Снижение воздействия сил морозного пучения на напряженно-деформированное состояние сезонно промерзающих морозоопасных грунтов транспортных сооружений (автомобильных и железных дорог) является важнейшей задачей, позволяющей снизить эксплуатационные затраты, обеспечить долгосрочную эксплуатацию, безаварийность и безопасность. Под морозным (криогенным) пучением поднимается процесс формирования напряжено-деформированного состояния, приводящий к увеличению линейных и объемных размеров породы. Пучение обусловлено протеканием целого ряда физико-химических и физико-механических процессов, таких как фазовые переходы воды в лед, миграция влаги, сегрегация льда, коагуляция и диспергация минеральных частиц и агрегатов, усадка и т.д. [1]. Как показали исследования коллектива ученых под руководством члена корреспондента АН CCCP Н.А. Цытовича, вода в мерзлых фунтах может содержаться в трех состояниях (фазах) – твердом, жидком, парообразном. Установлено, что в твердом состоянии перемещение мало и не оказывает влияния на пучение пород, основным механизмом переноса влаги является миграция ее в жидком состоянии. Компанией Terram Ltd (Великобритания) разработан новый материал Frost Blanket, который предназначен специально для предотвращения морозного пучения в сложных переувлажненных грунтах. Еще в 70-х годах подразделение инженеров разработало сочетание полиэтиленовой решетки защищенной с двух сторон термоскрепленным геотекстилем Terram, позволяющим собирать и отводить лишнюю воду. В дальнейшем, один слой геотекстиля был заменен специальным нетканым геотекстилем с добавлением водонепроницаемых компонентов в волокна, способного пропускать воду только в одном направлении. В результате Frost Blanket собирает и отводит всю мигрирующую жидкость, попавшую в тело насыпи, а также собирает воду, снизу попадающую в насыпь из-за процесса капиллярного подсоса из переувлажненных грунтов, при этом вода, попадающая сверху в структуру материала, не проникает вниз, а отводится в стороны. Frost Blanket разрабатывался как материал препятствующий пучению, устойчивый к обычно встречающимся в грунтах агрессивным средам, в том числе соли. Frost Blanket получил значительный опыт использования в странах СНГ, а именно, на территории Западного Казахстана при строительстве основных автомобильных и железных дорог к новому нефтяному месторождению в Кашагане в 2003г. (Рис.1) 
Рис.1 Карта Казахстана Природа края очень сурова, высокие перепады температур от +40 до – 40, заболоченные грунты. Особенность территории заключается в высоком расположении уровня грунтовых вод в условиях пустынного рельефа. Как и в большинстве пустынь, вода соленая. В зимний период сочетание очень низких температур, высокий уровень грунтовых вод и когезивных грунтов создают идеальные условия для пучения. Получается классическая схема капиллярного подъема грунтовых вод в тело насыпи, в результате дороги разрушаются за одну зиму. В летний период высокие температуры вытягивают перегруженную солью воду на поверхность, разрушая стальные и бетонные конструкций. Для предотвращения подобных процессов и решили применить разработанный ранее специальный композитный материал Frost Blanket. Инженерная лаборатория Babtie (Великобритания) провела эксперимент по исследованию морозного пучения с использованием композитного материала Frost Blanket. Были взяты образцы грунта с данного объекта. Протокол испытаний был разработан на основе Британского стандарта BS 812 Часть 124.1989г. Образцы диаметром 100мм и высотой 150мм сжимались до максимальной плотности в сухом состоянии и оптимальном содержании влажности с помощью виброуплотнения. После чего образцы устанавливались на пористый керамический диск с поддержкой при помощи каркаса. После чего, керамический диск полностью погружался в воду с температурой 4°С Образцы пропитывались водой за счет капиллярной активности в течение 112 часов, а потом замораживались при (-17±2)°С на протяжении 96 часов, затем измерялась их деформация. В испытаниях участвовали шесть образцов: 3-и только с грунтом и 3-и с материала Frost Blanket, заранее установленным на высоте 50мм от основания. Грунт был представлен слабым песчаником с вкраплением известковых частиц. Гранулометрический состав грунта представлен на (Рис.1).
|
