НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ «TYPAR SF» ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЛЕСНЫХ ДОРОГ

М.Т. Насковец заведующий кафедрой транспорта леса,
доцент, кандидат технических наук
Белорусского государственного технологического университета

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
ГЕОТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ «TYPAR SF»
ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЛЕСНЫХ ДОРОГ
В ПРОЦЕССЕ ТРАНСПОРТНОГО ОСВОЕНИЯ ЛЕСОВ БЕЛАРУСИ

В связи с ростом объемов спелых и приспевающих насаждений, для эф-фективного функционирования лесного комплекса Республики Беларусь не-маловажную роль играет обеспечение лесозаготовительного производства и лесного хозяйства развитой сетью автомобильных лесных дорог. Причем, это относится как к базовым дорогам создаваемых локальных опорных сетей лес-хозов, так и к дорогам второстепенного значения (веткам, подъездным путям и т. п. ).
Устойчивую работу дорожных конструкций, сооружаемых на лесных дорогах с использованием местных материалов можно обеспечить как путем улучшения свойств самого грунта и использования древесины, так и посред-ством совершенствования самой конструкции. В качестве решения данной за-дачи целесообразно применение конструкций со специальными прослойками из геосинтетических материалов, которые, в зависимости от назначения, по-зволяют уменьшить объем земляных работ, снизить расход или полностью исключить применение древесины, повысить прочность и долговечность кон-струкций, увеличить темпы дорожного строительства и межремонтные сроки. Одним из таких материалов может являться, зарекомендовавший себя с поло-жительной стороны, геотекстиль фирмы DuPont – «TYPAR SF».
Использование таких геосинтетических материалов в процессе строи-тельства лесных автомобильных дорог обусловлено наметившимися в послед-ние десятилетия такими тенденциями, как повышением темпов строительства и капитальности дорог в связи с возрастанием нагрузок и стремлением повы-сить долговечность конструкций, а также расширением областей строительст-ва дорог в сложных почвенно-грунтовых условиях.
На протяжении ряда последних лет строительство опытных участков с применением геотекстиля «TYPAR SF» осуществлялось в Осиповичском, Кличевском, Белыничском и Быховском и других лесхозах. Общая протя-женность и по районам приведена в таблице1.

Таблица 1

Район
строительства Количество
опытных участков Общая
протяженность, м
Осиповичский 4 950
Быховский 2 400
Кличевский 7 700
Белыничский 3 200
Всего 16 2250
Дорожные конструкции разрабатывались для различных типов и усло-вий местности. Наиболее приемлемым вариантом являлись сложные грунто-во-гидрологические условия. Технологии возведения земляного полотна раз-рабатывались на основании наличия соответствующей техники (машин и ме-ханизмов), а также возможности доставки и использования грунтов и дорож-но-строительных материалов для производства работ.
При опытном строительстве участков лесных дорог технологии возве-дения земляного полотна включали следующий состав производства работ:
а) на грунтовых основаниях:
укладка нетканого синтетического материала на выровненное грунтовое осно-вание по всей ширине земляного полотна, его растяжение в поперечном на-правлении, отсыпка поверх уложенного материала грунта, уплотнение и окон-чательная планировка покрытия.
б) в пониженных местах:
укладка отходов лесопиления на выровненное грунтовое основание, укладка нетканого синтетического материала на ширину земляного полотна, его рас-тяжение в поперечном направлении, отсыпка поверх уложенного материала грунта, уплотнение и окончательная планировка покрытия.
в) при наличии колеи:
укладка отходов лесопиления в образовавшуюся колею до полного ее за-полнения, укладка нетканого синтетического материала на ширину зем-ляного полотна, его растяжение в поперечном направлении, отсыпка по-верх уложенного материала грунта, уплотнение и окончательная плани-ровка покрытия.
Используемые существующие и предлагаемые конструктивные решения можно подразделить на следующие типы:
1) насыпные слои с устройством тех или иных типов покрытий вплоть до низших;
2) насыпные слои на деревянных настилах также с покрытиями или без них;
3) дороги с колейными покрытиями.
Дорожная конструкция с применением нетканных синтетических мате-риалов на первом опытном участке, устраиваемом на территории Быховского лесхоза, включала возведение насыпи, отсыпаемой на переувлажненных грун-тах на пониженных участках местности (рисунок 1).

Рис. 1. Конструкция насыпи с прослойкой из НСМ на участках переувлажненных грунтов
1 – песчаный грунт; 2 – прослойка из НСМ; 3 – переувлажненный грунт
Ее строительство основывалась на обеспечении минимума объема на-сыпных материалов. Целесообразность этого решения исходила из того, что на подобных территориях местные грунты обычно непригодны для отсыпки насыпи. В этих целях приходится использовать привозные грунты, а это тре-бует большого числа транспортных средств, которые, как правило, весьма ог-раничены в проведении работ при проведении подобных дорог.
На рисунке 2 представлен технологический процесс троительства опыт-ного участка в Быховском лесхоза.

Рис. 2. Строительство опытного участка
в Быховском лесхозе
Способ устройства конструкции заключался в том, что по поверхности предварительно спланированного основания раскатывали вручную рулонный геотекстильный материал с последующим закреплением стыков, поверх него отсыпали слой грунта земляного полотна. Доставку и выгрузку грунта осуще-ствляли скреперами с последующим его разравниванием бульдозером и даль-нейшим уплотнением, катком. Отсыпка насыпи велась на всю ее ширину до 9,5 м послойно до требуемой высоты, согласно проектным данным.
В местах интенсивного колееобразования лесных дорог предполагается применять дорожные конструкции на основе геотекстильной прослойки и от-ходов лесопиления (рисунки 3 и 4). Данные конструкции применялись и при строительстве опытных участков в Кличевском и Осиповичском лесхозах (ри-сунки 5 и 6).

Рис. 3. Дорожная конструкция с геосинтетической прослойкой и отходами лесопиления
1 – песчано-гравийная смесь; 2 – песок; 3 – геосинтетический материал; 4 – отходы лесопиления;

Рис. 4. Дорожная конструкция с геотекстильной прослойкой и отходами лесопиления

1 – песчано-гравийная смесь; 2 – песок; 3 – геосинтетический материал; 4 – отходы лесопиления;

На рисунке 5 показан опытный участок лесовозной дороги устраивае-мой в Осиповичском лесхозе.

Рис. 4 — Строительство опытного участка в Осиповичском лесхозе

Рис. 7. Строительство опытного участка в Кличевском лесхозе
а- отсыпка земляного полотна лесной дороги;
б- разравнивание слоя земляного полотна

Предлагаемые технические решения направлены на снижение расхода привозного грунта путем устройства выстилки из отходов лесопиления, а также улучшение динамических качеств дорожной конструкции. Отходами лесопиления являлись порубочные остатки и тонкомерный подрост, поверх которых производили отсыпку слоев земляного полотна и дорожной одежды. При наличии значительной колеи на реконструируемой дороге, хворостяная выстилка укладывались непосредственно в колею.
Основные функции, которые выполняют прослойки из НСМ в конструк-циях опытных участков лесных дорог:
1) армирование;
2) дренирование;
3) разделение слоев из насыпного и слабого грунтов.
Наряду с этим необходимо отметить еще одну важную роль НСМ. Ниж-ние слои насыпей, сооружаемых на слабых грунтах, даже в тех случаях, когда они не попадали под уровень грунтовых вод, как это наблюдалось на болотах, оказывались часто недоуплотненными. В результате укладки в данном случае прослойки из НСМ на границе насыпного грунта со слабым, вследствие арми-рующего эффекта прослойки, возникала возможность повысить предел несу-щей способности грунта на некоторую величину, которая была существенной.
Очевидно, что в данном случае создается возможность поддерживать уп-лотняющие напряжения на достаточно высоком уровне, т. е. обеспечивать тем самым требуемую эффективность уплотнения.
В процессе эксплуатации исследуемые участки с использованием гео-текстилей изменили свои геометрические очертания незначительно. Участки дорожной конструкций без геотекстиля иногда существенно меняли свои гео-метрические свои размеры. Местами наблюдалось интенсивное колееобразо-вание, что является основным фактором, влияющим на проходимость машин, их скорость движения и снижение полезной нагрузки используемого лесо-транспорта.
Как показывают предварительные результаты производственных испы-таний дорожных конструкций, устроенных с использованием рулонного гео-текстильного материала «TYPAR SF», наибольший эффект достигается за счет совместного влияния таких факторов как армирование толщи грунта и разделения разнородных дорожно-строительных материалов. Армирующий эффект прослойки проявляется за счет собственной прочности и сопротивле-ния растяжению. Прослойка препятствует сдвигу одних частей грунтового массива относительно других. Прослойка, работая совместно с грунтом, вы-зывает перераспределение напряжений между частями массива, обеспечивая передачу части напряжений с перегруженных зон на соседние недогруженные участки, вовлекая их в работу. Разделяющий эффект заключается в том, что прослойка препятствует прониканию мелких частиц в поры крупнозернистого слоя или погружению крупных частиц в слой порубочных древесных отходов. Таким образом, проявляется совместный эффект от применения прослойки в дорожных конструкциях, устроенных на опытных участках.
Данные о работе опытных дорожных конструкций позволяют рекомендо-вать укладку прослойки геосинтетического материала непосредственно на вы-ровненное грунтовое основание при первом и втором типах местности с даль-нейшей отсыпкой слоя дорожной одежды. При первом типе местности воз-можна укладка материала в колею. При третьем типе местности наиболее пер-спективной является использование слоя порубочных отходов, на который расстилается прослойка с дальнейшей отсыпкой слоя дорожной одежды из дренирующих дорожно-строительных материалов. Целесообразность приме-нения геосинтетического материала обусловлена снижением толщины дорож-ной одежды в 1,2 – 1,3 раза.
В дальнейшем предполагается вести долгосрочные наблюдения с целью исследования работоспособности заложенных опытных участков на территории вышеуказанных ГЛХУ в процессе их эксплуатации под воздействием лесовозного автотранстпорта. Экспериментальные иссле-дования в процессе эксплуатации будут заключаться в периодическом определении физико-механических свойств грунтов, таких как плотность и влажность, численное значение которых изменяется в зависимости от погодно-климатических условий интенсивности и типа движущейся ле-совозной техники. Кроме этого, с помощью рычажного прогибомера бу-дет определяться в процессе эксплуатации численное значение прогиба покрытия под действием колесной нагрузки от лесовозных автопоездов с целью определения такого прочностного показателя, как модуль упруго-сти. Также, с целью контроля при проведении наблюдений за работой опытных участков с помощью ударника СоюздорНИИ будут фиксиро-ваться значения модуля деформации, модуля упругости и несущая спо-собность грунта покрытия. Параллельно, после определенного проезда лесовозных автопоездов необходимо осуществлять замер глубины обра-зующейся колеи. Для определения величин напряжений, возникающих по глубине исследуемой дорожной конструкции, в процессе проходов лесо-возных автомобилей, в одной из конструкции заложены тензорезистор-ные преобразователи давления (мессдозы) типа ПДМ (полумостовые) с гидравлическим мультипликатором. В определенные периоды года пла-нируется запись измеряемых параметров регистрируемых мессдозами по-средством измерительной аппаратуры в составе многофункционального измерительного усилителя «Spider-8» и персонального компьютера.
Одним из важных этапов общей оценки использования разрабатывае-мых конструктивных и технологических решений является выявление эконо-мической целесообразности их применения.
Согласно проведенным экономическим расчетам, фактические мини-мальные затраты на строительство лесной дороги в Кличевском лесхозе со-ставили 10 тысяч долларов США на 1,0 км лесной дороги второстепенного значения (ветки). С учетом устройства дорожной одежды стоимость строи-тельства базовой (магистральной) лесной дороги круглогодового действия возрастет до 50 тысяч долларов США на 1,0 км лесной дороги. Приведенные данные показывают, что стоимость строительства лесной дороги на террито-рии Кличевского лесхоза характеризуются достаточно низкими затратами на устройство лесотранспортного пути.
Следует отметить, что предлагаемые и разрабатываемые на кафедре транспорта леса БГТУ конструкции и технологии строительства автомобиль-ных лесовозных дорог как постоянного, так и временного действия являются достаточно новыми техническими решениями. Их новизна подтверждена ря-дом (более 25) авторских свидетельств СССР, патентов Российской Федера-ции и патентов Республики Беларусь.