CC BY
179
70
Проблематика транспортных систем
УДК 625 В. О. Иванов
ОБЛАСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ УСИЛЕНИЯ ОСНОВАНИЙ НАСЫПЕЙ
Выполнен обзор и классификация применяемых в дорожном строительстве геосинтетических материалов, области использования георешеток для усиления оснований насыпей, правила применения и основные требования к геосинтетическим материалам.
геосинтетические материалы, георешетка, геосетка, геоячейка, область применения, усиление оснований.
Введение
Технический прогресс в автодорожном строительстве обусловил внедрение новых конструктивных и технологических решений конструкций дорожных одежд с использованием различных видов и типов геоячеек, георешеток и других нетканых синтетических материалов. В настоящее время многие фирмы и компании, реализуя различные типы георешеток, практически не указывают сферы их эффективного использования по грунтовым условиям, а в отдельных случаях дают только качественные характеристики без конкретных численных величин для условий строительства в Санкт-Петербурге.
В сложившихся условиях довольно часто георешетки укладывают в основание автодороги, если это не требуется по грунтовым условиям или когда эффект усиления основания не превышает 5-10 %. Учитывая довольно высокую стоимость георешеток, с очевидностью можно сделать вывод о нецелесообразности их применения в определенных грунтовых условиях.
Для ликвидации отмеченного недостатка необходимо проводить в различных грунтовых условиях исследования по определению эффективности применения георешеток для усиления основания автодорог.
1 Классификация геосинтетических материалов, георешеток
Геосинтетические материалы (ГМ) - класс строительных материалов, как правило, синтетических, а также из другого сырья (минерального, стекло- или базальтовых волокон и др.), поставляемых в сложенном компактном виде (рулоны, блоки, плиты и др.), применяемых для создания дополнительных слоев (прослоек) различного назначения (армирующих, дренирующих, защитных, фильтрующих, гидроизолирующих, теплоизоли-
2006/3
Proceedings of Petersburg Transport University
Проблематика транспортных систем
71
рующих) в строительстве (транспортном, гражданском, гидротехническом) и включающий следующие группы материалов: геотекстильные материалы, георешетки, геокомпозиты, геооболочки, геомембраны, геоплиты и геоэлементы.
Георешетка - плоский рулонный материал с ячейками линейных размеров от 1 см (геосетка), выполняющий преимущественно армирующие функции, или объемный материал с ячейками высотой от 3 см, поставляемый в виде блоков слоев со сложенными ячейками (пространственная георешетка), выполняющий преимущественно защитные функции по отношению к заполнителю ячеек (грунту, крупнопористым минеральным материалам - щебню, гравию, шлаку, материалам, обработанным вяжущим, и др.).
По функциональному назначению георешетки могут быть разделены на две большие подгруппы.
1. Плоские георешетки - геосетки (GG, GN) - рулонный материал, выпускаемый в виде сплошного перфорированного листа из полиолефинов или полиэфиров либо образованный путем переплетения под прямым углом нитей или волокон из высокопрочных синтетических материалов с покрытием защитным слоем.
В свою очередь геосетки могут быть:
полимерные одноосные и двуосные;
стекло- или базальтовые волокна с полимерной обработкой (пропиткой) одноосные и двухосные.
Пространственные георешетки, или геоячейки (GL), - модульная сотовидная конструкция, которая состоит из пористых синтетических лент, соединенных между собой линейными швами, расположенными в шахматном порядке.
Все перечисленные геоматериалы обладают значительной прочностью на растяжение, высоким модулем деформации (небольшим удлинением при разрыве), повышенной устойчивостью к температурным, химическим и биологическим воздействиям и характеризуются продолжительным сроком службы.
2 Области применения
Эффективность конструктивно-технологических решений с созданием дополнительных слоев (прослоек) на основе ГМ определяется возможностью выполнения ими избирательно или в комплексе следующих функций: армирование - усиление дорожных конструкций насыпей (в том числе откосов), оснований в результате перераспределения благодаря ГМ напряжений, возникающих в грунтовом массиве, дорожной одежде при действии нагрузок от транспортных средств и собственного веса;
защита - предотвращение или замедление процесса эрозии грунтов, предотвращение взаимопроникания материалов контактирующих слоев;
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2006/3
72
Проблематика транспортных систем
фильтрование - предотвращение (замедление) процесса проникания грунтовых частиц в дренажи (фильтр) или их выноса (обратный фильтр);
дренирование - ускорение отвода воды;
гидроизоляция - уменьшение или исключение притока воды в грунты рабочего слоя земляного полотна.
Весь спектр геосинтетических материалов невозможно описать даже в размерах целого печатного издания. Поэтому выбрана более узкая область — общие проектные требования к георешеткам при усилении (армировании) оснований автодорог.
Назначение конструктивно-технологических решений дорожных конструкций с дополнительными слоями (прослойками) из ГМ выполняют в соответствии с действующими нормативными документами с учетом особенностей таких прослоек. Выбор решения выполняют на основе техникоэкономического сопоставления вариантов. При этом следует учитывать возникающий в сопоставлении с традиционными решениями технический эффект, связанный с повышением надежности дорожных конструкций, качества строительства, долговечности, что не всегда может быть точно оценено количественно.
При строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог, особенно высоких технических категорий, а также в сложных погодноклиматических и грунтово-гидрологических условиях наличие такого эффекта при его надлежащем техническом обосновании может оказаться более существенным с точки зрения работоспособности, транспортноэксплуатационных качеств дорожной конструкции, чем получение единовременной экономии средств по другим из сопоставляемых вариантов.
Характеристика геоматериалов по наиболее распространенному сырью изготовления (полиамид, полиэфир и полипропилен) приведена в таблице.
Предпочтительным видом сырья для изготовления ГМ дорожного назначения является полиэфир. Следует ограничивать применение полиамидных ГМ в кислотных средах (рН < 5,0), полипропиленовых - в условиях длительного действия значительной по величине нагрузки, полиэфирных - на контакте со слоями, содержащими известь, цемент, в других щелочных средах с рН > 19.
Следует также предъявлять более жесткие требования по транспортировке и укладке полипропиленовых и полиамидных ГМ с точки зрения светового воздействия или использовать разновидности ГМ из сырья, стабилизированного по отношению к воздействию ультрафиолетового излучения. ГМ из вторичного сырья, в том числе содержащего несинтетические компоненты, могут быть использованы только в качестве временной прослойки, например для защиты откосов на период формирования биологического типа укрепления.
ТАБЛИЦА. Характеристика геоматериалов
Показатели
Сырье
2006/3
Proceedings of Petersburg Transport University
Проблематика транспортных систем
73
Полиэфир Полиамид Полипропилен
Водостойкость Хорошая Снижение прочности до 30% при увлажнении Хорошая
Биостойкость Хорошая Хорошая Хорошая
Стойкость к действию кислотных и щелочных сред возможных в условиях эксплуатации концентраций Снижение прочности в щелочной среде с рН>9 Дополнительное снижение прочности при рН среды менее 5,5 Хорошая
Светостойкость Хорошая Плохая Плохая
Механические свойства волокон Хорошие Хорошие Низкая длительная прочность
Плоские георешетки (геосетки) отличаются высокими механическими характеристиками и применяются для создания армирующих прослоек. Полимерными геосетками армируют основания дорожных одежд из крупнофракционных материалов, откосы насыпей, геосетками из стекло- или базальтового волокна - верхние слои дорожных одежд из разного вида асфальтобетонов. Геосетки обычно имеют ячейки с линейными размерами 540 мм. Наличие и размер ячеек, толщина элементов определяют механические характеристики материалов и степень их связи с материалами контактирующих слоев.
Геосетки из стекло- или базальтового волокна имеют более высокие механические характеристики, однако их свойства менее стабильны в сравнении с полимерными геосетками по отношению к возможным агрессивным воздействиям в процессе эксплуатации. Они должны иметь специальную обработку - пропитку, обеспечивающую необходимый срок службы.
3 Требования к геосинтетическим материалам
3.1 Общие требования
Геосинтетические материалы должны отвечать требованиям по наличию технической документации, форме поставки, показателям свойств и методам их определения и контроля.
Применение ГМ возможно при наличии:
технических условий, согласованных организациями, представляющими отрасль предприятий-потребителей. Технические условия должны содержать технические требования по составу сырья, основным контролируемым производителем физико-механическим показателям свойств, фор-
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2006/3
74
Проблематика транспортных систем
ме поставки, упаковке, маркировке, требования по безопасности, правилам приемки, методам контроля и испытаний, транспортированию и хранению, гарантии изготовителя.
ГМ не должны иметь разрывов, вырывов и других нарушений сплошности. Максимальные отклонения по ширине полотна, ровности кромок не должны превышать 5 см, по массе рулона - 5 кг, по длине рулона (в сторону уменьшения) - 10 см.
3.2 Требования к физико-механическим показателям
Применяемые при строительстве и ремонте дорог георешетки должны отвечать требованиям по следующим физико-механическим свойствам: поверхностная плотность; толщина;
прочность при растяжении; деформативность; однородность; сопротивляемость местным повреждениям; стойкость к агрессивным воздействиям.
Следует в дополнение к перечисленным регламентировать и другие показатели свойств, в частности:
при выполнении ГМ функций армирования грунта - сопротивление сдвигу на контакте с грунтом;
при выполнении ГМ функций армирования в условиях длительно действующих нагрузок - длительная прочность;
при применении ГМ в слоях покрытий - стойкость к воздействию температуры, относительная деформация сжатия;
при применении пространственных георешеток, геооболочек - прочность швов;
при применении георешеток, геооболочек - размеры ячеек.
При использовании геоматериалов для армирования слабых оснований основными показателями, которые должны быть отражены в документах соответствия, являются:
прочность при одноосном растяжении; прочность при продавливании;
деформативность удлинения при одноосном растяжении; модуль деформации при одноосном растяжении; модуль деформации в условиях сложного напряженного состояния; сопротивляемость местным повреждениям;
водопроницаемость в плоскости полотна и в направлении, нормальном плоскости полотна;
фильтрующая способность;
дополнительные показатели: поверхностная плотность; толщина;
2006/3
Proceedings of Petersburg Transport University
Проблематика транспортных систем
75
длительная прочность при растяжении;
однородность по прочности;
однородность по деформативности;
однородность по поверхностной плотности.
Геосинтетические материалы имеют достаточно широкий диапазон физико-механических свойств, зависящих как от вида исходного полимерного сырья, так и от технологии производства. Следовательно, для эффективного применения геосинтетического материала в той или иной области строительства необходимо учитывать не только условия его эксплуатации в строительных конструкциях, но также тип полимера и технологию его получения.
Заключение
Анализ свойств геоматериалов позволяет говорить об эффективности их использования при строительстве и реконструкции железных и автомобильных дорог. Применение геоматериалов в конструкциях усиления земляного полотна целесообразно на участках с повышенной деформативно-стью и недостаточной несущей способностью грунтов основной площадки и основания; при повышенных вибродинамических нагрузках; при увеличении нагрузок; на подходах к искусственным сооружениям, где необходимо устройство пути переменной жесткости.
Следует отметить экологичность, долговечность и относительно невысокую стоимость указанных материалов. В условиях политики ресурсосбережения современные геоматериалы будут находить все более широкое применение как при строительстве новых, так и при реконструкции существующих сооружений инфраструктуры.
Библиографический список
1. ОДМ. Рекомендации по применению геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог: Распоряжение Минтранса России от 01.08.2003 N ИС-666-р.
2. СНиП 2.05.02-85. Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах.
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2006/3
