• Сегодня: Воскресенье, Июнь 25, 2017

Российский опыт внедрения экологических технологий в дорожном строительстве

Экотехнологии в дорожном строительстве

Автор:
Жанна Вейкина


Применение  дружественных к экологии и энергоэффективных технологий является одним из условий для построения современной развитой экономики. Это актуально и для транспортной отрасли России: в последнее время при проектировании и строительстве любого масштабного транспортного объекта специалисты вынуждены все больше учитывать экологическую составляющую.

Проблема и пути решения

Строительство и эксплуатация автомобильных дорог являются одними из наиболее значимых источников потенциальных экологических рисков, негативно сказывающихся на условиях обитания человека. Автодорога как инженерное сооружение существенно изменяет природные ландшафты, режим стока поверхностных и грунтовых вод, места обитания флоры и фауны, приводит к изменению микроклимата отдельных территорий, появлению оползней, эрозии земель, изменению береговых линий водных объектов, а также является источником шума, вибрации, электромагнитного и ионизирующего воздействия на компоненты окружающей среды, население и животный мир. Транспортный комплекс является крупнейшим источником загрязнения токсичными веществами воды, почвы и воздуха.

В отдельных регионах РФ причиной значительной нагрузки на окружающую среду является общая неразвитость дорожной сети. Поэтому для снижения негативного воздействия транспортно-дорожного комплекса на экосистемы государственные программы «Транспортная стратегия РФ на период до 2030 г.» и ФЦП «Развитие транспортной системы России (2010–2015 гг.)» предусматривают развитие дорожной сети и увеличение ее пропускной способности, в том числе строительство обходов крупных населенных пунктов и реконструкцию перегруженных движением участков.

Среди мероприятий экологического плана – разработка и внедрение новых материалов, технологий, которые позволят снизить пылеобразование и остановить водную эрозию, применение конструктивно-технологических решений, предотвращающих нарушение природных ландшафтов, строительство сооружений по очистке сточных вод, переработке и обезвреживанию отходов производства, устройство шумозащитных экранов, внедрение новых способов содержания автодорог.

Реализация перечисленных мер должна сопровождаться повышением экологических требований к проектированию, строительству и ремонту автодорог и совершенствованием нормативно-правовой базы по охране окружающей среды и экологической безопасности.

Еще один важный аспект внедрения экологических прогрессивных решений в дорожной отрасли РФ – модернизация нормативной базы: технических регламентов, стандартов, касающихся повышения качества дорожно-строительных материалов, внедрения современных методов проектирования, инновационных технологий ремонта и содержания автодорог. В соответствии с «Транспортной стратегией РФ на период до 2030 г.», в ближайшие годы будут созданы нормативы, способствующие реализации комплекса мер, направленных на увеличение безремонтного срока эксплуатации автодорог и расширение применения полимерно-битумных вяжущих, геосинтетических и композиционных экологичных материалов в дорожном строительстве.

Технологии на службе экологии

В настоящее время в российской дорожной отрасли внедряются десятки инновационных экологически безопасных технологий. В различных регионах страны (федеральные трассы «Дон», «Волга», «Урал», «Уссури», «Лена», «Амур», «Колыма», «Вилюй» и дороги 3–4 категории в Центральном и Дальневосточном регионах) нашли применение следующие разработки:

  • устройство основания под дорожную одежду из щебеночно-песчаной смеси. Значительно улучшает процесс укладки и уплотнения основания. При этом используются строительные материалы (мытый щебень различных фракций, отсев, продукты вторичной переработки – зола, резиновая крошка, продукты вторичной переработки стройматериалов) местного производства;
  • цементобетон как альтернатива асфальтобетону (в качестве вяжущего компонента используется цемент с полимерными добавками). Несущая способность цементобетона в 10–15 раз выше, почти не зависит от перепадов температур, срок службы до 30–40 лет. Разработаны два варианта строительства: монолитная технология, при которой бетон, вложенный в заготовку, твердеет в естественных условиях (в рельсоформах, в скользящих формах, методом укатки виброкатками и другие) и технология создания дорожного полотна из преднапряженных железнобетонных плит, изготовленных в заводских условиях и монтируемых на месте эксплуатации (система пост-натяжения стальными канатами). Позволяет осуществлять строительство дорог на слабых и мерзлых грунтах, включающих монтаж дорожного покрытия на плавучих опорах и заделку швов герметичным материалом. Использование цементобетона уменьшает воздействие на экосистемы (ландшафты, водотоки), ускоряет проведение работ до 10 раз, повышает эксплуатационные характеристики и долговечность дорожного покрытия;
  • устройство верхнего слоя покрытия из щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА) для улучшения сцепления колес с покрытием, большего сопротивления постоянной деформации, водонепроницаемости, стойкости к образованию трещин и колейности, уменьшения пылеобразования, снижения затрат на содержание;
  • холодный ресайклинг или холодное фрезерование асфальта. Метод повторной переработки верхних слоев дорожных одежд: измельченный материал смешивается с вяжущим (битумом или цементом) и после уплотнения применяется как основание для нового асфальта. Позволяет увеличить несущую способность трассы, восстановить ее геометрические параметры, сократить затраты и уменьшить воздействие на придорожную экосистему за счет щадящего воздействия и уменьшения сроков ремонта;
  • битумная эмульсия (ЭБК-2) – применяется для подгрунтовки перед укладкой асфальтобетонной смеси, что обеспечивает качественное сцепление с нижними слоями покрытия, сокращает расход битума;
  • пенополистирольные или базальтовые утеплители (маты) – применяются для изоляции основания дорожных одежд от промерзающих или насыщенных влагой слабых грунтов. Позволяют не производить работы по замене грунта, препятствуют вспучиванию и деформации дорожного полотна, увеличивают срок его безремонтной эксплуатации, уменьшают негативное воздействие автодороги на окружающую среду;
  • полимерно-битумное вяжущее – применяется для формирования дорожных одежд и представляет собой битумы с различными полимерными добавками. Повышает устойчивость покрытия к образованию коллейности в летний период, увеличивает трещиностойкость зимой, межремонтные сроки службы возрастают на 8–10%. Улучшаются потребительские характеристики (снижается шум и пылеобразование);
  • термопластичное серное вяжущее – применяется для формирования дорожных одежд и представляет собой композиционный материал, предназначенный для модификации асфальтобетонных смесей и замены цемента в цементобетонных смесях. Изготовленное из технической серы, являющейся побочным продуктом при переработке и очистке нефти, природных и топочных газов, обладает высокими прочностными показателями. Серобетоны и сероасфальтобетоны за несколько часов достигают проектной прочности, практически водонепроницаемы в отвержденном состоянии, устойчивы при перепадах температур (от +130–150° С до –40° С) и экологически безопасны;
  • габионные конструкции имеют широкий спектр применения для сохранения ландшафтов: укрепление основания насыпи на слабых и обводненных грунтах, армирование высоких насыпей для их устойчивости, армирование асфальтобетонного покрытия для борьбы с образованием трещин и колейности, укрепление откосов для предотвращения размывов и оползней, при устройстве дренажей;
  • геосинтетические материалы – применяются при устройстве путепроводов тоннельного типа и труб из гофрированного металла, при устройстве оснований при возведении насыпей, при устройстве оснований под дорожную одежду в выемках, где присутствуют слабые, пучинистые, обводненные грунты. При этом сокращаются сроки строительства, обеспечивается наилучшая устойчивость насыпей и дорожной одежды при слабых грунтах, уменьшается стоимость строительства и воздействие на придорожные экосистемы;
  • композиционные материалы – применяются при строительстве искусственных объектов транспортной инфраструктуры. Обладают устойчивостью к воздействию высоких и низких температур, коррозионной стойкостью, имеют низкий удельный вес. Применение композиционных материалов сокращает сроки строительства автодорог и их воздействие на окружающую среду;
  • шумозащитные экраны – это наиболее эффективная и современная защита жилой застройки и природных экосистем от источника шума с автодорог. Установка шумозащитных экранов обеспечивает снижение уровня шума в 2,5 раза, способствует снижению загрязнения прилегающих территорий;
  • виброзащитные экраны – предназначены для снижения уровня вибрации, возникающей при интенсивном движении автотранспорта. Устройство виброзащитных экранов позволяет снизить уровень вибрации в 7 раз. Представляют собой траншею шириной 0,5 м и глубиной 1,5 м, заполненную щебнем.

Использование опыта олимпийского строительства

Одним из условий проведения Олимпиады-2014 являлось соответствие объектов инфраструктуры международным «зеленым стандартам». Поэтому проектированию каждого объекта предшествовал тщательный анализ вариантов их размещения, учитывающих социально-экологические аспекты будущего строительства. Особое внимание при выборе варианта проектного решения уделялось прогнозу совместимости транспортного сооружения с окружающей средой.

Транспортная схема «Сочи-2014» – это 140 км специальных олимпийских трасс и дорог, и практически каждый объект является примером применения инновационных технологий и рационального подхода к природопользованию.

Так, при строительстве транспортной инфраструктуры на территории биосферного природного парка в Горном кластере были учтены и внедрены природоохранные проекты: сохранение путей миграции животных и переселение их с мест строительства, сохранение и новые посадки уникальных краснокнижных растений, сохранение и очистка водных потоков, включая реку Мзымта. Для уменьшения площади занимаемых под дороги земель и минимизации ущерба экологии были построены: тоннельный комплекс, состоящий из 8 километров тоннелей и двух сервисно-эвакуационных штолен общей длиной 5,7 километра и железобетонные подпорные стены общей протяженностью свыше 1,6 км.

Важной задачей, которую решили авторы проекта, явилось также обеспечение защиты трассы от опасных природных явлений. Дорога имеет селепропускное сооружение и рассчитана на эксплуатацию в условиях сейсмически опасных районов (землетрясения до 9 баллов).

Совмещенная дорога «Красная Поляна – Адлер» – передовая для России транспортная инфраструктура, позволившая реализовать беспрецедентную по сложности задачу – создание комфортной и энергоэффективной сети автомобильных и железнодорожных дорог между основными жизненно важными точками всего региона с обустройством ряда промежуточных станций и грамотным планированием всех подъездных путей. На пятидесятикилометровом участке были построены 12 тоннелей (общей протяженностью 27 километров) и 46 мостов, что позволило максимально сохранить природные ландшафты. Для удаления вредных веществ были применены 2–3-уровневые очистные сооружения, которые адсорбируют все вредные вещества, тяжелые металлы, смолы, остатки нефтепродуктов. В ходе строительства и по его завершении были проведены работы по восстановлению нарушенных экосистем, переселению животных и высадке растений.

Дублер Курортного проспекта – еще один пример природоохранного строительства. 85% его протяженности проходит по эстакадам и тоннелям, возводившимся с помощью передовых дорожно-строительных технологий. Тоннели в слабых грунтах были пройдены с применением новейшего итальянского метода ADECO – эта технология позволяет вести проходку тоннеля в полное сечение; при сооружении эстакад использовались сквозные опоры, выполненные с учетом высокой сейсмической активности региона, оригинальная конструкция консолей плиты проезжей части, криволинейное пролетное строение сложной конфигурации на одном из участков, смонтированное на большой высоте способом надвижки. Объекты оборудованы комплексами локальных очистных сооружений и системами автоматизированного управления дорожным движением. Вся проектная документация на объект получила положительное заключение как Главгосэкспертизы, так и Государственной экологической экспертизы.

В целом же сочинские объекты – первый в РФ опыт радикальной модернизации транспортной инфраструктуры с учетом особенностей экосистемы.

Автомагистраль «Москва – Санкт-Петербург»

Новая скоростная автотрасса проходит параллельно от существующей дороги федерального значения М-10 «Россия», пересекая ее в пяти участках с устройством транспортных развязок в разных уровнях. Общая протяженность автомагистрали составляет 627 км. Уникальность этого проекта заключается в изначальном учете мероприятий экологического и компенсационного характера: до начала строительства Комитет по общественному экологическому контролю при участии специалистов в области природоохранной деятельности, экологического права, эколого-экономических проблем провел экспертную оценку проектов трех участков будущей трассы: 58–97-й км (Солнечногорский и Клинский районы Московской области), 258–334-й км (Торжокский, Спировский, Вышневолоцкий районы Тверской области), 646–684-й км (Тосненский район Ленинградской области и Санкт-Петербург), и высказал ряд рекомендаций. Проект головного участка трассы (15–58-й км) прошел восемь экспертиз, в том числе две международные. Проектировщики учли все замечания независимых экспертов.

В результате был разработан комплекс природоохранных мероприятий, включающих:

  • с целью сохранения ландшафтов: армирование объемными георешетками откосов высоких насыпей и глубоких выемок с целью создания устойчивых откосных конструкций; армирование грунта и его цементация с применением новейших технологий (изменение свойств грунтов основания за счет частичного замещения слабого грунта более прочным грунтом с характеристиками прочности, соответствующими композитному материалу);
  • устройство свайного поля с гибким ростверком (применение гибкого ростверка, выполненного из геосетки высокой прочности); применение геокомпозитных материалов для регулирования водно-теплового режима земляного полотна; использование дренажных полимерных перфорированных труб с фильтром и дренажа глубокого заложения с геодренами; применение при проектировании малых искусственных сооружений и водоотводных систем матрацев «Рено»;
  • для защиты водных систем: укрепление габионными конструкциями русел рек для защиты от ветровой и водной эрозии; очистку ливневых и талых вод с использованием современных технологий;
  • с целью восстановления экосистем: рекультивацию территорий; реализацию компенсационных мер для фауны (строительство подземных переходов для животных, подходы к которым будут защищены специальными экранами для того, чтобы воздействие шума и света фар машин на животных было сведено к минимуму);
  • лесовосстановительные мероприятия (для Химкинского леса было принято решение о высадке новых деревьев из расчета 500 га новых посадок на 100 га вырубаемого леса);
  • общего назначения: установку временных фильтров на период проведения работ и шумозащитных экранов последнего поколения вблизи населенных пунктов; применение современных противогололедных материалов при обслуживании дороги в зимний период и проведение контрольных замеров концентрации хлористых соединений в почве, снеге и растительности; внедрение программы экологического мониторинга с применением современных методов автоматизированного и лабораторного контроля.

Трасса «Вилюй»

Строительство новых автотрасс в богатых природными ресурсами северо-восточных регионах России – один из приоритетов «Транспортной стратегии РФ на период до 2030 г.». По территории ДФО проходят четыре основные федеральные автомобильные дороги: М–60 «Уссури», М–56 «Лена», Р–297 «Амур» и Р–504 «Колыма». Несколько лет назад обрела статус федеральной трасса А–331 «Вилюй» (более 3000 км, от г. Тулун Иркутской области через Братск, Усть-Кут, Мирный до Якутска), в ходе строительства которой используются решения, выработанные при прокладке и реконструкции перечисленных выше автодорог. Сегодня большую часть «Вилюя» составляет автозимник, искусственные сооружения практически отсутствуют. Работы ведутся с разных концов трассы. Основной встающей перед дорожниками проблемой в ДФО являются обилие водных преград с низкими топкими берегами, слабые глинистые грунты, вечная мерзлота и значительная хрупкость природной экосистемы.

В настоящее время в рамках программы НИОКР Федеральное дорожное агентство разрабатывает нормативные документы по строительству автодорог в сложных природно-климатических условиях. Это позволит подрядчикам применять современные инновационные технологии и материалы, которые дадут возможность исключить просадки земляного полотна. Для соблюдения водно-теплового режима активно используются теплоизоляционные материалы (пенопропилен), для укрепления грунтов и откосов – геосинтетические, чтобы уменьшить толщину асфальтобетонного покрытия, повысить его прочность и сдвигоустойчивость применяются геосетки «Армдор К–100». Новинки активно внедряются и при ремонте мостов. Для обеспечения сохранности эксплуатируемых дорожных сооружений используются современные конструкции деформационных швов, гидрофобизирующие и гидроизоляционные материалы, укрепление конусов габионными конструкциями.

Реконструкция отдельных фрагментов дороги ведется максимально щадящими методами. Так, в Усть-Кутском районе в 2014 г. методом ресайклинга было отремонтировано 6,2 км полотна и заменены 16 водопропускных труб.

В будущем сезоне планируется расширить линейку протестированных в условиях якутских полигонов природосберегающих инновационных технологий. Так, для укрепления придорожных откосов с помощью растительности предлагается применять биоматы, а при организации водоотведения на мерзлых грунтах – сезоннодействующее охлаждающее устройство (СОУ), представляющее собой герметичную неразъемную сварную конструкцию с глубиной подземной части до 13 м, заправленную хладагентом, углекислотой или аммиаком. Для увеличения безремонтного периода эксплуатации будущей трассы планируется использовать полимерно-битумные вяжущие смеси (ПБВ), способные понизить температуру хрупкости асфальтобетона до –30° С, а на некоторых участках, где скальные и полускальные грунты на водоразделах сменяются льдистыми осадочными породами в долинах водотоков и на склоновых террасах, применять блоки преднапряженных цементобетонных плит, поднятых на эстакады, как это было сделано на автодорогах «Колыма», «Лена». Последняя технология позволит вдвое сократить сроки и затраты на строительство, а также сохранить в неприкосновенности ландшафты.

Приморье: заказники и заповедники

Приморье – геологически сложный регион с большим числом природных рисков. Кроме того, на его территории расположено шесть заповедников, 13 заказников и три национальных парка. И оба эти обстоятельства необходимо учитывать при проведении дорожно-строительных работ.

Так, в ходе работ на участке 193 км – 204 км трассы «Хабаровск – Лидога – Ванино», связывающей Хабаровск с Комсомольском-на-Амуре и Ванинским морским портом и Советской гаванью, дорожникам в целях сохранения экосистемы на территории заказника, через который пролегает дорога, пришлось возвести дополнительные водоочистные сооружения. Для сохранения уникальных природных ландшафтов и избегания подтопления дорожного полотна – отрезок трассы проходит по изрезанной многочисленными ручьями долине реки Мопау – были построены три моста, проезжая часть которых сделана с использованием сталефибробетона, мост арочного типа из металлических гофрированных конструкций и проложены несколько водопропускных цельновитых гофрированных труб диаметром от 1,5 до 5 м. Для обеспечения устойчивости насыпи и откосов были применены габионные конструкции, а укрепление растительностью откосов насыпей осуществляется с использованием технологии гидропосева, обеспечивающей одновременный засев трав, полив и удобрение. Еще один из способов сохранения придорожной экосистемы – максимально продолжительный период безремонтной эксплуатации дороги. Для решения этой задачи строители используют устойчивые к истиранию и колейности асфальтобетонные смеси с полимерными присадками и щебеночно-мастичный асфальтобетон.

Еще более сложные проблемы стоят перед дорожниками, осуществляющими реконструкцию трассы «Хасан – Раздольное» (216 км), которая в перспективе должна связать Приморье с Китаем и Южной Кореей. На 76-м километре автодорога проходит по территории национального парка «Земля леопарда», в котором обитает 30 этих редчайших диких кошек. Для того чтобы сохранить и преумножить популяцию, дать животным возможность свободно и безопасно перемещаться, по инициативе дальневосточных экологов было решено проложить дорогу под Нарвинским перевалом, в тоннеле. Это будет первое сооружение подобного рода в России.

Длина тоннеля 575 метров. Строительство сооружения началось в феврале 2012 г., а в декабре 2014-го планировалось ввести его в эксплуатацию. Однако пока готовы около 300 метров тоннеля: с одной стороны 215, с другой – 70 метров. Причина в том, что при проектировании были допущены ошибки в оценке плотности грунта. Предполагается, что работы на уникальном объекте будут завершены в начале следующего года. Тогда появится возможность оценить эффективность предложенного решения и распространить этот опыт на другие регионы РФ.

Вместо заключения

Использование технологий «зеленого» строительства автодорог в нашей стране увеличивается с каждым годом, однако до сих пор единственным комплексным решением является Сочинский транспортно-инфраструктурный кластер.

Остается надеяться на то, что экологический аспект дорожного строительства будет привлекать все большее внимание государственных органов и общественных организаций, а «Транспортная стратегия РФ на период до 2030 г.» продолжит стимулировать развитие экологического строительства.

Жанна Вейкина

Автор журнала "Инженерная защита"