СИЛЬНОЕ МЕСТО ДЛЯ СЛАБОГО ГРУНТА

Современные технологии производства георешеток могут устранить практически любую проблему, связанную со слабым грунтом.
Благодаря большой несущей способности и малой степени деформации георешетка может быть использована для устройства свайных ростверков, фиксации подушки различных видов дорожного покрытия (автомобильных, взлетно-посадочных и рулежных полос аэродромов); укрепления откосов и фиксации склонов повышенной крутизны; укрепления берегов и прибрежной зоны водоемов, а также русел малых водотоков; фиксации откосов конусов железнодорожных путей; сооружения подпорных стен, мостов, контейнерных площадок, морских и железнодорожных терминалов и пр.





Разрешите представить

Геосинтетические материалы, к которым относятся и георешетки, очень «молоды», их использование в строительстве насчитывает не более трех-четырех десятков лет. Однако, несмотря на новизну, их применение в строительстве уже нашло широкое применение.

Классификация геосинтетических материалов с точки зрения одного из крупнейших мировых изготовителей этих материалов — компании Tensar International — выглядит следующим образом:
- геотекстильные материалы;
- геомембраны (как правило, водонепроницаемые);
- геосетки;
- геоячейки (объемные конструкции, выполняемые, как правило, из мягких мембран, их также называют объемными решетками)
- георешетки, представляющие собой плоскую структуру, состоящую из ребер и узлов.

По утверждению экспертов ряда профильных компаний, во избежание аварийных ситуаций при проектировании на выбранной площадке должны быть выполнены все необходимые условия относительно требуемой нагрузки на почву почвы. Ранее, как правило, выходом в подобной ситуации было так называемое укрепление почвы, которое осуществлялось путем замены земляного покрытия.

Но все эти решения обладают множеством недостатков, а в результате конечная стоимость строительства возрастает во много раз. Поэтому изобретение и использование георешетки стало настоящим прорывом. Например, при армировании слоя щебня в дорожном пироге самого щебня требуется на 30% меньше.

Георешетка увеличивает сроки службы объектов и, что самое главное, – снижает будущие затраты на содержание и ремонт. Как уверяют специалисты, технические характеристики этих армогрунтовых конструкций позволяют декларировать эксплуатационный срок не менее 120 лет.

«Данные материалы производят из полипропилена, полиэстера, полиамида, полиэтилена, арамида, поливинилалкоголя, стекла, – комментирует Сергей Шмалий, руководитель направления транспортного строительства компании "Евроизол Geosynthetics". - Область применения георешеток определяется сырьем, из которого они изготовлены, поскольку это влияет на физико-механические характеристики продукта, что обуславливает целесообразность использования той или иной георешетки».

Однако, по мнению Петра Айзмана, директора компании «Унипром», поставляющей на украинский рынок геосинтетические материалы производства фирмы Tensar International, область применения определяется не только материалом, но и формой решетки.

Например, для строительства на слабых грунтах и создания насыпей следует использовать двуосные решетки, которые компания Tensar International производит из полипропилена. Одноосные решетки, изготавливаемые из полиэтилена, используют для создания насыпей, подпорных стенок и пр.

Но не только материалом и формой решетки определяется область использования. В значительной степени, как считает Петр Айзман, зависит и от технологии изготовления: «Георешетки производятся различными способами.

Есть сшитые, связанные, склеенные, сваренные – в подавляющем большинстве случаев эти решетки довольно эластичны и подвержены деформациям. Но есть и жесткие георешетки, которые выделяют в отдельный кластер. Примером может служить продукция Tensar, изобретенная и запатентованная 28 лет назад.

Большинство жестких сварных или склеенных решеток при работе в грунтах деформируется, а при больших нагрузках и разрушается. В основном дефекты в сварных или склеенных решетках возникают в точках соединения разных полотен или лент – узлах решетки, являющихся самым слабым местом решетки.

Подобных недостатков нет у жестких решеток Tensar, так как их изготавливают из цельного полотна полимера путем перфорации, а затем растягивания при одновременно нагревании.

Если вытягивание идет в одном направлении, то получается одноосная решетка, если в двух – двухосная решетка. За счет этой технологии молекулярные цепочки из длинных молекул полимеров получаются цельными и в узлах решетки, и в ее ребрах.

Это в значительной степени и определяет стойкость к сохранению геометрических размеров ячеек решеток, отсутствие ползучести под нагрузкой, вытягивания и деформаций. Это очень важный показатель, не менее значимый, чем прочность. Ведь если решетки меняют свои геометрические размеры, они не могут держать нагрузку.

Например, геометрическая стабильность ячеек решеток Tensar – деформация – не более 0,5% в течение десятков лет. Поэтому самое существенное отличие решеток Tensar от материалов других производителей – меньшая деформация при одних и тех же нагрузках».

Сегодня большинство производителей выпускает полимерные материалы с дополнительной защитой — слоем из поливинилхлорида, предохраняющим от агрессивного воздействия ряда внешних негативных факторов.

Например, георешетки Аrmatex® и Armatex® G — продукция компании Kordarna, предлагаемая на украинском рынке компанией «Евроизол Geosynthetics», — по словам Сергея Шмалия, обладают высокими прочностными характеристиками, имеют хорошую сопротивляемость ползучести, а также стойки к обычно встречающимся в грунте химическим и биологическим воздействиям.

Эти георешетки образованы сплетением нитей из высокопрочного полиэстера и покрыты дополнительным защитным слоем черного поливинилхлорида.

Данный строительный материал нетоксичен, экологически безопасен, устойчив к агрессивной среде и ультрафиолетовому излучению, масло- и щелочестойкий, устойчив к воздействиям грунтовой среды, а также к воздействию соленой и пресной воды.

Эти свойства сохраняют характеристики материала на протяжении длительного периода эксплуатации. Полосы синтетического материала, составляющие структуру решетки, скреплены между собой сварными высокопрочными швами в шахматном порядке.

При растяжении в рабочей поверхности георешетка образует устойчивый горизонтальный и/или вертикальный каркас, который предназначен для фиксации наполнителя (песок, грунт, бетон и т. п.).

Помимо прекрасных физико-химических свойств, список преимуществ георешетки включает и другие немаловажные пункты. Так, например, она исключительно удобна в монтаже и применении.

Материал представляет собой легкую, компактную в собранном состоянии (как следствие, легко транспортируемую и разворачиваемую) конструкцию. Как рассказал Виталий Волков, менеджер компании «Укргеодор», для укладки ячеистых защитных конструкций не требуется спецтехника или дополнительное оборудование.

Материал доставляется на площадку в сложенном состоянии — в пакетах-модулях. Несмотря на свою жесткость, он легок и занимает малый объем. К тому же, в процессе эксплуатации георешетка способна пропускать воду по всей своей поверхности, поэтому она не подвержена разложению и заиливанию, легко повторяет контуры рельефа.

Крепится георешетка Г-образными анкерами 10-12 мм и длиной 0,6-1,2 м, изготовленными из стали или высокопрочных пластиковых материалов. Анкеры устанавливаются по контуру каждого модуля георешетки для обеспечения ее правильного растяжения в виде прямоугольника.

Между собой модули могут быть также скреплены стальными скобами или пластиковыми хомутами.

Между основанием георешетки и поверхностью грунта (в случаях заполнения каркаса щебнем) рекомендуется укладывать разделительную и дренирующую прослойку из нетканого геотекстиля плотностью 200-400 г/кв. м. В качестве заполнителя ячеек георешеток применяют грунт, щебень и бетон морозостойкостью не ниже М200.

Физико-механические показатели георешетки Геодор®


Георешетки бывают разные

Оптимальная рабочая функция георешеток достигается их правильным подбором с учетом гранулометрического состава грунта. Эффект блокировки частиц грунта с георешетками получают при оптимальном соотношении размеров ячейки и размера частиц грунта.

Результаты исследований показали, что угол трения на контакте георешетка-грунт больше значения угла внутреннего трения самого грунта (даже для некондиционного грунта). Профессионалы рекомендуют осуществлять подбор типа этого армирующего материала из такого расчета, что ячейки георешетки должны быть в 2-2,5 раза больше диаметров компонентов асфальтобетонной смеси.

Армогрунтовые конструкции с использованием в качестве арматуры георешетки могут иметь различную облицовку (растительный покров, бетонные облицовочные блоки).

В современном строительстве для армирования грунтов наиболее широко применяют ячеистые защитные конструкции следующих конфигураций:
- двуосная предназначена для решения проблем, связанных со строительством земляных насыпей на слабых основаниях. При использовании такого материала во многих случаях исчезает необходимость строительства путепроводов на сваях или удаления слабых грунтов оснований и замены их на крупнозернистый насыпной грунт.

Они также ускоряют процесс укладки насыпных грунтов, зачастую одновременно с установкой синтетических полосных дрен. При уплотнении зернистого материала над двуосной сеткой он частично проникает сквозь отверстия, что обеспечивает эффект сцепления его частиц с сеткой.

Такое заклинивание позволяет сетке оказывать сопротивление горизонтальному сдвигу насыпи и тем самым максимально мобилизовать несущую способность мягкого подстилающего слоя грунта. Это обеспечивает уменьшение толщины насыпного грунта на 40%.

Механическое заклинивание создает изгибно-жесткую платформу, которая равномерно распределяет нагрузку, уменьшает износ покрытия и снижает до минимума неравномерные осадки. К примеру, если возникли трудности, связанные с проникновением на участок болотистой местности, разворачивается рулон двуосной георешетки, что дает возможность осуществлять проход на него для проведения работ.

Насыпь щебня слоем 15-20 сантиметров поверх решетки создает площадку с требуемым коэффициентом уплотнения, на которую уже может пройти технологический транспорт;
- одноосная (моноориентированная) успешно применяется в различных климатических и дорожных условиях.

Используется для армирования зернистого дополнительного слоя дорожной одежды, слоя покрывающей породы и балластного слоя железнодорожного полотна, размещаемых на рыхлых и неоднородных грунтах.

На российском рынке принципиально новое решение этой проблемы было предложено компанией "Архитектурный фонд", которая разработала армирующий материал ТМ «Геориф». Это геотехническая решетка с относительно большими ячейками для создания блочного основания.

Особенность инновации состоит в том, что материал имеет конфигурацию, которая разбивает слой цементобетона на заранее сформированные блоки, а они с помощью шпунтовых соединений увеличивают нагрузочную способность общей конструкции.

Есть пять основных типов изделия, отличающихся размерами длины стороны ячейки, ее площадью и, соответственно, числом ячеек на квадратный метр, что позволяет выбирать ту или иную модификацию согласно предполагаемой нагрузке, в зависимости от вида наполнителя:

Наименование показателя	Тип 1	Тип 2	Тип 3	Тип 4	Тип 5
Длина стороны ячейки, см	10	15	20	25	30
Расстояние между сторонами, см	17	26	35	43	52
Размер диагонали, см	20	30	40	50	60
Площадь ячейки, кв. м	0,26	0,059	0,102	0,162	0,234
Число ячеек на 1кв. м	38	17	9	6	4
Масса одного кв. м гео решетки, кг	0,3-0,36	0,3-0,36	0,3-0,36	0,3-0,36	0,3-0,36

Сегмент геосинтетических армирующих решеток в Украине развит очень слабо. Отечественное производство в сегменте представлено единственной украинской компанией «Укргеодор».

Все остальные продукты только импортного производства: «Хюскер» (Германия), Kordarnа (Чехия), DuPont (США), Colbond (Германия), Tensar International (Великобритания), Tele Textiles AS (Норвегия).

Наиболее заметными операторами украинского рынка считаются компании «Унипром», «Евроизол Geosynthetics», «Виакон», «Практика», «Ависта», «Акваизол», «Пульсар», «НАУЕ».

Область применения

При помощи геотехнических полимерных решеток можно образовывать жесткую платформу (толщиной соответствующей высоте материала: 100 мм, 150 мм, 200 мм) под высокие нагрузки для размещения на них тяжелой техники, например, установки для буронабивных свай и т. п.

Такая прослойка служит для предотвращения проникновения наполнителя георешетки в грунт основания конструкции укрепления и дальнейшей его потери, а также позволяет избежать вымывания наполнителя вниз по откосу из ячеек георешетки.Ранее применяемая насыпка щебня может не принести желаемого результата: после проезда по нему техники щебень перемешивается с грунтом, сводя эффект к нулю.

Георешетка же препятствует смешиванию слоя щебня со слабыми грунтами. А со временем закрепляющий эффект решетки увеличивается за счет прорастания в ячейках растительности, чья корневая система связывает грунт и препятствует его вымыванию и выдуванию.

Механизм передачи нагрузок, вызванных движением автотранспорта на лежащие под основой плиты слои почвы, происходит следующим образом. Напряжение, передаваемое от колес транспорта, ведет к повышению вертикального напряжения в грунте, который заполняет ячейку георешетки.

В результате повышается давление на шероховатые стенки ячейки, эластичная лента георешетки принимает на себя часть этих сил, а оставшаяся нагрузка передается на соседние ячейки.

Ячейки, связанные между собой в пространственной структуре георешетки, со временем распределяют нагрузку на большие поверхности грунта, в итоге снижается величина вертикального напряжения; взаимное блокирование ячеек практически не позволяет ячейкам сдвигаться и ограничивает неравномерное оседание георешетки.

Такой механизм работы можно назвать «обездвиживанием», так как в результате блокировки частицы грунта находятся в неподвижном состоянии. По мнению специалистов для достижения максимального эффекта укрепляемую поверхность нужно правильно подготовить.

Перед установкой георешетки следует подготовить строительную площадку, убрать все лишние объекты, устранить слой гумуса (перегноя), выровнять поверхность и расстелить дренирующую прослойку из нетканого термически скрепленного геотекстиля (наподобие Typar®SF) плотностью 200-400 г/кв. см.

Такая прослойка служит для предотвращения проникновения наполнителя георешетки в грунт основания конструкции укрепления и дальнейшей его потери, а также позволяет избежать вымывания наполнителя вниз по откосу из ячеек георешетки.

Но если почва соответствует хорошим геотехническим условиям (гравий, уплотненные пески, щебень), можно обойтись без слоя, отделяющего грунт от георешетки, и после нивелирования местности уложить георешетку непосредственно на поверхность.

Эту «умную» арматуру применяют не только на площадках и прилегающих к зданию территориях. Она исправно послужит и для стабилизации грунтов и создания платформ под высокие нагрузки внутри зданий: промышленных, цехов, складов и т. п.

Георешетки успешно используют и для создания свайного ростверка. Так, применение двуосных георешеток и слоя щебня позволяет создать гибкий ростверк. Такую конструкцию можно сделать одно-, двух-, трехслойной, в зависимости от состояния грунта и предполагаемых последующих нагрузок.

Преимущество устройства свайного ростверка с использованием георешеток в том, что все происходит быстро и позволяет сэкономить на выполнении бетонных работ. Это надежное решение, неоднократно проверенное и широко применяемое в мировой практике.

Стоит рассмотреть использование данной технологии не только в общестроительных, но и в специальных работах, например, в строительстве железнодорожного полотна. Железнодорожный путь, проложенный на слабых грунтах, быстро начинает давать осадку, что влечет за собой необходимость в частой и дорогой подбивке щебня.

Армирование же железнодорожного балласта двуосными георешетками помогает достичь нужной жесткости на слабых основаниях и снизить скорость постоянной осадки.
В большом объеме сегодня выполняется строительство дорог с асфальтовым покрытием, требующих, как правило, существенных временных и финансовых затрат.

Кроме того, работа в труднодоступных условиях становится невозможной во время дождя, возникают затруднения с доставкой стройматериалов, их засыпкой и уплотнением. Слабые естественные основания вынуждают увеличивать толщину дорожной одежды, при этом из-за глубокого клееобразования теряется большая часть заполнителя. Применение двуосных георешеток в дорожных конструкциях способствует решению проблемы.

Кроме увеличения срока службы и сокращения эксплуатационных расходов на содержание асфальтобетонных покрытий, подверженных постоянным нагрузкам, использование в данной области георешетки позволяет уменьшить толщину асфальтобетонного слоя и предотвратить появление усталостных и отраженных трещин, образование колеи в автодорожных и аэродромных покрытиях, причальных и портовых сооружениях. Под очень высокие нагрузки может понадобиться конструкция с двух- или трехслойным армированием.

Расширение уже существующих дорог становится довольно частым явлением и в связи с увеличением интенсивности транспортного потока и требованиями новых стандартов. Георешетка помогает уменьшить толщину новой дорожной одежды, тем самым минимизировав сроки ремонтных дорог, учитывая, что уже существующая дорога, как правило, должна быть постоянно открытой и ремонтные работы ведутся без остановки движения.

Георешетка также выполняет функцию сохранности и обустройства речных причалов, пристаней, набережных рек, укрепления береговых линий, устоев мостов, водоотводных сооружений. В этом случае геотехнические полимерные решетки являются наиболее эффективным приспособлением, препятствующим опусканию грунта и заиливанию водоема.

В данной области применения дополнительными элементами служат упоры, которые устанавливаются в местах вероятных размывов откоса, и дренажные желоба - для отвода поверхностных вод.

Довольно широко применяют георешетки и в качестве закрепителя при возведении подпорных стенок и фиксатора для укрепления откосов железнодорожных путей.

Крутой подъем

При возведении поверхности с углом наклона более 45° традиционным способом невозможно избежать опалубочных работ, создания арматурного каркаса, работ по бетонированию. Безусловно, такой способ действенен, но требует большего времени, а результат получается материалоемким.

А вот одноосный армирующий материал в этом отношении со всех сторон оптимален. Его используют и для подпорных стен различной высоты и с любым углом заложения, вплоть до 90°. Однако при проведении такого рода работ эксперты рекомендуют помнить, что заполнение ячеек георешетки для достижения максимального эффекта необходимо производить правильно.

К примеру, щебень должен быть высыпан на прочную поверхность, и лишь затем с помощью экскаватора или бульдозера перенесен и высыпан на георешетку. Если же производить засыпку, надвигая материал ковшом на георешетку, можно получить волну, способную затолкать георешетку внутрь слабого слоя (при отсутствии прослойки), что снизит эффект блокировки ячеек.

Одноосную георешетку можно закрепить в нужном месте, применяя скобы, штыри или материал для засыпки, в зависимости от условий проекта. Рулоны одноосной георешетки следует укладывать внахлест в направлении, перпендикулярном поверхности склона, перекрывающая часть решетки – минимум 50 мм.

Возникшие оползни на естественных или искусственных откосах могут быть эффективно восстановлены с использованием того же грунта, армированного георешеткой. Эта методика скорее справляется с проблемой, чем та, которая подразумевает вывоз оползшего грунта и замену его привозным.

Для создания надежной конструкции при откосе более 45° используется метод обертывания георешетки на лицевой части откоса и ее соединение со следующим слоем арматуры. Такой метод часто применяется с использованием мешков, наполненных грунтом с семенами трав либо с использованием противоэрозионного мата (например, Enkamat®).

Это обеспечивает хорошую вегетацию на поверхности и защиту откоса от эрозии. Мешки оборачиваются георешеткой, что позволяет удерживать форму откоса во время строительства и предотвращает высыпание грунта.

Такие структуры могут быть запроектированы с учетом воздействия сейсмики. В качестве альтернативного способа строительства методом обертывания можно применять элементы из стальной решетки, что также помогает сохранить заданную форму откоса.

При существующем откосе, будь это откос насыпного сооружения автодороги или откос береговой зоны водоема, которые подвергаются разрушениям, существует надежный метод армирования объемными георешетками. В данном случае георешетку расстилают по всей площади разрушения, фиксируют к откосу и заполняют грунтом.

Петр АЙЗМАН, директор компании «Унипром»:
- Мы являемся официальным дистрибьютором крупнейшей британской компании Tensar International limited. Продукция Tensar принципиально отличается от продукции других производителей георешеток, поскольку изготовитель предлагает специальную запатентованную технологию их производства.

Технология заключается в температурной обработке, нагревании цельного листа материала, который затем при определенных условиях растягивается в двух направлениях. Таким образом, получается жесткая решетка строгой геометрической формы, имеющая равную прочность во всех направлениях.

Другие производители выпускают сшитые или сварные георешетки, у которых в первую очередь подвергаются разрушению или деформации места стыков.
Кроме этого, наша компания представляет абсолютно уникальную технологию от Tensar для строительства насыпей на слабых основаниях – устройство геосотовой конструкции.

Подобное сооружение позволяет приступать к строительству в любое время и на любом участке, вплоть до поймы реки. Такие вертикальные дренажи могут принимать на себя самые высокие нагрузки, обладая способностью работать как напряженная мембрана между сваями.

Ирина БОДНАРЬ, инженер научно-технического центра компании "Евроизол Geosynthetics":
- Несмотря на то, что геосинтетические материалы широко используют в дорожном, гидротехническом, ландшафтном и экологическом строительстве, до сих пор остается открытым вопрос об обеспечении нашей страны нормативной базой по геосинтетическим материалам.

Обзор отечественной литературы указывает на решение отдельных задач, которые не связанны с критериями выбора материала, методами испытания и расчета геосинтетических материалов. Отсутствие соответствующих документов вызывают трудности при проектировании, строительстве и контроле качества геосинтетических материалов.

Поэтому по заказу Укравтодора нашей компанией были разработаны нормативные документы СОУ 42.5-00018112-025:2007 ”Материалы геосинтетические. Методы испытаний”, “Пособие по проектированию земляного полотна и дорожных одежд с использованием геосинтетических материалов (дополнение к ВБН В.2.3-218-…-2006”, а также на стадии разработки ВБН В.2.3-218-…-2006 ”Метериалы геосинтетические в дорожном строительстве”.

Нашей компанией постоянно проводятся испытания геосинтетичеких материалов, расчеты конструкций в сложных геологических условиях и написание технических рекомендаций с использованием геосинтетических материалов.

Александра ПЕЧЕРИЦА (журнал "Будмайсер")