Укрепление откосов насыпи геоматами

[06-2011] Защита откосов земляного полотна от выдувания и песчаных заносов

Т.И. ФАЗИЛОВ, докт. техн. наук, профессор ТашИИТа, З.Т. ФАЗИЛОВА, канд. техн. наук, доцент РОАТ, В.В. МАКАРОВ, главный инженер KBS Групп

Предупреждение песчаных заносов и защита от выдувания земляного полотна железнодорожных линий, пролегающих в зоне пустынь, — крайне актуальная проблема. Известно, что в условиях пустынь происходит интенсивное изнашивание всех элементов пути, приводящее к изменению геометрии рельсовой колеи. Засорение балластной призмы наносимыми песками вызывает образование песчаных пучин, деформирующих план и профиль пути. В связи с этим увеличиваются расходы на содержание и частую замену элементов верхнего строения, снижаются скорости движения поездов.

Опасность выдувания грунта земляного полотна надо учитывать еще на этапе трассирования линии. Мосгипротранс рекомендует проектировать продольный профиль земляного полотна преимущественно невысокими насыпями (1—2 м) с крутизной откосов 1:2. Наиболее уязвимыми элементами в отношении выдувания являются нулевые места, бровки и основные площадки насыпей, бровки выемок, резервов, кавальеров, которые необходимо укреплять в первую очередь.

Наибольшее распространение в борьбе с песчаными заносами и раздуванием земляного полотна получила механическая защита, материалами для которой служили камыш, хворост кустарников и полукустарников, полынь, селин и другие дикорастущие растения. В связи с высокой трудоемкостью, недолговечностью этой защиты дефлируемые пески стали закреплять с помощью вяжущих веществ. Из семидесяти испытанных в натурных условиях и предложенных для внедрения в производство только несколько вяжущих используют в дорожном строительстве — ССБ (сульфитно-спиртовую барду), битумную эмульсию, госсиполо-вую смолу. Остальные не нашли широкого применения, в основном, из-за высокой стоимости, сложной технологии и экологических соображений.

Начиная с 1970-х гг. в железнодорожном строительстве и эксплуатации начали все чаще применять геосинтетические материалы. Наиболее современные из них на основе полиэтилена, полиэфира, полипропилена способны успешно защищать земляное полотно от песчаных
заносов. При этом значительно увеличивается срок эксплуатации пути, сокращаются число промежуточных ремонтов и расходы на его текущее содержание.

А теперь рассмотрим несколько технических решений по предотвращению песчаных заносов железнодорожного полотна с применением геосинтети-ческих материалов как на этапе нового строительства, так и при эксплуатации существующих линий в зоне пустынь.

Для противоэрозионной защиты склонов и откосов в настоящее время используют геоматы — трехмерные водопроницаемые хаотичные структуры из полимерных волокон, которые покрывают растительным грунтом. В путеиспытательной лаборатории МИИТа разработаны Временные технические условия на применению геоматов при укреплении откосов земляного полотна железных дорог.

Геоматы выпускают рулонами шириной не менее 2 м. Они должны быть гибкими и выдерживать изгиб на 180* без визуально наблюдаемого разрушения волокон при температуре -5 *С.

Учитывая, что в зонах пустынь климат резко-континентальный, геоматы должны выдерживать большие перепады температур. По показателю морозоустойчивости материал рассчитан на 25 циклов (не менее) замораживания-оттаивания. Допускаемое снижение прочности на разрыв после испытаний не более 10 %.

Геоматы можно применять при температуре окружающего воздуха от -65 *С до +40 °С с показателем кислотности грунта pH 3—10. Геоматы на откосе закрепляют с помощью П-образных скоб, изготовленных из стальной арматуры (диаметр 6—8 мм, длина 30 см). Их устанавливают равномерно с шагом 1,0—1,5 м. Основные требования к геоматам представлены в таблице.

После укладки и закрепления геоматы покрывают слоем (не менее 10 см) растительного грунта (возможна смесь с песком) с семенами местных песколюбивых растений (черкез, саксаул, кандым и др.).

Представим конструкцию возводимой насыпи из барханного песка (рис. 1). Для предотвращения ветровой эрозии откосов насыпи предлагается использовать геоматы. Укреплять дефлируемые пески в полосе до 50 м от пути целесообразно при помощи геосетки размером 2,5×2,5 мм с засыпкой слоя связного грунта толщиной 10 см. Ширина полосы закрепления зависит от степени за-носимости участка песком. Для предотвращения эрозионных процессов в период строительства в качестве временной защиты применяют геотекстиль с поверхностной плотностью 200— 250 г/см3. Технологические слои армируют слоями геосетки соответствующей прочности. При нагрузке от подвижного состава до 30 тс разрывная нагрузка геосетки составляет > 30 кН/м, более 30 тс — соответственно > 50 кН/м.

Конструкции выемки на сильнозаносимых участках представлена на рис. 2. Выемку разрабатывают до отметки выше профильной на толщину сливной призмы. Для защиты земляного полотна от песчаных заносов полосу отвода укрепляют геосеткой с размером ячейки 2,5×2,5 мм с последующей засыпкой связным грунтом. Предварительно на закрепляемой поверхности до укладки геосетки высевают семена песколюбивых растений. После всхода растений, корневая система которых служит сдерживающим фактором противоэрозионного процесса, геосетку можно использовать на других участках. Ширина закрепляемой поверхности зависит от годового объема переносимого к пути песка и степени его подвижности.

Конструкция выемки в песчаных грунтах с защитой откосов от ветровой эрозии представлена на рис. 3. Данное техническое решение можно использовать при реконструкции или ремонте земляного полотна эксплуатируемой линии.

Для закрепления дефлируе-мых песков вдоль трассы железнодорожной линии применяют также крупные перфорированные геоячейки (рис. 4), которые располагают параллельными рядами шириной до 3—5 м перпендикулярно направлению преобладающего ветра. Расстояние между рядами 4—5 м. Размеры ячейки 488×405 мм, высота над поверхностью песка 25— 30 см. Для закрепления секций геоячеек используют высокопрочные полимерные тросы, протягиваемые сквозь специальные отверстия в стенках ячеек, внутри которых высаживают черенки или саженцы песколюбивых растений или высевают их семена. Стенки ячеек защищают растения от подсекания и засыпки ветропесчаным потоком, улучшают процесс всхожести и приживаемости. Перфорация поверхности геоячеек способствует улучшению аэродинамики обтекания ее ветропесчаным потоком, что приводит к меньшей заносимости самой ячейки. Многократное использование геоячеек позволяет получать существенную экономическую выгоду от ее применения.

Геомат – современный материал для укрепления грунтов

Наука не стоит на месте – несмотря на некоторую косность современной российской строительной отрасли вкупе со стремлением к снижению себестоимости возведения объектов, новые технологии все же проникают в эту сферу. Взять хотя бы работы по укреплению насыпей – в них используются современные инновационные материалы, такие, как геосинтетические маты.

Описание и свойства

Геомат – это объемный синтетический материал из объемных волокнистых ячеистых структур, полученный путем экструзии. Исходные материалы для изготовления геоматов – полипропилен, полиэтилен, полиэфира, а также сополимеры пропилена с этиленом.

Геомат

Поверхность материала открытая, а волокна внутри ячеек соединяются между собой без какой-либо системы, что придает материалу дополнительную прочность. Способ крепления волокон – термическая сварка. Для повышения уровня сопротивления УФ-излучению в изделие может добавляться углерод.

Геосинтетические маты обладают рядом преимуществ:

• прочность;
• гибкость;
• легкость;
• долговечность;
• устойчивость к агрессивному воздействию окружающей среды, а также к огню и химическим веществам;
• нетоксичность;
• отсутствие вредного влияния на экологию;

Применение

Сфера использования геоматов чрезвычайно широка. Это:

• защита от эрозии береговых склонов, дорожных откосов, склонных к оползням оврагов;
• укрепление оснований насыпей, мостовых конусов, армирование асфальтобетонных дорожных покрытий, разделение слоев дорожной «одежды», формирование кюветов;
• защита корпусов нефтепроводов от преждевременного разрушения вследствие контакта с грунтом;
• защита подземных сооружений и строительство резервуаров для хранения твердых и жидких отходов.

Схема укрепления подтапливаемых откосов

Помимо строительной сферы, этот материал также востребован в ландшафтном дизайне при возведении искусственных водоемов и других элементов рельефа. Геомат можно использовать также для формирования газонов – травянистый покров, прорастающий сквозь ячейки материала, будет надежно сцеплен с грунтовым основанием.

Установка

Установить геоматы под силу даже непрофессионалам. Участок почвы предварительно расчищается от камней и дерна, затем на нем расстилаются полотна материала внахлест и закрепляются анкерами. Под анкеры рекомендуется выкапывать канавки глубиной порядка 30 см. Сверху конструкция засыпается грунтом и засеивается семенами травы.

Геотекстиль: сферы его применения и ключевые характеристики

Хотя геотекстиль — материал относительно новый, во многих областях без него уже невозможно обойтись. Он применяется в строительстве дорог, тротуаров, взлетно-посадочных полос, при прокладке подземных коммуникаций, устройстве дренажных систем. Геотекстиль незаменим в сельском хозяйстве и садоводстве. Практичный, универсальный материал удешевляет строительство и продлевает срок службы конструкций.

В этой статье расскажем о том, для чего нужен геотекстиль, каковы его основные виды и характеристики.

Что такое геотекстиль и зачем он нужен?

Это плоское и прочное техническое полотно, которое изготавливается из различных материалов и является влагопроницаемым. Сферы его применения многообразны, но всегда связаны с грунтовыми работами, на что указывает часть «гео» в названии данного материала:

• строительство дорог и зданий;
• геотехника (дренажные системы, борьба с эрозией почвы);
• сельское хозяйство.

Существует несколько видов геотекстиля. Материал классифицируется в зависимости от сырья, из которого он сделан, и от способа изготовления. По типу исходного сырья геотекстиль подразделяется на несколько видов. Обычно он производится из полипропилена, полиэфиров, полиамида, полиэтилена низкого давления [1] . Реже это стекловолокно, смесовые нити с добавлением хлопка, шерсти, вискозы. Геотекстиль из полимеров (полиэфир, полипропилен) считается самым прочным, надежным, долговечным и потому применяется там, где востребованы эти качества, — в строительстве, сельском хозяйстве, геотехнике, ландшафтном дизайне.

Это интересно!

В продаже иногда предлагается геотекстиль из кокосового волокна — мульчи. Данный материал имеет значительные отличия от полипропиленового или полиэфирного геотекстиля. Одно из основных — его структура намного больше соответствует геосетке, чем полотну, в связи с чем меняется и спектр применения. По окончании срока службы геотекстиль из кокосового волокна не требует утилизации — это весьма удобно и экологично. Но и прослужит такой материал заметно меньше, что обусловлено его натуральным происхождением.

Полиэфирное волокно представляет собой вторсырье, например переработанные пластиковые бутылки. Оно состоит из коротких нитей, которые сцепляются между собой в слои. Из-за малой длины волокон прочность соединения недостаточна для некоторых сфер применения, хотя вполне приемлема для других.

Короткие нити придают полиэфирному геотекстилю ворсистую структуру. Цвет материала может быть любым — бежевым, коричневым, черным, — но обычно выпускается полотно белого цвета.

Полипропиленовый геотекстиль изготавливается из первичного сырья. Полимерное волокно образует непрерывную нить, и за счет этого материал получается особенно прочным. Даже при намокании он не расслаивается, поскольку слои надежно соединены между собой. Геотекстиль из полипропиленовых волокон имеет плотную структуру без ворсинок.

По способу производства различают тканый и нетканый геотекстиль. В России изготавливается также вязаное полотно. Но из-за пониженной прочности на разрыв этот материал не пользуется популярностью, несмотря на низкую стоимость.

• Тканый геотекстиль производится традиционным способом переплетения нитей утка и основы. Регулируя размеры ячеек, можно получить полотно различной плотности. Материал этого типа имеет высокую прочность на растяжение, поэтому обладает хорошими армирующими свойствами. Основная сфера применения тканого геотекстиля — создание и армирование земляных насыпей различного назначения. Примерами могут служить возведение подпорных стен мостов, армирование основания взлетно-посадочных полос и автомагистралей. Тканый текстиль с низкой плотностью применяется в ландшафтном дизайне. Он позволяет укрепить грунт, сформировать грядки на любом участке, в том числе на склоне. В то же время не рекомендуется использовать тканый геотекстиль для дренажа и фильтрации.
• Нетканый геосинтетический материал изготавливается путем механического или термического скрепления полиэфирных или полипропиленовых волокон. В соответствии с этим он подразделяется на иглопробивной и термоскрепленный.
  • Иглопробивной геотекстиль получают из коротких или непрерывных нитей с помощью пресса с иглами. При прокалывании волокна проникают из одного слоя в другой, образуя плотный материал наподобие войлока. Он обладает отличной фильтрующей способностью — пропускает воду и в поперечном, и в продольном направлении. Поэтому основная область применения геотекстиля этого типа — дренажные системы.
  • Термоскрепленный (каландрированный) геотекстиль получают путем сплавления волокон при нагреве. Это в значительной степени повышает его прочность и сокращает вероятность разрыва в процессе использования. Фильтрация в данном случае происходит только в поперечном направлении. Поэтому поры в термоскрепленном геотекстиле быстро заполняются грязью и илом. Такой способ изготовления подходит только для полипропиленовых нитей, поскольку температура плавления полиэфира слишком высока и затраты на производство были бы неоправданны.

Для справки

В то время как российские строительные компании выбирают преимущественно термоскрепленный геотекстиль, западные потребители отдают предпочтение иглопробивному. Высокая фильтрующая способность обусловливает пригодность этого материала для любых грунтов, в том числе глинистых. А недостаток прочности иглопробивного геотекстиля компенсируется применением армирующей геосетки.

Термообработанный геотекстиль очень прочен, но, как уже говорилось, пропускает воду только в одном — поперечном — направлении. Благодаря высоким армирующим свойствам этот вид материала применяется в строительстве и землеустройстве (для укрепления почвы).

Преимущества геотекстиля

Востребованность геотекстиля в строительстве, ландшафтном дизайне, сельском хозяйстве и других сферах объясняется его преимуществами:

• Доступная стоимость. Она достигается за счет относительно недорогого сырья и простой технологии производства. Средняя цена геотекстиля зависит от его поверхностной плотности. Самый тонкий материал, имеющий плотность 100 г/м 2 , при оптовой покупке обойдется примерно в 13 рублей за 1 м 2 . При плотности 600 г/м 2 полотно будет стоить в пределах 65 рублей за 1 м 2 . Помимо того, что материал стоит дешево само по себе, благодаря его применению уменьшается расход строительных материалов, а значит, снижается стоимость монтажа.
• Экологичность. Полиэфирный и полипропиленовый геотекстиль не выделяет вредных веществ в процессе эксплуатации. Его производство также безопасно для окружающей среды.
• Долговечность. Геотекстиль, особенно полипропиленовый, устойчив к воздействию кислот, щелочей и других агрессивных веществ, содержащихся в почве и воде. Синтетические волокна не подвержены гниению. Им не страшны ни влага, ни мороз, ни жара, ни солнечные лучи. Единственное, что ограничивает срок службы материала, — это постепенное заполнение пор мелкодисперсными частицами грунта. Из-за этого фильтрующая способность полотна со временем снижается. То, как быстро это произойдет, зависит от технических характеристик геотекстиля. Высококачественный материал прослужит не меньше 30 лет.
• Прочность. Геотекстиль устойчив к растяжению как в поперечном, так и в продольном направлении. Наиболее прочно полотно из полипропиленовой мононити. Это свойство позволяет использовать геотекстиль для усиления различных конструкций, в том числе автомагистралей с высокой нагрузкой, фундаментов зданий, складских площадок и подобных.
• Универсальность. Благодаря прочности, эластичности, водопроницаемости, устойчивости к агрессивным средам геотекстиль находит применение во многих областях. Высокие показатели физико-механических характеристик геотекстиля делают его идеальным материалом для применения в качестве разделительного слоя в строительных работах, а также при укреплении откосов и склонов. Прочностные характеристики на разрыв, прокол и свойства, связанные с удлинением геотекстиля, могут быть весьма высоки. Их достаточно для обеспечения не только разделения слоев грунта, но и сохранности самого материала.
• Простота монтажа. Укладка геотекстиля не требует специальных навыков. Материал продается в рулонах, удобных для транспортировки. Полотно имеет небольшой вес, его легко можно разрезать обычными ножницами.

На заметку

Геотекстиль поставляется в рулонах шириной от двух до шести метров. Длина же обратно пропорциональна плотности материала. Например, геотекстиль для садовых дорожек плотностью 100 г/м 2 продается в рулонах длиной до 100 погонных метров, а высокопрочное техническое полотно для армирования магистралей и взлетных полос (450 г/м 2 ) обычно не превышает длину 40 погонных метров.

Геотекстиль при строительстве автомагистралей и дорог.

Современные материалы не только значительно упрощают строительство, но и значительно повышают выносливость многих сооружений и конструкций. К таким эффективным и экономически выгодным элементам относятся и геосинтетики. Нетканые полотна все чаще используются для укрепления фундаментов, холмов и откосов, а также для увеличения срока службы автомобильных дорог и магистралей. Производством геотекстиля, подходящего для повышения надежности дорожного покрытия, уже долгое время занимается компания Геотехполимер. Разнообразие синтетических полотен позволяет выбрать наиболее подходящий вариант для каждой конкретной задачи, а также значительно сэкономить.

Когда необходимо укрепление автотрассы?

Прокладка дорожных трасс – дело трудоемкое и достаточно дорогостоящее, поэтому технологии для такого строительства продумывают самым тщательным образом. Однако, несмотря на все старания, часто магистрали требуют ремонта уже через пару лет после прокладки. Что же становится причиной таких событий?
Чаще всего дороги приходят в негодность по нескольким причинам, главные из которых:

• Интенсивное дорожное движение;
• Долгий период эксплуатации и отсутствие промежуточного ремонта;
• Погодные катаклизмы и сложные климатические условия.

Конечно, не со всеми факторами можно успешно бороться, однако укрепить дорожную полосу и увеличить срок ее службы вполне реально. Сделать это помогут современные геосинтетические материалы, которые изготовлены из полиерных волокон и обладают массой преимуществ. Характеристики геотекстиля настолько привлекательны, что сделали его универсальным материалом при строительстве любого объекта, включая автотрассы.
Самые популярные геосинтетики, которые используют для повышения выносливости автодорог и магистралей, – это дорнит и геосетка. Эти материалы отлично справляются со своими свойствами и могут применяться как в тандеме, так и по отдельности.

Геотекстиль и его особенности

Самый подходящий для укрепления магистралей синтетик, который славится своей прочностью и жесткостью – это дорнит. Стоимость его сравнительно небольшая, а вот основные свойства очень привлекают проектировщиков и строителей.
Геотекстиль Дорнит выпускают в нескольких модификациях, однако для прокладки дорог лучше всего подходит полотно марки 300 или 500. Выпускается оно в рулонах разной ширины и характеризуется уникальной структурой, то есть особым скреплением нитей. Такое строение позволяет материалу быть практически универсальным и выполнять множество функций, а именно:

• Осуществлять дренаж, то есть отводить лишнюю воду;
• Производить фильтрацию и препятствовать вымыванию основы дорожного покрытия;
• Создавать защиту, то есть предотвращать эрозию почвы, особенно это касается откосов, холмов и насыпей;
• Исключать смешивание грунта и других насыпных прослоек, которые помогают укреплять дорожную поверхность;

Самая главная из функций — укреплять и армировать покрытие, а также распределять нагрузки по всей поверхности дороги. Купить геотекстиль необходимой марки можно без особых проблем. Например, компания Геотехполимер доставляет заказанные полотна сразу же после оформления заказа, ведь такие материалы всегда есть в наличии на производственном складе.
Способ доставки, а также габариты рулона клиент может выбрать самостоятельно, исходя из своих потребностей. Для удобства покупателей компания производит намотку полотна в нескольких размерах, например, по 100, 50 или 30 метров.

Как работает геотекстиль дорнит?

Геотекстильное полотно отлично выполняет поставленные перед ним задачи. Оно способно пропускать воду и создавать легкий и мягкий дренаж.
Так как одним из слоев дорожного пирога неизменно является щебень, то полотно дорнита как будто притягивает к себе крупные частички щебня и образует самый настоящий фильтр. Такой конструкции вымывание почвы точно не грозит.
На нестабильном грунте, например, глиняном или торфяном, геотекстиль является гарантией целостности покрытия. Так как почва неустойчивая и часто проседает, то слой щебня нередко рискует быть смешанным с грунтом. Укладка полотна исключает перемешивание и увеличивает срок службы покрытия. Хорошая плотность синтетического полотна позволяет спокойно выдерживать нагрузки, даже если грунт немного смещается.
Дорнит не стареет и не расслаивается под действием воды, грунта, строительных смесей, кроме этого, без труда выдерживает воздействие агрессивных щелочей и кислот. Он позволяет значительно сэкономить, ведь сокращаются расходы на ремонт и эксплуатацию, а также снижается стоимость строительства вобщем.
Геотекстиль способен эксплуатироваться даже в условиях очень низких температур или постоянной жары. В течение нескольких десятилетий он остается все таким же прочным, жестким и упругим, что значительно увеличивает срок службы автотрасс.

Геосетка и ее характеристики

Геосетка – еще один систетик, который часто используется для укрепления нестабильных грунтов. Она представляет собой ячеистое полотно, которое имеет жесткую структуру и способно сформировать отличный каркас для будущей автострады.
Геосетка в сочетании с дорнитом – это самое эффективное решение для неустойчивой почвы. Такой комплект позволяет:

• Уменьшить нагрузки на поверхность;
• Осуществить дополнительное армирование;
• Создать поддержку для участков с интенсивным движением.

Геосетка также реализуется в рулонах и характеризуется невысокой ценой, как и геотекстиль дорнит. Для создания хорошего армирования ячейки геосинтетической сетки заполняются сыпучим сырьем, например, мелким щебнем или песком.