Геосинтетические материалы для укрепления оснований и эффективного дренажа

"Экспозиция. Строительство"  №5/С (72) сентябрь 2008  *.pdf (480 kB)

В последние 20-30 лет в руках строителей появился интересный многообещающий материал, называемый «геотекстиль» или «геосинтетика». Мировая практика показывает, что геосинтетичесие материалы позволяют снизить затраты на строительство и эксплуатацию различных инженерных объектов, сократить объём работ и количество строительных материалов. Этим объясняется их востребованность на рынке стройиндустрии.

  Применение геосинтетических матери­алов в строительстве самым коренным об­разом изменило характер работ, связанных с закреплением откосов, устройством под­порных стенок, оснований дорог. Становят­ся ненужными большие объемы бетонных и земляных работ, т.к. для получения не­обходимого результата используется песок и армирующие геосетки, геоткани (дорнит), георешетки.

Корень «гео» указывает на область при­менения этих материалов. Они используются как армирующие сетки или гидроизолирую­щие мембраны в конструкциях и сооружени­ях, основу которых составляют рыхлые гор­ные породы - грунт, песок, гравийные смеси и т.п. «Синтетика» и «текстиль» - отражают состав материалов, способ его изготовления и внешний вид: ткани, войлок, пленки и дру­гие относительно тонкие легкие материалы большой площади.

Область применения геосинте­тических материалов достаточно широка: дорожное, гидротехническое, подземное, природоохранное строительство, также це­лесообразно использование в ландшафтном дизайне.

В случае устройства водоемов или хра­нилищ используются пленочные геосинтети­ческие материалы, сетки и опять же местный грунт. Таким образом, применение геосинте­тических материалов дает немалый эконо­мический эффект, уменьшая и даже исклю­чая использование таких материалов, как бетон, сталь, привозной природный камень, и облегчая проведение работ. Все это, плюс сведенное до минимума вмешательство в окружающую среду, делают геосинтетиче­ские материалы экологически эффективны­ми материалами, что в наши дни является важнейшим достоинством и необходимым качеством материала.

Разделение и армирование

При строительстве дорог (от пешеходных до железных) и стоянок обычно используют щебень. Но со временем на дороге на сла­бом основании (глина, торф или переувлаж­ненные грунты) образуются колеи либо ще­бень вообще "тонет". Геотекстиль в сочетании с геосетками помогает в решении этих проблем, препятствуя пере­мешиванию щебенчатой засыпки с основа­нием и сохраняя первоначальную толщину засыпки, что в сочетании со значительным модулем упругости самого геотекстиля по­зволяет: 

1. Значительно увеличить несущую спо­собность такой конструкции;

2. Обеспечить повышенную степень уплотнения на этапе строительства, предот­вращая вдавливание щебня в мягкую подо­снову;

3. Снизить разрушение дорог, вызыва­емое воздействием мороза. Задержанные мельчайшие частицы (тонкодисперсные включения) действуют, как губка, впитывая воду и расширяясь при замораживании.

4. Предупредить колееобразование

Результатом применения геотекстиля в качестве разделительного слоя являются:

1. Снижение издержек на укладку (умень­шение использования щебня для достиже­ния такой же несущей способности).

2. Снижение времени строительства за счет более быстрой и качественной утрам­бовки.

3. Снижение стоимости технического об­служивания и увеличении срока работоспо­собности конструктива.

Совмещение высокого начального мо­дуля упругости и удлинения (сочетание свойств тканых (силовых) геосинтетиков и иглопробивного геотекстиля) дает возмож­ность материалу поглощать больше энергии. Это обеспечивает ему повышенную устойчи­вость к повреждению во время укладки и вы­полняет армирующую функцию.

Широкое использование геотекстиль по­лучил и при устройстве дорожек и площадок из тротуарной плитки. Мягкая (без бетонной стяжки) укладка тротуарной плитки значи­тельно ниже по цене (разница в стоимо­сти бетона и арматуры и работ доходит до 70%), он предотвращает вымывание песка, перемешивание его со щебнем или грунто­вым основанием, увеличивает жесткость конструкции и значительно снижает вероят­ность просадок. Вы получаете превосходный результат, возможность легкого ремонта и перепланировки при значительно меньших материальных, трудовых и временных за­тратах.

Геотекстиль

Геотекстиль представляет собой не­тканый материал из бесконечных полипро­пиленовых волокон, что обеспечивает его высокие физико-механические свойства (в частности изотропность), а также стойкость к различным химическим соединениям (ще­лочам, кислотам). Материал не подвержен гниению, воздействию грибков и плесени, грызунов и насекомых, прорастанию корней растений.

Благодаря оптимальному сочетанию своих характеристик геотекстиль, кроме традиционных применений в дорожных, дренажных и противоэрозионных конструк­циях, широко используется в качестве раз­делительной прослойки различных пород, обратного фильтра, подложки для геомем­бран, георешеток, габионов, геокомпозитов, при строительстве кровель, фундаментов, землеустройстве и т. д. При этом реализу­ются такие основные функции геотекстилей, как разделение, армирование, фильтрация, дренаж, а также их сочетание.

Почему геотекстильное полотно лучший выбор?

1. Специфическая структура материала препятствует внедрению частиц грунта в поры и их засорению.

2. Преднапряженность материала обе­спечивает сопротивление раздиру, проколу и износу, а также значительное удлинение до разрыва (около 60%), что практически ис­ключает повреждение при укладке.

3. Высокий модуль упругости позволяет воспринимать нагрузку и распределять ее, следовательно, выполняется армирующая функция при относительно малых деформа­циях.

4. Малоразмерные рулоны Геотекстиля удобны в перевозке, хранении и укладке.

5. Легко режется, в отличие от «толстых» материалов.

Синтетические полимеры придают ге­осинтетитке (геотекстилю) специфические для полимеров положительные свойства:

• Водо и морозостойкость

• Универсальная коррозионная устойчи­вость.

• Высокая прочность на растяжение.

Геосетки

Геосетки улучшают технические характеристики дорожных конструкций благодаря своим свойствам: высокой прочности на растяжение и разрыв при малых деформациях, высокой адгезии с грунтом и асфальтобетоном, долговечности, а также устойчивости к воздействию химически агрессивных сред. Такие проблемы асфальтобетонных покрытий как трещины, полосы наката, неоднородность покрытия и многие другие можно решить с помощью геосеток для асфальтобетона. Армирование геосетками предотвращает распространение отраженных трещин, появление температурных трещин, а также увеличивает несущую способность дорожных одежд и позволяет снижать толщину асфальтобетона. При правильной укладке геосетки обеспечивается значительное увеличение срока службы покрытий по сравнению с дорогами, построенными традиционными способами.

Введение в конструкцию дорожной одежды геосетки для грунта позволяет усилить дорожную одежду и предупредить взаимопроникновение материалов контактирующих слоев. Усиление достигается благодаря совместной работе геосетки с зернистым материалом основания (покрытия переходного типа), приводящей к блокировке (ограничению перемещений) отдельных зерен этого материала в ячейках геосетки. Образованный композитный слой «зернистый материал + геосетка», обладает лучшими механическими свойствами, прежде всего, повышенной устойчивостью к воздействию динамических нагрузок.

Фильтрация и дренаж 

Для осушения или снижения уровня грунтовых вод, в частности на заболочен­ных почвах, обычно применяют различные дренажные системы. Традиционный способ - это канава, по которой вода выводится запределы участка либо в специальные места ее сбора. Такой способ самый дешевый, но не очень эстетичный, к тому же быстро об­валивающиеся края и намытый водой песок быстро снижают, а затем полностью пре­кращают ток воды. Чтобы края не обвалива­лись, а участок не выглядел, как "поле боя", канаву рекомендуется заполнить щебнем или керамзитом.

Такая система более эффективна, но со временем проницаемость засыпки зна­чительно снижается за счет заиливания мелкими частицами. Геотекстиль, если им выложить полностью канаву и внахлест уло­жить на засыпку, фильтрует тонкодисперс­ный поток, и площадь фильтрации дрены, а также ее водопроницаемость сохраняются в течение гораздо большего времени. Для вы­полнения дренажей также часто используют дренажные перфорированные трубы, в по­следнее время их часто используют уже с геотекстилем, обернутым вокруг трубы, что предотвращает засорение самой трубы и отверстий в ней. Геотекстиль для этих це­лей идеально подходит благодаря высоким фильтрующим способностям материала и тому, что он не заиливается. При примене­нии данной технологии возможен отказ от использования дренажной трубы, только ще­бень крупных фракций и геотекстиль, это так называемая технология мягкого дренажа.

Геотекстиль создает естественный по­чвенный фильтр. Вода, проходя из почвы в дренаж через Геотекстиль, вымывает мелкие частицы, после вымывания мелких частиц соединительная структура крупных частиц прилегает к геотекстилю и образуется есте­ственный фильтр, который последовательно уменьшает вымывание, вплоть до его полно­го прекращения. Пропускающая способность такой системы определяется водопроницае­мостью грунта.

Геоматы

Геосинтетические материалы широко применяются для предотвращения эрозии почвы, а также защиты берегов водоемов и их озеленения. Противоэрозионные маты - альтернатива традиционным методам противоэрозионной защиты из бетона, кам­ней или деревянных конструкций. Благо­даря своей структуре противоэрозионные маты способствуют быстрому образованию устойчивой корневой системы. Еще одним существенным преимуществом этих матери­алов является то, что еще до образования растительного слоя маты уже препятствуют возникновению эрозионных процессов.

Геомат - это рулонный материал из по­лимерных нитей, термически скрепленных между собой в местах пересечений. По сво­ей структуре мат напоминает мочалку, име­ющую большое количество пустот. Геоматы выпускаются нескольких типов, которые были разработаны с учетом различных усло­вий применения (берегоукрепление, укре­пление откосов насыпей и выемок, стабили­зация растительного покрова на гладких или скалистых поверхностях). Материал эффек­тивно удерживает мелкие частицы почвы с семенами и создает благоприятные условия для роста растений, обеспечивая защиту склона от эрозии. В некоторых случаях (при большой скорости потока воды) геомат целе­сообразно заполнять отсевом (щебнем мел­кой фракции).

Геомат может использоваться не толь­ко для противоэрозионной защиты или для озеленения поверхностей. Материал пред­назначен также для строительства игровых площадок с естественным растительным слоем или для организации стоянок для автомобилей с устойчивым растительным слоем.

Отличительные качества материала: легкий монтаж, благодаря легкости и гибко­сти материала, прочное соединение, 85% открытой поверхности, нетоксичный и хи­мически нейтральный материал, материал устойчив к воздействию ультрафиолетовых лучей, монтаж можно проводить при минусо­вых температурах. Геомат устойчив ко всем химическим и биологическим воздействиям естественного происхождения, и тем самым гарантируется длительный эксплутационный срок службы материала. Материал равно­мерно заполняется тонким слоем грунта, без дополнительного контроля качества работ. Открытая структура ма­териала не препятствует прорастанию кор­невой системы растений, способствуя бы­строму зарастанию склонов и, тем самым, гарантирует защиту склонов от эрозии. На горизонтальных основаниях рулоны доста­точно развернуть, а на крутых склонах мож­но дополнительно закрепить скобами или шпильками, после чего материал заполняет­ся плодородным слоем почвы и засеивается травой.

Области применения

геосинтетических материалов

Дорожное строительство

В дорожном строительстве Геосинтети­ческие материалы применяются для устрой­ства откосов повышенной крутизны, подпор­ных стенок, усиления оснований дорожных насыпей, а также для защиты конусов пу­тепроводов, армирования асфальтовых по­крытий, разделения конструкционных слоев дорожной одежды и в качестве элементов дренажных систем. При сооружении откосов повышенной крутизны или других армогрун­товых конструкций в качестве армирующих материалов используются высокопрочные геосетки, геоткани (дорнит), а также объ­емные георешетки. Технология применения данных материалов дает значительную эко­номическую выгоду в сравнении с такими традиционными методами, как строитель­ство бетонных подпорных стен, шпунтовых ограждений, замена грунтов (при строитель­стве на слабых основаниях). Для армиро­вания асфальтовых покрытий применяются геосетки, композиционные материалы на их основе и полимерные волокна (дисперсное армирование).

Геосинтетические материалы улучша­ют технические характеристики дорожных конструкций благодаря своим свойствам: высокой прочности на растяжение и разрыв при малых деформациях, высокой адгезии с грунтом и асфальтобетоном, долговечности, а также устойчивости к воздействию хими­чески агрессивных сред. В зависимости от вида конструкций дорог, характеристик грун­тов и различных нагрузок применяют те или иные геосинтетические материалы.

Образуют разделительный,

фильтрующий и армирующий слои

между нижним грунтом и насыпным

материалом

Предотвращают заливание насыпно­го материала частицами грунта, благодаря чему насыпной материал сохраняет функ­цию распределения нагрузки и обеспечивает стабильность.

Препятствуют неравномерному проник­новению насыпного материала в грунт, что способствует сокращению расхода матери­ала.

Оптимизируют уплотнение так, что на­сыпной материал не проникает в грунт.

Используются в качестве фильтра между грунтом и дренажным заполнителем.

Препятствуют заливанию дренажного за­полнителя или дренажной трубы частицами грунта.

Образуют армирующий слой на мягком, слабонесущем грунте.

Препятствуют обрушению откосов.

Позволяют вести строительство дорог даже на слабонесущем грунте.

Уменьшают деформацию дорожного по­лотна.

Армирование насыпей

Используются с целью армирования мелкозернистого, связного грунта.

Препятствуют обрушению откосов

Снижают повышенное поровое давление грунта.

Строительство путепроводов для

транспортировки жидкостей и газа

Образуют разделительный слой между грунтами, препятствуют загрязнению бал­ластного материала, благодаря чему его способность распределять нагрузку не из­меняется.

Строительство тоннелей,

подземное строительство

В подземном строительстве геосинтети­ческие материалы в основном применяются в качестве гидроизоляции (геомембраны) под­земных сооружений, пластового и пристенно­го дренажей (дренажные маты). В сравнении с традиционными гидроизоляционными ма­териалами геомембраны обладают высокой эластичностью, стойкостью к механическим и химическим воздействиям. Применение дре­нажных матов в подземном строительстве по­зволяет решить три задачи:

1. Cнятие гидростатического давления грунтовых вод за счет организации пристен­ного дренажа.

2. Наружная гидропароизоляция подзем­ной части сооружения.

3. Наружная несъемная опалубка при бетонировании стен подземной части соору­жения.

Образуют защитный и дренажный

слои между скальной породой

и изоляционным покрытием

Защищают изоляционное покрытие от повреждений шероховатой поверхностью бетона.

Защищают изоляционное покрытие от повреждений острым заполнителем.

Уменьшают напряжение между бетонной отделкой и горной породой.

Отводят грунтовую и ливневую воду к дренажу

Гидротехническое строительство

В практике гидротехнического строи­тельства ГМ, а именно геомембраны бен­тонитовые маты, применяются в качестве гидроизоляции при устройстве противо­фильтрационных завес, плотин или дамб, а также для организации гидроизоляционных экранов водохранилищ, прудов, водоемов. Использование геомембран обеспечивает гарантированную гидроизоляцию на дли­тельный срок (несколько десятков лет) даже в условиях агрессивных сред.

Выполняют функции фильтра

под береговым укреплением

Препятствуют водной эрозии грунта.

Предотвращают возникновение эрозии без дополнительного берегового укрепления в небольших руслах или во время паводков.

Обеспечивают достаточную водопрони­цаемость берегового укрепления.

Жилищное и техническое

строительство

Используются в качестве

фильтрующего слоя в различных

дренажных системах (дренаж подвальных

помещений, дренаж плоских крыш)

Препятствуют заливанию дренажного щебня или дренажных труб частицами грун­та.

Обладают высокими водопропускными показателями, благодаря чему вода быстро отводится дренажной системой.

Функционируют в качестве разделяюще­го слоя между грунтом и щебнем.

Препятствуют смешиванию щебня с грун­том и выполняет тем самым функции защи­ты, фильтрации и распределения нагрузки.

Выемка грунта незначительна из-за не­большой толщины конструкции.

Разгружают несущие конструкции и легко укладывается благодаря небольшому весу.

Бассейны, водоемы, оросительные

каналы, реки

Используются в качестве защитного слоя синтетических изоляционных экранов. Пре­пятствуют повреждению гидроизоляции при укладке, препятствуют повреждению гидро­изоляции из-за неровностей грунта, отводят грунтовые воды и предотвращают водную эрозию откосов в случае понижения уровня воды в водохранилище или канале.