К строительству дорожных насыпей на слабых грунтах важно подобрать правильный подход, который позволил бы оптимизировать процесс и снизить трудозатраты. В настоящее время применяются как традиционные подходы, когда насыпь строится из обычного грунта и при этом увеличивается прочность на сдвиг, так и современный, основанный на снижении нагрузки на грунт.
Достаточно часто возникает необходимость строительства дорог, развязок и мостов на нестабильных основаниях. Это — грунты, которые, как правило, находятся в прибрежных регионах, на болотистой местности, на территориях с высоким уровнем залегания грунтовых вод. Слабый грунт значительно усложняет дорожные работы.
Необходимо внедрение новых технологий, которые бы положительно влияли на устойчивость земляного полотна, исключали его деформации в эксплуатационный период, обеспечивали безопасность дорожного движения и экологическую безопасность. Достичь этого можно при комплексном, системном, подходе с применением таких методов, как системный анализ, метод аналогий, метод информационного анализа и т. д. На базе старых знаний, исследований, опыта отечественного и зарубежного строительства мы получаем новые технологии, методы исследований, программные продукты — следовательно, новые факты для научного осмысления.
К слабым относят связные грунты, имеющие прочность на сдвиг в условиях природного залегания менее 0,075 МПа (при испытании прибором вращательного среза) или модуль осадки при нагрузке 0,25 МПа более 50 мм/м (модуль деформации ниже 5 МПа). При отсутствии данных испытаний следует относить к слабым грунтам торф и заторфованные грунты, илы, сапропели, глинистые грунты с коэффициентом консистенции более 0,5, иольдиевые глины, грунты мокрых солончаков.
Проблемы слабого грунта связаны с его недостаточной несущей способностью, возможностью большой осадки и длительным сроком стабилизации основания. Одним из наиболее эффективных способов предотвращения повреждения дорожных покрытий под действием низких температур в сложных геологических условиях вляется применение теплоизоляционных слоев.
Современное развитие дорожного строительства на слабых грунтах необходимо оценивать по двум направлениям: теоретическому и практическому (прикладному). Теоретическое исследование, как известно, стремится к модели идеального знания, а прикладное представляет собой программу или алгоритм методов того, как достичь желаемой практической цели. Таким образом, качество, т. е. эффективность, метода проверяется практикой, т. е. поиском принципов достижения цели, реализуемых комплексно.
Как известно, при проектировании и строительстве дорожных насыпей на слабых основаниях требуют решения вопросы, связанные с недостаточной несущей способностью основания, включающие большие осадки насыпи с длительным сроком их прохождения, возможность потери устойчивости откосов.
Альтернативой известным, освоенным российскими дорожниками решениям, является уменьшение нагрузки на слабое основание путем уменьшения веса насыпи. Снижение веса насыпи может быть достигнуто применением для ее устройства материалов, имеющих значительно меньшую плотность, чем грунт. Существует множество легких материалов, которые потенциально могут использоваться в дорожных насыпях. В мировой практике строительства наибольшее распространение получил жесткий пенопласт – пенополистирол, обладающий уникально низкой удельной плотностью (20-30 кг/м3 т.е. около 1% от плотности грунта, применяемого в традиционных насыпях), достаточной прочностью и долговечностью.
Примером практического применения метода снижения напряжения на слабый грунт основания являются технологии строительства «легких» насыпей на слабых грунтах: EPS-насыпи и комбинированной дорожной насыпи. В первом случае в конструкции насыпи присутствуют только пенополистирольные блоки. Строительство облегченных насыпей с применением EPS-блоков имеет ряд преимуществ, в числе основных — простота технологии и сокращение сроков строительства; возможность производства работ в неблагоприятных погодных условиях; возможность избежать применения методов предварительной нагрузки на слабое основание, отсыпки насыпи с перегрузкой и стадийного строительства; значительное снижение затрат на содержание автомобильных дорог при неравномерных осадках и длительной вторичной консолидации основания, характерных для обычных насыпей.
Однако есть ряд факторов, которые негативно влияют на EPS-насыпь, например мелкие грызуны, ультрафиолетовое излучение, горючесмазочные материалы; кроме того, существует возможность гидростатического всплытия.
Технология строительства комбинированной насыпи позволяет уменьшить материалоемкость конструкции, сократить затраты на традиционные строительные материалы, такие как песок, щебень, гравий, и транспортные расходы на доставку, снизить трудозатраты при строительстве насыпи, избежать проявления негативных факторов в период эксплуатации.
Преимуществом легкой комбинированной конструкции является уменьшение нагрузки на слабое грунтовое основание посредством применения EPSблоков и пенобетона. Комбинированная дорожная насыпь представляет собой единую монолитную конструкцию, обеспечивающую пожаробезопасность насыпи, недоступность для грызунов и т. д. Более того, нижний и промежуточный слои из пенобетона придают устойчивость и безопасность всей конструкции, тем самым исключая риск возникновения гидростатического всплытия. Промежуточный слой из пенобетона обеспечивает жесткость, устойчивость конструкции, а также выравнивает поверхность, что в дальнейшем позволяет производить укладку следующего, второго массива из EPS-блоков быстро и без корректировок.
Откосы комбинированной дорожной насыпи укреплены пенобетоном, который защищает EPS-блоки от вероятных воздействий горюче-смазочных материалов и других химически активных соединений в процессе эксплуатации дороги. Наличие в конструкции пеножелезобетонной плиты способствует выравниванию верхнего слоя блоков и, следовательно, равномерному распределению нагрузки. Также к пеножелезобетонной плите могут крепиться дорожные конструкции, например шумозащитные экраны, опоры освещения и т. д. Комбинированная дорожная насыпь является легкой конструкцией, ее устройство позволяет уменьшить нагрузки на слабое грунтовое основание.
Таким образом, в основе рассмотренных подходов к строительству до рожных насыпей на слабых грунтах лежат два принципа:
1. насыпь строится из обычного грунта, при этом увеличивается прочность на сдвиг;
2. строится облегченная насыпь, позволяющая во избежание перенапряжения слабого грунта уменьшить передаваемую на него нагрузку.
В строительстве дорожных насыпей на слабых грунтах применение традиционных методов не всегда эффективно и экономично, поэтому совершенствование технологий и подходов в той сфере актуально для отрасли дорожного строительства в целом.
В статье используются материалы из следующих источников:
http://www.rostransport.com/science_transport/pdf/4/31-33.pdf
https://www.penoplex.ru/partners/legkaya-nasyp/
http://interplastica.ru/sites/default/files/press2018-07/penopolistirol_v_dorozhnom_stroitelstve_dmitrij_bobkov.pdf