательной точке освобождались от насыпного грунта 2 ячейки георешётки (рис.5.12). В одну из ячеек устанавливалась нивелировочная марка, представляющая собой квадратный лист железа 15x15 см, с приваренными с обеих сторон штырями арматуры диаметром 14 мм. Марки устанавливались под геотекстиль, фиксируясь в грун-те штырём. Другой конец арматуры служил опорой для нивелировочной рейки.
Другая, освобожденная от грунта, ячейка служила окном для отбора проб грунта по глубине. Опробование осуществлялось ручным буром геолога. Глу бина отбора проб грунта на влажность была принята следующей. В начальный период (22 - 24 июня) оборудования поперечников опробование грунта на влажность проведено на глубине 0,3 м и на границе оттаивания сезонно- мёрз лого слоя (CMC). Во время второго цикла наблюдений (7 июля) пробы грунта на влажность были отобраны с подошвы сезонно-мёрзлого слоя. На момент третьего цикла наблюдений (3 октября) сезонно- мёрзлый слой полностью от таял.
Поперечник № 1. Поперечник № 1 был размечен на самом широком месте выемки. На этом поперечнике были оборудованы 6 наблюдательных точек: 2 точки - на откосе насыпи, одна - на дне водоотводной канавы (т.З) и 3 точки на естественном откосе выемки (рис.5.15а). Т.1. была оборудована на краю обочины. От насыпного грунта были осво юй бождены 2 первые ячейки георешётки. Георешётка не деформирована, геотек стиль лежит на грунте насыпи. Расстояние от центра нивелировочной марки до края ячейки георешётки 1=23,5 см; высота георешётки относительно основания нивелировочной марки Н=11,0 см. Глубина оттаивания CMC - 1,06 м. Грунт песок. Влажность грунта на глубине 0,3 м составила 21,34%, а на подошве CMC - 18,19%. При нивелировании отметка первой точки бралась относительно края плиты дорожной одежды и составила 0,998 мм. Т.2. была оборудована в 2,65 м вниз по откосу. Георешётка деформирована за счёт веса насыпного грунта, сползающего по откосу. На рис. 5.16. показан характер деформаций георешётки на Т.2. Геотекстиль лежит плотно на грунто вом основании. Расстояние от центра нивелировочной марки до края георешёт ки 1=24,5 см, высота георешётки относительно основания нивелировочной мар f- ки Н=11,2 см. Грунт - пылеватый песок. Глубина оттаивания сезонно мёрзлого слоя Н=1,0 м. Влажность грунта на глубине 0,3 м - 17,05%, и на подошве CMC - 14, 56 %. Нивелировочная отметка Т.2 относительно ТІ составила 1427 мм. Т.З была оборудована на дне водоотводной канавы. Георешётка практически не деформирована и геотекстиль плотно лежит на грунтовом основании. Геотекстиль уложен в 2 слоя. Расстояние от центра нивелировочной марки до края ячейки георешёткй 1=23,5 см. Высота георешётки относительно основания нивелировочной марки Н=11,2 см
Т.4 была оборудована в 2,6 м от Т.З вверх по естественному склону. Гео решётка деформирована незначительно. Геотекстиль лежит на грунтовом осно вании плотно. Вскрытая от насыпного грунта ячейка георешётки Т.4 попереч ник 1 показана на рис. 2.9. Расстояние от центра нивелировочной марки до края георешётки 1=24,5 см. Высота георешётки относительно основания нивелиро вочной марки составила Н=11,8 см. Грунт - текучий суглинок. Глубина оттаи вания сезонно-мерзлого слоя 0,63 м. Влажность грунта на глубине 0,3 м соста вила 42,63 %, а на глубине 0,63 м - 39,48%. Нивелировочная отметка Т.4 отно сительно Т. 3 составила 954 мм.
Т.5 была оборудована в 2,6 м от Т.4 вверх по склону. Георешётка не деформирована. Геотекстиль плотно лежит на грунте. Расстояние от центра нивелировочной марки до края георешётки 1=24,0 см, а высота её относительно основания нивелировочной марки составила 9,3 см. Глубина оттаивания сезонно-мерзлого слоя составила 0,6 м. Грунт - текучий суглинок. Влажность грунта на глубине 0,3 м составила 36,35%, а на глубине 0,6 м - 38,15%.
Нивелировочная отметка Т.5 относительно Т. 4 составила 1293 мм. Т.6 была оборудована в 3,1 м вверх по склону относительно Т.5. Была вскрыта крайняя ячейка георешётки. Георешётка практически не деформирована, геотекстиль плотно лежит на грунтовом основании. Расстояние от центра нивелировочной марки до края георешётки 1= 17 см. Высота георешётки относительно основания нивелировочной марки Н= 10,9 см. Глубина оттаивания сезонно-мерзлого слоя составила 0,6 м. Грунт — пластичный суглинок. Влажность грунта на глубине 0,3 м - 27,88%, а на подошве мерзлоты - 22,99 %. Нивелировочная отметка Т.6 относительно Т.5 составила 990 мм.
Т.4 расположена в 4,5 м от точки 3 вверх по естественному откосу. Георе ш шётка деформирована за счет веса грунта, сползающего вниз по склону. Гори зонтальное расстояние от центра нивелировочной марки до края георешётки 1=22 см, а высота георешётки относительно марки Н=10,5 см. Мерзлые грунты в этой точке отсутствуют. Грунт — пылеватая супесь. Влажность на глубине 0,3 м - 24,5%, а на глубине 1,4 м - 26,08%. Относительная деформация Т.4 к Т.З -315 мм.
