Введение к работе
Актуальность темы. Главной энергетической базой России была и остается Западная Сибирь, которая является основным районом страны по добыче нефти и газа. Разведка новых и обустройство разведанных месторождений в этом районе - задача всероссийского масштаба.
Между тем, уровень развития сети дорог здесь крайне низок. Одна из основных проблем - низкие темпы строительства промысловых/ автомобильных дорог - задерживает на несколько лет добычу полезных ископаемых. Основной причиной такого отставания являются суровые климатические и сложные грунтово-геологические условия (очень короткий теплый период года, когда можно вести большинство строительных работ в более или менее нормальных условиях; суровые длинные зимы (до 7-9 мес.) с очень низкими отрицательными температурами воздуха (до -60С); наличие огромных территорий, занятых многолетнемерзлыми фунтами; практически повсеместное отсутствие каменных материалов и распространение пылеватых, тонкодисперсных глинистых переувлажненных грунтов), значительная удаленность от экономически развитых районов страны и слабое развитие транспортной сети (менее 0,2 км на 100 км2 территории). Наибольшие сложности возникают из-за крайнего дефицита талых и дренирующих фунтов, пригодных для использования в насыпи земляного полотна автомобильных дорог по традиционным технологиям, на которые ориентированы нормативные документы.
Один из основных путей решения указанной проблемы - переход к нетрадиционным способам возведения насыпи, где в качестве исходного материала применяются местные мерзлые переувлажненные фунты.
В случае использования мерзлых фунтов для возведения земляного полотна основной проблемой является прогнозирование времени стабилизации деформаций фунтов с целью заблаговременного принятия мер для обеспечения устойчивости и долговечности земляного полотна на основе конструктивно - технологических и организационных решений, которые позволили бы управлять режимом деформации во времени всей дорожной конструкции в целом.
Эта проблема - наиболее сложная и пока еще недостаточно изучена. Последнее обусловлено, с одной стороны, необходимостью соответствующего учета температурного фактора при разработке конструкций насыпей в сложных мерзлотно-фунтовых условиях, так как устойчивость указанных линейных сооружений всецело зависит от водно-теплового режима насыпи. С другой стороны - крайней недостаточностью, противоречивостью, а часто и малой достоверностью опубликованных в
специальной технической литературе фактических данных, освещающих закономерности теплового взаимодействия различных конструкций земляного полотна как с атмосферой, так и с толщей вечномерзлых пород.
Исследования проводились в рамках научных тематических планов МВО РФ - программа «Строительство» и Министерства топливной промышленности РФ - программа «Нефть и газ Западной Сибири».
Целью диссертационной работы является научное обоснование и разработка аппарата по прогнозированию теплового режима земляного полотна, отсыпанного из мерзлых переувлажненных грунтов.
Задачи исследования:
-
Разработать математическую модель, алгоритм и компьютерную программу для реализации расчета теплового режима при формировании насыпи, возведенной из мерзлых переувлажненных грунтов.
-
Установить основные закономерности температурных процессов во времени и в пространстве, определяющих характер и величину изменений температуры грунта в насыпи и в основании.
-
Установить факторы, влияющие на формирование температурного поля насыпи и его основания.
-
Разработать способы управления тепловым режимом насыпи, возведенной из мерзлых грунтов.
-
Апробировать результаты научных исследований путем строительства опытных участков и обследования ранее построенных.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1) установлено, что тепловой режим грунтов насыпи
нестационарный, резко изменяющийся в первые годы после
возведения земляного полотна; стабилизация температурного
режима насыпи является окончанием формирования земляного
полотна;
-
развиты теоретические положения в области температурного режима земляного полотна с использованием мерзлых грунтов;
-
выявлены факторы, влияющие на стабилизацию положения границы мерзлоты по окончании оттаивания, основными из которых являются: изменение теплофизических свойств грунтов от его состояния (агрегатного или дисперсного), изменение влажности грунтов во времени и в разных точках насыпи, геометрические параметры насыпи земляного полотна; предложены способы управления и регулирования температур-
5 ным режимом грунтов насыпи организационно-технологическими и конструкционными приемами.
Практическая ценность работы. Предлагаемый метод прогноза основных закономерностей температурных процессов во времени и в пространстве позволяет обосновать возможности и условия использования переувлажненных мерзлых грунтов нарушенной структуры для возведения насыпей в районах распространения вечной мерзлоты. Разработанные способы управления по формированию земляного полотна сокращают сроки строительства.
Реализация результатов. Результаты исследований включены в разрабатываемые в настоящее время нормы по проектированию, строительству и эксплуатации автомобильных дорог в Ямало-Ненецком национальном округе, а также внедрены на объектах ОАО «Уренгойдорстрой» и ОАО «Надымдорстрой».
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований были доложены, обсуждены и одобрены на научно-методичесхих конференциях и совещаниях в Росдорнии, Суздале, ТюмГАСА, ОАО «Уренгойдорстрой», ПИО «Тюменьдорпроект», АО «Гипротюменьнефтегаз» ОАО «Надымдорстрой".
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из
введения, четырех глав; содержит страниц машинописного текста, в том
числе рисунков и таблиц.
