ГК «Автодор» совместно с институтом «Стройпроект» разрабатывал проект реконструкции автомагистрали М-4 «Дон» на участке км 933 – км 1024 (в Ростовской области) по нормам, действующим в Российской Федерации и Германии (Ingeniergruppe BEB GmbH). Сравнение российских и немецких стандартов проектирования читайте в предыдущей статье.
При проектировании дорожных одежд в Германии модуль упругости грунтов земляного полотна выбирают согласно RSTO «Нормы и правила по стандартизации конструкций дорожных одежд» равным не менее 45 МПа для всех типов дорожных одежд. Заметьте, это обязательное условие независимо от состава и интенсивности движения.
В проектных решениях и сравниваемых конструкциях нежестких дорожных одежд немцы представили грунт земляного полотна как стабилизированный суглинок пылеватый Е=45 МПа. Российские проектировщики предусмотрели тот же грунт, правда, он отделен от вышележащего дополнительного слоя из песка средней крупности прослойкой из геосинтетического материала. Модуль упругости на поверхности грунта принят Е=40 МПа. Но следует помнить, что даже при обеспечении требуемого коэффициента уплотнения грунта в процессе эксплуатации через несколько лет неизбежно произойдет его разуплотнение под воздействием изменений водно-теплового режима грунтов и вибродинамических колебаний от проходящих автомобилей.
За счет чего немцы добиваются высокого модуля упругости грунтов?
Безусловно, Германия расположена в IV ДКЗ, которая характеризуется относительно сухими грунтами и глубоким залеганием грунтовых вод. Но даже в этом случае трудно достичь столь высокого модуля упругости при возведении насыпи из пылеватых суглинистых и супесчаных грунтов. Как же они этого добиваются? В стандарте ZTV-E-StB 09 «Дополнительные технические договорные условия и правила проведения земельно-строительных работ» указаны 7 способов:
- Замена грунта. Вместо грунта, не обладающего достаточной несущей способностью, применяют грунт со стабильными свойствами: щебень, гравийно-песчаная смесь или грунт, обработанный вяжущим.
- Армирование геосеткой (георешеткой) с прокладкой геотекстиля и несущего слоя из щебня. В этом случае создается эффект распределения нагрузки через «гибкую плиту», что позволяет снизить напряжения на нижележащее основание.
- Стабилизация грунта вяжущими материалами — обеспечиваются необходимые свойства грунтов за счет снижения водонасыщения. В качестве вяжущих материалов используют цемент, известь или различные смеси для стабилизации.
- Пригрузка для предотвращения последующей осадки насыпи. Отсыпка насыпи дополнительным слоем (при высоте значительно больше проектной), выдерживание грунта до завершения консолидации подстилающих слабых грунтов в течение нескольких месяцев, только после этого устройство дорожной одежды. Материалы для насыпи: пески, песчано-гравийные смеси, крупнообломочные грунты или стабилизированые связные грунты.
- Вертикальное дренирование. Вдавливание вертикальных дренажных элементов в переувлажненный грунт. За счет этого происходит снятие избыточного давления поровой воды, ее удаление из основания, снижение продолжительности уплотнения связных грунтов и ускорение осадки. Дренажные элементы: геотекстиль (ленты), геодрены или песчаные дрены.
- Набивные сваи. Снятие нагрузки с насыпей с помощью щебневых колонок, одновременное вытеснение и уплотнение слабого грунта.
- Набивные колонны из монолитного бетона. Снятие высоких нагрузок с насыпей с помощью буронабивных свай, одновременное вытеснение и уплотнение слабого грунта. Материал: монолитный бетон или пескоцементная смесь.
Все перечисленные способы повышения несущей способности грунтов земляного полотна достаточно известны в нашей стране. Наиболее распространенный — устройство земляного полотна из кондиционных песков (1-ый способ в Германии). Однако, через 5-8 лет они становятся пылеватыми в результате процессов заиливания глинистыми частицами. Это решается укладкой прослойки геосинтетического материала на основание перед отсыпкой земляного полотна. В то же время в Германии применяют не песок, а грунт, обладающий стабильными свойствами: щебень, гравийно-песчаная смесь или грунт, обработанный вяжущим.
Другие способы (2-7 в Германии) находят применение у нас на отдельных участках дорог и носят эпизодический характер. Их обязательное использование не прописано в дорожных стандартах и применяются, как правило, только на крупных дорожных объектах при слабых и очень слабых подстилающих грунтах (например, Кольцевая автомобильная дорога в Санкт-Петербурге).
Итак, все 7 способов в Германии применяют в обязательном порядке при значительно лучших природно-климатических и грунтово-гидрологических условиях. В IV ДКЗ в процессе эксплуатации модуль упругости суглинка тяжелого пылеватого без улучшения его свойств может снизится не более, чем на 30% (с 40 до 28 МПа), а вот севернее во II ДКЗ при неблагоприятных условиях снижение деформационных свойств происходит значительно существеннее (более чем в 2 раза) — с 40 до 18 МПа. Ещё в больших пропорциях произойдет уменьшение коэффициента сцепления и угла внутреннего трения грунтов. Результат обычно не заставляет себя долго ждать.
Дорожная проблема на территории России, которой нет в Германии?
Территория России расположена в основном в I и II природно-климатической зоне. Основная дорожная сеть проходит по территории II ДКЗ с избыточным увлажнением грунтов. Здесь количество осадков превышает возможности испарения, уровень грунтовых вод достигает поверхности земли в сложный период, наблюдается глубокое сезонное промораживание и оттаивание. Что же делать для продления межремонтных сроков службы автомобильных дорог?
Нужно идти по пути обязательного улучшения свойств грунтов земляного полотна и подстилающего основания, поддерживая их стабильные свойства в течение всего периода эксплуатации дороги. То есть изменить дорожные стандарты. С экономической точки зрения затраты на улучшение свойств грунтов дадут эффект в снижении толщины дорожных одежд. Более того, дополнительные затраты окупятся снижением эксплуатационных расходов на капитальный ремонт дорожной одежды, а также замену грунтов земляного полотна в процессе эксплуатации на проблемных участках автодорог.
Инжиниринговый Центр ГЕОСИНТ специализируется на расчетах армогрунтовых конструкций и консультирует дорожные институты по технико-экономической эффективности конструктивных решений с армирующими геосинтетическими материалами.
