Игнорирование особенностей строительноклиматических зон
При проектировании мостовых сооружений очень слабо учитываются особенности разных строительно-климатических зон страны. Это относится и к зоне вечной мерзлоты.
Строительство транспортных магистралей в зоне вечной мерзлоты ведут в условиях потенциального развития неблагоприятных процессов и явлений. Это обусловлено сложным характером грунтовых оснований; суровым климатом; ранимостью природы, чутко реагирующей как на изменение природных факторов, так и на техногенную деятельность человека; отсутствием надежных и постоянно действующих транспортных коммуникаций; нехваткой местных трудовых ресурсов из-за малой заселенности района строительства. Строительство здесь связано с существенным повышением трудозатрат, расхода энергии, стоимости сооружений. Оно зависит от сезона производства работ и требует более высокой организации работ и исполнительской культуры.
Выполнение работ на Севере тесно связано с принципом использования мерзлых грунтов основания. I принцип предполагает использование грунтов в мерзлом состоянии в течение всего срока эксплуатации сооружения. II принцип — использование грунтов в оттаивающем или оттаявшем состоянии.
Практически все характеристики грунта резко меняются при переходе из талого состояния в мерзлое. Значительно улучшаются, в частности, такие «строительные» характеристики как прочность, де- формативность и др. Использование высоких потребительских свойств вечной мерзлоты связано с применением во всех случаях, когда это возможно, принципа I использования грунтов. Однако это требует достоверности прогнозирования температурного режима грунтов. Возникает и другая важная задача: применение мостовых конструкций с терморегулирующими свойствами, направленными на стабилизацию и ужесточение термики вечномерзлого грунта.
В настоящее время перенос в эти районы «обычных» решений происходит автоматически. А это часто вызывает интенсивное проявление эрозионных, термоэрозионных и наледных процессов под мостами, ухудшение гидравлических характеристик искусственных сооружений.
Проследим за динамикой развития конструктивно-технологических решений буроопускных фундаментов опор мостов по мере продвижения строительства на север. Именно фундаментная часть в наибольшей степени зависит от особенностей строительно-климатической зоны.
На БАМе была принята единая технология устройства безроствер- ковых опор для мостов всех классов, основанная на применении так называемых «бамовских» столбов. Принятая технология предусматривала бурение скважины диаметром 1 м в вечномерзлых грунтах на глубину от 8 до 20 м с забуриванием в скальный грунт на глубину от 1 до 1,5 м. Затем на дно пробуренной скважины сбрасывали цементно-песчаный раствор, после чего сразу же опускали железобетонный цилиндрический столб диаметром 0,8 м. Столб своей массой вытеснял раствор, и он заполнял пазуху между стенками столба и скважины. Теоретическая ширина пазухи составляла 10 см, а практическая — от 0 до 20 см. При производстве работ в зимнее время при низких отрицательных температурах качество заполнения пазух не гарантировалось.
После завершения основного строительства БАМа было начато в 1975 г. сооружение железнодорожной линии длиной 217 км от ба- мовской столицы Тынды на север, до Нерюнгри. Сюда, на юг Якутии, дорога пришла в 1979 г. После шестилетнего перерыва строительство железной дороги было продолжено далее на север до Томмота (354 км).
В более сложных условиях строительства, чем на БАМе, столбы диаметром 0,8 м стали заменять железобетонными столбами прямоугольного сечения 500 х 800 мм. Их преимущество заключалось в том, что они имели направленное армирование и при меньшей массе столбов были более удобны при транспортировке и складировании. Качество заполнения пазух скважин стало более предсказуемым. Устройство буроопускных опор в этом регионе стали совмещать с различного рода охлаждающими устройствами с целью ужесточения мерзлоты, т.е. понижения ее температуры и снижения глубины заложения фундаментов.
При строительстве транспортных магистралей в нефтегазоносных районах севера Западной Сибири в основу технологии сооружения буроопускных фундаментов снова была положена базовая конструкция в виде «бамовских» столбов. Однако практика строительства отвергла это техническое решение. Здесь все шире стали применять в качестве столбов металлические некондиционные газовые трубы с заполнением их армированным бетоном.
Освоение на полуострове Ямал нефтяных и газовых месторождений планетарного масштаба началось со строительства в 1986 г. однопутной железной дороги. В отличие от предыдущих северных строек, устройство автомобильных дорог параллельно железной не предусматривалось. Практически каждые сто километров продвижения на север имели свои природно-климатические и геокриологические особенности.
Все ранее апробированные технические решения опор мостов в условиях Ямала оказались несостоятельными. Опытно-экспериментальным и расчетным путем здесь была доказана необходимость устройства полых опор. Способ их погружения вместо буроопускного был заменен бурозабивным.
В криолитозоне с повышенным снегопереносом распространены случаи деформаций мостовых сооружений, связанных с деградацией мерзлоты. Эти дефекты отмечаются на малых мостах и не встречаются практически на средних и больших. К этой зоне относятся, в частности, север Западной Сибири и Ямал. На автодороге «Уренгой-280» несколько малых мостов получили недопустимые деформации и были заменены новыми. Случаи разрушения мостов, связанные с деградацией мерзлоты, имели место и на БАМе (рис. 2.5).
Рис. 2.5. Деформации устоев вследствие «ухода» мерзлоты из-под моста
Результаты обследования водопропускных труб на железнодорожной линии Обская—Бованенково на участке от км 0 до км 160 после 17 лет эксплуатации показали, что все они имеют существенные дефекты. На этом участке расположено в среднем по одному сооружению на 1 км пути. Конструкция их представлена металлическими трубами диаметром 1420 мм («газовые» трубы), металлическими гофрированными и железобетонными прямоугольными и круглыми трубами. Все дефекты связаны с деформациями, вызванными про- таиванием оснований. Четвертая часть труб пришла в неудовлетворительное состояние.
В зоне оголовков отверстия труб полностью заносятся снегом, поэтому установить их местонахождение в весенний период, чтобы расчистить оголовки перед паводком, бывает затруднительно. Часто эти поиски приводят к разрушению труб (рис. 2.6).
Рис. 2.6. Разрушение трубы при ее расчистке от снега
Практика строительства в северных регионах показала, что сама зона вечной мерзлоты делится на подзоны со значительно отличающимися свойствами грунта и особенностями климата. Для каждой из таких подзон нужны особые конструкции и технологии. Используемый в настоящее время принцип единства конструктивно-технологических решений для разных строительно-климатических зон страны неприемлем для малых мостов.
