Причины потери устойчивости откосов автомобильных дорог в высокогорных условиях Южного региона Кыргызстана

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

ПРИЧИНЫ ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В ВЫСОКОГОРНЫХ УСЛОВИЯХ ЮЖНОГО РЕГИОНА КЫРГЫЗСТАНА Каримов Э.М.

ш

Каримов Эркинбек Машанович - кандидат технических наук, доцент, кафедра прикладной механики, факультет архитектуры и строительства, Ошский технологический университет, г. Ош, Кыргызская Республика

Аннотация: в статье анализируются причины разрушения после реконструкции автомобильных дорог Ош-Исфана, расположенных в высокогорном регионе и на глинистом основании. В весенний период резкое повышение температуры Южного региона Кыргызстана приводит к появлению трещин на откосе высокой насыпи автомобильной дороги и по этим трещинам попадание атмосферных осадков приводит к локальным деформациям на дорожном полотне. А также предположение деформации ползучести не подтвердилось с помощью проведенных полевых изыскательских работ. Первоначальное предположение, что на этом участке существуют выклинивания подземных вод при исследовании не получило подтверждения. Из опыта исследования и наблюдения выявлено, что структуризация и уплотнение грунтов не формируются за короткий срок, а также осадка насыпи не успеет прекратиться за период строительства до начала укладки покрытия, для этого потребуется не менее трех лет. А также необходимо проектом предусмотреть защитные мероприятия от атмосферных осадков и рекомендации по их применению для климата Южного региона Кыргызстана. Ключевые слова: реконструкция, деформация ползучести, устойчивость, склон, земляное полотно.

В Кыргызской Республике более 90 процентов перевозок осуществляются автомобильным транспортом. В связи с этим состояние автомобильных дорог имеет большое значение. Проектирование, строительство и эксплуатация автомобильных дорог горных районов требуют решения ряда сложных вопросов. Для обеспечения регулярного движения на разных уровнях горной местности сооружаются насыпи и выемки, высоты таких сооружений могут достигать десятки метров. При организации насыпей могут возникать отдельные ослабленные участки полотна дорог.

В основном основание пересекающих горных склон автомобильных дорог Южного региона Кыргызстана состоит из слабых грунтов. Обеспечение общей и местной

устойчивости откосов горной местности для этого региона один из приоритетных задач сегодняшнего дня. Как показывает жизнь, при реконструкции автомобильных дорог в сложных условиях горного рельефа, при строительстве насыпей не всегда удается соблюдать требования типовых решений, а приходится принимать решения исходя из практического опыта. В этой связи для анализа и изучения причин сезонных деформаций дорожного полотна в период с 2014 г. по 2017 г. организованы натурные наблюдения на автодорогах Южного региона Кыргызской Республики.

В частности, ежегодно проводились исследовательские работы на опасных участках автодороги Ош-Исфана.

Цель исследовательской работы заключалась в том, чтобы анализировать и выявить причины разрушения автомобильной дороги после проведения реабилитационных работ на склонах, а также разработать рекомендаций по их предупреждению. На ряде участков АД после реабилитации появились деформации в виде осадков насыпного полотна дороги.

Один из таких участков расположен на 23 км АД Ош-Исфана.

Ранее существующая дорога была двухпутной. На данном участке при реконструкции выполнялись работы по уширению земляного полотна для строительства дополнительных полос проезжей части, переходно-скоростных полос, площадок для автостоянки автомобилей или просто для доведения ширины земляного полотна до нормы, установленной для данной категории дороги.

Как показывает практика, довольно сложным является достижение устойчивой совместной работы, существующей «старой» и свежеотсыпанной для уширения «новой» части земляного полотна АД в долгосрочном периоде. Несмотря на выполнение предусмотренных проектом мероприятий по уплотнению грунтов подсыпки, практически всегда наблюдаются деформации нового земляного полотна в местах примыкания к старому (рис. 1) [1].

Главный недостаток уширения дороги путем подсыпки новых грунтовых масс к существующему земляному полотну состоит в том, что свежеуложенному грунту трудно придать одинаковую с грунтом старого земляного полотна степень уплотнения и структурной связанности (фото 3). В результате возникают продольные трещины вдоль дороги по стыку между старым и новым земляными полотнами (фото 6). Атмосферные осадки, попадая в трещины, изменяют физико-механические свойства грунтов (фото 1). В период с 2014 г. по 2017 г. на этом участке три раза провели ремонтно-восстановительные работы (фото 4). Ниже рассмотрены результаты инженерно-геологических изысканий по проделанной работе.

Изучаемый участок автомобильной дороги имеет максимальную высоту насыпи И=19 м. Вышележащая часть склона до глубин 6...20 м сложена слабыми грунтами: глинами, суглинками пластичными и текуче -пластичными. Тело земляного полотна возводилось из привозного галечниково-валунных грунтов с песчано-глинистым заполнителем. После реконструкции, весной, после таяния снега и затяжных дождей

А

Б

Рис. 1. Схема уширения земляного полотна на 23-м км АД Ош-Исфана А - свежеуложенный грунт; Б - существующий грунт

2015 года образовались трещины, ориентированные вдоль продольной оси, на середине дороги (фото 6). Образовавшие трещины на полотне дороги служат в качестве путей фильтрации и коллекторов поверхностных вод атмосферных осадков. Последние годы наблюдалось превышение нормы атмосферных осадков в 2-3 раза по сравнению с предыдущими годами.

Для исследования физико-механических свойств грунтов на проблемных участках автомобильной дороги произведено бурение скважины с отбором образцов грунта для лабораторных тестирований. Из отобранных образцов получены следующие результаты (табл. 1). Эти результаты дают нам представление о структуре грунтов до определенной глубины. Выявленные результаты дали отклонения некоторым предположениям. Первоначально предполагали, что на этом участке существуют выклинивания подземных вод. Но при исследовании, увлажнение земляного полотна снизу не дали подтверждения. В первоначальные годы после появления трещин, начали проводить работы с помощью геодезических приборов и произвели исследования горизонтальных и вертикальных смещений контрольных точек относительно реперов по трассе автомобильной дороги Ош-Исфана. Результаты исследования приведены на таблице 2. По этим данным смещения по высоте номеров точке реперов 31 и 38. Смещения получились 24 см и 26 см., по остальным точкам реперов отмечены незначительные смещения. Значит, у откоса автомобильных дорог деформаций ползучести не наблюдается. По-видимому, резкое повышение температуры и активная солнечная радиация вызывают явление усадки на увлаженном откосе. В связи с этим на откосе появляются глубокие трещины. По этим трещинам происходит интенсивная инфильтрация большого количества атмосферных осадков в грунты дорожного полотна и происходит снижение несущей способности грунтов. Образуются локальные деформации, что приводит к разрушению дорожного полотна. Особенностью локальных деформаций является то, что при дальнейшем развитии они могут привести к большим разрушениям. Следовательно, обеспечение устойчивости откосных частей насыпей представляются актуальной задачей в современных условиях проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог. После длительного наблюдения и исследования пришли к следующему:

Выводы:

1. Изучив физико-механические свойства и механизм разрушения откоса выявил и, что активная солнечная радиация спровоцировала усадку с появлением глубоких трещин на склоне откоса и на дорожном полотне.

2. Появившиеся трещины способствуют проникновению дождевых вод под асфальтовое покрытие и образованию локальных деформаций на земляном полотне автомобильной дороги.

3. Из опыта исследования и наблюдения выявлено, что структуризация и уплотнение грунтов не формируются за короткий срок, а также осадка насыпи не успеет прекратиться за период строительства до начала укладки покрытия, для этого потребуется не менее три года.

4. Жаркий климат Южного региона Кыргызстана не позволяет в короткий срок восстановиться зелёному покрову поверхности откоса. Для этого требуется примерно 3 года.

5. Необходимо проектом предусмотреть защитные мероприятия от атмосферных осадков, а также рекомендаций по их применению для климата Южного региона Кыргызстана.

Таблица 1. Результаты лабораторного определения характеристик просадочности грунта.

Глубина 3,0 м

1 - кольцо, влажность природная, замачивание при Р=3кгс/см2

Давление, Р=кгс/см2 0,25 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,0

Деформация, ЛЬ мм 0,05 0,10 0,16 0,27 0,43 0,52 0,57 0,70

Относительное сжатие, 81 0,002 0,004 0,006 0,011 0,017 0,021 0,023 0,023

Коэффициент пористости, е 801 0,797 0,774 0,789 0,782 0,770 0,764 0,760 0,751

Коэффициент уплотнения, а см2 /кгс 56,2 74,8 89,5 63,6 36,9 73,5 110,0

Модуль деформации Е кгс/см2 20,3 37,2 40,3 63,1 54,9 73,0 72,7

2 - кольцо, при водонасыщении, замачивание при Р=3кгс/см2

Давление, Р кгс/см2 0,25 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Деформация, ЛЬ мм 0,15 0,24 0,39 0,48 0,60 0,68 0,77

Относительное сжатие, 81 0,006 0,010 0,016 0,019 0,024 0,027 0,031

Коэффициент пористости, е 0,790 0,784 0,773 0,766 0,758 0,752 0,746

Коэффициент уплотнения, а см2 /кгс 0,044 0,024 0,022 0,014 0,016 0,012 0,012

Модуль деформации Е кгс/см2 20,3 37,2 40,3 63,1 54,9 73,0 72,7

Коэффициент относительной просадочности, 8пр. По 1 кривой

По 2 кривой 0,004 0,006 0,009 0,008 0,007 0,006 0,008 0,008

Рис. 2. Трещины на откосе

Рис. 3. Места отбора пробы

Ряд1 Ряд 2 РядЗ Ряд 4 Ряд 5 Ряд 6 Ряд 7

Рис. 4. График испытания грунта в компрессном приборе

Кривая относительного сжатия грунта природного сложения (первая кривая) Кривая относительного сжатия грунта водонасыщенного. Компрессионный прибор: КПР. Площадь рабочего кольца: 8=60 см2 , И=25 мм. Условие определения характеристики просадочности

Рис. 5. Общий вид откоса

Рис. 6. Замена грунта на галечник с уплотнением Таблица 2. Каталог смещения грунтовых реперов за период 2016-2017 гг.

№ наим. Координаты, м Отклонение координат, м

то чек то чек 28.11.16. 12.04.2017.

Х У Н Х У Н ЛХ ЛУ Н

3 ТТ 523,606 127,88 117,285 523,602 127,881 117,283 0,004 -0,001 0,002

6 КТ 521,723 133,421 116,704 521,728 133,445 116,701 -0,005 -0,024 0,003

7 КТ 515,297 157,785 103,261 515,296 157,824 103,274 0,001 -0,039 -0,013

8 КТ 512,881 164,691 99,349 512,855 164,696 99,343 0,026 -0,005 0,006

9 КТ 557,511 183,47 99,281 507,367 183,491 99,278 50,144 -0,021 0,003

10 КТ 507,894 184,731 98,548 507,877 184,765 98,552 0,017 -0,034 -0,004

11 КТ 507 186,191 99,847 507,109 186,355 99,85 -0,109 -0,164 -0,003

12 КТ 505,155 191,684 100,084 505 ,29 191,841 100,089 -0,135 -0,157 -0,005

13 КТ 503,582 193,342 100,056 503,682 193,497 100,071 -0,1 -0,155 -0,015

14 КТ 503,748 195,797 99,905 503,958 195,947 99,814 -0,21 -0,15 0,091

15 КТ 502,691 202,261 99,612 502,708 202,714 99,395 -0,017 -0,453 0,217

16 КТ 501,974 205,851 97,261 502,376 206,272 97,181 -0,402 -0,421 0,08

17 КТ 501,742 202,011 97,352 501,759 207,126 97,119 -0,017 -5,115 0,233

18 КТ 501,522 211,671 93,841 501,477 211,778 93,702 0,045 -0,107 0,139

19 КТ 501,241 214,042 93,854 501,351 214,185 93,765 -0,11 -0,143 0,089

20 КТ 499,081 220,895 89,265 499,172 221,082 89,152 -0,091 -0,187 0,113

21 КТ 498,152 224,085 88,995 498,521 224,133 88,884 -0,369 -0,048 0,111

22 КТ 495,158 240,093 81,344 495,132 240,163 81,283 0,026 -0,07 0,061

№ наим. Координаты, м Отклонение координат, м

то чек то чек 28.11.16. 12.04.2017.

Х У Н Х У Н ЛХ лу Н

23 КТ 493,345 245,482 80,526 493,344 245,456 80,528 0,001 0,026 -0,002

24 КТ 540,417 259,197 80,441 540,352 259,185 80,359 0,065 0,012 0,082

25 КТ 542,761 254,334 80,552 542,778 254,381 80,441 -0,017 -0,047 0,111

26 КТ 547,864 241,742 86,823 548,177 242,175 86,994 -0,313 -0,433 -0,171

27 КТ 547,122 230,311 92,106 547,329 230,791 92,008 -0,207 -0,48 0,098

28 КТ 548,795 225,751 92,994 548,427 226,145 92,885 0,368 -0,394 0,109

29 КТ 550,352 220,608 96,971 550,228 221,436 96,774 0,124 -0,828 0,197

30 КТ 550,321 218,056 97,132 551,076 218,594 97,007 -0,755 -0,538 0,125

31 КТ 552,618 213,513 97,246 552,971 214,146 97,001 -0,353 -0,633 0,245

32 КТ 554,378 211,353 97,215 554,168 211,649 97,019 0,21 -0,296 0,196

33 КТ 555,228 209,244 97,175 555,141 209,385 96,993 0,087 -0,141 0,182

34 КТ 555,296 203,491 97,093 555,292 203,516 97,111 0,004 -0,025 -0,018

35 КТ 556,182 202,712 96,316 556,284 202,704 96,321 -0,102 0,008 -0,005

35 КТ 556,382 201,651 96,893 556,421 201,715 96,885 -0,039 -0,064 0,008

37 КТ 556,284 184,051 97,211 556,821 184,816 97,005 -0,537 -0,765 0,206

38 КТ 542,412 178,171 102,191 572,406 178,247 101,926 29,994 -0,076 0,265

41 ТТ 169,085 305,694 109,118 169,083 305,691 109,117 0,002 0,003 0,001

Рис. 9. Наименование и место Рис. 10. Бурение скважин

отбора пробы

Рис. 11. Отбор монолита Рис. 12. Покрыто зеленът насаждением

6 5 4 3 2 1 №№ п.п.

6 5 4 3 2 1 Лабораторный номер

- - - - - - Наименование место отбора

- - - - - проба Интервал отбора, м

- - - - - 2,74 У Удельный вес, т/м3

- - - - - - Р Плотность, т/м3

- - - - - - рч Плотность в сухом состоянии, т/м3

14,0 24,7 30,9 26,3 28,0 34,2 \У Природная влажность, %

- - - - - - & Степень влажности

- - - - - - Пористость, %

- - - - - - I Коэффициент пористости

29,1 30,3 51,6 51,0 48,2 60,1 \У: Влажность на границе текучести %

17,2 16,1 19,4 16,8 19,7 20,6 \УР Влажность на границе раскатывания %

11,9 14,2 32,2 34,2 28,5 39,5 I" Число %

сугл. сугл. глина глина глина глина I: Показатель текучести

- - - - - \У8аГ Плотность соотв. полному водонасыщению, %

уплотнены ый откос на спуске уплотненн ый откос на спуске оползень слева на повороте оползень справа на повороте низ .древне го оползня слева верх.древн его оползня слева с Срез ускоренный

а

8 а

С Срез медленный

а

Ш а

£

г -й й Оо

ж

О £

8 I

15

§ з

Й л ж г ^ 2

§

I?

О ^ §

О

В Й!

о

ж »

е = % Лабораторный номер Наименование место отбора Интервал отбора, м Удельный вес, т/м3 Плотность, т/м3 Плотность в сухом состоянии, т/м3 Природная влажность, % Степень влажности Пористость, % Коэффициент пористости Влажность на границе текучести % Влажность на границе раскатывания % Число % Показатель текучести Плотность соотв. полному водонасыщению, % Срез ускоренный Срез медленный

Число определен ий

Минимал ьное значение

Максимальное значение

Нормативное значение

Список литературы

1. Иванова Н. С. Конкурентная стратегия компании // Проблемы современной науки и образования, 2015. № 2 (42). С. 99-101.

2. Маслов Н.Н. Механика грунтов в практике строительства (оползни и борьба с ними) [Текст] / Н.Н. Маслов. М.: Стройиздат, 1977. 320 с.

3. ОТЧЕТЫ о результатах стационарных наблюдений за оползневыми процессами на Юге Киргизии по работам 1963-1984 гг. [Текст]: отчет / Южно-Киргизская комплексная гидрогеологическая и инженерно-геологическая станция. Ош: Изд-во Южно-Киргизской комплексной гидрогеологической и инженерно-геологической станции, 1970. 300.