Екологічні проблеми вулиць і доріг Донбасу

Підземні гірничі роботи в Центральному районі Донбасу чинять шкідливий вплив на великі ділянки територій. Чим крутіше падіння пластів, тим менше значення граничного кута з боку падіння і зона впливу окремої виробки – еліпсоподібна мульда зрушення стає витягнутою у напрямі навхрест простягання на декілька кілометрів.
      Оскільки процес підробки в таких умовах практично ніколи не припиняється – в 80-е роки на шахтах одночасно працювало більше 20 крутопадаючих лав, – то мульди зрушення зливаються і в результаті відбувається складне комплексне перетворення території. При розташуванні на такій території міста шкідливому впливу процесу зрушення підлягатимуть всі об'єкти міської забудови – житлові і цивільні будівлі, промислові споруди, всі мережі підземних комунікацій і елементи транспортної інфраструктури. Саме таку ситуацію ми маємо в містах Центрального Донбасу, найтиповіше вона є в Горлівці.
       У місті підроблено 61 % забудованої території, вулично-дорожня мережа якої складає 570 км. Процес зрушення земної поверхні має специфічний характер – окрім звичайних деформацій земної поверхні – осідань, нахилів, горизонтальних зрушень і деформацій, відбувається утворення уступів заввишки до 60 см. Це терасоподібні ділянки локальної кривизни, витягнуті по простяганню пластів гірських порід. У таких умовах дорожній одяг вулиць і доріг випробовує цілий комплекс негативних дій, що приводять до його руйнування. Це переміщення основи у різних напрямах, порушення геомеханічної цілості шарів грунту, зміна поздовжніх і поперечних ухилів в хаотичних напрямах з порушенням умов роботи дорожнього водовідводу, зміни якісних характеристик, що призводять до зниження міцності покриття і земляного полотна. Вирішальне значення має зміна умов дорожнього водоводу, що викликає перезволоження земляного полотна і основи дорожнього одягу і зниженню їх міцнісних характеристик.
       У містах Центрального Донбасу річна сума атмосферних опадів складає 524 мм. На 1 км2 це дає 524000 м3 в рік. Одержану кількість опадів треба розділити на три частини, точне співвідношення між якими встановити поки нікому не вдавалося. Це випаровування, поверхневий стік і інфільтрація в грунт.
       Для зіставлення з техногенними перезволоженнями основ дорожнього одягу в містах Донбасу зробимо такий орієнтовний розрахунок. Допустимо, що половина річних опадів випаровується і на 1 км2 залишається 262000 м3 води на рік. Припустимо, що територія міста добре спланована і половина цієї води піде в орографічну мережу прилеглих до міста територій (у водотоки і водоймища). Ті, що залишилися на 1 км2 131000 м3 потраплять в грунт і на різних ділянках території, залежно від геологічної будови, типу грунтів, характеру покриву поверхні або підуть в глибше розташовані шари, або утворять верховодку, перезволожуючи основу дорожнього одягу. Прийнята методика розрахунку дорожнього одягу враховує всі ці чинники [1]. Залежно від дорожньо-кліматичної зони, а для Донбасу це зона ІV, назначаються всі грунтові характеристики і виконується розрахунок товщини і несучих характеристик дорожньої конструкції в цілому, забезпечуючи міцність і експлуатаційну придатність дорожнього одягу на розрахунковий термін в 15 або 10 років, залежно від категорії дороги, а отже, інтенсивності руху і вантажопідйомності автомобілів.
       У містах Донбасу, що підробляються, особливо його Центрального району, підробленими виявляються разом з дорогами і водопровідні мережі, які і без підробки вже зношені. Наприклад, в Горлівці, за офіційними даними, довжина водопровідних мереж на балансі ГУВКХ ГПП «Укрпромводчермет» складає 1243,9 км, ступінь зносу їх – 80,8 %. До цього можна додати, ще 465,7 км каналізації дві третини мереж якої зношені на 100 %. Вода із зношених мереж потрапляє в грунт, заповнюючи підвали У цьому легко переконатися, виконавши наступний наближений розрахунок. За добу в м. Горлівка нормативна подача води складає 154000 м3, що дає 56 млн. 210 тис. м3 в рік. Норматив водоспоживання (самий високий у Донбасі) встановлений 11,4 м3 на мешканця в місяць. Дані по споживачах, що встановили водоміри дають величини витрат від 4 до 10 м3 в місяць. Приймемо цю цифру в 7,5 м3 на місяць, що навіть перебільшене. Тоді для Горлівки з населенням в 300 тис. чол. місячна витрата води складає 2250000 м3, а за рік це 27 млн. м3, Це тільки 48 % поданої в місто очищеної питної води, інші 52 % складають витоки. Тільки невелика частина її піде з міста за рахунок поверхневого стоку, тому майже вся вона потрапляє в грунт. По даному розрахунку це 29 млн. 210 тис. м3 в рік. Площа водозбору в місті трохи перевищує 200 км2. Отже, кожен квадратний кілометр одержує в рік 146050 м3 води. За даними «Укрпромводчормету» втрати є навіть більше 60 % очищеної питної води, що подається на місто.
       Наш приблизний підрахунок показав, що до 131 тис. м3/км2 на рік природної води додається 146 тис. м3/км2 антропогенних водовтрат. На таке перезволоження дорожній одяг вулиць наших південних міст не розраховується і ніякі вулиці і дороги не витримають досить збільшеного останніми роками автомобільного руху, що ми і маємо.
       Зниження рівня грунтових вод на території благоустроєного міста виконується, як правило, при розвиненій непідтоплюваній мережі закритих водостоків, до яких приєднуються випуски з дрен. Поверхневі грунтові води затримуються там, де під дренуючими верхніми шарами знаходиться водотривкий шар – глина, важкі пилуваті суглинки.
       Розглянемо варіанти конструкції горизонтального дренажу і заходи, які можуть бути запропоновані для підроблюваних територій. У проекті зниження рівня грунтових вод під вулицею вирішуються такі задачі: 1) вибір системи, траси і глибини закладення дренажу; 2) гідрогеологічний розрахунок дренажу; 3) гідравлічний розрахунок дренажу; 4) вибір конструкції дрен; 5) підбір складу дренажного обсипання.
       Для прийняття рішення по першому пункту необхідні детальні гідрогеологічні дані про потужність, напрям та характер руху ґрунтових вод. При цьому можливе влаштування дренажу тільки зі сторони притоку води. Траса дренажу повинна пройти ближче до проїзної частини вулиці (біля 2 м від бордюру, під газоном або тротуаром).
       Гідрогеологічний розрахунок дренажу включає в себе визначення витрати грунтових вод і побудову депресійних кривих на ділянці водозниження. Краще влаштовувати досконалий дренаж, коли дрени лежать на водотривкому шарі. Дебіт такого дренажу обчислюють за формулою(1):

 , (1)

 

де Q0 — дебіт дренажу, м3/доб; k — коефіцієнт фільтрації м/добу; Н — потужність водоносного шару, м; R — радіус кривої депресії, м;
Рівняння кривої депресії має вигляд (2):

, (2)

де Hx — висота зниження рівня грунтових вод над рівнем води в дрені на відстані x м від дренажу, м; H — потужність водоносного шару, м; h0 — висота води в дрені, м; x — відстань розрахункової точки від дрени, м.
       Витрату води в дренах розраховують за формулою:

 

(3)

, де l — довжина дренажу, м.
       Гідравлічний розрахунок дренажу включає визначення діаметрів труб і рівня заповнення їх водою, а також швидкості течії води. За умовами експлуатації діаметри труб призначають 0,15 м і більше. Для дрен придатні азбестоцементні труби з боковими отворами у вигляді пропилів шириною 3 – 5 мм і довжиною до половини діаметру труби. Труби вкладають так, щоб отвори були з обох бокових сторін труби. Отвори розміщуються у шаховому порядку через 0,5 м. Дренажі повинні закладатися в висушені траншеї. Осушення траншей у дренажах недосконалого типу виконують за допомогою голкофільтрів. Одношарові обсипання виконують в формі трапеції. Двохшарові обсипання влаштовують прямокутної форми з застосуванням щитків, без яких неможливо забезпечити необхідну товщину шару. Після засипання щитки видаляють. Товщина шарів засипання – по 0,15 м. Після укладання труб і влаштування обсипання траншея засипається піском висотою 0,6 H, рахуючи від лотка труби.
       Пісок при цьому повинен мати коефіцієнт фільтрації не менше 5 м/доб. Верхню частину траншеї можна засипати грунтом, вийнятим з неї. Обсипання повинне відповідати таким вимогам: водопроникність більша від водопроникності дренуючих грунтів ділянки; при двошаровому обсипанні водопроникність внутрішнього шару повинна бути більше зовнішнього; частинки одного шару не повинні просякати через пори іншого, з більш великими частинками шару, а ті дрібні частинки, що виносяться фільтраційним потоком, повинні видалятися з нього тим же потоком. Кращі матеріали для обсипання — річковий пісок і гравій (рис.).
 

Рис.1. Конструкція дренажного обсипання
1-щебінь; 2- робочий дренаж із щебеню; 3- пісок;; 4- гравій;
5-місцевий грунт; 6 – пісок; 7- річковий пісок

       На підроблених територіях при влаштуванні горизонтального дренажу необхідний захист його від дії поперечних зміщень. Характер зміщень буде різний, залежно від взаємного розташування вулиці і простягання пластів гірських порід. На міських територіях з горизонтальним і пологим заляганням пластів, де не виникають уступи, при розміщенні вулиці навхрест простяганню пластів деформації дренажу будуть незначними, але при розташуванні дренажу по простяганню з'єднання труб можуть бути порушені зсувами грунту. Найнебезпечнішими будуть деформації дренажів на ділянках утворення уступів. Незалежно від напряму дренажу відносно напряму простягання пластів труби можуть роз’єднатися на уступах висотою навіть 0,05 – 0,10 м. Для попередження цього рекомендується сполучувати труби між собою гофрованими гумотканинними трубками довжиною 0,20 – 0,25 м, що виробляються промисловістю. Обов'язково такі компенсатори влаштовуються на місцях утворення існуючих або прогнозованих уступів. Доцільне і застосування гнучких поліетиленових труб, які можуть вільно пропускати воду на уступах висотою до 0,10 – 0,15 м.
       Вертикальний дренаж — це система свердловин, об'єднаних збірним колектором, через який вода відкачується насосним агрегатом або окремим насосом на кожній свердловині. В умовах гірської товщі крутосхилих порід, дренованих водовідливом (м. Горлівка, Єнакієве, Вуглегірськ, Дзержинськ та ін.), пропонується влаштування вертикального дренажу без енерговитратного відкачування води. Для цього необхідно пробурити товщу водотривких четвертичних порід до корінних порід кам'яновугільного періоду і заповнити свердловину дренуючим матеріалом — знизу уламкуватим (щебінь), вище піском або гравієм. З'єднана з водоносним пластом свердловина буде відводити воду у товщу тріщинуватих піщаників. Таке рішення потребує досить обгрунтованого гідрогеологічного розрахунку. Товщина покривних четвертичних порід становить 3 – 5 м. Для ділянок з високим рівнем грунтових вод, де влаштування дренажу недоцільне з економічних причин, рекомендується поздовжній підлотковий дренаж дорожнього одягу. Діаметр свердловини повинен бути не менше 0,30 м. Розрахунок товщини дренуючого шару за методом осушення виконується згідно з [2].
       Міські вулиці і дороги як транспортні споруди є джерелами значного інтенсивного забруднення навколишнього середовища. Погіршення їх експлуатаційного стану з будь-якої причини тільки підсилює цю негативну дію. Тому необхідні дослідження і контроль чинників, здатних викликати погіршення якостей об'єктів дорожнього будівництва. Результати досліджень будуть використані при оптимізації проектних рішень і в діяльності дорожньо-експлуатаційних організацій [3].

Висновки
       Виходів з положення, що створилося, із станом вулиць і доріг Донбасу можливо два і вони взаємозв'язані:
1. Реконструкція мереж водопостачання міст із заміною зношених трубопроводів. Для діаметрів до 250 мм переважно і економічно вигідніше застосовувати поліетиленові труби, наприклад фірми «ЕЛЬПЛАСТ».
2. Реконструкція дорожнього одягу міських вулиць і доріг з розрахунками міцності їх не для 44, а для 22 дорожньо-кліматичної зони, що буде набагато дорожчим.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа.(ВСН 46—83) – М.: Транспорт, 1985.– 157 с.
2. Водно-тепловой режим земляного полотна и дорожных одежд / Под ред. Золотаря И. А., Пузакова Н. А., Сиденко В. М.– М.: Транспорт, 1971. – 416 с.
3. Пеньков В. О., Сірик О. Г., Москвіна Т.І. Стабілізація водно-теплового режиму вулиць і доріг підроблених міст. Містобудування та територіальне планування: Наук. — техн. збірник / К.: КНУБА, 2000, Вип. 6.– С. 138 — 144.

М. В. Васечкін, О. Г. Сірик, О. В. Мозгова
Екологічні проблеми вулиць і доріг Донбасу

Збірник матеріалів МНПК “Перший Всеукраїнський з’їзд екологів”
Скачати в форматі pdf:
http://eco.com.ua/sites/eco.com.ua/files/lib1/konf/1vze/zb_m/00095_zb_m_1VZE.pdf
Скачати в форматі doc:
http://eco.com.ua/sites/eco.com.ua/files/lib1/konf/1vze/zb_m/0009_zb_m_1VZE.doc

Оцінка: 
0
No votes yet