Бондарева Э.Д.,Киселев О.Е., Ладыженский И.С.

В настоящее время мировое признание получило армирование грунтовых конструкций полимерными рулонными материалами — геосинтетиками. Типичными примерами применения геосинтетиков являются:
•    армирование подъездных, временных автодорог на слабых грунтах;
•    армирование оснований насыпей авто- и железных дорог на слабых грунтах;
•    армирование оснований насыпей авто- и железных дорог, устраиваемых на свайных основаниях;
•    армирование оснований рекультивированных территорий, расположенных на грунтах с ярко выраженной неоднородностью структуры, а также наличием пустот и каверн;
•    армирование оснований и покрытий полигонов для захоронения отходов;
•    армирование крутых откосов и подпорных стенок.

В настоящее время в качестве армирующих геосинтетиков широко применяются тянутые из перфо-рированного листа геосетки из полиэтилена высокой плотности (PEHD) или полипропилена (PP), плетеные геосетки из (PP), полиамида (PA) или высокомодульного полиэстера (PET), а также тканые по специальной технологии полотна из РЕТ. За последние годы все более широкое применение полу-чают геосетки из поливинилалкоголя и арамида, изготавливаемые способом плетения.

Преимуществами применения геосинтетиков, по сравнению с традиционными технологиями. явля-ются их низкая чувствительность к присутствующим в грунте в нормальных концентрациях агрес-сивным веществам, простота в укладке и более низкая стоимость сооружений. В некоторых случаях применение геосинтетиков позволяет использовать местный грунт и тем самым избежать замены его грунтом с более высокими физико-механическими характеристиками. Как правило, применение армогрунтовых конструкций приводит к меньшим вредным воздействиям на окружающую среду.

Несмотря на перечисленные положительные качества, применение армирующих геосинтетиков мо-жет ограничиваться в тех или иных случаях ввиду существенной разности в свойствах, присущих по-лимерам, из которых они изготавливаются.

Поведение любого армирующего геосинтетика в грунте в общем случае характеризуется совокупно-стью следующих основных параметров:
Pр — кратковременная прочностью на разрыв, определяемая в лабораторных условиях при нормиро-ванной скорости нарастания деформации;
      — относительное удлинение при разрыве в тех же условиях;
A1 — фактор ползучести, характеризующий снижение кратковременной прочности на разрыв при дли-тельном приложении нагрузки;
A2 — фактор повреждаемости, характеризующий снижение кратковременной прочности на разрыв по-сле укладки материала в зернистый грунт с последующим уплотнением;
А3 — фактор, учитывающий наличие стыков, швов и т.п.;
A4 — фактор чувствительности к воздействию окружающей среды, например биологическим и химическим воздействиям;
    — сцепление геосинтетика с грунтом, определяемое при испытаниях на выдергивание геосинтетика из грунта в горизонтальном направлении при различных величинах вертикального давления в грун-те..

Помимо вышеперечисленных факторов, определяемых полимером и методом изготовления геосинтетика, вводится коэффициент запаса ,  зависящий от типа конструкции и действующих в стране стан-дартов или иных нормативных документов, а также от достоверности закладываемых в расчет дан-ных по свойствам геосинтетика, действующим нагрузкам и геометрии самой конструкции.

Общая формула для определения Pр применяемого геосинтетика выглядит следующим образом:
Pр = Pрасч х А1 х А2 х А3 х А4 х ,                                  (1)
где Pрасч -  расчетное растягивающее усилие, возникающее в геосинтетике, зависящее от типа конст-рукции и применяемой методики расчета.
Отдельно следует сказать о параметре , не входящем в формулу (1), играющим важную роль в вы-боре типа геосинтетика. Именно сцепление определяет возможность мобилизации Pрасч в геосинтети-ке при контакте с грунтом. Сцепление геосеток с грунтом значительно выше, чем тканых материалов, что, как правило, вызывает необходимость увеличения длины анкерных связей при применении тканых геосинтетиков.

Из всех перечисленных факторов, влияющих на прочностные показатели геосинтетиков, хотелось бы подробней остановиться на склонности полимеров к ползучести, часто  играющей определяющую роль при выборе геосинтетического материала.

Так, для конструкций временных дорог, подъездных путей и др., где воздействие нагрузок кратко-временно, возможно применение армирующих геосинтетиков любых типов не зависимо от их склон-ности к ползучести.

Для конструкций с длительным расчетным сроком службы при наличии постоянной составляющей усилия на геосинтетик необходимо учитывать фактор ползучести полимера и допускаемые деформа-ции армогрунтовой конструкции в процессе эксплуатации.

Допустим, что проектируется армогрунтовая конструкция со сроком службы 1000000 часов или 120 лет. Конструкция возводится в течение 1000 часов. Факторы А2 — А4 принимаем равными 1,0. Допус-каемые деформации за счет ползучести за весь срок службы конструкции назначаются равными ∆ε = 1%. На рис. 1 и 2 приведены изохронные кривые зависимости  «напряжения — деформации» при дли-тельном приложении нагрузки для двух материалов:  полиэстер (РЕТ) и полипропилен (РР).

Как видно из рис.1 и 2, для РЕТ интервал, равный по величине относительного удлинения 1% между кривыми, соответствующими 1000 и 1000000 часов, находится на уровне 57% от Pult, а для РР такой интервал соответствует 10% от Pult. Таким образом, для того, чтобы обеспечить деформации армог-рунтовой конструкции в процессе эксплуатации не более, чем 1%, требуется применить геосинтетик из полипропилена, имеющий в 5,7 раза более высокую разрывную нагрузку, чем у геосинтетика из полиэстера.



С другой стороны, если  уровень деформаций конструкции в процессе эксплуатации не ограничива-ется, то при сроке службы, равном 120 годам, геосинтетиком из полипропилена обеспечивается прочность, равная 27% от Pult, в то время как для геосинтетика из полиэстера такая нагрузка составит 60% от Pult. В первом случае параметр А1 = 1,67, во втором случае А2 = 3,70 , т.е. и в этом случае разра-ботчику приходится применять геосинтетик из РР в 2 раза более прочный, чем геосинтетик из поли-эстера.

На рис.3, а изображена насыпь на слабом грунте, армированная геосинтетиком с большой ползучестью. Характерно, что из-за деформаций ползучести, возникших в после завершения строительной фазы работы конструкции, геосинтетик растянулся, насыпь расползлась и образовались деформации по верху насыпи, которые после устройства дорожных одежд крайне нелегко скомпенсировать.



На рис.3,б такая же насыпь проармирована геосинтетиком с низкой ползучестью. Все деформации тела насыпи были скомпенсированы в строительный период, ввиду чего на поверхности насыпи деформаций не наблюдается.

Аналогичная картина наблюдается при армировании насыпи, устраиваемой на сваях. На рис.4, а по-казано армирование геосинтетиком с высокой ползучестью. Из-за деформаций ползучести, возни-кающих в после завершения строительства, происходят деформации по верху насыпи, а при выборе геосинтетика со слишком малым усилием на разрыв возможно протыкание тела насыпи с выходом оголовников свай в тело  насыпи.


На рис. 4,б такая же насыпь проармирована геосинтетиком с низкой ползучестью. Все деформации тела насыпи скомпенсированы в строительный период, поэтому процессе эксплуатации деформации по основанию и верху насыпи остались практически неизменными.

Таким образом, при выборе геосинтетика для ответственных конструкций с длительным сроком службы предпочтительней геосинтетики из полиэстера (полиэфира), что подтверждено как отечественным, так и зарубежным опытом эксплуатации различных конструкций (насыпей с крутыми отко-сами, насыпей на сваях и др.), армированных, например, геосеткой Fortrac (Фортрак) или геотканью Stabilenka (Стабиленка), изготовленных из высокомодульного полиэстера.