Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2015, № 7 (спецвып.32)

ГОРНЫЙ
ИНФОРМАЦИОННОАНАЛИТИЧЕСКИЙ
БЮЛЛЕТЕНЬ № 7
СПЕЦИАЛЬНЫЙ
ВЫПУСК 32

Я.В. Клочков
Н.П. Сигачев

СПОСОБ
РЕГУЛИРОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ ВОД
В ОСНОВАНИИ
ДОРОГ

УДК 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
К 50 

624.138.4 
К 50 
 
 
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 
29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной 
службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия
человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.14 
 
 
Клочков Я.В., Сигачев Н.П. 

Способ регулирования подземных вод в основании дорог. 

Отдельная статья: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2015. — № 7 (специальный выпуск 32). — 12 с. — М.: Издательство «Горная книга» 
ISSN 0236-1493 
Рассмотрена проблема регулирования подземных вод в основании дорог. 
Решением данной проблемы является создание противофильтрационного экрана в грунте для остановки фильтрации воды сквозь основание сооружения и 
её перенаправление в русло водотока. Для производства работ подобран сравнительно недорогой материал «Криогелит», который по своей природе является криотропным гелем и не размывается под действием подземных вод. Разработан новый способ создания противофильтрационного экрана с возможностью применения лёгкой техники, который заключается в устройстве со стороны поступления напорных вод противофильтрационного экрана у тела насыпи 
и отводе воды в водопропускное сооружение. Для определения степени влияния подземных вод было произведено моделирование температурного поля в 
насыпи до и после устройства противофильтрационного экрана. На основе 
предлагаемых технологии и материала был разработан типовой технологический процесс по стабилизации земляного полотна с использованием полимерного материала «Криогелит», технические условия по применению полимерной смеси «Криогелит» для стабилизации объектов инфраструктуры. 
Ключевые слова: подземные воды, противофильтрационный экран,
криотропный полимерный материал, теплотехнические свойства, струйная 
технология, температурное поле. 

УДК 624.138.4

 
 
  Я.В. Клочков, Н.П. Сигачев, 2015 
  Издательство «Горная книга», 2015 
ISSN 0236-1493 

  Дизайн книги. Издательство  
«Горная книга», 2015 

 
 

Проблемы ремонта земляного полотна в ходе реконструкции 
зачастую заключаются в отсутствии типовых инструкций по укреплению и стабилизации земляного полотна с учётом эксплуатационных, климатических, геологических и других условий, что вызывает сложности при выдаче заданий на проектирование, разработке 
проектной документации и приёмке работ [3, 4, 5, 6, 7, 10]. 
Усиление земляного полотна в настоящее время в основном 
производится традиционными методами, требующими большого 
количества доставляемых к месту работ материалов и «окон» для 
выполнения работ. Новые технологии и современные материалы 
в силу ряда причин имеют ограниченное применение при стабилизации земляного полотна. Прежде всего из-за относительно 
высокой стоимости, сложности монтажных работ и невозможности применения в условиях строительства в районах распространения многолетней мерзлоты. В этой связи должны быть учтены 
вопросы экономики, экологии, безопасности ведения работ [8]. 
Одной из проблем Забайкалья являются подземные воды, находящиеся под сооружением, которые зачастую невозможно отвести. 
Это обусловлено тем, что они протекают в логах, а для устройства 
дренажа необходим его переход через водораздел для обеспечения 
его выпуска, либо устройство его перехода сквозь насыпь и отвода 
собранной воды вниз по логу, что крайне затруднительно. 
Решением данной проблемы является создание противофильтрационного экрана в грунте для остановки фильтрации воды сквозь 
основание сооружения и её перенаправление в русло водотока. 
При использовании существующих технологий можно выделить следующие трудности: 
1. Невозможность производства работ с помощью тяжёлой 
техники. 
2. Дороговизна применяемых материалов (из-за наличия 
фильтрации в водоносном слое применение обычных вяжущих 
невозможно). 
В виду этих причин необходима разработка материала и способа, позволяющих создать противофильтрационный экран в обводненном грунте. Для реализации поставленных задач разработан материал «Криогелит», который по своей природе является 
криотропным гелем (криогелем) — полимерным гелем, образующимся в результате замораживания и последующего оттаивания водного раствора полимера с верхней критической темпера

турой растворения. Пространственная структура материала «Криогелит» формируется за счёт фазового перехода и стабилизируется 
межмолекулярными связями различной природы. «Криогелит» устойчив к агрессивным средам, имеет хорошую адгезию к различным материалам, связующие свойства, атмосферостойкость. 
Так как материал состоит на 90% из воды, то он обладает 
аналогичными воде свойствами, т. е. имеет границу фазового перехода [1, 2, 9]. Для рассмотрения теплофизических свойств воды 
и материала был проведён опыт по замораживанию-оттаиванию 
образцов песка с полным водонасыщением водой и криогелем. 
Результаты эксперимента представлены на рис. 1, 2. 
 

 
Рис. 1. Изменение температуры образцов при замерзании 
 

 
Рис. 2. Изменение температуры образцов при оттаивании 

Таблица 1 

Теплотехнические характеристики материалов 

Состав масс 
Теплопроводность, Вт/(м⋅К) 

Вода 
0,63 

Криогель 5% раствор 
0,33 

Криогель 10% раствор 
0,33 

Песок, насыщенный водой 
1,75 

Песок, насыщенный криогелем 
1,5 

 
Можно выделить следующую особенность: песок, насыщенный криогелем, замерзает медленнее, так как теплопроводность 
криогеля ниже теплопроводности воды в 2 раза, а температура 
фазового перехода равна минус 0,4 °С. Теплота льдообразования 
криогеля идентична теплоте льдообразования воды. Разница в 
продолжительности замерзания образцов заключается в том, что 
в одном и том же объёме воды и криогеля содержится разное количество воды. Теплотехнические характеристики материалов 
после цикла промерзание-оттаивание приведены в табл. 1. 
Данные особенности необходимо учитывать при расчёте 
температурного режима грунтов. Пример распределения температур при устройстве противофильтрационного экрана в грунте 
приведен на рис. 3. 
В месте, где устроен экран из криогеля, наблюдается более быстрое оттаивание по причине различных теплотехнических свойств 
грунта, насыщенного криогелем, и обыкновенного грунта. 

 
Рис. 3. Распределение температурного поля в основании насыпи после устройства полимерно-грунтовой стены в момент наибольшего оттаивания 

Материал «Криогелит» при положительных температурах 
представляет собой гель, который легко вводится в грунтовый 
материал, и с течением времени подвержен загустеванию. При 
введении «сшивателя» во время производства работ материал 
быстро загустевает и приобретает сопротивление давлению на 
размывание. 
Для определения максимального давления на размывание 
были проведены лабораторные исследования. Сравнивались два 
варианта инъектируемого раствора: обычный цементный раствор 
и цементный раствор с добавлением материала «Криогелит». Испытания производились сразу после приготовления раствора. 
По результатам испытаний получено, что стандартный цементно-песчаный раствор не выдерживает давления напорных 
подземных вод и сразу начинает размываться, в результате чего 
наблюдается вымывание материала из грунта. Цементный раствор с добавлением материала «Криогелит» сразу после введения 
выдерживает давление более 6 атм. Точное гидродинамическое 
давление определить не удалось, так как при давлении более 6 
атм. происходит разгерметизация прибора. 
Таким образом, цементный раствор с добавлением материала 
«Криогелит» идеально подходит для создания противофильтрационного экрана на пути напорных подземных вод. Стоимость же 
раствора ниже по сравнению с аналогичными добавками. 
Технология стабилизации земляного полотна состоит в устройстве со стороны поступления напорных вод противофильтрационного экрана у тела насыпи и отводе воды в водопропускное 
сооружение. Процесс создания противофильтрационного экрана 
заключаются в проведении высоконапорных инъекций материала 
«Криогелит» с помощью струйной технологии без вращения монитора. 
Устройство противофильтрационного экрана осуществляется с 
помощью высоконапорного разрушении грунта струёй материала 
«Криогелит» перемешиванием материала с грунтом и образования 
грунтополимерного слоя, заглубленного до водоупорного слоя и 
продолженного на проектное расстояние вдоль насыпи (рис. 4). 
Процесс состоит из следующих этапов: подготовка к работе, бурение лидирующей скважины, устройство противофильтрационного 
экрана из грунта, смешанного с материалом «Криогелит». 

На месте начала противофильтрационного экрана производится бурение лидирующей скважины. На буровую установку устанавливается штанга, оснащённая двумя форсунками, направленными в одну сторону (монитор). В пробуренную скважину устанавливается монитор, после чего включается насос высокого 
давления, происходит размывание и перемешивание грунта высоконапорной струёй полимерцементного состава под давлением 
250–300 атм., причём одновременно через вторую форсунку подаётся «сшиватель», при этом монитор поднимается со скоростью 0,5 м/мин до выхода струи на дневную поверхность, после 
чего насос отключается. В результате первой проходки получается размытый канал шириной 0,2 м и длиной 0,6 м, содержащий 
грунтополимерцементный материал, образующий часть противофильтрационного экрана. После первой проходки установка передвигается вдоль образовавшегося канала до упора в твёрдый 
неразмытый грунт (конец первой проходки является началом 
второй). В результате выполнения работ получается сплошной 
водонепроницаемый экран, который препятствует проникновению подземных вод сквозь основание насыпи. 

Рис. 4. Схема устройства противофильтрационного экрана 

Для определения степени влияния подземных вод было произведено моделирование температурного поля в насыпи до и после устройства противофильтрационного экрана. 
По результатам моделирования получено, что граница сезонного замерзания после устройства противофильтрационного экрана 
понижается на 0,6 м, что обусловлено прекращением фильтрации 
подземных вод и снижением влажности грунтов основания. 
Наличие фильтрации подземных вод в зоне промерзанияоттаивания оказывает влияние на температурный режим сооружения. На линейных сооружениях, пересекающих подземные водотоки, возможно неравномерное пучение вследствие неравномерного промерзания, так как водоносные горизонты имеют чётко выраженные границы. 
Для определения экономической эффективности разработанного способа создания противофильтрационного экрана с применением материала «Криогелит» произведено сравнение с известными технологиями и материалами. В качестве альтернативного 
материала можно использовать акрилатный гель, а в качестве 
альтернативной технологии возможна укладка полимерной пленки. Технико-экономические показатели альтернативных вариантов представлены в табл. 2. 
 
Таблица 2 

Технико-экономические показатели различных способов устройства 
противофильтрационного экрана 

Характеристика 
Использвание 
материала 
«Криогелит» 

Использование 
акрилатного 
геля 

Укладка 
полимерной 
пленки 

Протяжённость участка, м 
10 
10 
10 

Глубина экрана, м 
4 
4 
4 

Объем выемки, м3 
- 
- 
24 

Используемая тяжелая техника 
Насос высокого давления на 
базе а/м 

Насос высокого 
давления на базе а/м 

Экскаватор, 
бульдозер, тягач с прицепом 

Необходимость устройства дороги до 
места работ 

нет 
нет 
да 

Стоимость выполнения работ, тыс. 
руб. 

416,568 
86 518,870 
 
439,950 

Таким образом, разработанная технология является наименее 
затратной и наиболее экономически выгодной, что способствует 
снижению затрат на производство работ. 
На основе предлагаемых технологии и материала был разработан типовой технологический процесс по стабилизации земляного полотна с использованием полимерного материала «Криогелит», технические условия по применению полимерной смеси 
«Криогелит» для стабилизации объектов инфраструктуры, утвержденные ОАО «РЖД». 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

1. Алтунина Л.К., Манжай В.Н., Фуфаева М.С. Механические и теплофизические свойства криогелей и пенокриогелей, полученных из водных растворов поливинилового спирта // Журн. прикл. химии, 2006, т. 79, № 10, с. 
1689– 1692 
2. Алтунина Л.К., Сваровская Л.И., Филатов Д.А., Фуфаева М.С., Жук 
Е.А., Бендер О.Г., Сигачев Н.П., Коновалова Н.А. Полевые эксперименты по 
применению криогелей с целью защиты от водной и ветровой эрозии//Проблемы агрохимии и экологии. -2013. -№ 2. — С. 47-52. 
3. Ашпиз Е.С., Хрусталёв Л.Н. Предупреждение многолетнего оттаивания мерзлоты в основании насыпи с применением теплоизоляции//Тр. Шестой 
научно-технической конференции с международным участием «Современные 
проблемы проектирования, строительства и эксплуатации земляного полотна 
железных дорог». М.: МИИТ, 2009, С. 123-125. 
4. Жданова С.М. Принципы обеспечения стабилизации земляного полотна в южной зоне вечной мерзлоты.. Диссертация на соискание ученой степени 
канд. техн. наук. Хабаровск. 2007. – 160 с. 
5. Крылов Д.А., Мельникова Ю.С. Математическое моделирование распределения температурных полей в криолитозоне / Д.А.Крылов, Ю.С. Мельникова // МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. с.94-97. 
6. Кондратьев В.Г. Стабилизация земляного полотна на вечномерзлых 
грунтах. – Чита: ПолиграфРесурс, 2011. – 176 с. 
7. Пассек В.В., Цернант А.А., Цуканов Н.А., Пассек В.В., Пшеничникова 
Е.С., Вербух Н.Ф. Методические рекомендации по применению конструктивных 
мероприятий для сохранения вечномерзлых грунтов в основаниях земляного 
полотна и искусственных сооружений на автомобильных дорогах Центральной 
Якутии. Науч. — исслед. ин-т трансп. стр-ва (ОАО «ЦНИИС»). — М., 2010. 
8. Сигачев Н.П., Клочков Я.В., Коновалова Н.А. Применение полимерной 
грунтоукрепляющей смеси «Криогелит» в условиях Забайкальской железной 
дороги//Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации 
железнодорожного пути: Тез. докл. — М.: 2013. — С. 95-96. 

9. Фуфаева М.С. Формирование гетерофазных криогелей и пенокриоге
лей на основе водного раствора поливинилового спирта и регулирование их 
свойств: автореферат дис.... кандидата химических наук. — Томск. 2013 – 143 с. 

10. Ярмолинский А.И. Регулирование водно-теплового режима автомобильных дорог в условиях муссонного климата / Автореферат дис. на соискание 
уч. степени доктора технических наук. — М.: МАДИ, 1995. — 42 с. 
 
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ 

Клочков Яков Владимирович — аспирант, klochkov.zabirt@mail.ru; 
Сигачев Николай Петрович — доктор технических наук, профессор, 
Забайкальский институт железнодорожного транспорта. 

UDC 624.138.4 
 
METHOD OF GROUNDWATER REGULATION AT THE BASE OF ROADS 
 
Klochkov Ya.V., postgraduate student, Zabaikalsky Institute of railway transport, Russia, 
Sigachev N.P., doctor of technical Sciences, Professor, Zabaikalsky Institute of railway transport, Russia. 
 
 
The problem of regulation of groundwater at the base of roads are described. The solution 
to this problem is the creation of impervious screen in the soil to stop water infiltration through 
the base of roads and its redirecting to the streambed. For work production picked up a relatively inexpensive material «Cryogelit», which by its nature is cryogel and is not eroded under 
the action of groundwater. Its thermal characteristics after introduction into soil determined and 
that features must be considered in the calculation of the temperature regime of soils. Developed 
a new way of creating impervious screen with the ability to use light vehicles, which is the device 
with the side pressure water impervious screen in the body of the embankment and the drainage 
of water in culvert construction. The process of creating impervious screen are to conduct highpressure injection of the material of «Cryogelit» by using jet grouting technology without rotating the monitor. To determine the degree of influence of groundwater was produced simulation 
of the temperature field in the embankment before and after the device impervious screen. Simulation results obtained that the boundary of the seasonal freezing after the device impervious 
screen is lowered. To determine the economic efficiency of the developed method of creating impervious screen using the material «Cryogelit» comparison with known technologies and materials. It is obtained that the developed technology is the least expensive and most cost-effective. 
Based on the proposed technology and material model was developed technological process for 
stabilization of subgrade using the polymer material of «Cryogelit», technical specification for 
the application of polymer blends «Cryogelit» to stabilize the infrastructure. 
Key words: groundwater, impervious screen, cryotrophy polymer material, thermal properties, jet grouting technology, the temperature field. 

REFERENCES 

1. Altunina L.K., Manzhaj V.N., Fufaeva M.S. Mehanicheskie i teplofizicheskie svojstva 

kriogelej i penokriogelej, poluchennyh iz vodnyh rastvorov polivinilovogo spirta (Mechanical 
and thermophysical properties of cryogel and penarrieta obtained from aqueous solutions of 
polyvinyl alcohol) // Zhurn. prikl. himii, 2006, t. 79, No 10, pp. 1689– 1692.