Реферат: Геосинтетические и геопластиковые материалы в дорожном строительстве

Геосинтетические и
геопластиковые материалы
в дорожном строительстве


1. ВВЕДЕНИЕ

В отечественной и зарубежной практике имеется значительный опыт применения геосинтетических материалов, разработке и созданию которых способствовало бурное развитие химической промышленности, особенно в зарубежных странах. Основными потребителями геосинтетических материалов стали, прежде всего, дорожная и железнодорожная отрасли, гражданское и гидротехническое строительство, строительство аэродромов [1]. В последние годы созданы новые материалы и технологии на их основе, в том числе и для экологической защиты территории (при строительстве полигонов с целью размещения твёрдых бытовых отходов). Произошло существенное расширение областей использования новых материалов, разработаны методы расчёта дорожных конструкций с их применением.

Благодаря исследовательским и внедренческим работам Союздорнии по указанной проблеме, а также организаторской и информационной деятельности, интерес к рассматриваемым материалам существенно возрос к концу 90-х годов как среди потребителей, так и среди производителей геосинтетики.

В СССР единственный семинар по проблеме использования геосинтетики и геопластики был проведён Минтрансстроем СССР в 1977 г. В последующий, почти 20-летний период, отсутствие достоверной информации о новых геосинтетических материалах, их использовании в мировой практике нанесло значительный урон не только в части развития отечественных современных технологий в дорожной и других строительных отраслях, но и достоверной оценки роли геосинтетических материалов как совершенно нового продукта, позволяющего дополнить или компенсировать известные физико-механические свойства грунтов и других строительных материалов. И только после Международной конференции по геосинтетике (EuroGeo 1), которая состоялась в г. Маастрихте (Голландия) в 1996 г. в рамках Объединённой Европы, положение в значительной степени изменилось [2]. В дальнейшем этому вопросу были посвящены международные конференции, проводившиеся в марте 1998 г. в г. Атланте (США); 2001 г. - г. Болонье (Италия); 2001 г. - Японии; 2002 г. - г. Ницце (Франция) [3, 4, 5, 6]. Расширены контакты с ведущими зарубежными фирмами, работающими в области геосинтетических материалов. Причём эти контакты касались не только вопросов поставки тех или иных материалов, но прежде всего комплекса теоретических, конструктивных и технологических решений, что особенно важно на современном этапе.

Национальные конференции и семинары в области геосинтетических материалов, их применения в дорожной и транспортной отраслях прошли в 1998 г. (г. Владимир), в 2000 г. (г. Балашиха), в 2001 г. (Москва, МАДИ), в 2002 г. (Санкт-Петербург, ЛИИЖТ). Они получили статус международных, поскольку в них принимали участие представители ряда зарубежных фирм (Германии, Финляндии, Италии, Белоруссии, Украины). При этом, если на первом семинаре в 1998 г. прозвучали доклады и сообщения, которые в известной степени реанимировали рассматриваемую проблему после большого перерыва, носили в большинстве случаев постановочный или ретроспективный характер, то на последующих семинарах и конференциях был освещён уже накопленный опыт использования современных геосинтетических материалов при проектировании, строительстве и реконструкции таких автомобильных дорог, как МКАД, МКАД - Кашира, «Дон», «Крым», третье транспортное кольцо, КАД вокруг Санкт-Петербурга и ряд других. Вместе с тем, их тематика, диапазон которой был существенно расширен, включала следующие ключевые вопросы:

современный мировой уровень в области геосинтетики и геопластики;

геосинтетика и геопластика при строительстве и реконструкции автомобильных дорог;

геосинтетика при ремонте и содержании автомобильных дорог;

экологические проблемы при использовании геосинтетики и геопластики;

производство и производители геосинтетики.

Особое внимание было уделено теоретическим аспектам применения геосинтетики и геопластики в дорожных конструкциях; состоянию отечественной нормативно-технической базы в этой области; опыту научных исследований, накопленному Союздорнии и ГП «Росдорнии», а также проектных работ, выполненных Союздорпроектом и Гипродорнии.

^ 2. СОВРЕМЕННЫЙ МИРОВОЙ УРОВЕНЬ В ОБЛАСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОСИНТЕТИКИ И ГЕОПЛАСТИКИ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

2.1. Общие вопросы

При анализе существующих, прежде всего зарубежных документов по применению геосинтетических материалов, в частности в дорожном строительстве, особое значение приобретает немецкая «Памятная записка по применению геотекстиля и геосеток при земляных работах в дорожном строительстве» [7] (далее «Памятная записка»).

«Памятная записка» содержит информацию о возможностях применения геотекстильного материала, геосетки и сеткоподобных «продуктов» при земляных работах и в гидротехнических сооружениях дорожного строительства. Помимо чисто дорожной ориентации в «Памятной записке» даются необходимые ссылки на ряд рекомендаций и своды правил для гидротехнического строительства, правила применения гидроизоляционных искусственных материалов для защиты от грунтовых вод, рекомендации для проектирования и расчётов армогрунтовых сооружений с армоэлементами из геосинтетических и геопластиковых материалов, рекомендации по устройству свалок и лома. Указанная «Памятная записка» для дорожного строительства действительна до выхода соответствующей европейской нормы условий поставки или предписаний (рекомендаций). «Продукты» государств - членов Европейского союза, - которые не соответствуют требованиям, указанным в данной памятке, эквивалентно подвергаются также проводимым в стране их производства исследованиям и контролю, пока для них не будет установлен равным образом устойчивый и требуемый уровень защиты по безопасности, гигиене и пригодности к использованию.

Собирательный термин «продукт» или «продукты» довольно часто применяется в соответствующих текстах рекомендаций, докладах или высказываниях, которые касаются совокупности геосинтетических материалов.

Вместе с тем, в отечественной практике рассматриваемый «продукт» носит более чёткое и обобщённое определение.

^ Геосинтетические материалы - общая классификационная терминология для всех видов синтетических материалов, которые используются в различных отраслях строительства, в том числе и дорожной. Этот термин включает: геотекстильные материалы, георешётки, геосетки, геомембраны и геокомпозиты.

В терминологическом аспекте «Памятная записка» рассматривает термины, охватывающие следующий круг геосинтетических материалов.

^ Геотекстильный материал (водопроницаемый): нетканый, тканый, трикотаж, другие изделия плоской формы, характерные для искусственных полимерных материалов.

^ Геосетки или аналогичные композиции («продукты» в терминологии «Памятной записки»): плетёные, вязаные и уложенные геосетки (т.е. сформированные на месте производства работ), ленты и стержневидные элементы, комплексные материалы.

^ Гидроизоляционные материалы (водонепроницаемые или с незначительной степенью водопроницаемости): искусственные (полимерные) материалы, бентонитовые композиты, другие изделия из геосинтетики или геопластики плоской формы. Отметим, что выделенные структуры представлены в «Памятной записке» в самом общем виде и, очевидно, не могут претендовать на какую-либо классификацию.

^ Геотекстильными материалами являются водопроницаемые нетканые материалы, ткани, трикотаж и комплексные материалы для использования в дорожном строительстве.

Геосетками, которые выделены отдельно, являются изготовленные из синтетических волокон или пластических масс кристаллические структуры с различными узловыми соединениями и с шириной отверстия более 10 мм для применения в тех же целях. Различают геосетки:

плетёные;

вязаные;

уложенные.

Реже встречаются ленты и стержневидные элементы.

Отмеченные термины более подробно раскрываются в соответствующих разделах упомянутой «Памятной записки» в следующем виде.

Геотекстили. Нетканые материалы получают в результате скрепления синтетического холста уложенными по плоскостям друг на друга элементарными нитями (бесконечными волокнами) - элементарными неткаными нитями или штапельными волокнами длиной от 3 до 5 см. Скрепление может быть механическим (например, при прокалывании иглой или зашивании) и/или адгезионным (например, с помощью соединительного клеящего средства), или когезионным (например, при термическом воздействии).

^ Тканые материалы состоят из скрещивающихся под прямым углом нитевых систем (пряжи). Они различаются по виду пряжи (пряжа из штапельного волокна, мультиволоконная пряжа, кручёная нить, моноволоконная пряжа, узкие полоски, нарезанные из плёнки, и срощенная нить); по её переплетению (так называемому соединению), например, полотняное переплетение типа «рогожка», и каркасное; по количеству нитей на единицу длины. При необходимости дополнительно укрепляются места скрещивания пряжи.

Трикотаж - общее наименование изделий плоской формы, которые состоят:

из одной или нескольких нитевых систем, соединённых друг с другом петлеобразно;

из одной или нескольких проходящих по прямой линии нитевых систем, связанных друг с другом следующей нитевой системой (вязально-прошивной, основовязальный трикотаж).

Геосетка. Сплетённая геосетка - это сетка с отверстиями более 10 мм.

^ Вязаная сетка изготавливается из синтетических лент. В лентах пробиваются отверстия, растягиваются в одном или обоих направлениях (вдоль и поперёк). При вытягивании полимерные молекулы ориентируются в направлении растяжения. При этом прочность в направлении растяжения увеличивается, а удлинение уменьшается. Узловые пункты не смещаются, благодаря чему происходит передача силового фактора между продольными и поперечными перемычками.

^ Уложенная геосетка в соответствии с «Памятной запиской» производится из покрытых оболочек лент. При этом ленты укладываются крестообразно и соединяются в местах перекрещивания.

^ Ленты и стержневидные элементы рассматриваются (обозначаются) как геосеткообразные «продукты». Ленты могут состоять, например, из сотканных или соединённых полос, а также из объединённых между собой на одном уровне слоев нитей, зафиксированных полимерной оболочкой. Стержневидные элементы выполняют из связанных переплетающихся нитей, которые обёрнуты материалом из искусственного волокна.

Комбинированные материалы или композиты состоят из объединённых в плоскости друг с другом нетканых материалов, тканей, геосетки и/или других плоскостных структур и композитов.

^ 2.1.1. Технические характеристики геотекстильных материалов и георешёток

Общие положения. Характеристики «продукта» (геосинтетического материала) определяются его компонентами, их предназначением, используемым сырьём, типом, креплением или соединением волокон (нитей) или расположением узловых точек пересечения георешёток.

Сырьё. В настоящее время применяются следующие ткани или сырьё для сплошных материалов и решёток: полиамид (РА), полиэтилен (РЕ), полиэстер (PES) и полипропилен (РР). Полиэтилен и полипропилен известны как полиолефины. В целях обеспечения специальных характеристик «продукта» могут использоваться добавки (например, стабилизаторы), применяться оболочки из поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилена (РЕ) или битума. Другим типом сырья являются разлагаемые натуральные материалы, такие, как лён, джут или кокос, которые применяются для защиты поверхности грунтового основания.

При их использовании почва, грунты и вода не подвергаются воздействию вредных веществ. Применяемые при производстве добавки, растворимые в воде или вымываемые водой, например, определённые авиважи (водные эмульсии, поверхностно-активные вещества), стабилизаторы или консерванты для авиважей, - должны соответствовать указаниям, содержащимся в описании «продукта» в части типа и количественного соотношения.

^ Нетканые материалы используются в качестве разделительного и фильтрующего элемента в дорожной конструкции. В нетканых материалах с ориентированно расположенными волокнами механические характеристики не зависят от направления самих волокон. Такая зависимость может возникнуть вследствие частично ориентированного расположения волокон.

При натяжении только часть волокон будет подвержена нагрузке, а другая ориентируется по направлению натяжения. В результате достигается высокая эластичность нетканых материалов по сравнению с ткаными. Чем меньше волокон фиксируется в заданном положении, тем выше эластичность ткани. Механически закреплённый нетканый материал растягивается сильнее, чем связанный адгезионно или когезионно. В уложенном состоянии эластичность значительно снижается вследствие сопротивления поперечному сжатию. Нетканые материалы в зависимости от своей эластичности могут хорошо подходить для укладки на неровные грунтовые поверхности. Они повторяют неравномерно изменяющуюся граничную грунтовую поверхность при укладке, располагаясь между ней и дренирующим материалом. В случае локальных повреждений, например, при засыпке камнем, и сквозных деформациях (продавливании) благодаря своей эластичности (прежде всего эластичности волокон) структура материала, окружающего локальное повреждение, не изменяется, оставаясь в первоначальном положении. Трение между грунтом и нетканым материалом в значительной степени зависит от взаимодействия грунта и структуры верхней поверхности нетканых материалов.

Нетканые материалы обладают, как правило, хорошей водопроницаемостью. Толстый нетканый материал может также использоваться для отвода воды в её плоскости.

^ Тканые материалы применяются в тех случаях и ситуациях, когда требуется компенсировать дефицит силовых факторов в грунтовых сооружениях или слоях дорожных одежд.

Механические характеристики тканых материалов формируются через структуру нитей в ткацкой машине для правки утка и основы и зависят от направления при использовании. При разрыве одной или больше нитей ткань теряет часть своей прочности в направлении нити.

Трение и сцепление между грунтом и тканым материалом в значительной степени зависит от взаимодействия грунта и структуры ткани.

Технические фильтрационные характеристики определяются через ширину раскрытия кромок в материале. Смятие незначительно влияет на изменение фильтрационных характеристик. При растяжении ширина раскрытия кромок может меняться. Рекомендуется соблюдать ограничение (уменьшение) водопроницаемости при нагрузке, а также при укладке грунта во время фильтрационных технических измерений.

^ Трикотажные материалы. Для применения в земляных работах материалов этой группы особенно подходит текстиль с прямолинейной непрерывной ниточной ровинговой системой, когда необходимо использовать их растягивающее усилие. Особенностями трикотажных материалов являются:

высокое растягивающее усилие при небольшом относительном удлинении в направлении непрерывной нити (ровинга);

возможность воспринимать растягивающие напряжения в диагональном направлении при определённых «продуктах» этой группы с диагональной непрерывной системой нитей (ровингов);

низкая эластичность в направлении непрерывной нити по сравнению с ткаными и неткаными материалами;

характер передачи нагрузки при взаимодействии с грунтом или другим дорожно-строительным материалом, а также фильтрационные технические характеристики, соответствующие аналогичным параметрам тканых геотекстилей.

Георешётка. Используется в грунте для армирования различных конструктивных элементов сооружений. Передача силы нагрузки между грунтом и георешёткой осуществляется через трение, в котором при достаточной узловой жёсткости можно также дополнительно получить сопротивление грунту узлов и перемычек. Георешётки (или в отечественной практике геосетки) применяются также при армировании асфальтобетонных покрытий при их ремонте, реконструкции и в случаях борьбы с отражёнными трещинами.

^ Комбинированные материалы. Необходимы, когда требуется одновременное действие их отдельных компонентов. Их технические характеристики определяются взаимодействием отдельных компонентов материалов.

Определённые комбинированные материалы могут также использоваться для отвода воды в их плоскости.

Рассмотренная выше совокупность геосинтетических материалов не включает в качестве отдельного типа объёмные георешётки из полиэтиленовых лент, скреплённые между собой механическим или термическим способом, которые вошли в отечественную и зарубежную практику прежде всего для укрепительных работ. Кроме того, в разделе при рассмотрении геосеток (плоских структур) не приведены способы их получения (изготовления) методом экструдирования. Наконец, для дальнейшего анализа необходима более полная трактовка геомембран.

Геомембрана - это герметический элемент из полимерного материала, используемый для регулирования поверхностных и подземных вод и защиты от них оснований и фундаментов грунтовых сооружений, а также иных конструктивов.

^ 2.1.2. Устойчивость к старению

При применении в рассмотренных «продуктах» (по терминологии немецкой «Памятной записки») синтетического сырья можно добиться их высокой долговечности за счёт достижения устойчивости к старению. Для этого необходимо обеспечить технологические требования при укладке материалов без механических дефектов, которые могут ухудшить их исходные характеристики. Существенное значение приобретает функция защиты материала от света (ультрафиолетовых лучей). Это касается прежде всего полипропилена. Следует принимать также во внимание чувствительность полиэфира к сильным щелочным воздействиям, что безусловно ограничивает их применение в конструкциях с бетонными или железобетонными элементами или требует проектирования специальных защитных мероприятий. Для отечественной практики необходимо иметь в виду то, что полиамид и геосинтетические материалы из него не морозостойки и не могут быть уложены в зонах ниже глубины промерзания. Изделия («продукты») из стекла, обладая относительно высокими «силовыми» функциями, снижают их при длительном взаимодействии с водой и отрицательными температурами, в связи с чем подвержены интенсивному старению и также требуют специфических мер защиты. Это следует учитывать при рассмотрении сроков службы дорожных конструкций и их отдельных элементов в случаях применения стеклоизделий.

Снижение (изменение) гидравлических и фильтрационных характеристик, а, следовательно, и соответствующих функций геосинтетических материалов в этом направлении, может быть предотвращено путём тщательного подбора и соответствия показателей их фильтрационных свойств составу прилегающего грунта (или наоборот).

Весьма важны усталостные свойства геосинтетических материалов, т.е. их реакция на воздействие длительной нагрузки (ползучесть). Роль этого фактора приобретает первостепенное значение при использовании так называемых «силовых» геосинтетических материалов с целью обеспечения или повышения надёжности грунтовых сооружений. Более подробно этот аспект будет рассмотрен в следующих разделах настоящего обзора.

^ 2.1.3. Области применения

В самом широком аспекте области применения геосинтетических материалов в дорожной отрасли, охватывая как конструктивные, так и технологические решения, включают два направления: земляные сооружения и дорожные одежды. В качестве основополагающих функций геосинтетических материалов для указанных направлений характерны следующие.

Разделение. Разделение (trennen - нем.) грунтовых сред, различных по составу или состоянию, с целью исключения их перемешивания (особенно в процессе строительства) происходит путём соответствующей защиты и обеспечения в условиях эксплуатации неизменности по толщине конструктивных слоев. Особое значение эта функция приобретает при строительстве земляного полотна насыпей на слабых основаниях (в естественном залегании последних), а также устройстве рабочего слоя выемок в глинистых переувлажнённых грунтах и последующих дополнительных слоев дорожной одежды. Кроме того, во многих случаях функция разделения может быть использована в качестве дополнительной к другим, рассматриваемым ниже.

Фильтрация. Функция, которая направлена на осушение и отвод поверхностных и грунтовых вод от конструктивных элементов земляного полотна и дорожных одежд.

^ Осушение (дренирование). Использование геосинтетических материалов в качестве антикольматационных фильтров, а также горизонтальных и вертикальных дренажей в случаях применения композитных объёмных «продуктов» (дренажи в выемках, оползневых структурах).

^ Защита от эрозии. Укрепление наклонных и лекальных поверхностей грунтовых сооружений на автомобильных дорогах от вредного воздействия воды и ветра. Указанная функция может быть совмещена с дренированием поверхностных слоев откосных частей, например, в выемках (откосные дренажи).

Армирование. Силовая функция сплошных тканых геосинтетических материалов, геосеток и георешёток используется для армирования земляных сооружений и их оснований при строительстве, реконструкции, ремонте, а также асфальтобетонных покрытий.

В определённых случаях применение геосинтетических материалов, например, нетканых, охватывает такие области как защита уплотняемых слоев насыпей от механических повреждений при движении построечного транспорта или уплотняющих средств. Особое значение указанная защитная функция приобретает при наличии слабых или недоуплотнённых естественных оснований [8]. Отмеченные характерные особенности геосинтетических материалов, их разнообразие, а также выделенные области использования, которые в настоящее время хорошо корреспондируются в различных международных документах и, прежде всего, в «Памятной записке» и Британском стандарте, целесообразно классифицировать [9]. Такая классификация разработана автором настоящего обзора на основе имеющейся практики, анализа и обобщения выделенных геосинтетических материалов, показателей их физико-механических свойств и областей использования в дорожном строительстве и представлена в табл. 1 [10].

Подобная классификация имеет существенное значение для выбора того или иного геосинтетического материала в плане разработки рациональных типов дорожных конструкций применительно к конкретным инженерно-геологическим, грунтовым и климатическим условиям строительства и реконструкции.

Таблица 1

Наименование материалов

Исходный материал, полимер

Область применения

Основные требуемые показатели физико-механических свойств

Нетканые:

Иглопробивные (механическое крепление)

Полипропилен,

полиэфир

Разделительные прослойки, дренажные конструкции, обратные фильтры, защита от кольматации, подложки для композитов и других конструкций (например, габионов, объёмных решёток)

Номинальная прочность при разрыве, относительное удлинение для номинальной прочности, прочность при заданной деформации, модуль упругости, прочность при прокалывании конусом (диаметр отверстия), несущая способность (за рубежом СВR), эффективная пористость, светостойкость, химическая стойкость, плотность, толщина

Термоскрепленные (когезионные или адгезионные)

Полипропилен

Тканые и трикотажные

Полиэфир, полипропилен

Армирование слабых оснований, армогрунтовые сооружения (откосы повышенной крутизны, армогрунтовые подпорные стенки)

Номинальная прочность при разрыве, относительное удлинение для номинальной прочности, прочность при заданной деформации, модуль упругости, предел ползучести, деформация и прирост деформации при ползучести, химическая стойкость и светостойкость, прочность при прокалывании конусом, несущая способность (СВR), плотность, толщина, водопроницаемость, коэффициент внешнего трения

Геосетки:

тканые

Полипропилен, полиэфир, полиамид, стекло

Армирование грунтовых сооружений и естественных оснований, устройство гибких и жёстких свайных ростверков, армирование асфальтобетонных покрытий, защита от отраженных трещин

Номинальная прочность при разрыве, относительное удлинение для номинальной прочности, прочность при заданной деформации, модуль упругости, предел ползучести, деформация и прирост деформации при ползучести, химическая стойкость и светостойкость, плотность, когезия, коэффициент внешнего трения

экструзивные

Полипропилен, полиэтилен

Объёмные георешётки:

модульные сотовидные

Полиэтилен, полипропилен

Укрепление откосов, конусов, насыпей и выемок на подходах к искусственным сооружениям, укрепление водоотводных канав Армирование оснований, откосов повышенной крутизны

Прочность при разрыве ленты, прочность стыков, предельная деформация при разрыве, морозостойкость и химическая стойкость

габионного типа

То же

Композиционные:

волокнистые пористые материалы

Полипропилен, полиэтилен

Укрепление откосов, конусов в сложных климатических и грунтовых условиях. Укрепление откосов и устройство дренажей различного назначения (траншейные, откосные, пластовые и т.д.)

Водопроницаемость, прочность при разрыве, относительная деформация при номинальной прочности

многослойные структуры с пластиковым каркасом и защитными слоями из нетканых материалов малой плотности

Полипропилен, полиэтилен, полиэфир

Геомембраны

(сплошные водонепроницаемые или слабопроницаемые рулонные материалы)

Полипропилен, полиэтилен

Устройство жёстких гидроизоляционных прослоек, снижение активных сдвиговых напряжений за счёт уменьшения трения в контакте с грунтом

Водопроницаемость, предел прочности при разрыве, относительное удлинение при разрыве, удобоукладываемость, толщина, плотность

Гидроизоляционные материалы

Элементы:

полипропилен + бентонит, другие изделия плоской формы

Устройство полностью водонепроницаемых элементов геотехнических конструкций

Водопроницаемость, в том числе и под расчётным давлением для защиты отгрунтовых вод

Кроме общих характеристик, областей применения и требуемых показателей физико-механических свойств, классификация содержит ещё два крупных блока, конкретизирующих тот или иной геосинтетический материал. Так, например, для выбора нетканого геотекстильного материала в качестве разделительной прослойки (функция разделения) могут быть рассмотрены специальные спецификации конкретных материалов (нетканых), выпускаемых как отечественными, так и зарубежными производителями (например, Геоком, Виротекс, Пинотекс, Тайпар, Полифельт и др.). После выбора группы материалов с близкими показателями свойств, удовлетворяющих требуемым значениям для данной конструкции земляного полотна, технологии, другим условиям, марка геотекстильного материала может быть выбрана с учётом рациональной цены 1 м2. При этом для выбранного материала производитель должен представить паспорт с протоколами испытаний контрольных образцов.

Таким образом, данная классификация выходит из традиционных представлений, поскольку, кроме группировки материалов, требует некоторой системы базы данных о них, включая результаты испытаний. В связи с этим в Союздорнии разрабатывается на её основе соответствующий программный продукт, позволяющий не только выбрать требуемый материал для конкретных сооружений, но и занести его в базу данных и сохранить всю необходимую информацию о нём.

Помимо общей классификации, представленной в табл. 1, целесообразно рассмотреть дифференциацию геосинтетических материалов по степени их устойчивости к внешним силовым факторам.

Устойчивость к воздействиям силовых факторов, возникающих при укладке геосинтетических материалов для выполнения тех или иных функций, предусмотренных проектом, необходимо учитывать как с точки зрения применяемых насыпных материалов, так и в плане интенсивности и состава движения построечного транспорта. Для этой цели в «Памятной записке» [7] приводятся специальные классификации для отдельных рассмотренных в настоящем обзоре типов геотекстильных материалов. В большинстве случаев такие классификации действительны, когда требуемые механические параметры не могут быть установлены (например, использование нетканых материалов в качестве разделительного, защитного слоев или фильтра) и данный материал не используется для армирования. В подобных классификациях приведены эмпирические данные (полученные из опыта), которые установлены для нетканых материалов на основе испытаний на продавливание специальным штампом (цилиндром), для тканых материалов, трикотажных изделий и комплексных «продуктов» по данным номинальной (предельной) прочности на растяжение стандартных полосок. Кроме того, для всех типов материалов в качестве показателя физических свойств, соответствующего силовым (механическим) параметрам, используется масса на единицу поверхности (mа), в качестве которой принимается её средняя величина (х*) (табл. 2). Количество определений при этом должно быть не менее 10. Сила продавливания стандартным цилиндром для нетканых материалов принимается равной средней величине минус стандартное отклонение.

Таблица 2

Класс прочности (GRK)

Сила продавливания цилиндром (х*-S), кН

Максимальная сила

растяжения (х*-S), кН

Масса на единицу поверхности (х*), г/м2

^ Нетканые материалы

1

 0,5

-

³ 80

2

³ 1,0

-

³ 100

3

³ 1,5

-

³ 150

4

³ 2,5

-

³ 250

5

³ 3,5

-

³ 300

^ Продукты из узких полосок, нарезанных из пленки или щепной нити

(полипропилен или полиэтилен)

1

-

³ 20

³ 100

2

-

³ 30

³ 160

3

-

³ 35

³ 180

4

-

³ 45

³ 220

5

-

³ 50

³ 250

«Продукты» из комплексных нитей

1

-

³ 60

³ 230

2

-

³ 90

³ 280

3

-

³ 150

³ 320

4

-

³ 180

³ 400

5

-

³ 250

³ 550

Поскольку имеются различия между «продуктами», изготовленными из узких полосок, нарезанных (сформированных) из плёнки или выполненных из комплексных нитей, классы прочности для рассматриваемых материалов дифференцированы.

В данном случае используется меньшая величина силы для продольного и поперечного направлений.

Для оценки прочности принимается средняя величина максимальной силы растяжения образца стандартной полоски (x*) минус стандартное отклонение (S) для меньшего значения в продольном и поперечном направлениях.

Данные табл. 2 основываются на исследованиях «продуктов», которые показали различную прочность материала в продольном направлении при единой максимальной силе растяжения в 50 кН/м в поперечном. Для классификации использована максимальная сила растяжения в направлении большей прочности. В тех случаях, когда применяются материалы с другим соотношением пределов прочности на растяжение в продольном и поперечном направлениях, необходимо их идентифицировать с геосинтетическим материалом в соответствии с классом прочности.

В отношении классификации геосинтетических материалов для композитов имеется незначительный опыт. Класс прочности таких материалов рекомендуется [7] «доказывать» путём идентифицирующих опытов непосредственно на строительной площадке. Так, например, для композитов (комплексных материалов), состоящих из геосеток и нетканых материалов, класс прочности нетканого материала может быть увеличен на 1 класс, если прочность на растяжение геосетки, присутствующей в композите, будет равна 25 кН/м. Для других композитов, включающих тканые материалы или трикотаж, класс прочности нетканого материала может быть соответственно повышен на его удельную массу. При этом рекомендуется за основу принимать предел прочности на растяжение для тканей или трикотажа после введения защиПримечания: 1. * Для оценки влияния механической нагрузки при отсыпке слоя грунта на геосинтетический материал в качестве критерия принято образование колеи, т.е. прогнозируемая (ожидаемая) внутренняя глубина колеи, а также непосредственно в насыпном слое под уложенным геосинтетическим материалом.

2. Данная классификация не учитывает дополнительные нагрузки на материал, возникающие в случаях укладки (отсыпки) слоя грунта не мелкозернистого (например, песка), а крупнообломочного. С ростом прочности (несущей способности) нижнего слоя грунта (в том числе и грунта основания) и с возрастающим количеством крупных и грубых обломков в отсыпаемом поверх геосинтетического материала слое при уплотнении и движении построечного транспорта могут возникнуть дополнительные нагрузки и напряжения на материал, которые не учтены в данной классификации.

Таблица 5

Индекс использования

Индекс случаев укладки

АВ1

АВ2

АВ3

АВ4

АS1

GRК1










АS2

GRК2

GRК2

GRК3

GRК4

АS3

GRК3

GRК3

GRК4

GRК5

АS4

GRК4

GRК4

GRК5

(1)

АS5

GRК5

GRК5

(1)

(1)

Примечание. (1) - для указанных случаев необходимо проведение опытных работ по пробной отсыпке и уплотнению грунта.

^ 2.2. Ретроспективный анализ применения геотекстильных и геопластиковых материалов в отечественной и зарубежной практике

Дорожная отрасль, которая включает в себя обширный комплекс вопросов, связанных с проектированием, строительством, ремонтом, реконструкцией и эксплуатацией линейных и нелинейных дорожных сооружений, стала одной из первых вслед за гражданским строительством [11], где внедрение геосинтетики достигло самых больших объемов, рост которых продолжается и по сей день [12].

Геотекстильные материалы претерпели существенное развитие с тех пор, как в 1970 г. в гражданском строительстве началось их массовое применение, а дорожная отрасль подхватила эту эстафету. Появилось много новой и разнообразной продукции, изготовленной по специальным технологиям, в том числе и из различного сырья со значительной степенью соответствия предъявляемым требованиям для применения. Разработаны специальные нормы, регламентирующие условия использования геосинтетических материалов и требования к ним. В этом аспекте зарубежная практика значительно опередила российскую.

Факторами, определяющими, будет ли геосинтетический материал выполнять требуемые от него функции, являются следующие его свойства: механические, гидравлические, эксплуатационные показатели в условиях той или иной грунтовой среды, куда он будет помещен. Это прежде всего такие показатели, как номинальная прочность, деформативность, фильтрационная способность, ползучесть, долговечность, фрикционные показатели. Именно они обеспечивают придание новых качеств дорожной конструкции, изменение соответствующих технологических регламентов ее устройства. Рассматривая в настоящем обзоре современные мировой уровень и опыт применения геосинтетики и геопластики в дорожной отрасли, целесообразно в первую очередь сделать небольшой исторический экскурс в части развития отечественного опыта.

Принятая Минтрансстроем СССР в 70-80-х годах программа совершенствования геотекстильных материалов и расширения рациональной области их применения при проектировании и строительстве автомобильных и железных дорог, аэропортов, портов и причалов послуж