Введение к работе
Введение. Актуальность темы. Сеть автомобильных дорог Западной Сибири на-юдится в стадии становлениями ее развитие сдерживается недостаточностью финансо-1ых и материальных ресурсов. В районах Западно-Сибирского нефтегазового комплекса ЗСНГК), в связи с отсутствием местных каменных материалов и дальностью транспортировки привозных до 1000 километров, одним из путей снижения ресурсоемкое троительства дорог является применение композиционных материалов на основе грун-ов и вяжущих (КМ), или укрепленных грунтов (УГ). Наибольшее распространение в v' инструкциях автомобильных дорог общего пользования и ведомственных промысло-(ых дорог получил цементогрунт (ЦТ), однако расширение его внедрения сдерживается юроговизной вяжущего, а так же неоптимальностью гранулометрического и химико-.шнералогического состава основных типов применяемых грунтов, - как правило, укре-тлению подвергаются распространенные в регионе мелкие и пылеватые однородные, \У идронамывные пески, с кислой реакцией среды. В результате КМ характеризуется :равнительно низкой прочностью и морозостойкостью, высокой остаточной пористо-:тью, водопоглощением. Увеличение количества цемента приводит к снижению дефор-лативности, трещинообразованию и нецелесообразно по технико-экономическим соображениям. Поэтому имеется необходимость проведения дальнейших исследований по :овершенствованию дорожных конструкций в районах нефтедобычи и улучшению фн-тко-механических показателей УГ, в частности, с учетом известных рекомендаций по /креплению песков, не содержащих глинистых фракций, цементом совместно с тонкодисперсными добавками, добавками нефти и других органических веществ, а так же отводов промышленности.
На нефтяных промыслах ЗСНГК накапливается большое количество отходов бу-эения (ОБ) - отработанных буровых растворов (ОБР) и шламов (БІІ1), в состав которых зходит глинисто-коллоидная фаза, нефть, химически- и -поверхностно-активные веще-:тва. Проблема утилизации ОБ до настоящего времени не решена, накапливающиеся в плановых амбарах на кустовых площадках ОБ являются одним из основных факторов неблагоприятного воздействия на окружающую среду в районах нефтедобычи, вызывая углеводородное и ионно-солевое загрязнение почв, поверхностных и грунтовых вод. До 35% от общего объема нефти, попадающего в водоемы, приходятся на размывы и протечки шламовых амбаров, в конце 90-х годов ежегодное накопление ОБР и БШ превышает ЗООтыс. м3, остаются не рекультивированными более 2000 старых амбаров. В этих условиях важное значение имеет разработка эффективных способов утилизации ОБ, обеспечивающих их обезвреживание. Состав ОБ и результаты исследований по их отверждению вяжущими, опыт применения КМ в дорожном строительстве показывают, что ОБ представляют'интерес! с точки зрения их использования в дорожных конструкциях в районах нефтедобычи, однако системных исследований в данном направлении в регионе ранее не проводилось.
Диссертация содержит теорешческое и экспериментальное обоснование новых конструктивно-технологических решений по строительству автомобильных дорог с применением КМ на основе грунтов, ОБ и вяжущих в нефтедобывающих районах Западной Сибири, и направлена на уменьшение потребности в привозных дорожностроительных материалах, эффективную утилизацию ОБ. Работа выполнена в рамках комплексной программы «Нефть и газ Западной Сибири» по проблеме 07 «Автомобильно-дорожные проблемы Западной Сибири», а так же в рамках темы 9.2.1.4 программы «Архитектура и строительство».
Цель исследования: теоретически и экспериментально обосновать способы строительства автомобильных дорог с применением КМ на основе грунтов и ОБ, обеспечивающие эффективную утилизацию ОБ, для условий нефтедобывающих районов Западной Сибири. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
-
Обобщить информацию о номенклатуре и свойствах отходов, определить характеристики принятых для исследования типичных ОБ.
-
Разработать теоретические предпосылки, позволяющие прогнозировать ход процессов структурообразования в системе грунт - ОБ - вяжущее.
-
Исследовать влияние ОБ на свойства КМ, определить рациональные составы и физико-механические показатели КМ на основе грунтов и ОБ.
-
Разработать способы подготовки и применения ОБ в дорожном строительстве, апробировать конструктивно-технологические решения в производственных условиях.
-
Определить степень обезвреживания ОБ, уточнить методику ее оценки.
-
Определить технико-экономическую эффективность внедрения в производство результатов исследований.
-
Указать пути применения ОБ в дорожном строительстве, разработать практические рекомендации по конструированию и технологии строительства автомобильных дорог и промысловых площадок с применением КМ на основе грунтов, ОБ и вяжущих.
Научная новизна работы обусловлена новым объектом исследования и заключается в том, что:
впервые исследовано влияние добавок ОБ на характеристики КМ. Экспериментально установлено модифицирование песчаного грунта при введении ОБР, доказана возможность улучшения физико-механических показателей КМ при рациональных дозировках ОБ;
получены математические модели, адекватно описывающие свойства укрепленных грунтов в зависимости от факторов состава и технологии;
разработаны и апробированы методики определения составов ОБ, проектирования и контроля составов КМ, оценки степени обезвреживания ОБ, установлены рациональные составы КМ, обеспечивающие экономию вяжущего и обезвреживание ОБ;
обоснованы пути применения ОБ в дорожных конструкциях и разработаны способы строительства, апробированные в производственных условиях. Новизна предлагаемых
технических решений подтверждена А.С. СССР № 1545679 «Способ укрепления грунта».
Практическая значимость результатов исследования. Внедрение результатов исследований в условиях ЗСНГК обеспечит решение следующих важных прикладных задач:
-снижение потребности в привозных дорожно-строительных материалах; -расширение номенклатуры грунтов, пригодных для укрепления (например, однородных песков с кислой реакцией среды);
-экономии цемента на ,10-20% по сравнению с обычной нормой для УГ; -получение КМ с требуемыми или улучшенными характеристиками прочности, водо- и-морозостойкости, деформативности;
-эффективной утилизации ОБ с полезным использованием их вещественного потенциала, снижение затрат на содержание и рекультивацию шламовых амбаров, улучшение экологической обстановки в районах нефтедобычи.
В совокупности данные факторы обеспечивают повышение эффективности автодорожного обустройства территории, освоения месторождений. Внедрение разработанной технологии в практику строительства не требует дополнительных инвестиций, т.к. она основана на использовании имеющейся специальной техники.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащігхся в работе, обеспечивается применением комплексной методики исследований,; использованием современных повереіпіьгх приборов, математическим планированием экспериментов и статистической обработкой данных и подтверждается соответствием результатов теоретических, широких лабораторных, и опытно-производственных работ. Степень достоверности экспериментальных исследований - 95 %.
На защиту выносятся:
- результаты экспериментальных исследований свойств КМ на основе грунтов, ОБ и вя
жущих;
. - теоретическое и экспериментальное обоснование возможности применения в качестве добавки при укреплении грунтов ОБ, содержащих монтмориллонитовую фазу, без ухудшения физико-механических характеристик КМ;
- способы строительства промысловых дорог с применением ОБ - рациональные соста
вы КМ, конструкции и технологии. .
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на областной научно-практической конференции «Охрана окружающей среды в районах Тюменского севера» (г.Салехард, г.Тюмень, 1986 г), на 44 и 46 научных конференциях Ленинградского инженерно-строительного института (1987, 1989 гг.) и на международной научно-практической конференции «Проблемы развития автомобильно-дорожного комплекса России»,- посвященной 50-летию Автомобильно-дорожного института СПбГАСУ (Санкт-Петербург, 1997 г.), на областной, всесоюзной и международной конференциях по проблеме «Нефть и газ Западной Сибири» (г.Тюмень,1987, 1989, 1996
гг.), на XI Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Перспективные экономичные и долговечные конструкции автомобильных дорог и технология их сооружения» (г.Балашиха, 1987 г.), на секции по строительству скважин при Совете директоров научных организаций Главтюменьнефтегаза (г.Тюмень, 1988 г.), на XXII научно-технической конференции «Гипротюменьнефтегаза» (1989 г.), на научно-практических конференциях Тюменского инженерно-строительного института (1987, 1990, 1993 гг.) и ТюмГАСА (1997г.), на научно-практической конференции в рамках международного промышленного конгресса «Промышленная экология - 97» (г.Санкт-Петербург, 1997 г.). Материалы диссертации были представлены на ВДНХ СССР (Объединенный павильон «Строительство», 1988 г.), на I областной ярмарке научно-технических идей «Наука - производству» (г.Тюмень, 1988 г.), на международных выставках «Нефть и Газ - 94» и «Строительство и архитектура» (г.Тюмень, 1994, 2000гг.).
Реализация результатов работы. Разработанные конструктивно-технологи- чес-кие решения прошли производственную проверку при строительстве опытных участков дорог на месторождениях ПО «Ноябрьскнефтегаз» и «Пурнефтегаз» подразделениями ПСМО «Запсибдорстрой»; при опытно-промышленном внедрении (11 км, 110 тыс.м2) на Пограничном месторождении нефти, подрядчик СУ-952 (трест «Ноябрьскдорстрой»). Экономическая эффективность внедрения нового способа строительства -12,4 тыс. рублей на 1 км дороги в ценах 1991 года. Практические рекомендации переданы ведущей проектной организации - ОАО «Гипротюменьнефтегаз» и в 2000 году использованы при разработке проекта реконструкции автомобильных дорог Самотлорского месторождения, заказ № 6700.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 печатных работ, в т.ч. получено авторское свидетельство на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 128 наименований, и трех приложений с результатами обработки экспериментальных данных, документами о внедрении и фотографиями. Основной текст изложен на 208 страницах, включая 28 таблиц и 29 рисунков.
