Влияние технологических процессов на прочность основания земляного полотна в криолитозоне

УДК 624.13.54:624139

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ПРОЧНОСТЬ ОСНОВАНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА В КРИОЛИТОЗОНЕ

Хрипков К.Н., инженер, МИИТ

В статье обозначены проблемы строительства земляных сооружений на многолетнемерзлых грунтах, а так же предложены технологические решения, направленные на повышение надежности и устойчивости земляного полотна на участках образования таликов в строительный период.

Ключевые слова: многолетнемерзлые грунты; технологические решения; талики; упрочнение основания; надежность и устойчивость земляных сооружений.

INFLUENCE OF PROCESS ON STRENGTH BASE SUBGRADE IN

CRYOLITHOZONE

Khripkov K., engineer, MIIT

Indicated in this article the problem of construction of earthworks in extreme permafrost conditions, as well as the proposed technological solutions aimed at improving the reliability and stability of the roadbed in the areas of education taliks in construction period.

Keywords: permafrost; technological solutions; taliks; hardening of the base; reliability and stability of earthworks

Постановкапроблемы. В экстремальных условиях строительства особенно актуален выбор взаимосвязанных конструктивных и технологических решений, обеспечивающих надежность сооружений. Эта сложная проблема особенно актуальна в наиболее уязвимых местах деградации мерзлоты - участках образования таликовых зон.

Технология строительства объектов транспорта в районах образования таликов должна обеспечить надёжность земляных сооружений на многолетнемёрзлых грунтах уже в строительный период.

Для упрочнения оснований на участках образования таликов в процессе строительства предложена и эффективно реализована комплексная технология (КТ), включающая в себя следующие стадии:

1) диагностика фактических и потенциально опасных участков образования таликов;

2) устройство дренажной системы и регулирование влажности;

3) интенсивная технология упрочнения основания;

4) армирование, устройство термосифонов и теплоизоляции на участках строительства по первому принципу;

5) сооружение технологической автодороги (ТАД) и насыпи на талике (завершающая стадия).

Методика решения. На каждой стадии КТ предложено определять динамику изменения физико-механических и теплофизических характеристик грунтового массива с действующим таликом и состояние несущей способности и стабильности оснований в зависимости от технологических процессов. Временной диапазон применения каждой стадии технологии зависит от принятого в проекте 1-го или 2-го принципов проектирования земляного полотна.

На стадии диагностики проводится геомониторинг участка будущего строительства. Зоны образования таликов и их несущую способность устанавливают по результатам полевых лабораторных испытаний и анализа физико - механических и теплофизических характеристик грунтов.

Традиционный подход к оценке условий формирования таликов [1] основан на сравнении глубины сезонного оттаивания и промерзания основания земляного полотна.

Расчет несущей способности грунтов под эксплуатационной нагрузкой (Рэ) от насыпи и транспорта необходимо выполнить по всем слоям основания. Следует выделить три слоя основания с разными режимами оттаивания и консолидации: 1) деятельный слой; 2) талик; 3) активная зона многолетнемерзлого основания.

Алгоритм основан на определении коэффициента безопасности, как отношения критической (безопасной) нагрузки и эксплуатационной нагрузки в наиболее опасной зоне основания [2]:

К

Р.,

кр,г

без,1

Р

где Ркр. - критическая нагрузка, воспринимаемая слабой толщью ¡-го слоя основания; Р .- эксплуатационная нагрузка, действующая на .-й слой основания.

В процессе оттаивания грунта в основании может образовываться оттаивающий слой, при условии превышения времени оттаивания над временем консолидации [3]. Прочностные характеристики талого и оттаивающего грунтов значительно отличаются. Этот факт необходимо учесть при оценке состояния основания.

При неизменных граничных условиях теплофизических процессов возникает риск увеличения талика, мощность которого через N лет может быть определена по методике ВСН 61-89 [4] в зависимости от теплопроводности грунта в талом состоянии; теплоты фазового перехода промерзающего слоя; объемной теплоемкости грунта и температуры грунта на поверхности основания.

Первая стадиякомплексной технологии включает устройство дренажной системы - продольные (при продольном уклоне местности) или поперечные прорези, боковые водоотводные канавы и защитный слой в основании насыпи.

Устройство защитного слоя и боковых канав производится до начала отрицательных температур. В ходе промерзания основания происходитморозное пучение грунта, которое является следствием перераспределения накопленной за летнее - осенний период воды и миграции влаги из нижних слоев к холодному фронту в защитный слой [5]:

Wmg = kbItn

(w - wcr )2

У,

w„

w„

где сГ - критическая влажность пучения, 1( - температурный импульс, возбуждающий движение влаги в промерзающем грунте;

П

- параметр, выражающий связь между температурой и содер-

№

Р

жанием незамерзшей воды в зоне промерзания; - влажность на границе раскатывания, кь - параметр, выражающий отношение коэффициентов влагопроводимости талого и мерзлого грунта.

После оттаивания слоя распученного грунта свободная вода из него возвращается в грунт основания, повышает его влажность. Целесообразно регулировать этот природный процесс до возвращения воды из оттаивающего распученного грунта в грунт основания и тем самым повысить стабильность будущей насыпи. Достижение эффекта отвода воды достигается за счет боковых канав. Снижение

АЖ

влажности после осушения защитного слоя по сравнению

с влажностью до осушения определяется по методике Г.М. Ша-хунянца [6]:

AW = n- (1+a)-WB

Pd р

n Y в

где - пористость грунта; -плотность воды;

ность скелета грунта;

a

количество капиллярно застрявшей воды

W,

в долях; г - влажность на границе раскатывания.

В такой технологической последовательности сооружения дренажная система направлена на улучшение прочностных характеристик (сцепления и угла внутреннего трения) грунтов и соответственно на применение более высокой нагрузки от строительной техники.

Рассмотрим вторую стадию комплексной технологии - интенсивное уплотнение грунтов основания катками с целью отжатия, отвода воды и консолидации грунтов вплоть до ликвидации талика. Уплотнение грунтов на строительстве земляных сооружений отличается сложным взаимодействием характеристик грунтовых массивов оснований и параметров работы катков при контроле и регулировании технологических процессов. В совокупности они образуют технологическую систему, функционирующую на принципах прямой и обратной связи между параметрами отдельных подсистем с целью наиболее эффективного и качественного производства работ.

Интенсивное уплотнение на участках земляного полотна запроектированных по первому принципу производится в диапазоне от начала замерзания грунта (-0, 6 до -1,0 С) до пластично-мерзлого состояния грунта основания (-1,0 до -1,5 С). Этот диапазон

устанавливают по данным температурного мониторинга участка строительства. Работы по виброуплотнению основания катком на участках, запроектированных по второму принципу, необходимо выполнить после устройства дренажных прорезей.

В случае, если после второй стадии комплексной технологии не обеспечиваются нормативные требования по стабильности (наиболее уязвимыми для протаивания остаются подоткосные зоны основания) следует применить третью стадию КТ - дополнительное упрочнение грунтов. При проектировании по 1-му принципу и зимнем способе возведения земляного полотна следует

применить сезонные охлаждающие устройства (СОУ) в сочетании с теплоизоляцией. Расчеты параметров и шаг расстановки термосифонов выполняют согласно методике [7], толщина укладываемой теплоизоляции определяется согласно требованиям [4] . При втором принципе проектирования следует армировать основание земляного полотна - уложить георешетку на защитный слой с дальнейшим возведением земляного полотна по методике [8].

Третья стадия комплексной технологии завершается проверкой устойчивости насыпи и стабильности основания с улучшенными характеристиками под эксплуатационной нагрузкой по нормативным требованиям.

Выводы.

Изложенные стадии профилактических и лечебных мероприятий взаимосвязаны и составляют комплексную технологию, эффективность которой состоит в повышении надежности и устойчивости земляных сооружений в строительный период в наиболее уязвимых местах деградации мерзлоты - участках образования таликов.

Действие мероприятий для регулирования физико - механических свойств и теплового режима грунтовых массивов основания проявляется исключительно комплексно.

Литература:

1. Ершов Э.Д. Основы геокриологии. Ч. 6. МГУ. М.: 2001.

2. Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах. Росавтодор. М.: 2004.

3. Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов. 1973.

4. ВСН 61-89. Изыскания, проектирование и строительство железных дорог в районах вечной мерзлоты.М.:1990.

5. С.А. Кудрявцев. Влияние миграционной влаги на процесс морозного пучения сезоннопромерзающих грунтов. СПГУПС. 2003.

6. Шахунянц Г.М. Земляное полотно железных дорог. М.: Транс-желдориздат. 1953.

7. Хрусталев Л.Н. Основы геотехники в криолитозоне. МГУ М.: 2005.

8. СТО НОСТРОЙ 2.25.28 - 2011. Строительство земляного полотна автомобильных дорог. Возведение земляного полотна в зоне вечной мерзлоты. Ч.6. Москва. 2011.

9. ЛуцкийС.Я., А.М. Черкасов, К.Н. Хрипков. Комплексные сооружения в тундре // Мир транспорта. Москва, 2012. - № 6.

P

d

КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РИСКАМИ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПЕРЕВОЗОК

Резер А.В., к.э.н., доцент кафедры «Финансы и кредит» Московского государственного университета путей сообщения

Федотов Д.В., аспирант кафедры «Экономика и управление на транспорте» Московского государственного университета путей

сообщения

В статье рассмотрены факторы, вызывающие различные виды рисков в транспортно-логистическом комплексе, подробно проанализирована классификация существующих видов рисков транспортной отрасли, а также предложены способы и методы нейтрализации угроз и рисков, присущих транспортно-логистическому комплексу.

Ключевые слова: риск, управление, железнодорожный транспорт, перевозка, транспортное обслуживание, логистические технологии, риск-менеджмент.

INTEGRATED RISK MANAGEMENT SYSTEM IN THE ORGANIZATION OF RAIL

TRANSPORTATIONS

Rezer A., Ph.D., associate professor of chair «Finance and credit», Moscow State University of Railway Transport

Fedotov D., the post-graduate student of theEconomy and Transport Management chair, Moscow State University of Railway Transport

The article examines the factors that cause various types of risks in the transport and logistics complex, analyzed in detail the classification of existing risks of the transport industry, as well as the proposed methods and techniques of neutralization of threats and risks inherent in the transport and logistics complex.

Keywords: risk, railway transport, transportation, transport service, logistics technology, risk-management.

Реформирование железнодорожного транспорта и формиро- Эффективное управление транспортно-логистическим ком-

вание новой системы экономических взаимоотношений субъектов плексом предполагает отход от детерминистских предположений,

хозяйствования обуславливает необходимость решения проблемы присущим большинству используемых моделей в транспортной

устойчивого функционирования отрасли и нейтрализации угроз как отрасли. Способствуют этому стохастическая природа многих

технических, так и экономических рисков. В полной мере эта про- факторов как производства (организации перевозок), так спроса на

блема проявляется в сфере транспортного обслуживания. услуги транспортных предприятий; значительность рисков осущест-