Ни для кого не секрет, что в нашей стране преобладают сложные гидрогеологические условия. Решить проблему строительства автодорожных и железнодорожных насыпей в таких районах можно армированием основания объемными георешетками. Данный материал относится к группе геосинтетиков и активно внедряется в современные конструкторские решения.
Слабые грунты основания выражены водонасыщенными глинистыми грунтами, заторфованными участками, тиксотропными свойствами и другими особенностями. Слабым грунтом по ГОСТ Р 54476–2011 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик сопротивляемости сдвигу грунтов в дорожном строительстве» считается грунт, имеющий прочность на сдвиг в природном залегании менее 0,075 МПа или модуль осадки более 50 мм/м при нагрузке 0,25 МПа. При этом, согласно ГОСТ 25100- 2011 «Грунты. Классификация» по деформируемости к слабым грунтам относятся дисперсные, с модулем деформации менее 5 МПа и, в том числе, по консистенции с показателем текучести свыше 0,5 д. е.
Объемная георешетка создана специально для решения задач в сложных условиях. Свое начало геоячейки берут с 1980х гг. в США компанией Presto Products Company, а широкое применение материала, в том числе в гражданском строительстве, началось в 1991 году после военной операции «Буря в пустыне» по заказу армии США. Георешетка справилась с большими нагрузками, что обеспечило высокопроходимость тяжелой военной техники по пескам пустыни.
По ОДМ 218.3.032–2013 пространственная георешетка или геосотовый материал (далее георешетка) — это геосинтетический материал ячеистой конструкции, похожий по текстуре на пчелиные соты, образованный из полиэфирных геополос, связанных между собой высокопрочными сварными швами в шахматном порядке. В рабочем состоянии существуют разные конфигурации ячеек: 160х160; 210х210; 320х320 или 440х440 мм. Размеры ячеек, их высота и внешний вид у производителей варьируются. Выбор материала определяется его назначением, эксплуатационными нагрузками, конструктивными особенностями. Общий вид геосотового материала представлен на рисунке 1.
Рис. 1. Общая схема георешеток в рабочем состоянии: 1– сварной шов, 2 — геополосы, А и В — длина и ширина модуля, а и b — размер ячейки по диагоналям в направлении длины и ширины
Георешетки обширно применяется в конструкции дорожной одежды, при благоустройстве территории, укрепления откосов и выемок, устройства парковочных мест, в конструкции насыпей на слабых грунтах. Данный вид материала представляет собой композитную систему, работающую преимущественно на растяжение при изгибе и выполняющую функцию распределения. Механические свойства системы определяются свойствами применяемого заполнителя и геометрическими параметрами самой георешетки, создавая изгибную жесткость элемента. При этом, используя перфорированные геоленты, необходимо учитывать отверстия, понижающие прочностные показатели композитной системы.
В качестве заполнителя применяются дискретные материалы, представленные песком и щебнем разного гранулометрического состава, местным непучинистым грунтом и плодородной почвой, а также бетоном. Композитная система с бетоном представляет собой блочную систему с повышенной температурной трещиностойкостью за счет образования условных деформационных швов между ячейками.
Основными преимуществами георешетки и целями применения ее в дорожном строительстве являются:
– повышение прочностных характеристик дорожной конструкции при меньшем объеме расхода дисперсного материала в ее основании;
– замена покрытия из железобетонных плит на менее жесткую временную конструкцию, обеспечивающую движение транспортных средств на первой стадии строительства дороги на заболоченных территориях;
– повышение устойчивости основания насыпи и снижение неравномерности осадки со сведением к минимуму колееобразования, как следствие деформаций.
Рис. 2. Общий вид конструкции с применением георешетки в основании насыпи на слабом основании: 1-слой дорожного покрытия; 2-несущее основание (щебень); 3- дополнительный слой основания (песок); 4-объемная георешетка, заполненная непучинистым грунтом; 5-геотекстиль; 6- слабое основание
Существует два типовых решения применения георешетки в конструкции насыпи на слабом основании: в уровне подошвы насыпи (рис.2); многоуровневое армирование насыпи (рис.3). Последний способ также обеспечивает общую устойчивость откосов насыпи. В дополнение к основным методам возможно применение георешетки в составе гибкого ростверка совместно с другими геосинтетическими материалами при устройстве свайного основания дорожной насыпи.
Рис. 3. Общий вид конструкции с многоуровневым армированием высокой насыпи объемной георешеткой: 1- слой дорожного покрытия; 2- несущее основание (щебень); 3- объемная георешетка, заполненная непучинистым грунтом; 4- дополнительный слой основания (песок); 5- геотекстиль; 6- слабое основание
Выбор георешетки при проектировании необходимо обосновывать специальными расчетами и соблюдать конструктивные требования, одно из которых указывает, что минимальная высота георешетки в основании конструкции на слабом грунте должна быть не менее 150 мм. Расчет дорожных одежд с применением георешеток рассчитывается по трем критериям, согласно действующей нормативной документации: упругий прогиб, сдвиг, растяжение при изгибе.
Основной расчетной характеристикой является модуль упругости En, который допускается принимать при проектировании как для композитной системы в зависимости от заполнителя по Б.1 ОДМ 218.3.032–2013. Ввиду того, что эта характеристика является основополагающей при решении задачи, то возникает актуальный вопрос о точности ее определения. Для определения ее фактических значений проводят штамповые полевые испытания, но механизм взаимодействия элементов остается до сих пор достаточно сложным.
В настоящее время еще одним актуальным вопросом области применения георешетки является недостаточность обоснования проектных решений. Это в первую очередь ведет к удорожанию строительства, ввиду образования двух противоположных результатов: перерасход материала с небольшим коэффициентом полезного использования и недостаточность принятых решений, что влечет выключение материала из работы в составе конструкции. Последнее утверждение является одной из причин последующих прогрессирующих деформаций в конструкции дорожной одежды и необходимости проведения мероприятий по реконструкции.
Основополагающим условием для проверки при проектировании является обеспечение прочности геосинтетического материала при растяжении с учетом поправочных коэффициентов. Определить возникающие в конструкции растягивающие усилия можно методом численного моделирования с помощью современных программных комплексов, которые открывают большие возможности перед специалистами данной отрасли.
В завершении сказанного, имеют место следующие выводы:
– применение объемной георешетки в сложных гидрогеологических условиях является эффективным методом стабилизации конструкции дорожной одежды;
– при проектировании необходим комплексный подход к решению задачи, для должного обоснования выбора конструкции.
Литература:
1. ГОСТ Р 54476–2011 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик сопротивляемости сдвигу грунтов в дорожном строительстве».
2. ОДМ 218.3.032–2013 «Методические рекомендации по усилению конструктивных элементов автомобильных дорог пространственными георешетками (геосотами).
3. ГОСТ 25100- 2011 «Грунты. Классификация».
4. ОДН 218.046–01 «Проектирование нежестких дорожных одежд».
5. Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах. М 2004.
