Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Защитный текстиль


Нетканых, искусственных и композицион. материалов/Защитный текстиль/Оценка коэффициента фильтрации геотекстиля

Оценка коэффициента фильтрации геотекстиля

14 марта 2003
Технический текстиль №6, 2003

Мухамеджанов Габит Кульжабаевич
Пудов Юрий Викторович

Широкое применение геотекстиля в строительстве и укладке дорог, железнодорожных и трамвайных линий, сооружении откосов и других дорожных объектов в качестве фильтрующих, дренажных разделительных и защитных слоев обусловливает оценку и определение такой важной характеристики, как коэффициент вертикальной (поперечной) фильтрации Кв и горизонтальной (продольной) фильтрации Кг.

Коэффициенты фильтрации геотекстиля характеризуют водопроницаемость, которая определяет условия и целесообразность его применения для различных целей. Поэтому при проектировании и практическом использовании геотекстиля на различных строительных объектах необходимо предварительно определять и знать значения этих коэффициентов. Значения Кв и Кг нормируются в конструкторских и технических документах. Несмотря на важность этих характеристик геотекстиля, у нас нет единого стандартизированного метода и прибора для их оценки.

Сравнительно недавно Международной организацией по стандартизации (ИСО) впервые приняты два стандарта 1, 2, регламентирующие методы определения коэффициентов фильтрации геотекстиля и связанных с ним изделий. В стандартах ИСО четко выделяются характеристики вертикальной (поперечной) и горизонтальной (продольной) водопроницаемости геотекстиля и связанных с ним изделий и вводятся такие понятия, как нормальное сжимающее усилие, водопроницаемость, продольная водопроницаемость и коэффициент (скорость) фильтрации.

Приведем определения этих понятий:
нормальное сжимающее усилие - сила, направленная перпендикулярно к плоскости образца геотекстиля, выраженная в кПа
продольная водопроницаемость - поток жидкости в пределах толщины геотекстиля, направленный параллельно его плоскости
водопроницаемость - объемный расход воды по ширине образца при определенном градиенте и нагрузке
коэффициент фильтрации - скорость, соответствующая потере жидкостью, проходящей сквозь образец, высоты напора в 50 мм, выраженная в мм/с
гидравлический градиент - отношение потери напора воды в образце геотекстиля к расстоянию между точками измерения.
Кроме того, в стандартах указываются требования к приборам и материалам, процедуре испытаний, а также типовые схемы приборов.

В связи с вышеизложенным НИИ нетканых материалов (НИИНМ) совместно с СоюздорНИИ и Московским опытным заводом Текстильприбор намечает разработать национальный стандарт и прибор для определения коэффициентов фильтрации геотекстиля, гармонизированные со стандартами ИСО.

Сведения о коэффициенте фильтрации выпускаемых видов геотекстиля имеют разрозненный характер, а в ТУ на конкретный вид геотекстиля заложены разные нормы. Единых требований и норм показателя коэффициента фильтрации на разные типы и структуры геотекстиля не существует, во-первых, из-за отсутствия единого метода и прибора для испытаний и, во-вторых, вследствие недостатка статистических данных применительно к конкретному назначению. Следовательно, выполнение комплекса работ по обоснованию метода и выбора параметров испытаний, прибора и норм коэффициента фильтрации является насущной необходимостью.

В данной статье приводятся результаты исследований коэффициента вертикальной фильтрации Кв различных типов, структур и назначения геотекстиля. А результаты исследований коэффициента горизонтальной фильтрации геотекстиля будут изложены в следующей статье.

Методика испытания

Для проведения испытания геотекстиля на поперечную водопроницаемость использовали прибор конструкции СоюздорНИИ. Предварительно из испытуемого образца геотекстиля вырезают круг диаметром 130 мм и определяют его толщину при давлении 0,005; 0,01; 0,025; 0,05 и 0,1 мПа.

Испытуемую пробу укладывают на перфорированный диск прибора и закрепляют резиновым уплотнительным кольцом. Испытание проводят при одной и той же вертикальной нагрузке и водяном напоре 0,25; 0,35; 0,5; 0,65 м. Предварительно пробы замачивают в воде для удаления пузырьков воздуха из структуры геотекстиля. Расход воды определяют по времени заполнения мерного цилиндра емкостью в 1,0 л.

Коэффициент поперечной (вертикальной) фильтрации Кв  вычисляют по формуле:

Kв = V / (h x R2 x t) x √ (d / h), 

где V - объем мерного цилиндра (V=1000 см3); R - эффективный радиус испытуемой пробы (= 5,0 см); d - толщина пробы под нагрузкой, см; h - напор, см; t - время заполнения мерного цилиндра, с . Размерность Кв можно выразить в мс-1 или мсут-1.

Испытанию подверглись различные типы и структуры геотекстиля, используемого в качестве фильтрующих, дренирующих и армирующих слоев, защиты от эрозии откосов и обрывов в дорожном и железнодорожном строительстве.

Как известно, на фильтрующую стабильность  оказывает влияние толщина при различных нагрузках и пористость, так как при засыпке насыпного слоя и проезде транспорта геотекстиль испытывает механическую нагрузку и многократные деформации прогиба, а также гидростатические и гидродинамические воздействия. Поэтому расчет значения 
Кв проводят при сжимающих нагрузках 0,005...0,1 мПа и гидравлическом градиенте напора 0,25...0,65 м. Предварительно должны быть определены значения толщины при изменении сжимающих усилий, направленных перпендикулярно к плоскости образца (табл. 1).

Максимальный размер пор характеризует пористость структуры полотна и определяет задерживающую способность частиц грунта и гидравлическую эффективность. При термообработке происходит уменьшение размера пор за счет уплотнения структуры. С увеличением сжимающей нагрузки от 0,005 до 0,1 мПа происходит постепенное снижение толщины слоя геотекстиля, причем характер ее изменения разный в зависимости от плотной или рыхлой структуры.

Результаты испытаний Кв различных типов и структур геотекстиля в зависимости от гидравлического градиента напора и сжимающей нагрузки сведены в табл. 2. Как видим, значение Кв напрямую зависит от гидравлического градиента напора и сжимающей нагрузки. Следовательно, расчет Кв должен вестись с учетом сжимающей нагрузки и градиента напора. Показано, что с увеличением сжимающей нагрузки значение Кв, и соответственно водопроницаемости, постепенно снижается. Наоборот, с увеличением гидравлического напора Кв и водопроницаемость испытуемых образцов геотекстиля почти пропорционально увеличивается.

Значение и характер изменения коэффициента фильтрации геотекстиля, определенного с учетом градиента напора и нагрузки, зависят от его структуры и способа изготовления.

Так, значение 
Кв геотекстиля плотной структуры при минимальной нагрузке может достигнуть до 40 мсут-1 (4,6 х 10-4 мс-1), а рыхлой структуры - до 300 мсут-1 (3,5 х 10-3 мс-1).

К примеру, иглопробивной геотекстиль 
Filtex (Польша) марки К-1/300 (300 г/м2) имеет Кв = 3,9х10-3мс-1, а К-1/900 (900 г/м2) = 2,2х10-3мс-1.

По результатам наших испытаний, значение 
Кв геотекстиля из 100%-ного полипропиленового волокна, выпускаемого, например, Московским нефтеперерабатывающим заводом, колеблется в пределах 32,3...42,5 мсут-1 при нагрузке 5 кПа и градиенте напора 0,65 м в зависимости от поверхностной плотности порядка 350-400 г/м2, что вполне удовлетворяет предъявляемым требованиям для фильтрующего и дренирующего слоев.

Поэтому представляется возможным подбирать типы, структуры и способы производства геотекстиля, удовлетворяющего запросам потребителей по показателю коэффициента вертикальной фильтрации Кв.

Вместе с тем, коэффициент фильтрации нельзя рассматривать изолированно, но только в совокупности с другими  характеристиками, такими,  как механическая прочность, эффективный размер пор и частиц. При этом механическая прочность геотекстиля должна сочетаться с гидравлической эффективностью (водоотвод с низкой потерей давления). Следует учесть, что значение Кв во время эксплуатации снижается за счет закупорки частицами грунта.

Для повышения гидравлической эффективности Кв следует использовать более пористые геотекстильные материалы с использованием грубых волокон в структуре или многослойные комбинированные материалы.

Нормируемые значения Кв в технических документах должны устанавливаться в зависимости от конкретного назначения геотекстиля и вида почвы с учетом гидравлической эффективности.

Таким образом, на основании испытаний получены фактические значения коэффициента фильтрации для различных типов и структур геотекстиля в зависимости от гидравлического напора и сжимающей нагрузки, которые могут быть использованы проектировщиками при проектировании объектов строительства и изготовителями этих материалов.

ПРИМЕЧАНИЯ

1 ИСО 11058:1999 Геотекстиль и связанные с ним изделия. Определение водопроницаемости перпендикулярно к плоскости без нагрузки.
2 ИСО 12958:1999 Геотекстиль и связанные с ним изделия. Определение водопроницаемости в их плоскости.

КОМПАНИИ И ТОРГОВЫЕ МАРКИ, УПОМЯНУТЫЕ В СТАТЬЕ