Применение геосинтетических материалов в конструкциях земляного полотна

Назначение геосинтетических материалов в конструкциях земляного полотна

Геосинтетические материалы — класс строительных материалов, производимых из синтетических полимеров или из другого сырья (минерального и др.), включающих группы материалов: геотекстильные материалы (нетканые и тканые), георешетки, геокомпозиты, геооболочки, геомембраны и геоэлементы.

Преимуществами применения конструктивных решений с геосинтетическими материалами, по сравнению с традиционными конструкциями, являются их низкая чувствительность к присутствующим в грунте в нормальных концентрациях агрессивным веществам, простота в укладке и более низкая стоимость сооружений. В большинстве случаев применение геосинтетических материалов позволяет использовать местный грунт и тем самым избежать замены его более дорогим привозным грунтом. Как правило, применение конструкций с геосинтетическими материалами приводит к меньшим вредным воздействиям на окружающую среду.

Наиболее широко применяются нетканые материалы, получаемые непосредственно из волокон полимеров, минуя операцию прядения и ткачества. Свойства нетканых материалов зависят от способа упрочнения холста: механического, термического или химического. Нетканые материалы отличаются невысокой прочностью на растяжение, высокой деформативностью (удлинение при разрыве от 50 до 100%), но хорошей водопроницаемостью.

Тканые материалы имеют упорядоченную структуру в виде двух различным способом взаимно переплетенных систем, что обеспечивает высокую прочность при малых относительных удлинениях при разрыве (не более 20%).

Георешетки состоят из регулярно расположенных открытых ячеек размером более 10 мм, имеют неподвижные узловые точки, благодаря которым достигается лучшее распределение нагрузки между продольными и поперечными элементами.

Армирующий эффект обеспечивается за счет обратного прогиба георешетки вне зоны действия нагрузки. При применении георешетки на границе раздела двух дисперсных материалов, например щебня и песка, достигается повышенное сцепление с нижележащим слоем за счет образования пограничного слоя из щебенок, защемленных в ячейках георешетки.

Гсосетки — материалы, также состоящие из открытых ячеек, однако поскольку эти материалы имеют невысокую прочность при достаточно больших относительных удлинениях, они не являются армирующими элементами, а выполняют роль защиты откоса земляного полотна от эрозии.

Геокомпозиты — двух-, трехи многослойные структуры из плоских материалов, внутри которых помещены жесткий каркас, глина-бентонит или другой заполнитель. Свойства гсокомпозита зависят от свойств компонентов и их взаимного расположения. Так, гсокомпозит, в котором между слоями нетканого материала расположена георешетка, является армирующим материалом, геосетка из полиамида или полиэтилена — дренирующим материалом, а такая же конструкция, заполненная глииой-бентоиитом, — идеальный гидроизолирующий материал.

Объемные (трехмерные) геоматы, геокаркасы и габионы с вертикальными стенками, выполненные из плоских элементов с различными способами крепления стенок, в рабочем растянутом состоянии представляют, как правило, сотовую структуру, заполненную грунтом или зернистым материалом. Соты перераспределяют усилия в зернистом материале, за счет чего модуль упругости армированного слоя существенно увеличивается.

Для производства геосинтетических материалов используют различные полимеры: полиэстер (полиэфир), полиамид, полипропилен, полиэтилен и др. Выбор полимера зависит от назначения геосинтетических материалов, выполняемой ими функции: армирования, разделения или дренирования.

Геосингетические материалы в конструкциях земляного полотна выполняют следующие функции:

• • повышают устойчивость откосов земляного полотна от оползания;
• • защищают откосы от водной и ветровой эрозии;
• • повышают устойчивость земляного полотна на слабых грунтах и способствуют уменьшению осадки слабого основания;
• • ускоряют отвод воды из водонасыщенных грунтов.

В настоящее время применяются два подхода к строительству земляного полотна на слабых грунтах, напрямую связанных со сроками устройства монолитных слоев дорожной одежды.

Первый подход — осадочные насыпи «плавающего» типа. В этих конструкциях допускается осадка слабого основания, а устойчивость земляного полотна обеспечивается путем армирования основания гсосинтстичсскими материалами различной прочности и деформативности. Монолитные слои дорожной одежды устраиваются в зависимости от типа дорожной одежды после завершения не менее 80—90% от полной осадки (см. параграф 12.3).

Второй подход — безосадочные насыпи, устойчивость которых обеспечивается глубинным армированием путем использования дискретных элементов в виде свай из различных материалов, а локализация возможной осадки между ними — гибким ростверком из геосинтетического материала (параграф 12.4). Монолитные слои дорожной одежды могут устраиваться непосредственно после устройства земляного полотна.

Основными характеристиками, учитываемыми при применении геосиптетических материалов, являются следующие показатели их физико-механических свойств:

• • прочность на растяжение при разрыве;
• • относительное удлинение при разрыве;
• • прочность на иродавливание;
• • длительная прочность при постоянном загружении, например, от веса насыпи;
• • прирост деформации в процессе строительства и эксплуатации дороги;
• • водопроницаемость в направлении, перпендикулярном плоскости полотна;
• • химическая и биологическая устойчивость и др.