Cтраница 3
Необходимо учитывать температурный режим талых пород, их термодинамическую неустойчивость в связи с низкими отрицательными температурами воздуха и со среднегодовыми температурами пород, близкими к нулю. Обычные мероприятия, сопровождающие строительство и эксплуатацию большинства сооружений: очистка снега или его уплотнение, строительство различных водонепроницаемых покрытий ( асфальтирование, бетонирование и др.), затенение поверхности зда-лиями и сооружениями может привести к резкому увеличению глубин зимнего промерзания, образованию перелетков и постепенному наращиванию многолетнемерзлой толщи, что, в свою очередь, приведет к замораживанию подземных коммуникаций, развитию процессов пучения и др. При переходе сезонного промерзания в сезонное оттаивание возможно существенное нарушение влажностного режима пород и возникновение в связи с этим пучения грунтов. [31]
Специфический характер имеет пучение при налинии крупных монолитных скальных обломков или, например, погруженных в грунт свай. Теплопроводность монолитного материала выше, чем у дисперсного грунта, поэтому под ними при промерзании температура ниже, а следовательно, интенсивнее термодиффузия, что и вызывает интенсивный приток влаги. Процесс пучения может замедлиться или прекратиться под действием внешних нагрузок на грунт. [32]
В природных условиях вследствие неоднородности состава грунтов, неравномерности распределения влаги и различия в условиях питания подземными водами увеличение объема грунтов при промерзании всегда бывает неравномерным и называется морозным пучением грунтов. Процесс пучения происходит из-за увеличения объема воды приблизительно на 9 % при переходе из жидкого состояния в твердое, а также вследствие замерзания овых порций воды, подсасываемых из соседних незамерзших областей грунта. При морозной миграции воды минеральные прослойки испытывают внутриобъемную компрессию и оказываются несколько обезвоженными в результате удаления из них воды в места образования ледяных прослоек. В соответствии с данными [44], песок имеет незначительное пучение, причем уже при температуре 272 6 К увеличение его объема прекращается. Для глины же пучение происходит не только в начальный период промерзания, но и при значительно более низкой температуре. При подтоке воды извне наибольшее пучение при промерзании наблюдается у пылеватых грунтов, которые и являются наиболее морозоопас-ными грунтами. [33]
Во время длительного строительства ( 2 - 3 года) глубина промерзания грунта может увеличиваться в 1 2 - 1 4 раза, по сравнению-с нормативной на незастроенной территории. При увеличении глубины зимнего промерзания возникает угроза морозного пучения грунтов. Прогнозирование процессов пучения затруднительно, так как до сих пор четко не установлено, при каких условиях те или иные грунты испытывают пучение. Нерешенным остается также вопрос прогноза влажности грунта перед промерзанием, в частности у зданий. [34]
Одним из основных вопросов при решении задач о прочности трубопровода в пучинистых грунтах является количественная оценка усилий в трубопроводах от пучения грунтов или других параметров влияния пучения грунтов на трубопровод, которые могут быть использованы в качестве исходных данных при расчетах. Как известно, пучение грунтов обусловлено теплофизическими, механическими закономерностями промерзания и представляет собой стохастический процесс. Для получения характеристик процесса пучения на трассе газопровода были оборудованы пучиномерные площадки, на каждой из которых имелись 2 - 3 металлических профиля, установленные перпендикулярно к оси газопровода. [35]
Одним из способов обеспечения устойчивости холодного ( с отрицательной среднегодовой температурой) газопровода, сооружаемого в обводненных и пучинистых породах, является так называемый конструктивный способ, когда конструкцию трубопровода приспосабливают к реальным геологическим условиям. Увеличение сопротивления трубопровода действию изгибающих нагрузок на участках интенсивного пучения создают путем закрепления трубы на механических погружаемых анкерах с предварительным обратным ее прогибом. Обсуждаются методы физико-химической и тепловой мелиорации грунтов для борьбы с процессом пучения на трассах. Для сохранения заданного положения трубопровода, сооружаемого в пластично-мерзлых породах, предложен способ одновременного образования траншеи и системы поперечных и продольных закрытых водоотводов соответственно на пониженных и повышенных элементах рельефа. Водоотводы представляют собой узкие прорези, заполненные хорошо фильтрующим песчано-гравийным материалом, и предназначены для дренирования грунтовых вод, образующихся в полосе строительства. [36]
Особенностью этого фактора является то обстоятельство, что он является связующим звеном в системе проектирование-строительство-эксплуатация, так как практически невозможно создать такую строительную конструкцию, которая позволяла бы осуществить любые технологические режимы, и, наоборот, некачественная конструкция не может быть компенсирована самым высоким уровнем эксплуатации. Трубопроводы по сравнению с технологическим оборудованием находятся в экстремальных условиях, и отказ трубопроводов приводит к нарушению процесса эксплуатации. Отказы наблюдаются в основном в зимний период, что связано с максимальным развитием процессов сезонного и многолетнего пучения. [37]
Общие признаки районов - экстремальные климатические условия, многолетнемерзлые льдонасыщенные грунты, большое количество озер, болот, заболоченные поймы рек и т.п. Сравнительная характеристика осваиваемых месторождений Ямбурга, Ямала и эксплуатируемых месторождений газопроводов Соленинское - Мессояха - Норильск дана в табл. 6.3, из которой видно, что по климатическим условиям эти районы сходны, а по мерзлотно-геологическим условиям наблюдается во многом сходство между Ямалом и Южно-Соленинским месторождениями. Отличительными характеристиками месторождения Ямал являются засоленные грунты, криопеги, большая интенсивность болот, равнинный рельеф с большим количеством впадин, что в период половодья способствует повсеместному распространению воды. Для целей сооружения и эксплуатации основными будут мерзлотные характеристики, а именно просадочность, льдистость, влажность, которые определяют процессы пучения и просадки газопроводов. [38]
Сезонное пучение связано с грунтами деятельного слоя, а многолетнее, кроме того, со слоями, залегающими ниже зоны сезонного промерзания. Все виды пучения могут быть причиной разрушения сооружений, в том числе и линейной части трубопровода. Деформация сооружений появляется как в период пучения грунтов, так и при их про-таивании - вследствие неравномерной осадки. В процессе пучения часто возникают крупные бугры пучения. Их формирование протекает несколько лет и объясняется двумя причинами: 1) промерзанием надмерзлотной воды и образованием значительного количества льда в деятельном слое; 2) поднятием воды и грунтовой массы и вспучиванием верхних мерзлых пластов пород. Бугры, образовавшиеся от внедрения воды, называют гидролакколитами. После протаивания льдистого ядра на месте бугров образуются западины, озера. [39]
Для северной части его наиболее характерно морозобойное трещинообразование, ведущее к дальнейшему росту и новообразованию жильных льдов и, в свою очередь, к увеличению льдистости многолетнемерзлых толщ. Развитие линейного термокарста по жильным льдам, наиболее отчетливо проявляющееся в-западных районах центрального и северного Ямала, обусловливает резкое усиление эрозии и приводит к заметной переработке и расчленению первичного рельефа. Кроме этого, широкое распространение сильнольдистых пород в этих частях полуострова предопределяет практически повсеместное развитие солифлюкционных процессов, особенно на склонах южной экспозиции. В южных районах описываемой области наиболее распространены процессы пучения и особенно термокарста по сегрегационным льдам. Именно последний процесс и создаваемые им отрицательные формы рельефа способствуют увеличению обводненности территории, что существенно ухудшает инженерно-геологическую обстановку. [40]
Рассмотренный выше процесс морозного пучения грунтов при промерзании сопровождается увеличением коэффициента их пористости. Это в известной степени и приводит к просадке при оттаивании. Однако, как показывают исследования многих ученых [52, 115,122], просадка, как правило, больше величин пучения. Вследствие миграции влаги к фронту промерзания в процессе пучения грунты, имевшие твердую или пластичную консистенцию до промерзания, после оттаивания часто находятся в теку-чепластичном и даже текучем состоянии и не могут практически нести нагрузки. Это в наибольшей степени проявляется при оттаивании грунтов со слоистой или сетчатой текстурой. [41]
При сооружении подземных газопроводов в многолетнемерзлых породах основной является проблема предотвращения растепления окружающего грунта. В расчетном отношении эта проблема достаточно сложна. Например, вопросы теплового взаимодействия трубопроводов с грунтами обсуждаются весьма широко [16, 36], тем не менее имеются лишь приближенные решения, и переход от них к задачам несущей способности пока еще затруднителен [28, 78], особенно при числовых оценках. То же касается проблемы пучения, в которой процесс пучения имеет явно стохастический характер. По-видимому, наряду с расчетами здесь большее внимание должно быть уделено натурным исследованиям. [42]
В зимний период эти техногенные воздействия минимальны и приводят лишь к нарушению снежного и частично растительного покровов. Проезд наземного транспорта в летний период приводит к существенному нарушению почв, грунтов и рельефа осваиваемой территории. Например, при нарушении мохо-торфяного покрова в районах многолетнемерз-лых пород возможно развитие процессов пучения, термокарста, термоэрозии и др., которые проявляются не только в полосе отвода, но и за контуром нарушенного участка. В районах с более устойчивой биосистемой освоение приводит к возникновению процессов заболачивания или эрозии в пределах площадей нарушенного покрова. [43]
Территория зоны в целом характеризуется относительно благоприятными условиями строительства земляных сооружений железных и автомобильных дорог. Однако широкое распространение с поверхности лессовидных грунтов, наиболее легкоразмываемых и подверженных процессам пучения; развитие на отдельных участках засоленных грунтов, которые в случае попадания их в тело-земляного полотна способствуют образованию углублений основной-площадки; развитие на прибрежных участках эрозионных процессов - все это осложняет условия строительства дорог и требует применения более сложной конструкции земляного полотна. [44]
Неоднородность современных мерзлотных условий в сочетании с разной историей формирования криогенных толщ предопределяет большое разнообразие процессов и образований в различных частях региона. Морозное выветривание, играющее огромную роль в разрушении коренных пород, моделировке рельефа и образовании рыхлых отложений на водоразделах и склонах, развито повсеместно. В результате многократного промерзания и протаивания коренных пород формируются крупноглыбовые развалы, россыпи, каменные моря и потоки. Наиболее широко они развиты в горах Путорана и в бассейнах Нижней и Подкаменной Тунгуски на дайках и штоках кристаллических пород. Криогенное выветривание пород сопровождается морозобойным растрескиванием и процессами пучения, под влиянием которых происходит перемещение обломков и формирование каменных колец, каменных многоугольников и пятен-медальонов. [45]