Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Геотекстиль


Технический текстиль/Геотекстиль/Цена качества

Цена качества

10 марта 2004
Технический текстиль №9, 2004

Лукантьева Вера Николаевна
Салль Альберт Оттович

 Темпы применения в строительстве автомобильных дорог геосинтетических материалов существенно опережают развитие научно-технической базы для рационального их применения с учетом условий строительства и эксплуатации дорожных одежд. При разработке научных предпосылок к техническому нормированию требований на материалы, конструкции и технологию строительства особого внимания требуют не только положительные эффекты, но и возможные отрицательные явления, обусловленные существенными различиями физико-механических свойств геосинтетических и традиционных дорожно-строительных материалов.

При устройстве дорожных одежд наиболее распространены четыре направления использования геосинтетических материалов: 1) поглощение и отвод воды, выделяющейся из переувлажненных грунтов земляного полотна в процессе его консолидации; 2) повышение несущей способности дорожной одежды, укладываемой на слабых грунтах (переувлажненных, заторфованных и др.); 3) предотвращение взаимопроникновения грунтов и зернистых материалов в местах контактирования слоев; 4) армирование асфальтобетонного покрытия, укладываемого на слои с трещиновато-блочной структурой.

В первом случае на поверхность переувлажненного грунта укладывают нетканые иглопробивные и термоскрепленные высокопористые синтетические материалы (дорнит, Hate и др.), обеспечивая при этом  выпуски в откосы боковых канав и последующую засыпку оптимально увлажненным грунтом. В процессе консолидации переувлажненных грунтов гибкая синтетическая прослойка следует за осаждаемой поверхностью земляного полотна. В результате сохраняется эффект доуплотнения под действием веса вышеуложенного грунта и временных нагрузок, а  значит возможно соорудить дорожные одежды с технологическим перерывом в две стадии в соответствии с нормативными документами.1 При отсутствии хорошо дренирующих песков эффективность первого направления применения геосинтетических материалов резко возрастает.

Если устройство дорожной одежды на слабых грунтах ограничено сжатыми сроками строительства, не допускающими организацию технологического перерыва, то ее несущую способность повышают армированием дополнительного слоя основания в нижней зоне, контактируемой со слабым земляным полотном. Для этой цели используют высокопрочные жесткие геосетки и георешетки (Hatelit, Fortrac, Tenax, Tensar и др.). Эти материалы укладывают на всю ширину земляного полотна с жестким креплением их продольных краев. Армированная нижняя часть основания достаточно прочная и может не следовать за неравномерно осаждаемой поверхностью земляного полотна, а дорожная одежда, зависая над максимальными просадками, работает при воздействии автомобильных нагрузок независимо от земляного полотна. В ответственных сооружениях (например, КАД Санкт-Петербург), для повышения надежности геосеток их укладывают на предварительно обустроенный свайный ростверк.

Повышение жесткости слоев основания благодаря армированию устанавливается с помощью решения теории упругости для изгиба многослойных плит. Пробными расчетами получена приближенная зависимость:

Eэкв = Eо(1),

где Eэкв - эквивалентный модуль упругости армированного слоя основания; Eо - модуль упругости материала основания; К - коэффициент увеличения жесткости благодаря армированию: К=15M(М/h0); M - масса 1 м2 геосетки, кг; hо - толщина слоя песчаного (щебеночного) основания, см.

При массе 1 м2 геосетки  0,2... 0,4 кг и толщине основания более 40 см его жесткость увеличивается менее чем на 8-15%. Поправочный коэффициент К понижается при модуле упругости полимера менее 5000 МПа, а также при частичном нарушении сцепления между сеткой и зернистым материалом. Таким образом, повышение жесткости слоев благодаря армированию не существенно.

Устойчивость конструкций на КАД проверяли испытанием их местным нагружением колесом автомобиля с измерением упругого прогиба. На участках готового щебеночно-песчаного основания под испытательной нагрузкой 3 т упругие прогибы составляли обычно 2-3 мм, при этом почти вся обратимая часть деформации восстанавливалась практически мгновенно. Это свидетельствует об исключении из работы медленно (вязко) деформируемых переувлажненных грунтов земляного полотна.

Упругие прогибы готового основания, включая щебеночный слой, даже при укладке двух рядов геосетки (песчаный слой в обойме) и устройстве свайного ростверка были в 2-3 раза больше, чем на смежных участках, построенных по традиционной технологии. Однако пониженная жесткость конструкции, как неотъемлемое свойство любой висячей системы, не является недостатком - повышенные упругие прогибы прежде всего свидетельствуют о включении арматуры в работу.

Натурные испытания конструкций подтвердили теоретически рассчитанное малое влияние армирования на жесткость слоев основания. Более того, не исключено отрицательное влияние арматуры на процесс уплотнения вышеукладываемых зернистых материалов. Так, на ряде участков КАД даже после интенсивной укатки наблюдали недоуплотненность песчаного основания - при попытке проезда по нему возникала глубокая колея и автомобиль «увязал». Этот аспект проблемы требует специальных проработок.

В Северо-Западном регионе для предотвращения взаимопроникновения материалов смежных песчаных и щебеночных слоев в последние годы широко применяют укладку маложестких геосинтетических материалов типа дорнит и Hate. Однако это не целесообразно по следующим причинам:

  • заполнение пустот однофракционного щебня мелкозернистыми материалами более чем вдвое снижает его пористость и не менее чем втрое повышает модуль упругости, а при наличии прослойки это исключается в нижней зоне щебеночного слоя, наиболее ответственной за его работу на изгиб;
  • маложесткая прослойка, демпфируя уплотняющие нагрузки, снижает эффект доуплотнения песчаного слоя с недобором коэффициента уплотнения 0,01... 0,02;
  • маложесткая прослойка с модулем упругости меньшим, чем у щебеночных и песчаных слоев, сама по себе снижает жесткость дорожной конструкции;
  • как следствие вышеуказанных причин, из-за укладки геосинтетических материалов общий модуль упругости конструкции дорожного основания снижается на 10-15%.

К тому же, нельзя забывать о классическом принципе конструирования дорожных одежд, разработанным А. К. Бируля: модули упругости конструктивных слоев должны плавно убывать по глубине, а укладка маложестких прослоек нарушает соответствующую гармонию.

Вышеперечисленные аргументы становятся не очень существенными при укладке маложестких геосинтетических материалов на большой глубине, в частности, между связным грунтом земляного полотна и дополнительным слоем основания.

В мировой практике с целью предотвращения образования «отраженных» трещин широко и эффективно применяют армирование асфальтобетонного покрытия высокопрочными и жесткими геосетками, укладываемыми в нижней зоне покрытия над старым трещиноватым асфальтобетонным или цементобетонным покрытием, а также над основанием из материалов и грунтов, обработанных цементом, в которых ожидается образование трещин. «Отраженные» трещины возникают в монолитном слое над трещинами нижележащего слоя в результате концентрации растягивающих напряжений, возникающих при изгибе пакета слоев под воздействием автомобильной нагрузки. При выборе конструктивных решений, материалов и технологии строительства следует учитывать коэффициенты концентрации напряжений, рассчитываемые на основе решений теории упругости и представленные на рисунке.2

При этом учтено, что изготовленная из полимеров арматура практически не искажает напряженного состояния в покрытии, так как их модули упругости близки к расчетным модулям упругости асфальтобетона.

При определении конструктивных и технологических решений, исходя из необходимости снижения концентрации напряжений, следует, прежде всего, предусмотреть простейшие технические меры:

  • исключить сцепление слоев, для чего сплошное крепление сетки (например, предварительным поверхностным розливом органических вяжущих) следует заменить точечным, предотвращающим ее коробление при укладке асфальтобетонной смеси; наиболее эффективно для этого устроить по старому покрытию выравнивающий слой из высокопористого песчаного асфальтобетона, и уже по нему укладывать геосетку;
  • уменьшить толщину старого трещиноватого асфальтобетонного покрытия (Пт) с применением фрез;
  • уменьшить модуль упругости трещиновато-блочного слоя (Ет) путем измельчения блоков ударными установками (проверено в мировой практикой на цементно-бетонных покрытиях).
При разработке требований к геосинтетическим материалам следует также учитывать ожидаемую концентрацию напряжений, руководствуясь правилом: чем больше коэффициент концентрации, тем прочнее должна быть сетка.

ПРИМЕЧАНИЯ

1 СНиП 2.05.02-85, п. 6.20. СНиП 3.06.03-85, п. 4.5

2 Опыт использования геосинтетических материалов при устройстве высококачественного дорожного покрытия на слабых грунтах. - Труды «СоюзДорНИИ», вып.70 - М., 1974 г.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ