Геосинтетические материалы

Автомобильные дороги

Строительство автомобильных дорог это отрасль в которой геосинтетические материалы находят самое широкое применение. Благодаря своим особым свойствам этот вид строительных материалов помогает решать большой круг геотехнических проблем. В основании насыпей используется нетканый геотекстиль для разделения слоев грунта и предотвращения развития неблагоприятных процессов, связанных с снижением фильтрующей способности и морозным пучением.
При строительстве насыпей на слабых основаниях широко применяются силовые материалы – тканый геотекстиль или альтернативные варианты: геокомпозитные материалы в комбинации с нетканым геотекстилем. Высокая прочность и малое удлинение позволяют обеспечивать устойчивость земляного полотна, придавать равномерность осадке и снижать ее величину. Такое решение часто создает высокую конкуренцию традиционным способам, а в некоторых случаях и вовсе не имеет альтернативы. Кроме того, эти материалы позволяют создавать крутые откосы и армогрунтовые подпорные стены, что весьма актуально в условиях плотной городской застройки, там, где необходимо уменьшить отвод земли под сооружение или снизить затраты на удлинение водопропускных труб. А дренажные геокомпозиты, обладающие фильтрационной способностью в разы, превышающей способность грунтов, собирают и отводят грунтовые воды снижая поровое давление в армогрунтовых конструкциях. Это свойство позволяет использовать дренажные прослойки при возведении насыпей из переувлажненных грунтов.
Многообразие противоэрозионных материалов позволяет обеспечивать защиту откосов сооружения от всех видов воздействия поверхностных вод. Геоматы предотвращают развитие эрозионных процессов и надежно удерживают травяной покров придавая эстетический вид откосам; объемная георешетка, при заполнении ее щебнем, обеспечивает защиту откосов в случае их подтопления; а габионные конструкции являются надежной защитой в случае более серьезного воздействия – движения постоянных водотоков, формируя берегозащитные конструкции в совокупности с нетканым геотекстилем, выполняющим функцию обратного фильтра.
Чаще всего геосинтетические материалы можно видеть в верхних конструктивных слоях автомобильных дорог – в дорожных одеждах. Самым известным читается использование нетканого геотекстиля при укладке на границе нижних слоев и земляного полотна в качестве разделительной и капилляропрерывающей прослойки, обеспечивающей длительную и надежную работу дорожной одежды. Решетчатые геосинтетические материалы - георешетки - обеспечивают заклинку в слоях щебня, что предотвращает развитие микросдвигов и накопление остаточных деформаций. Использование объемной георешетки в слоях дорожной одежды обеспечивает формирование жесткой плиты, снижающей вертикальные напряжения и повышающей сдвигоустойчивость конструкции. Георешетки при укладке в слои асфальтобетона надежно его армируют, что значительно снижает процесс трещинообразования и увеличивает межремонтные сроки. Дренажные композиты позволяют заменить дополнительные дренирующие слои песка, который должен иметь высокие фильтрационные свойства.

 

Железные дороги

Геосинтетические материалы находят широкое применение в железнодорожном строительстве для решения следующих задач:
- увеличение срока службы конструкции за счет уменьшения и перераспределения нагрузки от подвижного состава на земляное полотно;
- возведение откосов повышенной крутизны;
- усиление конструкции земляного полотна при проектировании насыпей на слабых основаниях;
- строительство подпорных стен;
- уменьшение осадки земляного полотна;
- противоэрозионная защита откосов и конусов путепроводов.
Использование геосинтетических материалов в железнодорожном строительстве применительно к земляному полотну полностью аналогично автодорожному строительству. Насыпи имеют одинаковые проблемы, которые решаются путем применения геосинтетических материалов как в виде самостоятельных мероприятий, так и как дополнение традиционных технологических решений.
Конструктивной особенностью железных дорог является верхнее строение пути, представленное балластной призмой. Для ее усиления с целью повышения надежности работы железнодорожных линий используется армирование подбалластного защитного слоя такими материалами как: георешетки и геокомпозиты. Дренажные геокомпозиты обеспечивают отвод воды с основной площадки предотвращая развитие неблагоприятных процессов связанных с отрицательными температурами и застоем воды.
В местах въезда на безбаллатстные мосты и тоннели устраивается конструкция переменной жесткости, представляющая собой слои щебня, армированные георешетками, уложенными в несколько слоев, количество которых возрастает по мере приближения к искусственному сооружению. Эта конструкция позволяет увеличить жесткость грунтового основания и снизить различия в жесткости в момент перехода на бетонное основание.

Аэродромы

Применение геосинтетических материалов при строительстве аэродромов позволяет решать следующие проблемы:
- предотвращение трещинообразования при армировании слоев асфальтобетона георешеткой;
- повышение жесткости искусственного основания для жестких аэродромных одежд (бетонные покрытия) при использовании в слоях щебня георешеток;
- защита мест примыканий - части летного поля, примыкающей к взлетно-посадочной полосе, которая должна быть укреплена для предотвращения эрозии от газовоздушных струй авиадвигателей и выдерживать нагрузки от воздушных судов при случайном выкатывании, что обеспечивается применением газонных георешеток.
- противоэрозионная защита откосов и открытых мест летного поля для снижения эрозии от действия аэродинамических нагрузок, создаваемых газовоздушными струями авиадвигателей с помощью геоматов;
- регулирование влажностного режима аэродромных одежд при устройстве искусственных оснований из крупнозернистых материалов, укладываемых непосредственно на глинистые грунты, путем устройства противозаиливающей (разделяющая) прослойка, исключающей возможность проникания грунта основания при его увлажнении в слой крупнопористого материала, в виде нетканых геотекстилей;
- регулированием влажностного режима для местности с гидрогеологическими условиями второго типа связанного с необходимостью устраивать дренирующие слои из материалов с коэффициентом фильтрации не менее 7 м/сут. в случаях, когда грунтовое основание состоит из недренирующих грунтов (глин, суглинков и супесей пылеватых. Такой показатель может иметь чистый песок или щебеночная смесь, однако со временем будет происходить заиливание, и коэффициент фильтрации будет снижаться. Альтернативным вариантом является использование специальных геосинтетических материалов – дренажных геокомпозитов.
Важным преимуществом в использовании геосинтетических материалов является область их рабочих температур. Материалы могут применяться в любых климатических условиях от районов многолетней мерзлоты до экваториальных.
 
Портовые и контейнерные площадки

При строительстве портовых терминалов и площадок для хранения контейнеров возникает потребность устройства надежного покрытия, способного воспринимать высокие нагрузки. Геосинтетические материалы применяются для решения этой проблемы в больших количествах в самых разных регионах нашей страны. Армирование зернистых слоев георешетками позволяет обеспечить формирование псевдоплиты, способной воспринимать растягивающие усилия, обеспечивать блокировку частиц щебня и перераспределять напряжения. При наличии слабых подстилающих грунтов, геосинтетические материалы обеспечивают снижение объемов замены грунта и укладываются, как правило, в два слоя.
Наиболее эффективным сочетанием геосинтетических материалов в конструкции портовых площадок и контейнерных терминалов является использование плоских и объемных георешеток, имеющих свои отличительные особенности и хорошо дополняющих друг друга. Плоские георешетки, воспринимая растягивающие усилия, обеспечивают компенсацию касательных напряжений, а объемная георешетка формирует жесткую плиту, которая хорошо перераспределяет вертикальные напряжения.
 

Нефтегазовый комплекс

Строительство промысловых дорог в сложных инженерно-геологических условиях, в условиях северных регионов и в отсутствии достаточного количества древесины для лежневых настилов еще в конце прошлого века предопределило повсеместное применение геосинтетических материалов.
Силовые геосинтетические материалы: высокопрочные ткани из полиэфира и полипропилена, а также композитные материалы позволяют обеспечивать не только устойчивость возводимых сооружений, но и за счет высокой прочности и жесткости снижать величину осадки. Это свойство позволяет использовать силовые геоткани в качестве альтернативы лежневому настилу.
Армирование верхних слоев дорожных одежд промысловых дорог плоскими георешетками и объёмной георешеткой обеспечивает распределение напряжений от проезжающей техники в конструкциях без слоев покрытия, что предотвращает колееобразование и обеспечивает длительный срок службы дороги.
В качестве грунта насыпи при полном армировании может быть использован местный некондиционный грунт. Силовые ткани обеспечат его удержание в теле земляного полотна, а дренажные отвод воды и консолидацию грунта с последующим упрочнением.
Для защиты поверхности откосов от размыва применяется геомат, а также объёмная георешетка с заполнением ячеек торфопесчаной смесью или щебнем. Дренажные геокомпозиты, плоские и объемные георешетки широко применяются при обустройстве месторождений на площадках под буровые установки. Самой простой и доступной конструкций для проезда техники является использование полуобойм из полипропиленового тканого геотекстиля с заполнением песком.

Строительство тоннелей

 Для защиты конструкций из бетона от агрессивной воды между основанием и строительными конструкциями туннеля применяют специальный гидроизоляционный материал - геомембрану. При этом повышается долговечность конструкций туннеля.  Геомембрана является надежным защитным материалом с высокими антикоррозийными и гидроизоляционными свойствами, гибкостью и высокими механическими характеристиками.

 Промышленно-гражданское строительство

Одной из серьезных геотехнических проблем, с которыми сталкиваются при строительстве, являются слабые основания. Территории, пригодные для поселения людей и развития городов, часто находятся на берегах крупных рек. Геологическое строение таких районов представлено аллювиальными отложениями: водонасыщенными песками, глинами илами. В связи с этим существует необходимость строительства на подобного рода слабых грунтах, однако инженерное решение данной проблемы очень сложно. Самым оптимальным и широко применяемым вариантом является строительство на свайных фундаментах. Но не всегда возможно опирание свай на прочные грунты, этим обусловлены большие трудности при выборе надежного проектного решения.
Традиционным решением является устройство грунтовой подушки, это позволяет приблизить осадку к равномерной и снизить давление от здания на сильно сжимаемый естественный грунт до величины, которая может быть воспринята этим основанием. Применение грунтовых подушек регламентируется СНиП 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты». Однако в тех случаях, когда мощность слоя слабого грунта значительна, применение грунтовых подушек нерационально в связи с тем, что для снижения давления требуется большие объемы отсыпки.
Другим решением проблемы слабых оснований является так называемое преобразование строительных свойств грунтов или их искусственное улучшение. Существует множество методов, основанных на применении химических веществ или различном физическом воздействии на грунты, наряду с которыми выделяют так называемый конструктивный метод, применение которого улучшает работу грунтов в основаниях путем изменения напряженного состояния и создания более благоприятных условий деформирования за счет внедрения армирующих элементов.
Согласно п. 2.67 СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» при строительстве на грунтах с неудовлетворительными свойствами следует применять комплекс мероприятий, направленных на преобразование строительных свойств (создание искусственных оснований).
В пункте 2.69 этого же СНиПа раскрывается понятие «искусственные основания», при этом выделяется термин «армирование грунта» (введение специальных пленок, сеток и т.п.).
Современные технологии предлагают решение, сочетающее в себе достоинства каждого из вышеперечисленных мероприятий. Так называемое геокомпозитное основание представляет собой, по сути, армированную грунтовую подушку, т.е. она выполняет те же функции, что и обычная грунтовая подушка, но отличие её в том, что, за счет наличия арматуры, она обладает требуемой жёсткостью. Эффект блокировки, создаваемый георешеткой, расположенной в слое щебня позволяет значительно снизить количество инертного материала без потери несущей способности конструкции в целом.

  Искусственные водоемы:

Геомембрана не токсична, безопасна для здоровья человека и окружающей среды, не нуждается в дополнительных защитных слоях, что позволяет применять ее при сооружении оросительных озер, каналов и резервуаров, питьевых водохранилищ и пожарных водоемов, искусственных прудов и бассейнов. В отличие от обычной резины, геомембрана в местах изгиба не трескается и поэтому является более долговечным материалам. Возможности соединения полотен обеспечивают гидроизоляцию любых геометрических форм.  

Полигоны ТБО

Геомембрана является наиболее эффективным и экономически оправданным материалом для защиты грунтов от попадания агрессивных веществ. Высокая химическая стойкость практически к любым агрессивным средам (рН 0,5 – 14) и неизменность свойств в широком диапазоне температур позволяет сформировать надежный противофильтрационный экран.
Высокие механические, антикоррозийные характеристики геомембраны и стойкость ее к ультрафиолетовому излучению позволяют создавать герметичные системы, гарантирующие надежную и долговременную защиту атмосферы, грунтов и подземных вод от разложения и распада твердых отходов.
Решения с геомембраной имеют высокую экономическую эффективность: работы производятся в короткие сроки при минимальных затратах на материал, при этом обеспечивается экологическая безопасность.
В соответствии с положениями нормативных документов по проектированию полигонов захоронения твердых бытовых отходов, необходимо создать фильтрационный экран для предотвращения попадания фильтрата в грунтовые воды. Для этого традиционно применяется слой уплотненной глины, толщиной 1 м, а современные технологи предлагают заменить его геомембраной, толщиной 2 мм.
Для сбора фильтрата используются дренажные геокомпозиты, а георешетки обеспечат удержание защитных минеральных слоев на откосах.

Золоотвалы

В зависимости от типа золоотвала могут быть использованы следующие решения с геосинтетическими материалами:
Дренированные золоотвалы. Применение дренажных геокомпозитов обеспечит сбор и отвод водной составляющей пульпы, которая профильтровывается через намытые отложения.
Золоотвалы с поярусным обвалованием из золошлакового материала или грунта, а также золоотвалы с ограждающей дамбой из грунта, для обеспечения устойчивости должны иметь армирование высокопрочными тканями первичных дамб и дамб наращивания. Кроме того, усиление основания может потребоваться при устройстве пойменных золоотвалов на слабых аллювиальных отложениях.
Благодаря силовым геосинтетическим материалам, повышающим стабильность и прочность основания, дамы наращивания можно устраивать на отложениях золошлакового материала. Армирование откосов золоотвала позволит снизить площадь отводимых земель за счет придания откосу крутизны 1:1,5 (в отдельных случаях круче) вместо рекомендуемых 1:2 – 1:3,5.
Для крепления откосов в зоне волнового воздействия рекомендуется использование объемной георешетки, заполненной щебнем. Поверхности наружных откосов золоотвалов и дамб во избежание выветривания рекомендуется закреплять геоматами.