О георешётках замолвите слово

Геосинтетические материалы, широко применяемые в России при строительстве автомобильных дорог, ещё некоторое время назад считались инновационным продуктом. Особенно это касалось материалов, появившихся после 2000 года и имевших новый вид, структуру и исходное сырьё. Однако накопленный опыт применения геосинтетических материалов в отечественной практике положил основу для дальнейшего развития научного и нормативного обоснования применения материалов. Их использование и разработка прогрессивных технических решений позволили существенно повысить эффективность дорожного строительства и долговечность дорожных конструкций.

В России первым годом эпохи внедрения геосинтетических материалов можно считать 1977-й, когда специалисты института «ДорНИИ », переняв опыт европейских коллег, создали и освоили собственную, более совершенную технологию производства нетканого материала, который был назван в честь института. Ввиду отсутствия нормативной базы, продвижение материала на начальных стадиях давалось нелегко. Утверждённая в 1983 году Министерством транспортного строительства СССР инструкция по проектированию дорожных одежд нежёсткого типа ВСН 46-83 не только не учитывала наличие геосинтетики, но и не содержала никаких информационных ссылок на её применение. Последующие годы были посвящены развитию теоретической базы, накоплению практического опыта применения геосинтетических материалов и разработке новых типов материалов. Результатом длительных научных изысканий стало введение в действие отраслевого дорожного норматива «Проектирование нежёстких дорожных одежд» — ОДН 218.046-01 в 2001 году — взамен инструкции ВСН 46-83, которая предусматривает наличие геосинтетических прослоек на границе «песчаный слой — основание».

Согласно ОДН 218.046-01, оценка прочности дорожных одежд проводится по трём критериям прочности: упругому прогибу, сдвигоустойчивости и растяжению при изгибе. Улучшение одного или нескольких указанных прочностных показателей конструкции, не прибегая к увеличению толщин конструктивных слоёв, и является основной целью применения геосинтетических материалов. Эффективность армирования зависит от типа материала и его размещения в конструкции.

Современные материалы из полимерного сырья обладают высокой прочностью и долговечностью, устойчивы к механическим и температурным воздействиям, воздействиям агрессивных сред и при этом имеют небольшой вес. Благодаря этому геосинтетику используют практически во всех сферах строительства, что позволяет говорить об отдельном классе строительных материалов — геосинтетических. Наиболее широкое применение они получили при строительстве объектов транспортной инфраструктуры — на эту сферу приходится более половины от общего потребления геосинтетики.

В дорожной отрасли геосинтетика используется при возведении земляного полотна и дорожной одежды, выполняя при этом основные функции: армирование, разделение, дренирование, фильтрация и защита от эрозии. Нередко разным типам геосинтетических материалов присваивается выполнение схожих функций, несмотря на значительно отличающиеся физико-механические характеристики.

Здесь необходимо уточнить, что функция, которую выполняет тот или иной материал, а также эффективность выполнения этой функции напрямую связана со свойствами грунтов, в которых будет размещаться геосинтетическая прослойка, а также параметрами самого геосинтетического материала. Накопившийся опыт показал, что наибольший эффект наблюдается в случае размещения геосинтетических материалов в конструкциях дорожных одежд на границе контактирующих слоёв. Это позволяет обеспечить разделение слоёв материалов и предотвратить взаимопроникновение частиц, что положительно отразится на долговечности конструкции.

Наибольшее распространение в дорожных одеждах получили геосетки, георешётки и нетканые геотекстили. Применимость того или иного материала зависит от видов конструктивных слоёв, на границе которых он будет размещаться.

Например, в асфальтобетонных слоях применяются геосетки, которые играют роль трещинопрерывающей прослойки из полиэфирных, стеклянных и базальтовых волокон. Геосетки пропитывают специальной битумной пропиткой для повышения их адгезии и устойчивости к внешним воздействиям, вследствие чего обеспечивается расчётная прочность, улучшается и способность сетки воспринимать и перераспределять растягивающие напряжения на протяжении всего срока службы конструкции.

Геосетка принимает на себя часть растягивающих напряжений, возникающих от температурных и транспортных нагрузок, и замедляет развитие отражённых трещин, возникших в нижележащем слое основания. Применение геосеток создаёт условия для увеличения срока службы дорожных покрытий без появления отражённых трещин и повышения несущей способности дорожных одежд на 10-15%.

Кроме того, за счёт восприятия горизонтальных растягивающих напряжений и распределения их на большую площадь они позволяют ограничить колееобразование в зонах воздействия высоких транспортных нагрузок. Эффект от применения геосеток учитывается при выполнении расчёта сопротивления монолитных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе. Для оценки влияния геосеток в 2009 году Федеральным дорожным агентством был утверждён нормативный документ ОДМ 218.5.001-2009 «Методические рекомендации по применению геосеток и плоских георешёток для армирования асфальтобетонных слоёв усовершенствованных видов покрытий при капитальном ремонте и ремонте автомобильных дорог». Расчёт усиления проводится путём введения в формулу двух коэффициентов, учитывающих повышение сопротивления растягивающим температурным напряжениям и сопротивления растяжению при изгибе, а также уменьшение влияния усталостных процессов на прочность, величины которых зависят от прочности и деформативности применяемого материала в различных дорожно-климатических зонах строительства.

Фото: стсгеосиб.рф

На контакте дополнительных песчаных конструктивных слоёв дорожных одежд и связных грунтов основания рекомендуется применять нетканый геотекстиль. Структура этого материала является водопроницаемой, но при этом задерживает в себе мелкие глинистые и пылеватые частицы, что позволяет предотвратить заиливание вышележащих конструктивных слоёв в случае повышения или наличия высокого уровня грунтовых вод. Наличие геотекстильной прослойки в конструкции учитывается при вычислении предельного активного напряжения сдвига, согласно ОДН 218.046-01, путём введения коэффициента kд, величина которого зависит от размера фракции песчаного слоя. Основной недостаток нетканых геотекстилей — высокая повреждаемость при воздействии на них крупнофракционных материалов, это и послужило появлению геосинтетических материалов для армирования конструктивных слоёв, содержащих щебень, гравий или смеси на их основе.

Одной из самых эффективных мер по повышению несущей способности дорожной конструкции является армирование несущих слоёв зернистых материалов путём размещения под ними георешётки из двуосноориентированных полимеров. Расположение георешётки под крупнофракционным инертным материалом обеспечивает совместную работу зернистого материала и геосинтетической прослойки, благодаря блокировке крупных зёрен в ячейках георешётки. Тем самым предотвращается проникновение материала в нижележащие слои и ограничивая его горизонтальные перемещения. Полученный в результате композитный слой имеет более высокие физико-механические характеристики и позволяет распределить воспринимаемые нагрузки на большую площадь, увеличивая таким образом несущую способность основания. Федеральным дорожным агентством в 2008 году утверждён ОДМ 218.5.002-2008 «Методические рекомендации по применению геосеток (георешёток) для усиления слоёв дорожной одежды из зернистых материалов», который позволяет численно обосновать влияние георешётки на прочность конструкции. Методика основана на ОДН 218.046-01 с введением в расчётные формулы коэффициентов усиления при расчёте дорожных одежд по всем критериям прочности.

При выполнении расчёта армированных дорожных одежд капитального и облегчённого типов по допускаемому упругому прогибу, на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе и армированных дорожных одежд переходного и низшего типов по допускаемому упругому прогибу применяются коэффициенты увеличения общего модуля упругости основания армированной дорожной конструкции α1, α2 и α5 соответственно.

При расчёте по условию сдвигоустойчивости грунта, подстилающего композитный слой «зернистый материал + георешётка», для активного расчётного напряжения сдвига применяются обратные коэффициенты снижения активных напряжений сдвига α3 при динамическом воздействии нагрузки и α4 при статическом воздействии нагрузки.

Значения коэффициентов усиления зависят как от деформативных свойств георешётки, так и от механических свойств материалов, применяемых в конструкции и грунта рабочего слоя земляного полотна, а также толщин конструктивных слоев.

Блокировка крупнозернистого материала достигается за счёт соблюдения условий ОДМ к геометрическим и физико-механическим характеристикам георешёток. А именно, соотношение между размером ячейки георешётки и крупностью зёрен материала:
0,5(d +D)>0.7A,
D≤2.0A,
d≥0.5A,
где d и D – наименьшее и наибольшие номинальные размеры зерен материала основания,
A – средний размер ячейки (среднее между продольным и поперечным размерами ячеек).

Георешетки применяемые в дорожных одеждах должны иметь номинальную прочность не менее 20 кН/м. Не менее важной характеристикой георешёток является их условный модуль деформации (жёсткость), который представляет собой зависимость прочности от относительного удлинения, поскольку в расчётах используются не номинальная прочность геосинтетического материала, а прочность при двух или пяти процентах относительного удлинения. Это связано с ограничением деформации в элементах конструкций.

На рис. 1 приведена графическая зависимость прочности геосинтетических материалов (RR) от деформации(εR).

График зависимости прочности от деформации

График зависимости прочности от деформации

Федеральным дорожным агентством в последние годы утверждены нормативные документы, которые регламентируют применимость геосинтетических материалов в различных частях конструкций автомобильных дорог и содержат методики испытаний материалов в зависимости от области их применения. Тем не менее, возрастающее с каждым годом применение геосинтетических материалов в строительной практике, увеличение количества производителей и предлагаемых ими материалов требуют расширять перечень и перерабатывать нормативные документы и методики расчётов, вводить новые методы испытаний, организовывать и проводить тщательный контроль качества продукции на объектах строительства.

Нехватка региональных аккредитованных лабораторий и испытательных полигонов сказывается как на производителях, так и на потребителях продукции и ограничивает дальнейшее углубленное изучение физических свойств производимых материалов в реальных условиях. В свою очередь, в условиях усиливающейся конкуренции, производители стремятся к улучшению физико-механических характеристик геосинтетиков и повышению их устойчивости к агрессивному воздействию внешних сред. Касаемо георешёток: проводятся исследования по изучению влияния геометрии ячеек (их формы и размеров) на работу георешётки в конструкции дорожной одежды под различными слоями зернистых материалов. Постоянно проводится работа по разработке и внедрению новых видов продукции, в том числе композитных материалов, обладающих комплексными свойствами, исходя из условий применения. Именно за композитами, которые будут совмещать в себе необходимые функции, видится ближайшее будущее геосинтетики.

Постоянные изыскания в этой области проводит компания «РГК», являясь при этом одним из ведущих отечественных производителей геосинтетических материалов. Производственные мощности насчитывают 12 современных производственных линий с производственными мощностями до 50 млн м2 в год, расположенными на двух заводах в Ярославской области.

Накопленный опыт сотрудников компании, умения и знания лучших специалистов в области гарантируют профессиональный подход к поставленным задачам на всех этапах сотрудничества и позволяют решать сложные и уникальные задачи, в том числе, в сфере проектирования дорожных одежд, индивидуального земляного полотна и искусственных сооружений с использованием материалов марки «РГК».

Текст: Алексей Литвинцев, главный инженер ООО «ТД «РГК»

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: