Геосинтетические материалы для армирования грунтов

Геосинтетическими материалами называются материалы, в которых как минимум одна из составных частей изготовлена из синтетических или натуральных полимеров в виде плоских форм, лент или трехмерных структур, применяемых в строительстве в контакте с грунтом или другими строительными материалами.

В строительной практике геосинтетические материалы используют в транспортном, подземном, гидротехническом строительстве. С использованием геосинтетических материалов возводят армированные насыпи с крутым углом заложения, подпорные сооружения, ведут строительство на слабых и техногенных грунтах, выполняют работы по водопонижению, защите сооружений от вибрационных воздействий и др.

Геосинтетические материалы
Классы
1. Водопроницаемые	2. Водонепроницаемые
Группы
Геотекстили	Геотекстилепо- добные материалы	Глиноматы	Геомембраны
Виды
Нетканые, вязаные, геоткани	Георешетки, геосетки, геоматы, геоячейки	Бентонитовые маты	Полиэтиленовые, ПВХ-мембраны, битумные
Геокомпозиционные материалы

В связи с тем, что геосинтетические материалы становятся составными элементами природных или техногенных грунтовых массивов, они должны прежде всего классифицироваться по водопроницаемости, т.к. от нее зависят прочностные и деформационные характеристики грунтов. По классификации Е.В. Щербины, геосинтетические материалы разделены на три класса: водопроницаемые, водонепроницаемые и геокомпозиционные. Классы материалов подразделены на группы. Каждая группа в зависимости от способа изготовления, типа сырья разделяется на виды. На рис. 6.6 представлена классификация геосинтетических материалов.

Геосинтетические материалы обладают высокой долговечностью и стойкостью к агрессивным воздействиям – химическим, биологическим, термическим и др. На рис. 6.7 представлены некоторые виды геосинтетических материалов.

Геотекстили. Нетканые материалы используют в качестве разделительного и фильтрующего элементов в дорожной конструкции. Нетканые материалы хорошо подходят для укладки на грунтовые поверхности, располагаясь между ней и дренирующим материалом.

Тканые материалы применяют для армирования слабых оснований, откосов повышенной крутизны, в армогрунтовых подпорных стенках.

Георешетки используют для укрепления откосов, конусов путепроводов и мостов, насыпей и выемок на подходах к искусственным сооружениям, для укрепления водоотводных канав.

Геосетки применяют для армирования грунтовых сооружений и естественных оснований, для устройства гибких и жестких свайных ростверков, для армирования асфальтобетонных покрытий.

Геокомпозиционные волокнистые пористые материалы и много-

слойные структуры с пластиковым каркасом используют для укрепления конусов путепроводов и мостов, откосов, склонов и устройства дренажей различного назначения (траншейные, откосные, пластовые и др.).

Геомембраны (сплошные водопроницаемые или слабоводопроницаемые рулонные материалы) применяют для устройства жестких гидроизоляционных прослоек, для снижения сдвиговых напряжений за счет уменьшения трения на контакте с грунтом.

Геосинтетические материалы, использующиеся для усиления оснований и устройства грунтовых сооружений, выполняют армирующую функцию, воспринимая растягивающие усилия, поэтому для них прочность на растяжение и относительное удлинение при разрыве являются наиболее важными характеристиками.

Для расчета армированных оснований и грунтовых сооружений используют методы механики грунтов. Расчет оснований выполняют по первому предельному состоянию. При расчете осадок чаще используется метод послойного суммирования. Оценка устойчивости откосов выполняется по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения так же, как и для нормированных грунтов при заданном коэффициенте устойчивости. Для армирования откосов рассчитывают количество армирующих прослоек, длину заделки прослоек и распределение их в теле насыпи.

При использовании геосинтетических материалов в качестве фильтров, дренажных и армирующих элементов большое значение имеет их водопроницаемость. Фильтрация воды в армированных грунтовых массивах подчиняется закону ламинарной фильтрации Дарси. Характеристики водопроницаемости геосинтетиков определяют по аналогии с тонкими слоями грунтов. Коэффициент фильтрации определяют экспериментально в лабораторных условиях или с помощью откачек на участке строительства.

Применение армогрунтовых конструкций в транспортном

строительстве

В отечественной практике при освоении северных территорий Западной Сибири для устройства временных дорог на участках слабых оснований и болотах применялись конструктивные решения, представленные на рис. 6.8. На рис. 6.9 показана схема использования «висячей» насыпи на свайном поле с армогрунтовым ростверком. Забивные железобетонные сваи снабжены сборными железобетонными

оголовниками. Оголовники оклеены дорнитом на битуме для исключения повреждения геосинтетической мембраны армогрунтового ростверка и изоляции ее от контакта со щелочной средой бетона.

При армировании откосов с повышенной крутизной от 50 до 70º интересным решением является их облицовка (рис. 6.10). Она включает дренирующую засыпку между внешней поверхностью армоэлементов и укрепляемой поверхностью откоса (крупнозернистый песок или щебень). Разделение работы облицовки и собственно армированной части грунтового сооружения, отсутствие давления на облицовку, а также благоприятные условия дренажа в поверхностной зоне откоса позволяют повысить надежность такого решения.

При эксплуатации мостовых сооружений наиболее уязвимыми являются узлы сопряжения с геомассивами береговых склонов рек и грунтами подходных насыпей. Это объясняется пестротой и многообразием геологического строения склонов и сложностью механизма

Рис. 6.9. Схема «висячей» насыпи на слабом основании: а – попереч-

ный разрез; б – план армогрунтового ростверка; 1 – тело насыпи; 2 –

слабые грунты основания; 3 – более прочные грунты основания; 4 – за-

бивные железобетонные сваи сечением 35х35 см; 5 – железобетонные

сборные оголовники свай; 6 – армогрунтовый ростверк в виде мембраны

из высокопрочной геосинтетической ткани Stabilenka; 7 – анкерные

элементы

Рис. 6.10. Конструктивные решения для армированных откосов,предложенные фирмой Huesker: а – с дренирующей засыпкой из песка; б – то же, из щебня; 1 – фрагмент откоса; 2 – армоэлементы из геосинтетического материала; 3 – анкера для крепления металлической облицовки в виде сетки; 4 – песок внутри армоэлементов; 5 – дренирующий материал между металлической облицовкой и армоэлементами; 6 – облицовка в виде металлической сетки

взаимодействия несущих элементов устоев мостов с грунтовыми массивами склонов и подходных насыпей.

На рис. 6.11 приведена схема устоя моста на потенциально оползневом склоне, устойчивость которого после пригрузки весом грунта подходной насыпи не отвечает требованиям эксплутационной надежности. Удлинение моста с целью отодвинуть устой от оползневого склона приведет к удорожанию проекта. Задача решалась устройством многофункциональных армогрунтовых конструкций.

Рис. 6.11. Принципиальная конструктивная схема береговой опоры моста: 1 – пролетное строение моста; 2 – несущие элементы устоя; 3 – заглубление армо-грунтовой конструкции для разгрузки ростверка устоя; 4 – опасная поверхность скольжения; 5 – естественная поверхность потенциально-оползневого склона;

6 – армогрунтовая конструкция; 7 – переходные плиты; 8 – лицевая стенка армо-грунтовой конструкции

Армогрунтовая конструкция 6 представляет собой послойно отсыпаемый и уплотняемый песок и уложенные между слоями песка армирующие прослойки из геосинтетики. Армогрунтовая конструкция устраивается на спланированной поверхности склона 5, армирующие прослойки должны пересекать опасную поверхность скольжения 4. Вертикальный шаг армирующих прослоек ∆H, марка геосинтетики, длина армирующих прослоек определяются из условия требуемого коэффициента устойчивости склона с подходной насыпью, временной нагрузкой на ней, а также удерживания вертикальной грани армогрунтовой конструкции со стороны устоя.

В целях устранения горизонтального давления грунта на ростверк устоя армогрунтовая конструкция заглублена 3 до отметки подошвы ростверка устоя. Вертикальная грань армогрунтовой конструкции защищается лицевой стенкой 8.

Показанная армогрунтовая конструкция выполняет функции разгрузки несущих элементов устоя от горизонтального давления грунта подходной насыпи и обеспечивает требуемый коэффициент устойчивости склона и концевого участка подходной насыпи путем пересечения опасной поверхности скольжения.