|
Новые возможности проектирования
геоинженерных объектов - георешетка и геотекстиль
  Внедрение
в инженерную практику новых геосинтетических материалов расширило возможности
проектирования геоинженерных объектов. Концепция, основанная на заключении
конструктивных засыпных материалов внутри пространственного легкого и
эластичного, а одновременно оптимально выносливого геосинтетика открывает
возможность нового подхода к проектированию и осуществлению конструкций,
служащих для стабилизации и укрепления грунтов.
Описанная ниже синтетическая ячеистая система,
называемая также ограничительной сотовой системой, находит широкое применение
для:
- усиления слабых
грунтовых оснований
- решения
конструктивных проблем в сложных грунтово-водных условиях на крутых
обрывах и склонах
- урегулирования рек,
каналов и водохранилищ
 
- строительства
насыпей и дренажных систем на строительных объектах
- строительства дорог
и автобанов, укрепления железнодорожных магистралей
- строительства
мусорохранилищ
Представляем проблематику
применения ячеистой системы в плоских системах усиления слабых грунтовых
оснований.
Основной элемент системы составляют секции
сотовых геосеток (называемых также геоклетками, георешетками), сделанных из нескольких
десятков соединенных ультразвуковым способом лент полиэтилена высокой
плотности. В развернутом виде система соединенных полос образует форму
эластичной структуры, напоминающей "пчелиные соты", которые можно
наполнить определенным материалом: в сложенном состоянии секция образует слой
из нескольких десятков полиэтиленовых лент.
  Секции
производятся разных размеров и с ячейками разной величины. Механизм действия
системы в горизонтальном расположении следующий: разложив секцию георешетки на соответственно
подготовленном основании (об этом несколько далее), засыпав и надлежащим
образом уплотнив насыпной материал (щебень, гравий, песчаную смесь, шлак и
т.п.), подвергаем ее определенной нагрузке.
Напряжения, передаваемые от колес транспорта
(или другие нагрузки), вызывают рост вертикальных напряжений в материале,
заполняющем ячейки георешетки, что, в
свою очередь, вызывает рост сил давления на стенки ячеек.
Эластичная лента георешетки принимает на себя часть этих
сил, а остальная их часть, оказывая давление на соседние клетки, способствует
возникновению в них сил сопротивления (пассивного сопротивления).
Ячейки, взаимодействующие друг с другом в
пространственной структуре георешетки,
вызывают постоянное уплотнение материала, заполняющего георешетку, и взаимодействуют с большой
площадью основания, что значительно уменьшает величину вертикальных напряжений,
передаваемых на отдельные участки основания ("эффект моста").
Взаимное скрепление ячеек практически исключает смещение фрагментов георешетки и ограничивает ее
неравномерное проседание.
  Правильно
смонтированная система создает основание, действующее как полужесткая плита,
раскладывающая горизонтальные нагрузки на боковые напряжения, уменьшая
контактное давление в грунтовом основании, а также вертикальные прогибы,
кроме того, ограничивая проседание даже на очень мягких грунтах.
В результате применения георешеток становится возможным получить
следующие эффекты:
- уменьшение толщины
дорожных конструкций по сравнению с традиционными решениями благодаря
исключению глубокой замены грунта
- значительное
увеличение устойчивости на сжатие материалов, заполняющих георешетки, вследствие заключения их
в ограниченном пространстве ячеек и значительного уплотнения
- уменьшение
проседания, вызванного естественным уплотнением, а также ограничение
боковых сдвигов измельченного материала, заполняющего георешетку
 
- уменьшение
напряжений, передаваемых на грунтовое основание от действующих на
покрытие эксплуатационных нагрузок, в результате разложения
концентрированных нагрузок на соседние ячейки георешетки
- создание дорожной
конструкции с определенной несущей способностью, с которой не нужно
отводить дождевую воду (канализация, система поверхностных водостоков),
верхний слой составляют сыпучие материалы, фильтрующие воду сквозь
подстилающие слои
Широко известно (в контексте
последних трагических событий, связанных с наводнениями в западной Европе)
негативное явление уменьшения территорий с высоким накоплением воды,
неконтролируемое и плохо продуманное распространение твердых покрытий и в
результате увеличение фактора стока, а также появление (при ливневых дождях,
которые в последнее время, как Вам известно, бывают все чаще) дождевых
потоков, безопасный отвод которых становится невозможным.
  Эта
негативная тенденция обсуждается пока только теоретически, а в некоторых
странах Европейского Союза (страны БеНиЛюкс) мероприятия, относящиеся к
расширению дорожной инфраструктуры и ее влиянию на водное хозяйство с точки
зрения увеличения поверхностного накопления вод, имеют конкретную поддержку в
виде заинтересованности продукцией.
Мы говорим, разумеется, о подъездных путях,
дорогах местного значения, лесных (с небольшим транспортным потоком).
Эксплуатационные качества усиленной геотекстилями дорожной конструкции, кроме
инженерно-геологических условий, определяют, главным образом, такие
технические факторы, как тип использованной засыпки и ее взаимодействие с геотекстилем, выносливость, растяжимость
и текстура геотекстилей, их
водопроницаемость и изолирующая способность, а также нагрузки и интенсивность
движения транспорта.
В зависимости от технических факторов, на
дороги, основание и покрытие в качестве подстилающего слоя для ячеистой
системы рекомендуется применять гетекстиль тканый и нетканый, иглопробивной
(односторонний), устойчивый против ультрафиолетовых лучей.
  Критерием
выбора подстилающего геотекстиля
будет, преимущественно, разделительная и дренажная способность, а в меньшей
степени требования к выносливости.
Задачей геотекстиля
является также функция фильтрации. Геотекстиль
предотвращает "вдавливание" мелких частичек основания в засыпной
материал, заполняющий ячейки геосетки. Это явление происходит под действием
сил подсасывания от циклических нагрузок при наличии воды в порах грунта. Геотекстиль успешно предотвращает
возникающее в результате этого явление внутренней эрозии грунта, а также
размыванию конструктивных слоев.
Поскольку сотовая система применяется прежде
всего для укрепления слабых грунтовых оснований CBR меньше 3, а также,
принимая во внимание обязательность переноса статических и динамических
нагрузок, при выборе подстилающих геотекстилей
следует руководствоваться следующими критериями:
O95 < d50 если U <
18
  O95
> d50 / U если U > 18
где:
O95 - эффективное поперечное сечение
геотекстиля
d50 - поперечное сечение грунта
основания
U - показатель зернистости грунта
В практике более чем трехлетнего применения георешеток для усиления слабых грунтовых
оснований их использовали также в качестве элементов, составляющих
конструкцию дороги с улучшенным асфальтовым покрытием (твердое покрытие), в
качестве альтернативного слоя по отношению к типовым решениям упругих
покрытий, как и в качестве основной несущей конструкции для местных
подъездных путей, временных дорог на строительных площадках и т.п.
В соответствии с распоряжением министра
транспорта и морского хозяйства Германии от 02.03.1999 г. по вопросу
технических условий, каким должны соответствовать общественные дороги,
укрепление основания геосинтетическими материалами должно быть
запроектировано индивидуально с учетом характера грунтов, технических свойств
геосинтетиков, а также возможности достижения требуемых характеристик
основания.
В зависимости от характера дороги и степени
исследования гидрогеологических и инженерно-геологических условий,
технический анализ основывается на поисках параллелей и аналогов принятых
раньше решений, расчете алгоритма на основании распределения напряжений для
упругого полупространства или построении цифровой пространственной модели.
Однако, в качестве наиболее убедительного и
самого близкого к конкретным случаям применения системы кратко представляем
результаты полевых испытаний, проведенных научными сотрудниками. Представьте
себе следующую ситуацию:
Лесная грунтовая дорога с очень низкой несущей
способностью естественного основания (0-0,6 м - песчано-гравийная смесь,
смешанная с естественным грунтом; 0,6-1,2 м - слой торфа с подстеленным слоем
увлажненного среднего песка, в средне уплотненном состоянии).
Основание очень слабое и подверженное
деформации.
В ходе многолетней эксплуатации (лесовозы,
автомобили пожарной охраны) дорогу ежегодно ремонтировали и выравнивали.
Поверхностное подсыпание слоев гравия мало улучшало несущую способность
покрытия.
Именно так выглядела ситуация одного из главных
лесничеств Венглинец, где научные сотрудники под руководством дорожного
инженера Ольгерд Пула из Института Геотехники и Гидротехники весной 2000 г.
выполнили сравнительные исследования модулей деформации основания.
Полученные результаты очень кратки:
- отсыпание на
естественный грунт слоя песчано-гравийной смеси не дает существенного
улучшения несущей способности покрытия (более толстый слой торфа под
верхним, периодически уплотняемым слоем покрытия)
- применение геотекстиля и георешетки (10 см, "мелкие
ячейки"), а также песчано-гравийной смеси привело к почти
трехкратному увеличению несущей способности дороги
|
