05 июня 2015
Статья посвящена обзору применения современных геосинтетических материалов в гидротехническом строительстве таких как: заполняемые бетоном маты из геосинтетического материала, геотекстильные трубы (контейнеры, мешки), геосинтетические глиноматы (бентонитовые маты), геоячейки для армирования грунта и бесшовные цилиндрические оболочки из высокопрочных полимеров с низкой ползучестью.
Гидротехнические сооружения, объекты сельскохозяйственного назначения, разнообразные откосы и сооружения имеющие непосредственный контакт с водой, все они подвержены влиянию на них такого явления как водная эрозия. Эрозия - (от лат. erosio — разъедание) это разрушение, размыв горных пород и почв текучими водами, включающее в себя отрыв и вынос обломков материала и сопровождающееся их отложением. Данный процесс влечёт за собой размывы, разрушения и поломки сооружений. Для защиты таких сооружений от водной эрозии и применяются геосинтетические материалы.
Геосинтетики – это полимерные материалы, которые используются в контакте с грунтом для повышения технических характеристик грунтов. Широко применяются в гидротехническом, дорожном и гражданском строительстве. Применение геосинтетиков значительно сокращает объёмы работ, облегчает процесс этих работ и снижает затраты. Геосинтетики используются для решения геоинженерных задач таких как: защита от подтоплений, укрепления склонов и откосов, дренажи, армирование насыпей и др. Эти материалы устойчивы к химическим агрессивным веществам, содержащихся в грунте и атмосферных осадках, не восприимчивы к ультрафиолетовому излучению.
Заполняемые бетоном маты из геосинтетического материала. Заполняемые бетоном маты – это маты, состоящие из двух высокопрочных синтетических полотен, соединённых между собой специальным образом (равноудалёнными распорками), и образующих оболочку, которая заполняется высокопрочным и не проницаемым бетонным раствором. Процесс заполнения матов бетоном происходит на стройплощадке.
Заполненные бетоном геоматы имеют высокую устойчивость и обеспечивают защиту от эрозии. В зависимости от типа материала, маты могут быть водопроницаемыми и непроницаемыми, что может подходить для разных типов берегов.
Бетонные маты используются в гидротехническом строительстве при земляных работах. Конструкция технически надёжная и экономичная, используется как альтернатива классическому способу укрепления берегов и русел водных потоков геотекстилем и насыпными камнями. При использовании этих матов уменьшается время строительства и затраты за счёт того, что при их возведении не требуется тратить время и материалы на строительство опалубки на суше или под водой. Не зависимо от заложения откоса или крутизны склона, маты могут быть надёжно уложены с требуемой толщиной. Бетонные маты адаптируются к профилю основания и обладают высокой стойкостью к изнашиванию бетонной облицовки. [1]
Геотекстильные трубы (контейнеры, мешки) – это крупные трубообразные структуры, контейнеры, которые при необходимости могут быть любого размера (длины, ширины, окружности), изготовлены из высокопрочного геотекстиля, заполняются грунтом. Особое плетение геотекстиля образует мелкие поры, которые пропускают воду только в одном направлении – наружу геотекстильной трубы, тем самым обеспечивается удерживание внутри контейнера твёрдых частиц предварительно заполненного песка или грунта. [2] Труба из геотекстиля формируется на месте установки, путём подачи местного грунта гидравлическим способом в заранее изготовленную трубу из геотекстиля. Они могут заполняться как механическим, так и гидравлическим методом. Песок чаще всего используется в качестве грунтового заполнителя из-за его низкой сжимаемости.
Геосинтетические трубы используются для ограждения территорий от разрушительного воздействия паводков, так же для защиты береговой линии от процессов эрозии, укрепления дна и защита берега, сооружения волнорезов, волноломов, дамб, осушение грунта. Установка этих труб производиться очень быстро, сразу после установки эти трубы обеспечивают защиту. Данная конструкция является экономически выгодной за счёт использования местным материалов.
Геосинтетические глиноматы (бентонитовые маты) — это композитный гидроизоляционный материал, состоящий из двух слоев геотекстильного полотна, между которыми помещен порошок (гранулы) натриевого бентонита, которые имеют свойство быстро разбухать в воде до образования плотного геля. Один из слоев геотекстильного полотна является – несущим, второй – конструктивным. Контакт влаги с бентонитом при гидратации глиномата происходит благодаря фильтрующим свойствам нетканого геотекстиля. При этом размер пор нетканого геотекстиля не позволяет вытекать образующемуся коллоидному раствору бентонита и смешиваться с грунтовыми водами. [3] При укладке скрепление глиноматов происходит гвоздями, скобами и запайка фиксирующим бентонитом. А тканый геотекстиль оболочки, пропуская бентонитовый гель, позволяет заполнять им трещины и повреждения на бетонных деталях конструкций, укрепляя их. Бентонитовые маты могут поглощать большие объемы воды и разбухать в 10-20 раз, при данных толщинах эти маты по своим свойствам эквивалентны глиняному экрану (замку) толщиной 1 метр.
Глиноматы выполняют функции гидроизоляции и защиты от фильтрации строительных конструкций таких как дамбы, плотины, водоёмы, каналы, резервуары и другие гидротехнические сооружения, которые устанавливаются в грунты, которые от контакта с подземными водами могут потерять прочность и подвергнуться коррозии. Бентонитовые маты удобно применять при строительстве т.к. их просто и быстро укладывать, укладку можно осуществлять при любых погодных условиях, без сварки и сложных работ. Данные маты долговечны и способны выдерживать значительные температурные перепады.
Геоячейки для армирования грунта — это очень гибкая система, имеющая сотовую структуру, которая используется с различными наполнителями. Геоячейки изготавливаются из геотекстиля, система с единичным элементом из ячейки имеет размеры 0,58 х 0,53 м в плане и глубину 250 мм. Стенки конструкции водопроницаемые, тем самым они не подвергаются таким потенциальным проблемам как разломы, расщепление, гниение или коррозия, в отличии от таких материалов как бетон, дерево или сталь. Системы изготавливаются секциями в компактных упаковках, которые раскладываются на месте, образуя сотовую структуру размером 10,6 х 5,5 метров. Самая большая панель весит 28 кг. [4]
Некоторые грунтовые конструкции из геоячеек, могут быть установлена практически вертикально, при размещении одного горизонтального слоя над другим. Панели могут быть поверхностью или могут быть облицованы композитной стеной, соединенной с элементами горизонтального армирования такими как геосетки или грунтовые нагели, анкерные болты или винтовые якоря. Ячейки могут быть заполнены местными расходными материалами (если они подходят), грунтом, песком, щебнем или бетоном. Области применения данных ячеек это: крутые склоны, дамбы и защитные сооружения от наводнений, защитные насыпи, озеленяемые стены, защита водопропускных труб, шумозащитные барьеры.
Бесшовные цилиндрические оболочки из высокопрочных полимеров с низкой ползучестью — это высокопрочные геооболочки, использующиеся для устройства вертикальных песчаных и щебеночных свай в качестве системы укрепления основания для насыпей на очень слабых грунтах. Основным компонентом инновационной системы является, оболочка из геотекстиля. Эта геооболочка, заполняемая несвязными минеральными материалами, образует свайное поле с равноудаленными друг от друга сваями, которые систематически передают нагрузку из конструкции в несущие слои основания.
Особенностью системы свай в тканой геосинтетической оболочке является то, что направленным наружу радиальным горизонтальным напряжениям в сваях противодействует не только реакция отпора слабого грунтового основания, но и радиальное сопротивление армирующей геотекстильной оболочки.[5]
Преимущества данного материала в том, что практически все осадки происходя на стадии строительства, соседние сооружения не подвергаются дополнительной осадке, так же эти сваи начинают работать сразу после их устройства, сваи так же поглощают динамические нагрузки за счёт упругости системы и не оказывают неблагоприятного воздействия на движение грунтовых вод. При применении данной технологии сокращается время строительства и сметная стоимость объекта, система легко адаптируется к местным условиям производства работ. Использование круглоткацкой технологии устраняет недостатки и потери прочности, вызванные швами. Геооболочки производятся по бесшовным технологиям, поставляются в рулонах с необходимым диаметром (определяется расчетом и используемыми обсадными трубами).
Библиографический список
1. Обзор конструкции и условий применения георешетки для крепления откосов от размыва/ Баранов Е.В., Гурьев А.П.: Проблемы комплексного обустройства техноприродных систем: матер. междун. науч.-практ. конф. часть III / Московский гос. ун-т природообустройства - М.: МГУП, 2013. - 322 с. (с. 42-49). – 500 экз. – ISBN 978-5-89231-443-5.
2. Избаш С.В. Постройка плотин наброской камня в текущую воду/ С.В. Избаш; ред. Н.И. Воронин; техн.ред. С.И. Брусиловская. -Ленинград: Государственное научнотехническое издательство строительной индустрии и судостроения «Госстройиздат», 1932. - 124с.;– 3000 экз.
3. Гидравлические исследования покрытия из геокомпозитного материала/ Козлов К.Д., Гурьев А.П.: Природообустройство: науч.-практ. журн. М., 2014, № 5. – 750 экз. – ISSN 1997-6011.
4. Методические рекомендации по применению геоячеек «Прудон-494» при строительстве сельских (местных) автомобильных дорог в композиции с местными материалами и отходами промышленности: СТО 07859300-003-2011. – Введ. 01.08.2011. – г. Бронницы: ОАО «494 УНР», 2011. – 101с.
5. Методические рекомендации по усилению конструктивных элементов автодорог пространственными георешетками (геосотами): ОДМ 218.3.032-2013. – Введ. 21.03.2013. – М.: Федеральное дорожное агентство (Росавтодор), 2013. – 75 с.
Ханов Н.В., Еремеев А.В.
Сборник статей «Международная научная конференция молодых учёных и специалистов,
посвящённая 150-летию РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, г. Москва, 2-3 июня 2015 г.»