Роль геотехники в обеспечении развития транспортной инфраструктуры

Роль геотехники в обеспечении развития транспортной инфраструктуры

Совещание по развитию дорожного строительства, которое прошло 2 июня 2022 года под председательством президента РФ, было посвящено новой национальной цели. С 2023 года планируется ввести пятилетний план на развитие дорожной отрасли, что позволит подрядчикам получать долгосрочные заказы и гарантировать спрос на технику и материалы. По словам главы государства, транспорту, логистике и инфраструктуре отводится особая роль в экономическом развитии страны.

Новые дороги — это перспективы для бизнеса, укрепление связи между регионами, наращивание экспорта. Всё это в целом создаёт прочную основу для роста экономики и повышает темпы развития всей страны. За ближайшие годы планируется построить 1 600 километров новых трасс, ещё почти на двух тысячах километров на подходе к М-12 планируется расширить существующие дороги с выходами на границу Казахстана и дальнейшим выходом на Китай.

На совещании по развитию отдельных направлений транспортного комплекса, которое прошло 24 мая 2022 года, президент Владимир Путин сказал, что необходимо задействовать механизм параллельного проектирования и строительства при соблюдении требований по безопасности и  надёжности вводимых объектов.

А 31 мая 2022 года на Форуме дорожных инициатив вице-премьер Марат Хуснуллин подчеркнул, что в рамках планируемого ускорения темпов строительства только те, кто умеет проектировать, смогут экономить деньги, а законодательная база позволяет это сделать. Таким образом, процесс проектирования и строительства в ближайшем будущем должен претерпеть изменения.

Уже ведётся комплексная работа по наращиванию темпов, в том числе происходит корректировка нормативной базы (сокращение количества документов с сохранением необходимого и достаточного минимума). Отрадно заметить, что такие масштабные проекты подкрепляются не только финансированием и правкой нормативной базы, но  и  программами подготовки кадров («Приоритет-2030», «Передовые инженерные школы»).

Однако следует отметить, что существенная проблема, препятствующая достижению обозначенных планов, всё же ускользнула от внимания при обсуждении на совещаниях президента и правительства. Об этой проблеме ёмко и точно сказал генеральный директор ГК «Петромоделинг» Алексей Бершов на ежегодной конференции Государственной компании «Автодор», которая прошла в Сочи с 31 мая — 1 июня 2022 года.

Роль геотехники в обеспечении развития транспортной инфраструктуры

Суть её заключается в том, что изыскательская отрасль сегодня не готова обеспечить поставленные президентом и правительством задачи. Состояние весьма плачевное: существование «фирм-однодневок», которые быстро могут выдать отчёт без бурения, влечёт резкое снижение стоимости работ, что приводит к невозможности обновить основные фонды нормальных организаций (оборудование устаревает и изнашивается); низкий уровень зарплат влечёт отток квалифицированных кадров и отсутствие новых.

Всё это привело к массовым фальсификациям буровых, полевых и камеральных работ. Алексей Бершов отмечает, что бурение на скорость просто невозможно и приводит либо к профанации всех остальных инженерно-геологических работ и задач, либо к фальсификации самого бурения.

Особенно часто это происходит на территориях (а их в освоении сейчас всё больше), где проявляются опасные инженерно-геологические процессы и (или) распространены специфические грунты, которые чаще всего невозможно использовать в теле насыпи, а в основании дорог они приносят массу инженерных проблем, удорожая и затягивая строительство при их несвоевременном выявлении и  описании.

Именно результаты изысканий дают единственную возможность экономить деньги и сроки при грамотном проектировании с обеспечением безопасности при инфраструктурном строительстве и эксплуатации дорог.

Полностью соглашаясь с мнением директора ГК «Петромоделинг» и его предложениями по выводу отрасли из кризиса, следует добавить, что переход от инженерных изысканий к проектированию невозможен без участия геотехника.

Именно специалист-геотехник определяет достаточность надёжности конструкций, принятых проектных решений, позволяет получить экономически целесообразные конструкции без излишних перезапасов, выполняя расчётное обоснование, и обеспечивает возможность применения современных строительных материалов и новых технологий. Но всё это возможно лишь в том случае, когда обеспечены полнота, достоверность и качество инженерных изысканий.

При переходе от изысканий к проектированию сооружений необходимо выполнить анализ результатов изысканий и на их основе назначить проектные решения и конструкции. Геотехническое расчётное обоснование является неотъемлемой частью такого процесса. К сожалению, сегодня далеко не во всех проектных организациях есть геотехнические отделы и специалисты-геотехники.

Роль геотехники в обеспечении развития транспортной инфраструктуры

А для транспортных сооружений оценка устойчивости определяет надёжность. Линейные объекты часто пересекают районы залегания слабых грунтов, вскрывают выемками специфические грунты и при этом требуют обеспечения устойчивости как насыпей, так и самих выемок. Для выполнения таких и многих других оценок надёжности необходимы геотехнические расчёты.

Сегодня наряду с традиционными методами ручного счёта и их автоматизированными вариантами в программах всё более активно используются методы численного анализа. В чём принципиальная разница между различными инструментами поддержки проектирования, и что из них выбрать проектной организации?

Учитывая реальные темпы проектирования в сжатые сроки, говорить о расчётах вручную не приходится. Наличие компьютеров в  организациях сделало возможным автоматизацию расчётов. Выполнить их в таких программах, как Excel или Mathcad, не сложно. Однако проблема ручного счёта при этом никуда не уходит.

Использование упрощённых формул и решений не всегда обеспечивает должную надёжность и совсем не позволяет получить экономическую выгоду (простоту формул компенсирует заложенная в них избыточная надёжность, которая, как показывает практика, не всегда работает).

Другой вариант — выполнять расчёты в специализированных инженерных программах, которые с тем или иным улучшением реализуют аналитические зависимости. Для дорожных конструкций требуется минимальный набор программ по расчёту: устойчивости, осадки и  консолидации, дорожных одежд, подпорных стен, армогрунтовых (или габионных) конструкций и  шпунтовых ограждений. Проблемами такого подхода являются:

  • необходимость иметь для каждого перечисленного расчёта соответствующую программу;
  • использование в каждой программе своих данных, не связанных с другими расчётами;
  • получение приближенной оценки отдельно для рассматриваемого состояния/расчётного случая или элемента конструкции;
  • потребность выполнять несколько различных проверок для выявления одного, наиболее неблагоприятного сочетания нагрузок с критическим результатом;
  • нередко встречающаяся в практике ситуация, когда возможности инженерных программ ограничены и получить решение проблемы попросту невозможно.

Универсальным и перспективным альтернативным способом является переход на численное моделирование. Универсальность заключается в том, что такая программа (например, широко используемый в дорожной практике программный комплекс PLAXIS) имеет одну расчётную схему и один универсальный набор данных (модель грунта) для выполнения всех видов расчётов и определения параметров любых конструкций и материалов на основе расчётов взаимного влияния элементов и сооружения.

Роль геотехники в обеспечении развития транспортной инфраструктуры

Следует отметить, что в PLAXIS возможен подход, полностью аналогичный рассмотренному ранее варианту. Это может потребоваться на  начальном этапе, когда геотехник не обладает достаточным опытом и знаниями для выполнения более сложных видов анализа. Перспективность численного расчёта заключается в том, что программа на основе метода конечных элементов (МКЭ) имеет очень широкие возможности.

По мере роста компетенций расчётчика и накопления опыта можно задействовать те или иные механизмы программы, что позволяет выполнять всё более сложные расчёты. Без таких возможностей проектирование линейных объектов в инженерно-геологических и природно-климатических условиях нашей страны чревато аварийными ситуациями.
Численное моделирование имеет ряд следующих преимуществ:

  • во-первых, возможность получить экономически целесообразное и надёжное решение без избыточных перезапасов, заложенных в упрощённые формулы;
  • во-вторых, численный анализ позволяет лучше оценить сложные расчётные схемы с большим количеством различных конструкций или этапностью возведения;
  • в-третьих, большое разнообразие конструкций и особенно строительных материалов требует их учёта в сооружении; далеко не всегда новые материалы и технологии подкреплены современными аналитическими расчётами, а имеющиеся старые попросту не могут учесть особенности таких элементов расчётной схемы.

Это основные преимущества использования численного расчёта по сравнению с аналитическим. Конечно, есть и недостатки, если их можно так назвать, скорее, особенности. К ним можно отнести потребность в высоком уровне компетенций пользователя и необходимость получения большего объёма исходных данных по грунтам.

Однако отсутствие полноценных и  достаточных исследований грунтов и  опытного расчётчика (характерная черта сегодняшних проектных организаций) обесценивает работу проектировщика, которая в  таком случае сводится к отрисовке чертежей и составлению смет. Проектирование как вид инженерного искусства — сложная наука, призванная найти решение сложнейших технических задач. Не зря в английском языке слова «инженер» и «гений» имеют одинаковый корень.

Характерным примером полноценного использования возможностей программы PLAXIS при строительстве автодороги М11 Москва — Санкт-Петербург является строительство подходной насыпи к путепроводу в районе Славянки (Пушкинский район в Санкт-Петербурге). Слабое основание мощностью около 35 м в рамках традиционного подхода потребовало свайного основания.

Для линейного объекта с широкой подошвой устройство свай диаметром 0,8 –1 м такой длины даже без расчётов стоимости свидетельствует о дороговизне решения. Сложным объектом стала армогрунтовая насыпь с вертикальным откосом.

При наличии полноценно проведённых изысканий и выполненном численном моделировании объекта было осуществлено проектирование сооружения без использования свай.

Роль геотехники в обеспечении развития транспортной инфраструктуры

Строительство велось в  два этапа: первый — возведение усиленной армированием насыпи на ленточных геодренах (система вертикального дренирования), что позволило обеспечить ускорение консолидации и  упрочнение грунта; и последующее устройство облицовочной системы на месте временного пригруза из мешков с песком. Проведённый мониторинг показал надёжность принятого решения и подтвердил возможность реализации двухстадийной схемы строительства для армогрунтовых насыпей.

Этот и другие подобные объекты позволили сформулировать методику выполнения численного анализа в отраслевом документе ОДМ 218.120.3–2020 «Методические рекомендации по расчёту насыпей автомобильных дорог на слабых грунтах основания с применением геосинтетических материалов».

В этом документе отражена не только специфика выполнения расчётов насыпей на слабых грунтах с помощью численного моделирования, но и показана возможность снижения избыточной прочности армирующих геосинтетических материалов, часто используемых для усиления насыпей.

Заключение

Реализация поставленных правительством и президентом задач по ускорению темпов строительства без снижения надёжности является приоритетом на ближайшие 5 лет. Однако проектирование не может вестись без расчётной проверки и  обоснования принятых решений, для этого в организации должен быть геотехник, специалист, обеспечивающий взаимодействие инженерных изысканий и проектирования.

Инструментом геотехника является современное программное обеспечение, предоставляющее возможности по оценке любых геотехнических конструкций в условиях любой сложности. Программный комплекс PLAXIS является универсальным инструментом, позволяющим выполнять как простые основные расчёты для начинающих специалистов, так и сложнейший численный анализ при проектировании в сложных инженерно-геологических условиях.

При наличии квалифицированного специалиста-геотехника и получении полноценных и достаточных исходных данных для расчёта на основании инженерных изысканий выполнение планов по развитию сети транспортных сооружений вполне осуществимо.

Тем временем
Дорожная отрасль может потерять те объёмы финансирования, на которые рассчитывала по проекту «Безопасные и качественные автодороги». По данным наших коллег из издания «Ведомости», в правительстве собираются урезать расходы бюджета на некоторые направления, в том числе и дорожно-строительное.

В частности, госпрограмму развития транспортной инфраструктуры, куда входили мегапроекты строительства дорог, высокоскоростных магистралей и развития сети аэропортов в регионах, хотят сократить на 390 млрд рублей в ближайшие три года. Объясняют этот манёвр сокращением нефтегазовых налогов. В мае они упали на треть по сравнению с началом года.

Текст: Евгений Федоренко

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

plaxis | бкад | дорожники | проектирование
Поделиться:
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Понравился материал?
Подпишитесь на Дайджест от “Грейдера” и получайте подборку лучших статей каждый месяц на свою почту!
subscription

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: