Как придумать дорогу? Проектирование дорожной инфраструктуры сложнее, чем можно себе представить
Картина, на которой проектировщик, стоя у кульмана, не зная сомнений, чертит прямую, как стрела, будущую трассу из пункта А в пункт Б, сильно упрощена, если не неверна в корне. Когда задача поставлена, заключены контракты и получены деньги на проект будущей дороги, выходят изыскатели, геологи, гидрологи, благодаря усилиям которых у проектировщика появляется вся сопутствующая информация. Исходя из сведенных данных, он и «рисует» трассу. На самом же деле все еще сложнее.
Первая проблема — грунты
Почвы в России в силу своей структуры, увы, не самые подходящие под любое строительство. Согласно ГОСТ (25100-2011 «Грунты. Классификация»), есть три класса почв — скальные, дисперсные и мерзлые. Каждый из них подразделяется внутри на разные типы.
В соответствии со способностью нести нагрузку грунты делятся на прочные и менее прочные. К первым относятся скальные грунты. Ко вторым — почти все остальные породы, названия которых хорошо известны тем, кому приходилось сталкиваться с частным строительством, — галька, глина, ил, торф и другие. Примечательно, что частично список менее прочных грунтов пересекается с перечнем самых распространенных грунтов в России, в который входят глины, суглинки, супеси и пески.
Думается, строительство Панамериканского шоссе проходило в этом отношении в более простых условиях и по более устойчивым грунтам. Российским дорожникам, которым поставлена грандиозная задача — от начала и до конца построить новую автомагистраль от Москвы до Владивостока, придется столкнуться с целым набором трудноразрешимых проблем, одна из которых — как раз состав грунтов по будущей трассе.
Неустойчивость наших грунтов усугубляется водным балансом — по большей части сезонно-избыточным. Все это осложняется климатом — суровыми зимами и жаркими летними периодами.
Особая статья — строительство на мерзлых и вечномерзлых грунтах. Последнее — вообще высший пилотаж для строителей. Вечная мерзлота коварна. Конечно, на вечной мерзлоте можно строить как по скальному грунту. Но при переходе температур через ноль мерзлота может растаять в силу антропогенного воздействия. И тогда жди беды. Жители Якутска знают это не понаслышке. Именно здесь опробованы некоторые технологии сохранения вечной мерзлоты. Надо ли напоминать, что территория России — это на две трети, или около 65%, именно криолитозона.
Мы не привыкли отступать...
Несмотря на сложности, строить надо — и во все более крупных масштабах, особенно объекты линейной инфраструктуры, имея в виду гигантскую территорию страны и пока еще плохую связанность регионов. Среди первых ласточек — М-11 «Нева» и М-12 «Восток».
Проекты обеих трасс натолкнулись на множество барьеров и препонов. Сейчас за давностью лет можно говорить о некоем разрыве проектов с реальным строительством. Впрочем, учесть абсолютно все практически невозможно. Можно ли было заложить в проект тот факт, что на одном из участков М-11 толща торфа окажется в несколько раз больше, чем было выявлено изыскателями? И дорожники, ругаясь и теряя деньги, вынимали гораздо больший объем торфа, соответственно, замещая его аналогичным объемом более устойчивых грунтов. Тогда еще не были широко обнародованы результаты научных исследований НИУ МГСУ, где была придумана технология создания на основе торфа с помощью специальных добавок своего рода легкого бетона. Впрочем, путь новых перспективных материалов в жизнь тернист и сложен.
Невозможно было учесть и всей сложности геологии скальных пород на строительстве Северомуйского железнодорожного тоннеля. Последний начальник БАМа Ефим Басин рассказывал об этом в интервью нашей газете — как из-за страшного давления, накопленного в толще пород, из стенок строящегося тоннеля буквально выстреливали камни и обломки скал.
Ошибки проектирования
Дорожное строительство развивается стремительно. Способствует этому и намерение властей строить дорожную инфраструктуру опережающими темпами. При этом качество проектных решений в этой сфере иногда оставляет желать лучшего.
Так, по мнению некоторых экспертов, ошибки бывают элементарными. Например, неправильная оценка пригодности грунтов основания. Серьезные ошибки допускаются в части геологических изысканий. Допускаются и «детские» ошибки, например, в оценке транспортного плеча при транспортировке материалов на объект, или, например, отсутствие в проекте денежной компенсации на утилизацию строительных отходов на полигонах твердых бытовых отходов.
В проектировании по возможности не должно быть ошибок, которые могут приводить к большим расходам и увеличению сроков реализации проекта. Для купирования ошибок большие надежды возлагаются на искусственный интеллект, пришествия которого все ожидают с немалым трепетом.
Технологии надежды
Для локализации такого рода проблем изобретаются новые технологии и материалы. О вышеупомянутом «торфопреобразователе» от НИУ МГСУ мы уже упомянули. К относительно новым технологиям, впрочем, уже несколько лет широко применяемым в отечественном строительстве, можно отнести полимерные георешетки и геотекстиль, углеродные ламели и ленты и пр. Все эти материалы призваны способствовать в том числе укреплению слабых грунтов, как и технология усиления дорожного основания «тощими» бетонами. Кстати, в прошлом году «Стройгазета» рассказывала о технологии укрепления слабого грунта, который невозможно было заместить, дистанционными «инъекциями» специальных бетонных растворов.
Традиционно трасса — это довольно сложная многослойная конструкция, называемая дорожной одеждой. В зависимости от класса дороги, от предполагаемого трафика и прочих входящих эта конструкция должна быть рассчитана на определенные нагрузки и условия эксплуатации.
Вячеслав НЕКОРКИН, соучредитель компании GeoSM, производителя геосинтетических материалов:
«При проектировании дороги в сложной геологии и гидрологии грунтов по трассе необходимо провести тщательные грунтовые исследования для определения физико-механических характеристик грунтов (определить их влажность, местоположение и глубину залегания в них грунтовых вод), учесть геологические особенности местности (наличие грунтовых отложений, геологических разломов), оценить гидрологические условия (сезонные тенденции повышения или понижения уровня воды, возможный подмыв и затопление дорожного полотна) и исходя из всех вышеописанных факторов выбрать оптимальную трассировку маршрута (минимизировать пересечение речных долин, склонов, зон повышенной фильтрации грунтов).
Все инженерные сооружения нужно проектировать с учетом возможных опасностей, а при невозможности отклониться от них — использовать специальные материалы для укрепления грунта (в том числе на склонах и откосах), его гидроизоляции от грунтовых вод, эффективного дренажа поверхности и разделения слоев дорожного пирога. С этой ролью отлично справляется класс геосинтетиков: геотекстиль, геомембрана, геосетка и георешетка.
Эти же материалы в дорожном проекте помогают бороться и с возможным пучением грунта, которое связано с последовательным сезонным изменением агрегатного состояния влаги в грунте и влечет за собой разрушение поверхности трассы, образование ям и трещин с приходом весеннего сезона. Кроме того, чтобы полностью предотвратить этот процесс, необходимо заменить чрезмерно пучинистый грунт на непучинистый (пески) и слабопучинистый (супеси). Особое внимание стоит уделить проектированию дорог через болота и торфяники. Грунт, на котором расположен дорожный пирог, в этом случае является крайне влажным, а значит и пучинистым при смене сезонов. Здесь в первую очередь стоит обеспечить полную гидроизоляцию дорожного пирога: использование геомембраны и геотекстиля здесь строго обязательно. Кроме того, рекомендуется строительство водоотводных канав, а также тщательное укрепление основания с возможным поднятием его уровня с помощью георешетки.
В любом из вышеописанных случаев необходимо предусмотреть систему мониторинга состояния дороги после ее постройки, чтобы вовремя выявлять проблемы и проводить необходимые ремонтные работы для сохранения ее проходимости и безопасности»