Применение геосинтетических рулонных материалов при армировании грунта насыпи
Подготовлено сотрудниками ЗАО «АРЕАН-Геосинтетикс»
Все это требует нового подхода к совершенствованию самой конструкции. Особого внимания заслуживает применение конструкций со специальными прослойками из геосинтетических рулонных материалов. Они нашли широкое применение во многих областях строительства, в качестве разделительной прослойки, армирующего элемента, гидроизоляции, капилляропрерывателя, фильтра, укрепляющего и защитного слоя и др .
В настоящее время используются различные геосинтетики (их около 400), вырабатываемые на основе полимерных волокон полиэтилена, полипропилена и полиэстера, характеристики которых, область применения, эффективность работы могут существенно различаться в зависимости от исходного сырья и технологии производства. Как основа выбора геосинтетического материала рассматриваются требования, предъявляемые к материалу в процессе эксплуатации.
В России накопился опыт применения подобных материалов, но в основном отечественных. Современные геосинтетические материалы ведущих мировых производителей еще малознакомы для российского потребителя, да и аналогов в отечественной практике еще не встречалось.
Остановимся на применение геосинтетических рулонных материалов при армирование грунта насыпи.
Основными преимуществами структур с укрепленным геосинтетическим материалом грунтом являются:
- экономия средств: более крутые склоны могут быть сформированы с использованием армирования, при этом количество заполняющего материала, необходимого для устройства насыпи, уменьшается;
- повышение устойчивости: укрепления увеличивают коэффициент запаса по отношению к скольжению;
- возможность строительства на плохих грунтах: укрепление делает возможным строительство насыпей на слабых грунтах или с использованием материалов, которые непосредственно для этого не подходят.
Применение армирующего материала для укрепления насыпи повышает устойчивость на сдвиг грунта за счет увеличения нормальной составляющей напряжения в плоскости разлома и уменьшает напряжение сдвига, действующего в грунте.
К факторам, влияющим на прочность на сдвиг укрепленного грунта, относятся:
- упругость армирующей прослойки по сравнению с окружающим грунтом;
- форма укрепления (сцепление между грунтом и укреплением);
- ползучесть геосинтетического материала;
- устойчивость материала к коррозии.
Армирующий эффект прослойки из геосинтетического материала, предназначенной для повышения устойчивости откосов, учитывается увеличением коэффициента запаса устойчивости Кз путем введения дополнительного удерживающего усилия, возникающего при перерезании прослойки из геосинтетика поверхностью скольжения
Кз = ( сумма Ру + n Pult ) / сумма Тсдв ,
где Ру - удерживающие силы без учета прослойки;
n - количество прослоек, перерезаемых поверхностью скольжения;
Pult - разрывная прочность материала, равная разрывному усилию на единицу ширины прослойки, деленному на коэффициент запаса (по материалу).
Армирующий эффект прослойки из геосинтетического материала проявляется при защемлении ее в грунте. Для этого полотно должно быть защемлено в грунте на длину lз , определяемую из условия
lз = R / 2 h tg,
где - плотность насыпного грунта;
h - глубина заложения прослойки от верха насыпи;
- угол трения грунта по прослойке.
Как видно из первого выражения эффективность укрепления откосов определяется количеством слоев армирующего материала и его разрывной прочностью, т.е. эффект армирования в данном случае проявляется в работе геосинтетических прослоек на растяжение при взаимном смещении грунта
Максимально-допустимую прочность армирующего геосинтетического материала Рдоп можно определить из следующего выражения
Рдоп = (Pmax x fc) / fm1 x fm21 x fm22 ,
где Pmax - максимальная прочность на разрыв материала;
fc - коэффициент, учитывающий влияние ползучести материала;
fm1 - коэффициент запаса, учитывающий влияние технологии изготовления и экстраполяции данных при расчете;
fm21 - коэффициент запаса, учитывающий механические повреждения материала при установке;
fm22 - коэффициент запаса, учитывающий влияние окружающей среды (величины рН грунта).
Важной характеристикой армирующего покрытия, влияющей на устойчивость откосов, является сцепление материала с грунтом. Исследования показали, что при использовании в качестве засыпки несвязного материала, например, песка, сцепление между геотекстилем и материалом засыпки примерно такое же как величина угла засыпки.
В зарубежной практике дорожного строительства для армирования откосов широкое применение нашли георешетки Фортрак и тканый материал Стабиленка , которые имеют высокие прочностные характеристики , позволяющие сооружать насыпи с крутизной откосов в пределах от 30 до 90 градусов и сроком эксплуатации, доходящем до 120 лет . На рис3. приведена схема конструкция насыпи , в которой для укрепления откоса использованы прослойки из георешетки, расположенные в теле насыпи с интервалом.
Рис 1. Схема конструкция насыпи, армированной георешеткой Фортрак.
В табл.1 приведены предельно-допустимые значения прочности на растяжение различных марок георешеток Фортрак - Рдоа , рассчитанные для конструкции на рис.3. Расчеты проводились при следующих исходных данных: статические и кратковременные нагрузки, физические характеристики грунта, срок эксплуатации сооружения - 120 лет; грунт нейтральный; высота сооружения 2 метра.
Значения, приведенные в табл.1, дают возможность оценить требуемую прочность материала в зависимости от условий эксплуатации и на основе этой оценки выбрать тип георешетки Фортрак.
Таблица 1.
Тип материала | Предельно-допустимые значения прочности на растяжение | ||||||
|
|
| (кН/м) для материла засыпки: |
|
| ||
|
| Б у л ы ж н и к и |
| Г р а в и й |
| ||
|
|
| К р у т и з н а о т к о с а , г р а д. |
| |||
|
| < 71 | 71-85 | >86 | <71 | 71-85 | >86 |
Фортрак 110 | 36,4 | 30,3 | 24,2 | 39,2 | 32,6 | 26,1 | |
Фортрак 80 | 26,5 | 22 | 17,6 | 28,5 | 23,7 | 19 | |
Фортрак 55 | 18,2 | 15,2 | 12,1 | 19,6 | 16,4 | 13 | |
Фортрак 35 | 11,6 | 9,7 | 7,7 | 12,5 | 10,4 | 8,3 | |
Тип материала | Предельно-допустимые значения прочности на растяжение | ||||||
|
|
| (кН/м) для материла засыпки: |
|
| ||
|
|
|
| П е с о к ( г л и н а ) |
| ||
|
|
| К р у т и з н а о т к о с а , г р а д. |
| |||
|
|
| <71 |
| 71-85 |
| >86 |
Фортрак 110 |
| 46,2 |
| 38,5 |
| 30,8 | |
Фортрак 80 |
| 33,6 |
| 28 |
| 22,4 | |
Фортрак 55 |
| 23,1 |
| 19,3 |
| 15,4 | |
Фортрак 35 |
| 14,7 |
| 12,3 |
| 9,8 |
При строительстве подобных насыпей с применением вышеупомянутых геосинтетических рулонных материалов позволяет, например, сочетая данную конструкцию с различными строительными элементами, выбрать конструкцию, которая наиболее близка к местному ландшафту, которая сливалась с природой воедино.