Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Геотекстиль


Технический текстиль/Геотекстиль/Высокопрочные синтетические георешетки в основаниях дорожных одежд

Высокопрочные синтетические георешетки в основаниях дорожных одежд

10 марта 2004
Технический текстиль №9, 2004

Гунин Сергей Олимпиевич
Зайченко Павел Алексеевич
Стрельцов Алексей Викторович

 В связи с ростом интенсивности транспортного движения и увеличением веса автомобилей, резко проявляется зависимость надежности дорожных одежд от их прочности. Недостаточная прочность дорожных конструкций приводит к излишним эксплуатационным и транспортным затратам, преждевременному выходу одежд из строя. Действующий нормативный документ по проектированию нежестких дорожных одежд  ОДН 218.046-01 определяет, что дорожная конструкция на протяжении всего расчетного срока службы должна работать в стадии обратимых (упругих) деформаций. В действительности же, при воздействии многократно повторяющихся нагрузок, уже на ранней стадии эксплуатации автодорог в конструктивных слоях дорожной одежды и земляном полотне появляются остаточные деформации, постепенное накопление которых приводит к нарушению ровности покрытия. Это ведет к существенному росту динамических воздействий на дорожную одежду и образованию различных деформаций. Значительно снижаются транспортно-эксплуатационные показатели и надежность дороги. При ее эксплуатации не обеспечиваются требуемые ровность покрытия и общий (эквивалентный) модуль упругости системы «дорожная одежда - грунт земляного полотна».

Как известно, нежесткие дорожные одежды с усовершенствованными покрытиями капитального и облегченного типов рассчитываются по трем критериям прочности: 1)  допускаемому упругому прогибу; 2)  сдвигоустойчивости грунтов и слабосвязных слоев основания; 3) сопротивлению монолитных материалов разрушению от растяжения при изгибе. Любой из указанных критериев  может оказаться определяющим. Это зависит от прочности несущего слоя основания (роль которого обычно выполняет щебень), от физико-механических характеристик подстилающего грунта (грунта земляного полотна) и, наконец, от интенсивности движения и величины осевых нагрузок автотранспорта.

В периоды переувлажнения грунтового основания прочность грунта существенно уменьшается. В условиях переменного водно-теплового режима грунтов земляного полотна и слоев дорожных одежд, а также в связи с увеличением интенсивности движения и массы автомобилей, определяющим критерием зачастую становится сдвиг в подстилающем грунте или слабосвязном слое искусственного основания. На практике для обеспечения требуемой прочности дорожных одежд проектные организации увеличивают толщину покрытия из асфальтобетона или применяют конструктивный слой из тощего бетона. Думается, это нерационально, поскольку асфальтобетон наиболее дорогостоящий слой дорожной одежды. В свою очередь, тощий бетон плохо воспринимает растягивающие напряжения при изгибе,  поэтому в нем во время эксплуатации дороги появляются сквозные трещины, которые копируются на покрытии и приводят к его преждевременному разрушению.

С другой стороны, при проектировании дорожных одежд используются деформативные характеристики грунтов земляного полотна, соответствующие коэффициенту уплотнения Купл. не ниже 0,95...0,98. Но реальная практика и лабораторные исследования свидетельствуют, что столь высокий коэффициент уплотнения грунта может быть получен лишь при его оптимальной влажности. Однако земляное полотно возводится практически в любое время года, поэтому в стадии производства строительных работ может значительно меняться влажность грунта и температура воздуха. Зачастую используются грунты (например, песок морской окатанный), плохо поддающиеся уплотнению  даже при применении современной дорожно-строительной техники. Поэтому столь тяжело подчас качественно уплотнить грунтовое основание. Отсюда и недостаточная прочность, и быстрое разрушение дорожной одежды.

Без качественного и прочного основания покрытие любой толщины не гарантирует хорошее транспортно-эксплуатационное состояние дороги. Следовательно, необходимо разрабатывать такие конструкции дорожных одежд, которые позволят, с одной стороны, увеличить прочность, а с другой - компенсировать некачественное уплотнение грунтов земляного полотна, изменения их деформационных и прочностных характеристик в период эксплуатации автомобильных дорог.

Одним из наиболее эффективных путей повышения прочности и долговечности дорожных одежд может служить армирование несущего слоя основания из щебня высокопрочными синтетическими георешетками Tensar SS 20, SS 30, SS 40, Tenax LBO 220, LBO 330, LBO 440

Эти георешетки (рис. 1)  успешно используют при строительстве автомобильных дорог в Европе и США на протяжении последних десятилетий. В практике дорожного строительства России эти материалы применяют очень редко ввиду того, что в нормативных документах отсутствуют методы проектирования конструкций дорожных одежд, армированных георешетками. Следует отметить, что методы расчета таких конструкций, разработанные за рубежом, в частности, в Англии, Италии, Германии, в нашей стране не могут быть применены. Это связано с тем, что методы расчета «традиционных» дорожных одежд, применяемые в России, значительно отличаются от зарубежных. В нашей стране обобщающими показателями прочности грунтов и дорожных конструкций принято считать модуль упругости Еупр. и модуль деформации Едеф.. Между тем, в Англии, Италии, США и других странах прочность грунта характеризуется числом CBR (несущей способности по калифорнийскому методу). В Германии используют модуль деформации ЕV2, который определяется на ветви второго нагружения конструкции. Необходимо отметить, что корреляции между Еупр. и CBR, встречающиеся в литературе, весьма условны и ненадежны.

Для внедрения георешеток в практику дорожного строительства в России необходимо использовать зарубежный опыт и выполнить дополнительные экспериментальные и теоретические исследования по дорожным одеждам, армированным георешетками, применительно к отечественной нормативной базе.

С 2000 г. на кафедре «Аэродромы и дороги (Основания и фундаменты)» Военного инженерно-технического университета (Санкт-Петербург) проводятся экспериментальные и теоретические исследования, с целью определения эффективности армирования искусственных оснований нежестких одежд высокопрочными синтетическими георешетками и разработки методик проектирования таких конструкций. Было установлено, что слой щебня, армированный георешеткой (рис. 2, рис. 3, рис. 4, рис. 5) уплотняется значительно быстрее благодаря заклинке в ячейках георешеток, что очень важно для его  качественного уплотнения во время строительства дорожных одежд.

Наличие в верхней части дорожной одежды покрытия, способного оказывать сопротивление растяжению при изгибе, промежуточного слоя (щебня, армированного георешеткой) создают в конструкции условия для образования «жесткой прослойки», модуль упругости которой превышает модуль упругости неармированного щебня  и даже может превышать модуль упругости вышележащего слоя дорожной одежды. Таким образом, дорожная одежда с асфальтобетонным покрытием, содержащая щебень, армированный георешеткой, является «нетипичной», поскольку не позволяет соблюдать уменьшение деформационных характеристик нижних слоев дорожной одежды по мере снижения вертикальных напряжений. Расчетная схема дорожной одежды с «жесткой прослойкой» будет отличаться от схемы, принятой в действующей методике расчета. В связи с этим для определения напряженно-деформированного состояния (НДС) дорожных одежд, армированных георешетками, решение Когана Б.И., используемое для определения НДС традиционных конструкций, может быть применено с введением соответствующих коэффициентов, которые будут выражать эффекты армирования.

Проведенные исследования показали, что армирование щебня георешетками позволяет увеличить общий (эквивалентный) модуль упругости конструкции на 6...15%,  снизить величину касательных напряжений в слое, подстилающем георешетку, на 25...80%. Благодаря этому может быть уменьшена либо толщина асфальтобетона (на 3...6 см), либо толщина щебня (на 35...65%). Применение высокопрочных георешеток способствует увеличению срока службы дорожной одежды до капитального ремонта на 40...60%. При этом несущая способность конструкций, армированных георешетками, увеличивается в 2...2,5 раза (рис. 6).

Это означает, что годовая амплитуда колебания прочности дорожных конструкций существенно снижается. Становится возможным пропуск современного грузового транспорта по автомобильным дорогам в течение всего года, в том числе и в весенне-осенний период, без каких-либо ограничений по осевым нагрузкам. Высокопрочные георешетки являются перспективными материалами в дорожном строительстве, их использование позволяет:

  • увеличить (обеспечить) надежность и долговечность дорожных конструкций;
  • повысить технологичность и качество производства работ;
  • ускорить производство земляных работ в сложных гидрогеологических условиях;
  • уменьшить объемы земляных работ;
  • уменьшить толщину дорожных одежд;
  • увеличить срок службы дорожных одежд;
  • снизить неравномерность осадки насыпи;
  • повысить однородность материалов дорожных конструкций;
  • использовать местные строительные материалы.
Стоимость зарубежных георешеток пока еще весьма высока для российских потребителей. В некоторых регионах нашей страны ее применение ведет к удорожанию строительства автомобильных дорог. Однако мы должны понимать, дешевая дорога - это практически заведомо некачественная, ненадежная дорога. Ведь одной из главных причин множества автомобильных аварий, ведущих к человеческим жертвам (в России ежедневно погибает в автокатастрофах около 100 человек),  является неудовлетворительное состояние покрытий дорог.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ