Материал: 2316

лотных и других грунтовых вод, приводящей к постепенной деградации мерзлоты в основаниях дорожных насыпей.

Наиболее опасно возникновение участков течения (фильтрации) воды по оттаивающему мёрзлому основанию, так как это приводит к образованию обширных таликов. Из общих закономерностей развития термокарста известно, что под слоем стоячей воды вечная мерзлота деградирует в среднем в 10 раз быстрее, чем при контакте с атмосферой (воздухом), и в 100 раз быстрее, при контакте с текущей водой [136,145,159].

Анализ зарубежных источников позволяет отметить ряд характерных направлений проектных решений при строительстве земляного полотна в условиях криолитозоны: минимальное нарушение природных условий, широкое проведение экспериментальных исследований в производственных условиях, использование теплоизоляции для предохранения многолетнемерзлых грунтов от оттаивания [149, 152, 154, 159, 165]. Проблема быстрого, недорогого и качественного строительства дорожных насыпей на мерзлоте в Канаде, на Аляске решалась благодаря массовому применению местных глинистых грунтов, а также слоев из различных теплоизолирующих материалов [102,164].

Теоретические исследования и инженерная практика для регулирования температурного режима пород в нужном направлении рекомендуют различные мероприятия, позволяющие направленно изменять процессы тепло- и массообмена на поверхности земляного полотна, используя естественные ресурсы холода или тепла, оказывающие на грунты основания сооружений охлаждающее действие, не допуская их многолетнего оттаивания (слои насыпи из переувлажненных глинистых грунтов, торфа, прослойки из скальных грунтов в качестве «продухов» и т. д.) [44,78,86,90,102,158,160].

На величину осадки земляного полотна кроме состояния и свойств грунтов основания влияют также факторы внешней нагрузки, обусловленные, в частности, высотой и конструкцией насыпи. Поэтому при проектировании насыпей решают задачи, связанные с назначением высоты насыпи; расчетом осадки; определением противодеформационных мероприятий, направленных на обеспечение устойчивости земляного полотна в процессе эксплуатации..

Противодеформационные мероприятия разделяют на конструктивные и организационные. К конструктивным мероприятиям относят, например, создание запаса по высоте насыпи; устройство берм; применение специальных конструктивных решений насыпей. Организационно-технические мероприятия определяют прежде всего время (летний или зимний период), а также способы производства работ.

20

Зарубежный опыт и исследования отечественных ученых показывают, что использование местных материалов, различных конструктивных устройств, например, в виде «диодов» [7], тепловых амортизаторов, тепловых трансформаторов [137,139,140,161], включаемых в тело насыпи, могут обеспечить устойчивость дорожных конструкций с большей эффективностью, чем простое повышение отметки дорожной насыпи.

Для инженерно-геологической оценки (ИГО) трассы необходимо знать не только существующие на момент изысканий мерзлотные условия (МУ), но и возможное изменение их в период строительства и эксплуатации дороги. Использование математического и физического моделирования, в сочетании с теплотехническими расчетами, позволит выбрать оптимальные (или близкие к ним) в техническом и экономическом отношении мероприятия для защиты дорожных конструкций от вредного воздействия криогенных процессов и явлений.

1.3. Анализ методов организационно-технологического моделирования при строительстве земляного полотна в условиях криолитозоны

Дорожное строительство в сложных условиях всегда уникально. Выбор конструктивных, организационно-технологических решений в конкретных условиях производства работ должен опираться на техникоэкономические обоснования при сравнении достаточно большого количества возможных вариантов, так как это обстоятельство повышает гарантии успешного строительства. При моделировании организационнотехнологических решений в районах распространения вечной мерзлоты необходимо учитывать ряд факторов, связанных как со сложностями природных условий, так и с трудностями социально-экономического характера удаленных регионов России. Особенности дорожного строительства, характерные для Крайнего Севера России и приведенные в работе [127], позволяют сделать вывод о необходимости применять особые методы организации дорожно-строительных работ и технику .

Нормативным документом рекомендательного характера, устанавливающим общие правила ведения строительства, сложившиеся в практике и обусловленные действующим законодательством, является СНиП 12-01- 2004* [120]. В актуализированной редакции СНиПа (СП 48.13330.2011) определено, что ПОС является неотъемлемой и составной частью проектной документации, обязательным документом для застройщика (заказчика), подрядных организаций, а также организаций, осуществляющих финансирование и материально-техническое обеспечение строительства.

21

ВСНиПе отмечается, что при строительстве линейных сооружений, к которым относятся автомобильные дороги, необходимо дополнительно учитывать требования действующих нормативных документов, особенно при строительстве в сложных природных и геологических условиях.

Основой ПОС в современных условиях является организационнотехнологическое моделирование (ОТМ), определяющее состав и взаимосвязи основных компонентов производственного процесса: конструктивных, технологических и организационных. Проект организации строительства автомобильной дороги включает также комбинацию проектов различных подсистем с поточными и не поточными методами организации основного производства, а также обслуживающих и вспомогательных производств различного назначения.

Всоставе ПОС для транспортного строительства разрабатывают ор- ганизационно-технологические схемы (ОТС) , которые объединяют локальные технологические решения для отдельных видов работ. Эти схемы могут повторяться на однотипных участках магистралей, определяемых на основе дорожного районирования. Опыт разработки таких схем при строительстве земляного полотна железнодорожных магистралей в северных условиях [48,97,98,129,142,143,162] показал, что на сложных объектах особенно важно обеспечить взаимосвязь конструктивных решений и эффективных технологических способов производства работ, формирование рациональных организационных форм линейного дорожного строительства.

Методику выбора регулирующих параметров авторы [129] предлагают выполнять на основе структурного и функционального анализа ОТС. Взаимосвязь параметров принимаемых решений показана в этой работе на примере строительства земляного полотна (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Конструктивно-технологические и организационные решения (на примере земляного полотна)

Применительно к земляному полотну алгоритм взаимосвязи парамет-

ров основан на расчете комплексной характеристики − сроков производства земляных работ и сдачи земляного полотна под укладку пути, смены

[129]:

, (1.3)

где − объем работ i-го исполнителя на j-м участке, тыс.м3; – количество исполнителей (машин, бригад в комплекте) на участке; − часовая производительность одного исполнителя в комплекте на j-м участке, тыс.м3 /ч; − фонд рабочего времени одного исполнителя в смену,

ч/смену; − соответственно коэффициенты изменения производительности в зависимости от грунтовых характеристик и технологических характеристик исполнителей G, б/р.

Приведенный порядок моделирования учитывает ряд особенностей производства работ, связанных с ММГ, но оставляет нерешенными вопросы по ряду параметров: учет сезонности работ, формирование графиков производства работ с определенной периодичностью, учет климатических факторов, режимов рабочих процессов, управление графиком. Кроме того, данные предложения направлены в первую очередь на строительство земляного полотна железных дорог, и не учитывают организационных особенностей строительства автомобильных дорог.

В работе [32] рассматриваются вопросы декомпозиции объектов строительства на проектно-технологические модули. Такой подход вполне применим для организации строительства магистралей в сложных природных условиях.

Из известных моделей наиболее соответствуют условиям транспортного строительства модели, представленные в работах [31,94,142].

Для целей проектирования графиков строительства земляного полотна автомобильных дорог на ММГ специализированными отрядами поточ- но-участковым (или параллельно-поточным) методом более приемлема имитационная модель [19], так как в большей степени учитывает технологические и организационные факторы при строительстве автомобильных дорог.

Проблемы формирования и выбора вариантов решений применительно к условиям строительства земляного полотна на ММГ возникают как на стадии проектирования, так и в процессе осуществления строительства

23

из-за возможного изменения природных факторов в период реализации проекта.

Основой для выбора рациональных схем производства работ могут быть типовые решения , принимаемые ранее в аналогичных условиях. В то же время необходимо на основе ситуационного подхода учитывать изменения в материальном и техническом обеспечении строительства, особенности действия внешних природных и экономических факторов.

В работах [13,14,76] предлагается осуществлять эту процедуру с использованием методов функционально-стоимостного анализа (ФСА). В работе [129] этот метод рассмотрен ограниченно как структурный и функциональный анализ организационно-технологических систем (ОТС). В более универсальном виде использование методики ФСА применительно к дорожному строительству продемонстрировано на отдельных примерах возведения земляного полотна из переувлажненных грунтов [76], строительства цементобетонного покрытия при пониженных температурах [13]. Учитывая многообразие конструктивных решений и многовариантность технологических и организационных способов производства работ при строительстве земляного полотна в сложных условиях криолитозоны, считаем целесообразной проработку данного подхода для совершенствования методики проектирования организации строительства автомобильных дорог на ММГ. В свою очередь использование ФСА требует разработки научных принципов формирования структуры информационных баз данных конструктивных решений земляного полотна с привязкой к природным условиям различных территорий в I ДКЗ.

Выводы

Проведенный анализ исследований, связанных с особенностями моделирования проектных решений земляного полотна автомобильных дорог в условиях криолитозоны, отразил необходимость комплексного подхода к отдельным этапам в системе проектирования земляного полотна, позволяющего последовательно осуществлять моделирование и анализ проектных решений.

Прежде всего, автомобильная дорога рассматривается с позиций структурно-модульного подхода к проектированию сооружений. Земляное

полотно − часть дорожной конструкции, взаимодействующая как с другими элементами (модулями): дорожной одеждой, системой водоотвода, специальными сооружениями и т.д., так и непосредственно с природной средой и, прежде всего, с многолетнемерзлым основанием. Выбор проектных решений земляного полотна с учетом воздействия природных факторов служит в дальнейшем основанием для принятия конструктивных и ор-

24