Содержание к диссертации
Введение
1. Изучение опыта и анализ результатов исследований отечественных и зарубежных авторов по защите земляного полотна от переувлажнения и очистке стоков 10
1.1. Источники увлажнения земляного полотна автомобильных дорог. 10
1.2. Типы местности по условиям увлажнения и грунты для возведения земляного полотна 13
1.3. Обеспечение поверхностного дорожного водоотвода с защитой земляного полотна от водной эрозии 20
1.4. Гидроэкологические проблемы дорожно-транспортного комплекса... 29
1.5. Существующие методы сбора и очистки сточных вод с поверхности дорог и мостов 33
1.6. Цель и задачи исследования 53
1.7. Выводы 57
2. Определение объемов транспортных стоков 58
2.1. Разработка методики отбора проб для проведения лабораторных исследований качества воды 58
2.2. Определение расхода сточных вод с поверхности дорог и искусст венных сооружений 69
2.3. Количественный и качественный состав загрязняющих веществ в стоках от снеготаяния 77
2.4. Общие закономерности разбавления сточных вод 85
2.5. Организации и методы контроля состава сточных вод 92
2.6. Нормативные требования к качеству поверхностных вод 97
2.7. Выводы 112
3. Математическое моделирование процессов и просачивания и очистки сточных вод от загрязнений 113
3.1. Инвентаризация загрязняющих веществ, поступающих в сточные воды 113
3.2. Влияние интенсивности и состава транспортного потока на состав атмосферных сточных вод 123
3.3. Определение количества воды, поступающей под основание дорожной одежды 129
3.4. Моделирование процессов просачивания стоков через грунтовую толщу 134
3.5. Основные закономерности формирования состава подземных вод. 139
3.6. Абсорбционные процессы в сточных водах 144
3.7. Математическая модель фильтрации стоков через слои дискретного материала и геотекстиля 152
3.8. Выводы 160
4. Разработка методики комплексной защиты земляного полотна от переувлажнения и очистки сточных вод 161 ^
4.1. Системный подход к обеспечению прочности и устойчивости земляного полотна 161 -
4.2. Технология и организация работ по устройству термоизолирующих прослоек в теле земляного полотна 164
4.3. Повышение прочности и устойчивости земляного полотна с использованием геотекстильных материалов 166
4.4. Применение габионов и матрасов Рено для укрепительных работ. 170
4.5. Выбор высокоэффективных технологий для очистки транспортных стоков 173
4.6. Рекомендации по строительству сооружения для очистки стоков на - примере автодороги «Воронеж-Нововоронеж» - «Воронеж - Луганск» 180
4.7. Расчет степени очистки сточных вод и периодичности замены фильтров 195
4.8. Применение биопрепаратов и микроорганизмов для регенерации адсорбентов и утилизации нефтесодержащего шлама 200
4.9. Организация мониторинга за состоянием открытых водоемов, грунтовых вод и плата за выбросы 205
4.10. Выводы 211
Общие выводы 212
Библиографический список 214
Приложение...Акты о внедрении 225
- Обеспечение поверхностного дорожного водоотвода с защитой земляного полотна от водной эрозии
- Определение расхода сточных вод с поверхности дорог и искусст венных сооружений
- Влияние интенсивности и состава транспортного потока на состав атмосферных сточных вод
- Повышение прочности и устойчивости земляного полотна с использованием геотекстильных материалов
Введение к работе
Среди наиболее важных в стратегическом отношении задач, стоящих перед Россией, особо следует выделить развитие дорожно-транспортной инфраструктуры. С учетом территориальной удаленности значительной части ее регионов от центра решение этой задачи прямо влияет не только на состояние экономики, но и на обеспечение единства и монолитности страны. Недостаточная плотность имеющейся дорожной сети и высокая степень ее изношенности уже стали серьезным препятствием для развития экспортно-импортных отношений с другими странами, поскольку уже не в состоянии справиться с возросшим объемом перемещаемых грузов.
Вместе с тем, хорошо развитая дорожно-транспортная инфраструктура способна превратить географические особенности России в ее конкурентные преимущества [78].
Состояние дорог напрямую зависит от прочности и устойчивости земляного полотна, которому в течение всего периода эксплуатации приходится работать в сложных природно-климатических условиях.
Поэтому технология строительства земляного полотна в значительной мере зависит от климата, рельефа местности, растительности, геологических, гидрологических и гидрогеологических условий.
На земляное полотно и дорожную одежду воздействуют атмосферные осадки, выпадающие на поверхность дороги и просачивающиеся через обочины, а также через трещины и проломы в коре дорожной одежды.
При затрудненном поверхностном стоке вода может увлажнять земляное полотно за счет подтопления и капиллярного перемещения сбоку или снизу при близком расположении грунтовых вод. Частично влага испаряется или просачивается в более глубокие грунтовые горизонты, а основная часть стоков по откосам и системе продольного водоотвода сбрасывается в пониженные места рельефа, лога, овраги, водотоки, входные и выходные русла водопропускных сооружений. При неорганизованном сбросе атмосферных сточных вод с поверхности автодороги могут
размываться откосы, русла водоотводных сооружений и происходить потеря устойчивости земляного полотна. Кроме того, в стоках содержатся различные загрязняющие вещества и соли, которые отрицательно влияют на свойства грунтов земполотна в процессе эксплуатации.
Актуальность рассматриваемых задач по проблеме комплексной защиты земляного полотна автомобильных дорог от переувлажнения атмосферными сточными водами подтверждается также и тем, что исследования проводились в соответствии с планом работ Воронежского областного Управления автомобильных дорог по строительству дороги «Воронеж-Нововоронеж» - «Воронеж-Луганск» с мостовым переходом через р. Дон, необходимой для эвакуации населения из тридцатикилометровой зоны Нововоронежской АЭС при чрезвычайных ситуациях.
Целью работы является теоретическое исследование процессов формирования стоков с поверхности транспортных сооружений, их просачивания в грунтовую толщу и разработка методики защиты земляного полотна автомобильных дорог от переувлажнения.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:
Изучить возможность применения наиболее целесообразных технологий и конструктивных решений по обеспечению прочности и устойчивости земполотна и разработать методику комплексной защиты его от переувлажнения;
Исследовать процессы формирования стоков и их просачивания через грунтовую толщу;
Обосновать и разработать конструкцию и осуществить строительство сооружений по сбору и очистке сточных вод на автодороге «Воронеж-Нововоронеж» - «Воронеж-Луганск»;
Определить количественный и качественный состав сточных вод с поверхности транспортных сооружений;
7 5. Предусмотреть необходимые организационно-технические мероприятия по эксплуатации очистных сооружений. Научная новизна диссертационной работы:
Разработана методика комплексной защиты земляного полотна автомобильных дорог от переувлажнения атмосферными сточными водами;
Уточнена математическая модель просачивания сточных вод с поверхности автомобильных дорог через грунтовую толщу;
Обоснована рациональная конструкция для сооружений по защите земполотна от переувлажнения путём сбора, очистки и отвода стоков, реализованная при строительстве автодороги.
Определены оптимальные сроки проведения организационно-технических мероприятий по замене фильтрующих элементов при эксплуатации придорожных сооружений по сбору, очистке и отводу стоков.
На защиту выносятся:
1. Методика комплексной защиты земляного полотна от
переувлажнения сточными водами;
2. Математическая модель просачивания сточных вод через
грунтовую толщу и их адсорбционной очистки при фильтрации через слои
дискретных материалов и геотекстиля;
3. Конструктивные решения по сбору и очистке стоков с поверхности
дорог и искусственных сооружений.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждены:
- применением основных фундаментальных законов механики
жидкости;
- диффузионными законами перемещения загрязняющих веществ в
жидкостях, абсорбционной и адсорбционной теорией, подтвержденными
экспериментом;
- соответствием результатов лабораторных и производственных
работ, выполненных с использованием современных приборов и методов
8 испытаний, в том числе математического планирования эксперимента, теории математической статистики и теории вероятности, степень достоверности лабораторных исследований составляет 94%.
- одновременным использованием нескольких методов исследований, позволяющих с разных сторон изучить одни и те же процессы и явления, положенные в основу предлагаемых решений.
Практическое значение работы.
Разработанная методика комплексной защиты земляного полотна от переувлажнения сточными водами позволяет производить выбор наиболее эффективных мероприятий по обеспечению его прочности и устойчивости на весь период эксплуатации.
Представляемые математические модели, вычислительные алгоритмы позволяют осуществить анализ переувлажнения грунтов земляного полотна атмосферными поверхностными стоками.
Предложенная конструкция сооружения с использованием процессов адсорбционной очистки сточных вод при их фильтрации через слои дискретного материала и геотекстиля построена на дороге "Воронеж - Нововоронеж" - "Воронеж - Луганск", о чем имеется соответствующий акт внедрения.
Результаты работы в виде алгоритмов и методик расчетов использованы Воронежским ГипродорНИИ при разработке проектной документации для очистных сооружений на дорогах, о чем имеется соответствующий акт внедрения.
Апробация работы. Апробация результатов, выполненных по теме диссертации, проводилась: в Воронежском государственном архитектурно-строительном университете на международной конференции «Высокие технологии в экологии» (2005-2006), на научно-практической конференции «Техновод», посвященной 1000-летию г. Казани (2005), на конференции «Современные научно-технические проблемы транспортного строительства» в Казани (2007).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 научных работах, в том числе 1 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Общий объём публикаций 25 стр., из них лично автору принадлежит 14 стр.
Объём и структура работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Диссертация содержит: 226 страниц, в том числе 161 страницу машинописного текста, 36 рисунков, 23 таблицы, 2 приложения. Список литературы включает 123 наименования.
Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, представлены научная новизна и практическая значимость результатов работы.
В первой части приводится аналитический обзор литературы по теме диссертации.
Вторая часть посвящена определению объемов транспортных стоков, формирующихся на поверхности автомобильных дорог и искусственных сооружений.
Третья часть посвящена математическому моделированию просачивания поверхностных-стоков в грунтовую толщу.
Четвертая часть посвящена разработке методики комплексной защиты земляного полотна от переувлажнения и очистке стоков с поверхности дорог.
Обеспечение поверхностного дорожного водоотвода с защитой земляного полотна от водной эрозии
В связи с ростом интенсивности транспортных потоков, увеличением грузонапряженности и скоростей движения повышаются требования к прочности земляного полотна.
Тепловой режим грунтов, нарушаемый дорожной одеждой с большей теплопроводностью и отсутствием снежного покрова на поверхности дороги, способствует увеличению зимнего влагонакопления под проезжей частью.
Водный режим верхних слоев земляного полотна также ухудшается вследствие затруднения просыхания грунтов под водонепроницаемым покрытием. В отличие от покрытия, земляное полотно и основание должны устраиваться прочными на достаточную перспективу роста интенсивности движения. Мероприятиями, повышающими прочность и устойчивость земляного полотна, помимо поверхностного водоотвода, являются [102]: предохранение верхней части земляного полотна от поступления воды сверху (приданием поперечных уклонов поверхности полотна, укреплением обочин) и снизу (устройством полотна в насыпях при достаточном его возвышении над уровнем грунтовых вод и надлежащем уплотнении насыпного грунта); устройство прослоек, изолирующих или прерывающих капиллярное поднятие; замена неблагоприятных грунтов в выемках и невысоких насыпях морозоустойчивыми грунтами или материалами; обеспечение своевременного отвода воды, аккумулирующейся в верхней части земляного полотна (укладка дренирующих слоев из песка или геотекстильных материалов). На земляное полотно и дорожную одежду воздействуют атмосферные осадки, выпадающие на поверхность дороги и просачивающиеся через трещины, швы, края покрытия и обочины (рис. 1.1). Причем, по данным СоюздорНИИ, через обочины поступает более 40 % выпавших осадков. При затрудненном поверхностном стоке вода может увлажнять земляное полотно за счет подтопления и капиллярного перемещения сбоку или снизу при наличии грунтовых вод. Обочина — боковая полоса земляного полотна с каждой его стороны между бровкой и кромкой, необходимая для предохранения краев (кромок) от разрушения, а также для размещения остановочных полос, барьерного и тросового ограждения, средств сигнализации и других приспособлений, обеспечивающих безопасность движения. Обочины могут быть грунтовые или укрепленные различными материалами. Ширина обочин зависит от категории дороги [62]. По своему назначению обочины по ширине разделяются на: краевую укрепительную полосу, служащую упором для дорожной одежды проезжей части дороги, устраиваемую, как правило, совместно с проезжей частью при строительстве (реконструкции) дороги или самостоятельно на обочинах и разделительных полосах при ее ремонте; остановочную полосу, предназначенную для вынужденной остановки автомобилей. К ней относятся также специально устраиваемые для этой цели на обочине или выносном участке остановочные площадки; прибровочную полосу шириной 0,5 м (0,75 м при наличии оградительных устройств), служащую переходной зоной от обочины к откосу. Обочины укрепляют для повышения скорости и пропускной способности автомобильных дорог, обеспечения удобства и безопасности движения. В неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях укрепление обочин позволяет защитить земляное полотно от проникновения поверхностных вод, предохранить проезжую часть дороги от разрушения и загрязнения. Система поверхностного дорожного водоотвода предназначена для предотвращения переувлажнения земляного полотна, перехвата и отвода воды, поступающей к земляному полотну, или для прекращения ее доступа в верхнюю часть земляного полотна. Поверхностные воды отводятся в пониженные места рельефа, лога, в овраги, водотоки, входные и выходные русла водопропускных сооружений. Для отвода поверхностных вод предусматривают следующие конструктивные решения (рис. 1.3): - поперечному профилю земляного полотна и дорожной одежды придается выпуклое очертание; - устраивают боковые канавы (кюветы), а в некоторых случаях используют для отвода воды резервы и закладывают испарительные бассейны; - роют водоотводные канавы для отвода воды в сторону от земляного полотна; - устраивают нагорные канавы, перехватывающие воду, которая поступает по склону местности к дороге; - строят мосты, трубы для пропуска водотоков и воды из боковых канав под земляным полотном. Водоотводные устройства размещаются в придорожной полосе, при этом расстояние от наружной бровки откоса водосточной канавы резерва или кювета до границы полосы отвода должно быть не менее 1 м. При необеспеченном отводе поверхностной воды и возможности ее длительного застоя вблизи от дороги принимают также возвышение низа дорожной одежды над поверхностью земли или уровнем длительного стояния грунтовых вод, чтобы капиллярное поднятие не достигало верхних слоев земляного полотна. Обочинам придают больший поперечный уклон, чем поверхности покрытия. В зависимости от вида грунта земляного полотна и типа покрытия обочины устраивают с уклоном на 20 %о больше, чем покрытие, так как на их поверхности могут формироваться неровности, вызванные заездом автомобилей в неблагоприятную погоду, а застой воды на грунте обычно приводит к переувлажнению земляного полотна. Боковые канавы (кюветы) устраивают в выемках и у насыпей. В лесистой местности односторонние боковые канавы необходимо предусматривать при любой высоте насыпи, если поперечный уклон к дороге более 2 %о. При водонепроницаемых грунтах и недостаточно удовлетворительных условиях поверхностного стока боковым канавам придают трапецеидальные сечения с шириной по дну 0,4-0,5 м и глубиной до 0,7- 0,8 м. Откосам канав в выемках придают заложение 1:1,5, а у насыпей внутренний откос канав устраивают с заложением 1:3.
Определение расхода сточных вод с поверхности дорог и искусст венных сооружений
Своевременное осушение отстойников крайне затруднительно, поэтому часто во время выпадения дождевых осадков загрязняющие вещества от стоков, образовавшихся во время предыдущих дождей, просто вымываются и разливаются по прилегающей территории, приводя к ее дополнительному загрязнению.
Существуют также отстойники, применяемые для предварительной очистки сточных вод в случае, если требуется дальнейшая биологическая очистка стоков. По назначению отстойники данного типа подразделяются на первичные, устанавливаемые до сооружения биологической очистки, и вторичные, которые устанавливаются после сооружений биологической очистки.
По конструктивным особенностям отстойники делятся на горизонтальные (сток движется вдоль отстойника, почти горизонтально), вертикальные (сток движется сверху вниз) и радиальные (сток движется от центра к периферии).
Горизонтальный отстойник из сборного железобетона представляет собой прямоугольный резервуар, состоящий из нескольких отделений. Принцип действия этого отстойника состоит в том, что сточные воды подводятся в торцовую часть, проходят вдоль отстойника до противоположного конца и сливаются в отводной канал. Вертикальные отстойники, имеющие в плане круглую, квадратную форму или форму многоугольника, представляют собой резервуары с конусным или пирамидальным днищем. Подобные отстойники чаще всего применяются для очистки бытовых сточных вод. Радиальные отстойники применяются на крупных станциях очистки сточных вод, например, в Подмосковье, и представляют собой круглый неглубокий резервуар, в котором сточные воды движутся от центра к периферии.
Одной из разновидностей отстойников являются тонкослойные отстойники, которые имеют водораспределительную, отстойную, водосборную и осадочную зоны, при этом отстойная зона разделена полками, в пространстве между которыми производится отстаивание. Существуют три схемы движения стоков и выпадения осадка в тонкослойном отстойнике: прямоточная, когда направления движения стоков и осадка совпадают; противоточная, когда осадок удаляется в направлении, противоположном движению стоков; перекрестная, когда осадок движется перпендикулярно направлению движения стоков.
Нефтеловушки предназначены для удаления пленок нефтяных продуктов и смазочных материалов из поверхностных стоков. Скорость движения сточных вод в нефтеловушке составляет 0,005-0,01 м/с, при этом всплывает 96-98% частиц размером 80-100 мкм [39].
Нефтеловушки, применяемые в основном на строительных площадках, представляют собой механическое устройство, отделяющее нефтяные пленки от воды, которая затем поступает на очистное сооружение. Существуют также нефтеловушки, представляющие собой комплекс улавливающих бассейнов, располагаемых под землей, которые чаще всего устанавливаются на автозаправочных станциях и территориях парковки автомобилей.
Нефтеловушки, представляющие собой устройство для сбора всплывающих на поверхности воды нефтяных и масляных пленок, применяются на участках выпуска стоков из отстойников. Существует конструкция нефтеловушки, действующей по следующему принципу: стоки, проходя через щелевую перегородку, поступают в отстойную камеру, в которой нефтепродукты всплывают на поверхность; нефтепродукты собираются в начале и в конце секции щелевыми поворотными трубами.
К способам механической очистки сточных вод также относятся фильтрование и пропуск стоков через гидроциклоны. Фильтрование применяется для выделения из сточных вод тонкодисперсных твердых и жидких частиц, которые не обладают способностью выпадать в осадок. В качестве фильтрующих материалов используются металлические сетки, тканевые фильтры (хлопчатобумажные, из стекловолокна), керамические, иногда используются зернистые материалы - песок, гравий, торф, уголь и др. (рис. 1.8).
Нетканые материалы, благодаря своей структуре, являются хорошей основой как для создания фильтрующих элементов, так и для использования в качестве сорбентов, при этом сорбционный способ позволяет предотвратить попадание нефтепродуктов в ливневые стоки с автомобильных дорог, стоянок автомобилей и автозаправочных комплексов [32]. Объемно-пористая структура нетканого фильтра позволяет снизить концентрацию взвешенных веществ в сточных водах на три порядка и нефтепродуктов на один порядок по сравнению с исходной.
С использованием нетканых материалов изготавливаются сорбционные маты, сорбирующие салфетки, сорбционно-заградительные боны, представляющие собой многослойные изделия длиной 1-2,5 м. Эти материалы обеспечивают сбор нефтепродуктов, обладают способностью к многократному использованию и легко поддаются утилизации.
Гидроциклоны используются для очистки сточных вод от взвешенных частиц под действием центробежной силы (рис. 1.9). Принцип действия гидроциклона состоит в том, что вода с высокой скоростью по касательной подается в гидроциклон, при вращении в котором на частицы действуют центробежные силы, отбрасывающие тяжелые частицы к периферии потока, при этом, чем больше разность плотностей частиц, тем лучше разделение.
Влияние интенсивности и состава транспортного потока на состав атмосферных сточных вод
Помимо вышеназванных веществ, существует также ряд других, которые снижают качество поверхностных вод. К ним можно отнести содержащиеся в стоке хлориды натрия и хлориды кальция - результат применения противогололедных реагентов. В период зимней эксплуатации для борьбы с обледенением проезжей части широко применяются противогололедные реагенты, которые частично аккумулируются в кюветах и почве придорожной полосы и с началом таяния снега вместе с поверхностным стоком попадают в водные объекты. Содержание противогололедного реагента в поверхностном стоке определяется климатической характеристикой местности и генеральной схемой снегоуборки.
Содержание фосфора и серы в поверхностных сточных водах с автомобильных дорог обуславливается наличием этих элементов в моторных топливах и маслах [3,4,49]. Соответственно, концентрация фосфора и серы в сточных водах зависит от концентрации нефтепродуктов в этих водах.
Также в поверхностных сточных водах с автомобильных дорог возможно содержание и иных опасных веществ, например такого как этиленгликоль, который попадает на поверхность дороги, как правило, в результате дорожно-транспортного происшествия. Этиленгликоль является одним из основных компонентов охлаждающей жидкости. Попадание этиленгликоля на поверхность дороги в результате неисправности системы охлаждения автотранспортного средства незначительно. Этиленгликоль в заметных количествах может появиться в атмосферных сточных водах только в случае его разлива в результате дорожно-транспортного происшествия, поэтому его содержание в водоемах и грунтовых водах не превышает предельно-допустимую концентрацию.
Одной из основных причин высокого негативного воздействия дорожно-транспортного комплекса на окружающую среду в России является дисбаланс между развитием сети автомобильных дорог и количественным ростом автопарка. В последнее десятилетие наметилась устойчивая тенденция к повышению грузоподъемности одиночных автомобилей и увеличению средней скорости движения транспортных потоков.
Максимальная интенсивность регистрируется на подходах к крупным городам, региональным и федеральному центрам. В результате этих процессов ежегодный прирост объемов транспортных загрязнений на дорогах общего пользования превышает 10 %.
Наиболее важными характеристиками транспортного потока, перемещающегося по дорогам с различным типом покрытия, являются интенсивность и состав движения, а также техническое состояние транспортных средств.
Интенсивность транспортного потока в зависимости от природно-климатических характеристик местности и режима движения во многом определяют уровень загрязнения сточных вод с поверхности автомобильных дорог и искусственных сооружений. В свою очередь изменение состава транспортного потока может в значительной мере влиять на качественные и количественные характеристики загрязняющих веществ в стоках.
Автотранспортные средства различных стран могут отличаться годом выпуска, грузоподъемностью, типом двигателя и агрегатов, что соответственно определяет их эксплуатационные характеристики и виды расходных материалов (бензин, дизельное топливо, масла, покрышки, состав дисков сцепления и тормозных накладок). По мере их использования или износа эти материалы в виде частиц различного агрегатного состояния оказываются на поверхности дороги и в пространстве придорожной полосы.
Изменение доли одного типа автотранспортных средств в потоке по отношению к другим будет вызывать колебания количественного и качественного состава загрязнителей в сточных водах. В настоящее время охлаждающие и тормозные жидкости, используемые при эксплуатации автомобилей, имеют большое сходство по составу входящих в них веществ. Этого нельзя сказать о моторных и трансмиссионных маслах, которые даже при сходных эксплуатационных характеристиках, отличаются по химическому составу и вязкости, что обуславливает разную степень их воздействия на окружающую среду [60,113]. Химический состав смазочных материалов определяется различными базовыми маслами и присадками. Базовые масла могут быть как продуктом перегонки нефти с применением процессов обработки водородом (минеральные базовые масла), так и продуктом синтетических мономеров (синтетические базовые масла). Характер воздействия масел и их составляющих на окружающую природную среду зависит от типа двигателя, в котором они работали. В отработанном дизельном масле отмечается наличие значительного количества сажи [3,4].
Поэтому совокупность указанных факторов оказывается сильное влияние на уровень загрязнения и состав загрязняющих веществ в поверхностном стоке с автомобильных дороги и мостов.
Наибольшую опасность представляет сброс неочищенных сточных вод на рельеф или в открытые водоемы, так как в их составе могут присутствовать бензол, толуол, стирол, ксилол и другие углеводороды. Исследователи отмечают, что 1 грамм нефти способен погубить жизнь в 1 м воды [12]. Особенно опасно длительное воздействие относительно небольших концентраций нефтепродуктов, так как бензол, толуол и ряд других углеводородов способны растворять соединения тяжелых металлов, а ряд ароматических углеводородов (бенз-а-пирен) являются канцерогенными и мутагенными веществами. Перемещаясь по пищевой цепочке, эти вещества могут попадать в организм человека.
Неблагоприятное влияние транспортных загрязнений на окружающую среду оказывается стихийно (утечка моторного топлива и смазочных материалов) и постоянно [36], при этом отдельные загрязнители в виде моторных масел и различных смазок являются более токсичными по сравнению сырой нефтью [123].
Количество нефтепродуктов, накапливающихся на поверхности покрытия, зависит от интенсивности и состава движения, а также от количества атмосферных осадков, выпадающих в этом регионе.
Интенсивность определяет категорию дороги и режим движения автомобильного транспорта, что непосредственно сказывается на концентрации нефтепродуктов в поверхностном стоке с автодорог [119], в свою очередь, количество осадков, определяет общий объем нефтепродуктов поступивших с участка автомобильной дороги.
Повышение прочности и устойчивости земляного полотна с использованием геотекстильных материалов
Выбор мероприятий по укреплению откосов насыпей, выемок, конусов мостов и путепроводов зависит от физико-механических свойств грунтов земляного полотна, погодно-климатических факторов, гидрологического режима подтопления, высоты насыпи и глубины выемки.
Конструкции укрепления являются одним из комплекса факторов, обеспечивающих прочность и устойчивость земляного полотна на весь период эксплуатации. При строительстве дорог в сложных условиях следует рассматривать варианты конструктивно-технологических решений с использованием геотекстильных материалов. Сравнение вариантов необходимо производить с учетом функции, выполняемой геотекстильным материалом: армирующих прослоек, усиливающих грунтовый массив, повышающих его устойчивость и уменьшающих деформации; - разделяющих мембран, исключающих перемешивание слоев, различных по составу и состоянию грунтов, улучшающих условия работы слоев и конструкции в целом; - дренирующих прослоек, обеспечивающих фильтрацию воды из основания или тела насыпи и ускоряющих ее осадку. Эту функцию могут выполнять только иглопробивные материалы толщиной не менее 3 мм; - фильтра, задерживающего грунтовые частицы, перемещаемые потоком воды; - покрытия, защищающего откосы от водной или ветровой эрозии. По структуре синтетические текстильные материалы подразделяются на тканые и иглопробивные. Иглопробивные материалы имеют беспорядочную спутанно-волокнистую структуру, просты в изготовлении, надежны в работе в качестве фильтрующих элементов. К нетканым, или иглопробивным, относится большинство геотекстильных материалов. Тканые материалы имеют упорядоченную структуру в виде двух взаимно перпендикулярных систем нитей, переплетённых между собой. Тканые геотекстильные материалы необходимо применять в тех случаях, когда нужно обеспечить высокую прочность и небольшую деформативность, — при армировании грунтов. Геотекстильные материалы изготавливаются из полипропилена, стекловолокна, базальта, капрона, лавсана. Факторами, определяющими область применения геоматериалов, являются механические, гидравлические и эксплуатационные характеристики в условиях той грунтовой среды, в которую они будут помещены в качестве конструктивного элемента. Геотекстиль в грунтовом массиве может выполнять роль арматуры, разделяющей мембраны, фильтра, дрены, капилляропрерывающего защитного слоя. Армирующий эффект геотекстильной прослойки проявляется двояко: - текстильное полотно за счет собственной прочности и сопротивления растяжению препятствует сдвигу одних частей грунтового массива относительно других; работая совместно с грунтом, прослойка обеспечивает перераспределение напряжения между частями массива, с перегруженных зон на соседние недогруженные участки, вовлекая их в работу.
Разделяющей мембраной геотекстильная прослойка служит при укладке ее и между слоями разнородных по пористости и гранулометрическому составу грунтов. Прослойки препятствуют прониканию мелких частиц в межзерновое пространство крупнозернистого материала или погружение крупных частиц грунта (щебеночных, гравийных) в подстилающий грунт под воздействием знакопеременных нагрузок и вибрации. Такие условия встречаются при укладке щебеночных оснований на слой одномерного песка или переувлажненного грунта при устройстве насыпей на слабых грунтах, а также при использовании текстильного полотна в качестве прослойки, обеспечивающей независимость формирования соседних слоев конструкции.
Подобным образом работает геотекстильная прослойка в качестве грунтозадерживающего слоя. Она препятствует размыву грунта поверхностными водами, выносу грунтовых частиц фильтрационными потоками, просыпанию грунта сквозь щели ограждающих конструкций.
В дренажных конструкциях текстильный фильтр, взаимодействуя с прилегающим грунтом, может задерживать не только крупные частицы, превышающие размер пор фильтра, но и тонкие частицы за счет самопроизвольного возникновения грунтового фильтра на контакте с текстильным полотном. В качестве дрены, отводящей воду из грунта, могут быть использованы текстильные полотна, сохраняющие толщину не менее 2—3 мм в обжатом массой вышележащей конструкции состоянии и обладающие водопроницаемостью в плоскости полотна. Дренирующий эффект текстильных прослоек используют при ускорении консолидации водонасыщенных грунтов как в основании, так и в теле насыпи. Геотекстиль применяют в качестве капилляропрерывающей прослойки. Располагаясь в грунте, такая прослойка при определенных условиях может прервать вертикальный капиллярный приток воды в рабочую зону под действием температурного градиента при промерзании, исключив переувлажнение, льдонакопление и снижение несущей способности грунта в верхней части земляного полотна.
Будучи уложенным на поверхность откосов, геотекстиль может выполнять функции защитного слоя, предохраняя грунт от водной и ветровой эрозии. По существу, все многообразие конструкций с текстильными прослойками основывается на выполнении этим материалом одной из перечисленных функций или их комбинаций, из которых в транспортном строительстве наибольшее распространение получили насыпи на слабых грунтах, откосы и дренажные конструкции. Особенности условий работы геотекстильных материалов заключаются в их совместной работе с грунтом, в постоянном контакте с ним или зернистым материалом, в независимости синтетического текстильного материала от воздействия воды и погодно-климатических факторов, в характере воспринимаемых нагрузок.
При устройстве в основании земляного полотна прослойки из геотекстиля отдельные полотнища необходимо склеивать, сшивать или скреплять скобами. Перед работой дорожно-строительных машин геотекстильное полотно засыпается слоем грунта или щебня толщиной не менее 0,3 м. При наличии пней, кочек, углублений, воды на поверхности основания насыпи перед укладкой геотекстиля следует отсыпать песчаный выравнивающий слой, толщина которого должна быть равна величине неровностей. Анкеровку полотен в откосных частях земляного полотна следует производить путем заворачивания свободных концов полотен длиной 1,5—2,0 м вокруг края грунтового слоя, отсыпанного по полотну, завернутые концы должны быть засыпаны следующим по высоте грунтовым слоем. Дренирующие и капилляропрерывающие прослойки из нетканых синтетических материалов необходимо устраивать с низовой по отношению к стоку воды стороны. Полотнища материала укладываются внахлестку с перекрытием на 0,1м и скрепляются. Передвижение транспортных средств или строительных машин непосредственно по разложенному материалу не допускается. Вышележащие слои грунта следует устраивать путем надвижки материалов или грунта способом «от себя».
