Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Анализ геоэкологического состояния городской среды 11
1.1. Геологическая среда как основа устойчивого функционирования городской природно-технической системы 11
1.2 Особенности формирования техногенно-загрязненных грунтов и территорий 16
1.3 Алгоритм принятия решений по рекультивации техногенно-загрязненных территорий при осуществлении строительного освоения 27
1.4 Классификация техногенно-загрязненных территорий по экологической опасности 31
1.5 Выводы по главе 1 39
Глава II. Анализ применения геосинтетических материалов в отечественной и зарубежной практике дорожного строительства 41
2.1 Современное состояние применения геосинтетических материалов в отечественной и зарубежной практике дорожного строительства
2.2 Применения ГМ для повышения устойчивости откосов
2.3 Общая классификация и характеристика геосинтетических материалов. Функциональное разделение 54
2.4 Выводы по главе II
Глава III. Теоретические основы постановки геотехнического сопровождения строительства с применением ГМ 72
3.1 Геотехнического сопровождение, его цели состав
3.2 Разработка и обоснование метода определения эффективных характеристик механических свойств техногенно-загрязненного грунта 74
3.3 Разработка и обоснования проектного решения 82
3.4 Расчет армирования насыпи геосинтетическим материалом 89
3.5 Выработка конструктивного решения 93
3.6 Разработка регламента ведения строительных работ для зимних условий 95
3.7 Теоретическое обоснование возможных деформаций насыпи 98
3.8 Анализ температурного режима во время строительства и определение его влияния на деформацию земполот 102
3.9 Выводы по главе 111
Глава IV. Натурные исследования по возведению геоэкологически безопасной дорожной насыпи на техногенно-загрязненных территориях 110
4.1 Принципы и методика натурных наблюдений
4.2. Основные обобщающие результаты натурных наблюдений за возведением дорожной насыпи при отрицательных температурах
4.3. Выводы по главе IV 133
Основные выводы..
Список литературы
- Геологическая среда как основа устойчивого функционирования городской природно-технической системы
- Современное состояние применения геосинтетических материалов в отечественной и зарубежной практике дорожного строительства
- Разработка и обоснование метода определения эффективных характеристик механических свойств техногенно-загрязненного грунта
- Основные обобщающие результаты натурных наблюдений за возведением дорожной насыпи при отрицательных температурах
Введение к работе
Геологическая среда, объединяющая как целое литосферу и гидросферу, как часть главных жизнеобеспечивающих геосферных оболочек, вовлекается в строительную деятельность и служит базой для планирования и осуществления градостроительства.
Постоянное взаимодействие геологической среды с атмосферой, биосферой при активном воздействии техногенеза создает неисчислимое количество связей между ними, что резко осложняет решение конкретных задач обеспечения экологической безопасности. Строительство - одни из основных техногенных факторов, оказывающих влияние на изменения геологической среды, значительная доля в котором приходится на строительство внутригородских автомагистралей. Например, в настоящее время 52 % территорий Москвы занято жилой, общественной, промышленной застройкой, в которой 20 % приходится на внутригородские транспортные сооружения и коммуникации. Темпы строительства с каждым годом увеличиваются.
Геологическая среда испытывает постоянные и все возрастающие воздействия со стороны городской агломерации, следствием которого, в частности, является образование значительных площадей, занятых техногенными грунтами. Такие территории, с одной стороны, оказывают негативное воздействие на все элементы природно-техногенной системы города, с другой стороны служат значительным территориальным потенциалом для развития городской инфраструктуры. Например, значительная часть территорий, отведенная под сооружения третьего транспортного кольца г. Москвы представлена техногенными грунтами, различного класса, группы, подгруппы.
В связи с этим возникает проблема обеспечения геоэкологической безопасности строительства транспортных сооружений на техногенно-загрязненных территориях, которая требует изучение процессов в природно-технической системе «геологическая среда - сооружения». Известно, что
составляющие этой системы взаимодействуют друг с другом, а нарушение условий нормального функционирования одного из элементов системы неизбежно сказывается на условиях нормального функционирования другого элемента. Решение проблемы строительства автодорожных насыпей на основаниях, представленных техногенными фунтами требует разработки новых методик расчета и проектирования, применения новых материалов и технологий ведения работ, организации геотехнического сопровождения объекта как средства, позволяющего обеспечить требования геоэкологической безопасности.
Исследованиям проблемы экологической и геоэкологической безопасности посвящены труды многих отечественных ученых: Забегаева А.В., Рагозина А.Л., Карелина В.Я., Теличенко В.И., Потапова А.Д., Щербина Е.В., Дудлера И.В., Улицкого В.М., Осипова В.И., Кутепова В.М. и других авторов.
Нормами некоторых зарубежных стран (EUROCODE 7 "GEOTECHNICS" [2]) предусматривается подразделение всех строительных ситуаций на три геотехнических категории. Реконструкция транспортного сооружения в условиях города на техногенных грунтах попадает в третью категорию. К этой категории предъявляются особые требования. Одним из них является участие геотехника1 на всех стадиях строительного процесса (планирование, изыскания, исследование, проектирование, строительство и последующий мониторинг).
Поэтому работа, посвященная исследованию и разработке мероприятий направленных на обеспечение геокологической безопасности строительства внутригородских транспортных магистралей актуальна, современна и имеет большое практическое значение.
Экологическая безопасность — состояние защищенности природной среды и жизненно важных интересов человека от возможного негативного
1 В отечественной литературе все" больше применение находит термин «геотехник», который более соответствует западноевропейской практике. В нашей стране роль «геотехника» выполняет обычно инженер-геолог.
6 воздействия хозяйственной и иной деятельности, чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, их последствий [86].
Составной частью экологической безопасности является геоэкологическая. Геоэкологическая безопасность в приложении к строительству внутригородских магистралей предполагает разработку и реализацию комплекса мероприятий, направленных на обеспечение безопасности главных жизнеобеспечивающих геосфер, и реализуется в процессе проектно-изыскательских, технологических и эксплуатационных фаз осуществляемого строительного проекта на протяжении всего жизненного цикла во взаимодействии с природно-техногенными системами города.
В представленной работе приводятся материалы экспериментально-теоретических исследований на стадиях проекта, строительства и эксплуатации армогрунтовой насыпи транспортного сооружения, рассматриваемого как элемент урбанизированной геологической среды. Полученные результаты диссертационной работы направлены на обеспечение геоэкологической безопасности городского строительства.
Цель работы - формирование геоэкологической безопасности строительства внутригородских транспортных магистралей в сложных геологических и климатических условиях (на примере г.Москвы).
Для достижения этой цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:
Выполнен анализ состояния проблемы, сформулирована методологическая схема исследований, определена цель и задачи.
Проведено аналитическое обобщение геоэкологических условий территорий г. Москвы, отводимых под строительство автомагистралей, на основании которого выделены особенности формирования техногенно-загрязненных территорий и предложена их оценка по геоэкологическим показателям, необходимая для принятия решения по способу рекультивации.
Оценена возможность и эффективность применения геосинтетических материалов при строительстве автомагистралей в сложных грунтовых и климатических условиях. Сформулированы основные требования, предъявляемые к геосинтетическим армирующим элементам, используемым при строительстве в зимний период.
Определены и методически обоснованы основные составляющие системы геотехнического сопровождения строительства внутригородской автомагистрали с применением геосинтетиков.
Обоснована методика расчета дорожной насыпи повышенной крутизны на основании, сложенном техногенными грунтами, разработано проектное решение и регламент ведения работ в зимний период.
Разработана и реализована программа натурных геодезических наблюдений на период строительства и эксплуатации дорожной насыпи, необходимая для обоснования теоретических положений работы.
Объект исследования диссертационной работы - природно-техническая система «геологическая среда — внутригородская автомагистраль».
Предмет исследования диссертационной работы — участок фунтовой насыпи внутригородской автомагистрали повышенной крутизны, армированной геосеткой, на основании, сложенном техногенными фунтами..
Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что:
На основе теоретических исследований и результатов натурных наблюдений, выполненных автором, обоснован состав геотехнического сопровождения строительства фунтовых насыпей, возводимых зимой в сложных геологических условиях, как необходимого элемента формирования геоэкологической безопасности объекта;
Разработана оценка территорий, занятых техногенными фунтами, по выделенным автором геологическим и экологическим признакам, позволяющая определить их геоэкологическую опасность;
Сформулированы специальные требования к геосинтетическим материалам, применяющимся для армирования грунтовых насыпей;
Результаты геотехнического мониторинга строительства дорожной насыпи на техногенных грунтах с применением армирования геосетками в зимних условиях.
Практическая значимость диссертационной работы заключается в том., что:
Состав геотехнического сопровождения строительства дорожной насыпи, осуществляемого в сложных грунтовых и климатических условиях, обоснованный результатами диссертации, позволяет обеспечить геоэкологическую безопасность подобных объектов, и может быть применим в практике проектирования и строительства;
Проектное решение и технологический регламент возведения дорожной насыпи с армированием геосетками в зимний период, разработанный автором, позволяет существенно снизить сроки и материалоемкость строительства, может быть использован при разработке нормативной документации;
Сформулированы и экспериментально обоснованы требования к геосинтетикам, применяемым для армирования и установлены коэффициенты условий работы, которые необходимы для определения расчетной прочности на растяжение арматуры, применение которых в практике проектирования повысит надежность и качество конструктивных решений;
Сформулированные автором предложения по оценке техногенно-загрязненных территорий и геосинтетических материалов могут быть использованы при разработке нормативных документов и регламентов.
На защиту выносятся:
1.Состав геотехнического сопровождения строительства грунтовых насыпей внутригородских автомагистралей возводимых зимой в сложных геологических условиях, как необходимого элемента формирования геоэкологической безопасности;
Оценка территорий, занятых техногенными грунтами, по выделенным автором геологическим и экологическим признакам, позволяющая определить их геоэкологическую опасность и алгоритм принятия решений при их строительном освоении;
Требования к армирующим геосинтетическим материалам, используемым для работ в зимних условиях;
Методика, состав и результаты натурных наблюдений за возведением в зимний период дорожной насыпи.
Проектное решение и технологический регламент возведения дорожной насыпи с армированием геосетками в зимний период.
Публикации: основное содержание диссертации отражено в 5 опубликованных работах.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались соискателем Щукиным СМ. на И28 международной научно-технической конференции в Санкт-Петербурге 2002г., Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи НТГМ (ВВЦ 4 — 7 июля 2002 г. Москва), трех всероссийских конференциях.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографии. Работа изложена на 143 страницах машинописного текста, включая 38 рисунков, 6 таблиц, список литературы состоит из ПО наименований, в том числе 13 на иностранном языке.
В главе I изложены особенности формирования техногенно-загрязненных грунтов и территорий, масштабы проблемы, геологические особенности, способы рекультивации и примеры по использованию этих территорий под строительство. Рассмотрен вопрос регламентации хозяйственной деятельности при использовании техногенных территорий на основании
картирования территории города. Предложен способ классификации территорий по признакам, которые необходимо рассматривать во время проектирования, строительства и санирования с целью обеспечения геоэкологической безопасности на основе геотехнического сопровождения строительства.
В главе II дан обзор отечественных и зарубежных исследований по данным литературных источников в области применения геосинтетических материалов в дорожном строительстве. Приведена общая классификация геосинтетических материалов. Изложены требования к геосинтетическим материалам, применяемым в строительстве грунтовых насыпей.
В главе III определены цели и задачи геотехнического сопровождения строительства. Изложены теоретические предпосылки нахождения инженерно-геологических свойств, методика расчета прочностных характеристик техногенно-загрязненного фунта, который служит основанием земляного полотна. Разработан регламент ведения строительных работ, представлено конструктивное решение насыпи. Рассмотрено теоретическое обоснование возможных деформаций насыпи во время строительства и эксплуатации.
В главе IV даны результаты экспериментального наблюдения за армогрунтовой насыпью повышенной крутизны, представленные в виде журналов наблюдений: «Материалы работ по определению деформации насыпи на участке ПК 28+10 - ПК 37+00». Составлены графики зависимостей во времени вертикальных деформаций реперов, отчеты по каждому пикету.
Диссертационная работа выполнена автором на кафедре «Экологии, ГСХ» Московского Государственного Строительного Университета. Геотехнический мониторинг выполнялся на городском объекте г. Москвы, на объекте Третьего транспортного кольца в месте пересечения с Волгоградским проспектом.
Геологическая среда как основа устойчивого функционирования городской природно-технической системы
Интенсивные темпы строительства в городе: уплотнение застройки, повышение этажности, освоение подземного пространства, развивающаяся сеть транспортных магистралей и инженерных сетей - все это в результате приводит к существенным изменениям геологического, гидрогеологического, геохимического, геофизического и климатического состояния городской среды. Таким образом, в современных условиях роль геологической среды очень велика. Геологическая среда является основой планирования и осуществления городской строительной деятельности [73].
Земельный фонд г.Москвы, по данным Москомзема, на 01.01.2000 составляет 109,1 тыс. га., из них к территориям, на которых размещены объекты техногенного воздействия (земли жилой и общественной застройки, земли транспорта, связи, промышленной, коммунальной застройки, земли общего пользования) составляют 91,3 тыс.га./ 83.8 % [71]. Из этого числа земли, отведенные под строительство транспортных сооружений и автодорог, составляют 20,2 тыс.га / 18,7 %, что в четыре раза больше, чем за 1996 г.
Анализ изменения функционального назначения территории г.Москвы показывает тенденцию увеличения площадей, отводимых под развитие транспортной структуры. Строительство все чаще осуществляется на территориях с существенно измененной геологической средой, представленной не только природными, но и техногенными грунтами. Аналогичная ситуация складывается как у нас в стране, так и за рубежом.
На основании комплексных исследований состояния геологической среды Москвы, проведенных ИГЭ РАН в 1998-1999 гг. под руководством В.И.Осипова, В.М. Кутепова и др. [71], было предложено выполнять функциональное зонирование городских территорий на основе её картирования (рис. 1.1.1.) с целью охраны геологической среды в аспекте общих геоэкологических подходов. Карты содержат оценки геологического, геохимического и геофизического состояния территорий, основанные на результатах полевых геологических исследований: инженерно-геологических карт, карт загрязнения почв и донных отложений, карт грунтовых толщ, карт коррозионных свойств грунтов и тд. Эти подходы были апробированы на ряде объектов Москвы, в том числе при составлении карт: Северо-Западного административного округа (масштаб 1:10000); промзон «Фили» и «Западный речной порт» (масштаб 1:10000) и тд.
Обеспечение геоэкологической безопасности природно-технических систем, в условиях города, их функционирования на урбанизированных территориях базируется на оценке состояния геоэкологической среды, выступающей как фактор устойчивого развития. Кроме всего прочего, выявление и прогнозирование развития негативных экзогенных геологических процессов позволит реализовывать мероприятия по защите сооружений на ранней стадии, а не тогда, когда эти мероприятия вообще уже бесполезны.
В связи с этим, превентивные мероприятия и прогнозирование состояния геоэкологической безопасности городской среды имеют важное значения для оптимизации средств, направленных на разработку рекомендаций по регламентации инженерно-хозяйственной деятельности, проводимых на основе оценки экологической опасности городской среды, которые должны обеспечить безопасность функционирования городских сооружений и территорий на макроуровне. Таким образом, территория освоения (новое строительство или реконструкция в условиях города) в зависимости от типа застройки, обусловленного функциональным зонированием городской территории, должна обеспечить на уровне городского планирования (макроуровень) геоэкологическую безопасность функционирования природно-технической системы «геологическая среда-застройка города (района)». На мезоуровне геоэкологическая безопасность должна быть обеспечена в природно-технической системе «геоэкологическая среда -микрорайон». На микроуровне геоэкологическая безопасность формируется в пределах конкретного строительного объекта «геологическая среда-сооружение», в нашем случае это магистральное транспортное сооружение.
Масштабы строительных объектов и территорий, отводимых под конкретную застройку или реконструкцию, значительно меньше. На основании данных картирования территории целесообразно и возможно проведение предварительной оценки сложившейся инженерно-геологической и геоэкологической ситуации. Эти данные являются необходимыми, но недостаточными.
Проведенный анализ показал, что специфика геологического строения территории г.Москвы и активное градостроительное освоение как поверхностных, так и подземных пространств города вызывает проявления экзогенных геологических процессов: карстово-суффозионных, суффозионных, оползневых и др. Последствия загрязнения городской территорий (полигоны ТБО и ПО, несанкционированные свалки, промышленные зоны и т.д.) активно участвуют в нарушении функционирования антропогенных систем. Учет их наличия в процессе изысканий и проектирования объектов позволит существенно снизить риск проявления опасных геологических и геоэкологических процессов в ходе строительства и предложить наиболее оптимальные варианты компоновки, защиты сооружений и использовать наиболее эффективные методы строительства.
Так как для определения способа строительства или реконструкции необходимо учитывать не только опасные геологические явления, определяемые на основе карт зонирования территории г. Москвы, что существенно снизит риск проявления опасных геоэкологических процессов впоследствии, но также инженерные, гидрогеологические, санитарно-гигиенические условия площадки строительства. Выбранный способ санации техногенной территории определяется самим объектом строительства, так как требования разных объектов различны к качеству территории. Поэтому для решения конкретных задач строительства требуется проведение дополнительных изысканий, предусматривающих бурение скважин, количество и глубина которых определяется категорией объекта и сложностью геологической ситуации. Данный подход относится к микроуровню.
Современное состояние применения геосинтетических материалов в отечественной и зарубежной практике дорожного строительства
Отрасль дорожного строительства включает в себя обширный комплекс вопросов, связанных с проектированием, строительством, ремонтом, реконструкцией и эксплуатацией линейных и нелинейных дорожных сооружений, она стала одной из первых вслед за гражданским строительством, стала отраслью, где внедрение геосинтетиков достигло весьма больших объемов, и этот рост продолжается по сей день [1].
Геотекстильные материалы претерпели существенное развитие с тех пор, как в 1970 г. в гражданском строительстве началось их массовое применение. Появились много новой и разнообразной продукции, изготовленной по специальным технологиям, в том числе и из различного сырья со значительной степенью соответствия предъявленным требованиям для применения, в частности для дорожного строительства
Принятая Минтрансстроем СССР в 70-80-х годах программа совершенствования геотекстильных материалов и расширения области их применения в проектировании и строительстве автомобильных и железнодорожных дорог, аэропортов, портов и причалов послужила благоприятным фактором не только для создания и расширения базы по изготовлению таких материалов, но и существенного повышения их качества.
Для этих целей было сформировано специальное направление в дорожной «геотехнике», которое определило пути развития этих исследований, начиная с 1975 г. и по настоящее время. Были исследованы функции различных типов геотекстильных материалов, в том числе и зарубежных. Установлен в первоначальном объеме комплекс требований к ним при их совместной работе с конструктивными элементами дорожных сооружений, определены расчетные показания физико-механических свойств и разработаны методы их оценки, в том числе и для композитных материалов: грунты и другие среды — геотекстильный элемент. Совместно с научно-исследовательскими институтами (ВНИИстройполимер, МТИ им. А.Н.Косыгина, ВНИИСВ, ВИВР, Гипротюменнефтегаз и др.), отечественными и зарубежными фирмами («Рон-Пуленк», Ирпенская фабрика нетканых материалов, ПО «Химтекстильмаш», ПО «Химволокно») и рядом иных организаций разработаны отечественные типы геотекстильных материалов, такие как «Дорнит» (1977-1978 гг.), из волокон пропилена, с семенами трав (1989гг.) [3].
В результате выполненных исследований и разработанных на их основе первоначальных рекомендаций, требований, технических условий отечественная промышленность получила возможность изготавливать геотекстильные материалы для дорожного строительства с любыми заданными свойствами из пропилена, полиэфира, комбинации этих полимеров. Разработанные на их основе конструктивные и технологические решения позволили ускорить темпы строительства автомобильных дорог при освоении газовых и нефтяных месторождений в Западной Сибири, в условиях распространения вечномерзлых грунтов, грунтов повышенной влажности, сильнопересеченного рельефа.
Среди разработанных СОЮЗДОРНИИ конструкций с геотекстильными элементами следует выделить такие как: конструкции для укрепления подтопляемых откосов, для защиты от водной и ветровой эрозии; насыпи с вертикальными ленточными дренами (взамен песчаных) при строительстве дорог на болотах; конструкции дренажных сооружений; армогрунт; элементы в конструкциях дорожных одежд со сборными типами покрытий и ряд других. Результаты работ в рамках этого направления отражены в таких документах, как СНиП .05.02-85 [6], СНиП 3.06.03-85 [7]; ВСН 26-90 -Нормы по проектированию нефтепромысловых дорог в Западной Сибири [8], ВСН 84-89 - Нормы по проектирования и строительству автомобильных дорог в условиях вечной мерзлоты [9], ВСН49-86 - указания по повышению несущей способности земляного полотна и дорожной одежды с использованием геотекстильных материалов [10], которые являются первыми документами в отечественной практике, обобщающим нормативы применения ГМ в дорожном строительстве. Также в ряде методических рекомендаций [17,18,19,20,21,22,23] и в альбомах СОЮЗДОРНИИ и СОЮЗДОРПРОЕКТ, в специальных альбомах и каталогах, подготовленных по заданию Корпорации «Транстрой». А также было получено более 40 авторских свидетельств; по тематике защищены кандидатские диссертации [13,14,15]; опубликована монография [11]. Накопленный производственный опыт и результаты научных исследований первых лет представлены в работах [4,5,11]. В последнее десятилетие направленность исследований, а также форм сотрудничества с зарубежными фирмами была обусловлена потребностью дорожной отрасли в специальных материалах на основе геосинтетики и геопластики в виде объемных георешеток, геосеток, дренажных композиций, армоэлементов. Результаты выполненных работ позволяют повысить надежность дорожных конструкций, снизить объем использования естественных зернистых материалов, разрабатывать новые решения. Проведенный анализ применения ГМ, изложенный на Международной конференции по геосинтетикам (EuroGeo 1) [2], отчетливо показал тенденцию роста мирового уровня в области ГМ. Международные исследовательская организация Batelle Memorial Instityte приводит следующие данные роста объема производства геосинтетики в мире: 1980 г. - 113 млн.м ; 1983 г. - 220 млн.м ; 1984 г. - 300 млн.м2; 2000 г - 1000 .млн.м2 [2]. В настоящее время выпускается примерно 380 различных видов геосинтетических материалов. Ежегодное использование геосинтетики предусмотрено в проектах более 100 тыс. различных сооружений во всем мире [3]. Такое разнообразие геосинтетических материалов привело к созданию совершенно новых композиций, позволяющих целенаправленно изменять конструктивные элементы дорожных сооружений, обеспечивая при этом не только их требуемую надежность, но и коренным образом упрощая традиционные технологические регламенты строительства. В соответствии с номенклатурой и основными понятиями, приведенными в СНиП 5.05.02-85 [6], объектами использования геосинтетических материалов и геопластиков в дорожной отрасли являются дорожные конструкции и прилегающие к ним геозащитные сооружения. Материалы, традиционно используемые в дорожных конструкциях, такие как грунты, щебеночные и песчано-гравийные смеси, асфальтобетон, цементобетон, включая сборные железобетонные плиты и другие изделия, наряду со многими положительными свойствами обладают и соответствующими недостаткам, которые существенно влияют на снижение надежности дорожных конструкций, как в целом, так и на отдельные конструктивных элементов.
Разработка и обоснование метода определения эффективных характеристик механических свойств техногенно-загрязненного грунта
Объектом изучения диссертационной работы, как уже было сказано во введении, является искусственные (техногенные) грунты. Это понятие включает широкий класс природных и искусственных смесей [50,51,52,53] различного геологического и антропогенного происхождения, рассматриваемых нами как элемент геологической среды. При определенных условиях и качестве такие грунты могут служить основанием транспортных, промышленных, гражданских и гидротехнических сооружений, а также использоваться в качестве строительных материалов для возведения плотин и устройства обратных засыпок. Наиболее распространенным видом таких грунтов в пределах города являются техногенно образованные грунты.
В действующем ГОСТе 25100-95 источниками формирования таких грунтов определяются строительные, промышленные и коммунальные хозяйства. По способу формирования они делятся на насыпные или намывные. По форме образования различаются свалки, отвалы, гидроотвалы, сложенные отходами производственной и хозяйственной деятельности (твердые бытовые отходы, строительные отходы, шлаки металлургические, шламы, золы, золошлаки и др.). Также к техногенным грунтам относятся природные перемещенные образования или грунты, измененные в условиях естественного залегания, но эти грунты не рассматриваются в данной работе.
При строительстве на техногенных грунтах существующие нормы рекомендуют устанавливать только класс опасности по методике определения класса токсичности промышленных отходов, в зависимости от которого должны определяться мероприятия по данной территории [58]. Методики определения эффективных механических характеристик техногенных грунтов отсутствуют, и связано это с тем, что комплексное экспериментальное изучение прочности и деформируемости техногенных грунтов, - задача трудоемкая, длительная и дорогостоящая. Кроме того, в ряде случаев оно вообще невозможно из—за больших размеров и качества элементов неоднородности, различной мощности отложений и глубины залегания составляющих элементов техногенного грунта. Комплексные экспериментальные исследования механических свойств техногенных грунтов - задача весьма трудоемкая и длительная, даже при относительно небольших размерах элементов неоднородности. Это определяет факт того, что техногенные грунты являются мало изученными материалами. Подход к их изучению практически всегда носил преимущественно эмпирический характер. К опыту отечественного строительства на техногенно-загрязненных территориях могут быть отнесены такие объекты: комплекс РАО «Газпром», возведенный в короткие сроки в микрорайоне Новые Черемушки, жилой микрорайон Митино, район Марьино, Поклонная гора, Третья внутригородская магистраль.
Как показывает анализ инженерно-геологических условий участков Третьего транспортного кольца (Б. Тульская улица, Бережковская набережная, Автозаводский мост), выполненный автором, наиболее распространенным видом техногенных грунтов являются смеси строительного мусора, бытовых отходов, золошлаков и т.п. с песчаным или глинистым заполнителем. Для таких грунтов характерно большое объемное содержание крупнообломочных включений, разная прочность по сравнению с заполнителем и неодинаковые размеры.
Использование традиционных геотехнических приборов применительно к техногенным грунтам, особенно к свалочным грунтам, невозможно из-за их существенной неоднородности и малого размера рабочих камер приборов.
По своей сути техногенные грунты схожи с композиционными грунтами, которые отражают сущность неоднородных грунтов природного происхождения, охватывая широкий их класс независимо от вида заполнителя и включений. На основании этого была рассмотрена и проанализирована методика определения прочностных характеристик неоднородного грунта, разработанная Конвизом А.В. в своей диссертационной работе [92], основанная на расчетно-экспериментальном методе определения эффективных характеристик масштабно неоднородных грунтов методом математического моделирования. Целью такого сопоставления являлась оценка возможности ее приложения к техногенным грунтам при их использовании в качестве оснований различных инженерных сооружений. Указанная методика [92] предназначена для определения эффективных характеристик механических свойств неоднородных грунтов природного происхождения, таких как: крупнообломочные с глинистым и пылеватым заполнителями и глинистых с крупнообломочными включениями и т.п. Суть метода заключается в следующем: 1. По данным инженерно-геологических исследований конкретного массива горных пород разрабатываются «типовые структуры», характерные для различных объемов массива (различных уровней неоднородности) и отражающие особенности состава, строения и состояния породы в этих объемах. Схематизацию следует вести так, чтобы «типовые структуры» малых объемов породы входили составляющими в «типовые структуры» больших объемов. Наименьшими объемами породы при схематизации должны являться те разности, которые могут быть исследованы непосредственно в ходе эксперимента. 2. В процессе лабораторных или полевых опытов при заданных условиях проведения эксперимента (в частности, схемах нагружения) определяются эффективные характеристики механических свойств отдельных разностей композиционной породы, соответствующих "типовым структурам" наименьших объемов. При этом необходимо соблюдение представительности исследуемого объема, т.е. условия квазисплошности и квазиоднородности породы. 3. Методами математического моделирования при тех же условиях определяется эффективные характеристики механических свойств «типовых структур», соответствующих разностям композиционной породы, исследованной экспериментально. Соответствие данных эксперимента и расчета позволяет судить о справедливости схематизации при разработке «типовых структур» наименьших объемов и возможности использования математического моделирования для расчетов эффективных характеристик «типовых структур» его уровня неоднородности.
Основные обобщающие результаты натурных наблюдений за возведением дорожной насыпи при отрицательных температурах
Для обоснования основных положений методики расчета, изложенных в Ш-ей главе, и принятого решения был организован мониторинг за возведением армогрунтовой насыпи и её поведением в процессе эксплуатации, основанный на методе геодезической съемки деформационных реперов, заложенных на откосе по разработанной нами программе наблюдений. Программа натурных наблюдений включала в себя:
Выбор и размещение геодезических знаков; - Календарный план наблюдений; - Обработку и анализ результатов наблюдений. Цель наблюдений: оценка деформационного состояния насыпи, возведенной на техногенных грунтах, с начала строительства до окончания процесса консолидации, в том числе: обоснование правильности требований к выбранным ГМ, применяемым для армирования, сформулированных в главе II; применимость метода определения прочностных характеристик техногенно загрязненного грунта; В качестве геодезических знаков для измерения деформации были выбраны реперы (деформационные реперы - знак, высотное положение которого является практически неизменным на все время наблюдений за деформацией насыпи). Расстановка деформационных реперов, образующих измерительную сеть, назначена таким образом, чтобы определить осадку основания и грунта насыпи. Конструкция репера, высота и размер опорной площадки, назначались из условия: высота - высота репера назначалась выше армированного слоя (h=60 см.) на 20 сантиметров с тем условием, что после озеленения откоса репер должен быть виден, опорная площадка 20 х 20 см. - исключить осадку репера из-за незначительной поперечной площади арматурного стержня, а также с целью простоты установки в армированном слое в процессе строительства. Конструкция деформационного репера, его расположение на откосе насыпи показана нарис. 4.1 Л. Реперы для контроля деформации основания были заложены в основании откоса через 10 м по всей длине насыпи - 180 м. Для контроля деформации насыпи реперы устанавливались по длине через 20 м., располагаясь через 1,8 м. по вертикале. Такое количество точек выбрано на основе двух составляющих: во первых, во время строительства и эксплуатации количество реперов может сократиться. В эксплуатационный период наблюдений было потеряно 9 реперов, из них: 7 реперов, установленных в основание насыпи, и 2 репера R2 и R31, установленных на последних армированных слоях насыпи. Таким образом, процент потери составил 30 % от общего числа установленных реперов (общее число реперов равно 31, см. приложение № 1), либо 40 % от числа реперов, установленных в основание, и 14 % от числа реперов установленных на откосе насыпи. Во-вторых, наблюдения при таком количестве реперов с учетом потерь позволяет получить полную картину состояния армогрунтового сооружения и оценить не только деформацию, но и устойчивость. Календарный план наблюдений рассчитан на срок 14 месяцев, с 2.02.2001 г. по 04.06.2002 г. Из них 2 месяца - строительный период 2.02.-3.04.2001г., 12 месяцев - эксплуатационный период 3.04.2001-май 2002 г.. Таким образом, время натурных наблюдений за армогрунтовой насыпью включает в себя 2 периода оттаивания: зима-весна 2001г. и 2002 г., и один период замерзания. Такой график позволит выявить причину осадки насыпи по построенным графикам осадки для каждого пикета и подтвердить правильность основных положений методики расчета. Минимальное количество циклов наблюдений для каждого периода выбирались согласно руководству по наблюдениям за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений: «Количество циклов измерений деформаций основания за период достижения полной нагрузки должно быть не менее четырех (при 25, 50, 75, 100 % всего давления)»[70]. Общее количество циклов за период достижения полной нагрузки было предложено и проведено семь раз. Каждому циклу соответствовала своя нагрузка: 1-ый цикл при 25%, 2-ой цикл при 50 % , 3-ий цикл при 75 %, 4-7-ые циклы при 100 % всего давления (эксплуатационный период). Эти 7 циклов вошли в 1 период наблюдений, которые занесены в журнал № 1 натурных наблюдений от 4 июня 2001г.: «Материалы работ по определения деформации насыпи на участке пк28+10 - пк36+00, на объекте «Внутригородская кольцевая магистраль на участке от Волгоградского проспекта до Автозаводской ул.». Второй этап наблюдений: «В эксплутационный период проводится не менее трех циклов измерений» [70]. Программа наблюдения за армогрунтовой насыпью в эксплутационный период разбита на три временных периода, на каждом из которых проводились циклы измерений: 1 период - 4 цикла (весна 2001 г.), 2 период - 4 цикла (осень 2001 г.), 3 период - 4 цикла (весна 2002 г.). Итого 12 циклов. По окончании каждого периода составлялся журнал наблюдений соответственно. В журнал наблюдений входит: Ведомость координат деформационных реперов. На каждом цикле наблюдений определялись координаты X и Y; Разница координат между циклами 1-2, 2-3, 3-4, 4-5, 5-6, 6-7, 7-8, 8-9, 9-Ю, 10-11; Ведомость отметок деформационных реперов; Разность отметок деформационных реперов между циклами 2-1, 3-2, 4-3, 5-4, 6-5, 6-7; Ведомость отметок асфальтобетонного покрытия вдоль бортового камня и разность отметок асфальтобетонного покрытия; Схема планового расположения деформационных реперов. Сроки геодезической съемки: первый период проводился с 2.02.2001 г. по 04.06.2001 г. и разбит на 7 циклов наблюдения. Три цикла наблюдений проводились во время строительства армогрунтового откоса с 2.02.2001 г. по 3.04.2001 г., и 4 цикла в период с 3.04.2001 по 04.06.2001 г. (один цикл наблюдений за две недели). Второй период проводился с 11.10.2001 по 03.12.2001 г. и разбит на 4 цикла наблюдений (один цикл наблюдений за 2-ве недели). Третий цикл проводился в апреле-мае 2002 года и разбит на 4 цикла наблюдений (один цикл наблюдений за 2-ве недели).
