Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Геотекстиль


Нетканых, искусственных и композицион. материалов/Геотекстиль/Выбор геосинтетика при проектирования армогрунтовых конструкций с учетом ползучести

Выбор геосинтетика при проектирования армогрунтовых конструкций с учетом ползучести

19 марта 2002
Технический текстиль №3, 2002

Бондарева Эльвира Дмитриевна
Киселев Олег Евгеньевич
Ладыженский Игорь Сергеевич


В настоящее время мировое признание получило армирование грунтовых конструкций полимерными рулонными материалами - геосинтетиками. Их используют для армирования: 1) подъездных, временных автодорог на слабых грунтах; 2) оснований насыпей авто- и железных дорог на слабых грунтах; 3) оснований насыпей авто- и железных дорог, устраиваемых на свайных основаниях; 4) оснований рекультивированных территорий, расположенных на грунтах с ярко выраженной неоднородностью структуры, а также наличием пустот и каверн; 5) оснований и покрытий полигонов для захоронения отходов; 6) крутых откосов и подпорных стенок.

Ассортимент


В настоящее время в качестве армирующих геосинтетиков широко применяются тянутые из перфорированного листа геосетки из полиэтилена высокой плотности или полипропилена, плетеные геосетки из полипропилена, полиамида или высокомодульного полиэстера, а также тканые по специальной технологии полотна из высокомодульного полиэстера. В последние годы все более широкое применение получают геосетки из поливинилалкоголя и арамида, изготовляемые способом плетения.

Плюсы и минусы


Преимуществами применения геосинтетиков по сравнению с традиционными технологиями являются их низкая чувствительность к присутствующим в грунте в нормальных концентрациях агрессивным веществам, простота в укладке и более низкая стоимость сооружений. В некоторых случаях применение геосинтетиков позволяет использовать местный грунт и тем самым избежать замены его грунтом с более высокими физико-механическими характеристиками. Как правило, применение армогрунтовых конструкций приводит к меньшим вредным воздействиям на окружающую среду.

Несмотря на перечисленные положительные качества, применение армирующих геосинтетиков может ограничиваться в тех или иных случаях ввиду существенной разности в свойствах, присущих полимерам, из которых они изготовляются.

Факторы прочности


Поведение любого армирующего геосинтетика в грунте в общем случае характеризуется совокупностью следующих основных параметров:

Pр - кратковременной прочности на разрыв, определяемой в лабораторных условиях при нормированной скорости нарастания деформации;

ε - относительного удлинения при разрыве в тех же условиях;

A1 - фактора ползучести, характеризующего снижение кратковременной прочности на разрыв при длительном приложении нагрузки;

A2 - фактора повреждаемости, характеризующего снижение кратковременной прочности на разрыв после укладки материала в зернистый грунт с последующим уплотнением;

А3 - фактора, учитывающего наличие стыков, швов и др.;

A4 - фактора чувствительности к воздействиям окружающей среды, например биологическим и химическим;

μ - сцепления геосинтетика с грунтом, определяемого при испытаниях на выдергивание геосинтетика из грунта в горизонтальном направлении при различных значениях вертикального давления в грунте.

Помимо вышеперечисленных факторов, определяемых свойствами полимера и методами изготовления геосинтетиков, необходимо учесть коэффициент запаса γ. Он зависит от типа конструкции и действующих в стране нормативов, а также от достоверности закладываемых в расчет данных по свойствам геосинтетика, действующим нагрузкам и геометрии самой конструкции.

Общая формула для определения кратковременной прочности на разрыв применяемого геосинтетика выглядит следующим образом:

Pр = Ррасч х А1 х А2 х А3 х А4 х γ,   (1)

где Ррасч -  расчетное растягивающее усилие, возникающее в геосинтетике, которое зависит от типа конструкции и применяемой методики расчета.

Отдельно следует сказать о параметре μ, не входящем в формулу (1), но играющем важную роль в выборе типа геосинтетика. Именно сцепление определяет возможность мобилизации расчетного растягивающего усилия в геосинтетике при контакте с грунтом. Сцепление с грунтом геосеток значительно выше, чем тканых материалов, что, как правило, вызывает необходимость увеличения длины анкерных связей при применении тканых геосинтетиков.

Фактор ползучести


Из всех перечисленных факторов, влияющих на прочностные показатели геосинтетиков, остановимся на склонности полимеров к ползучести, часто  играющей определяющую роль при выборе геосинтетического материала.

В частности, для конструкций временных дорог, подъездных путей и др., где воздействие нагрузок кратковременно, возможно применять армирующие геосинтетики любых типов независимо от их склонности к ползучести. Другое дело - конструкции с длительным расчетным сроком службы при наличии постоянной составляющей усилия на геосинтетик. При их проектировании необходимо учитывать фактор ползучести полимера и допускаемые деформации армогрунтовой конструкции в процессе эксплуатации.

Допустим, что проектируется армогрунтовая конструкция со сроком службы 1.000.000 часов или 120 лет. Конструкция возводится в течение 1000 часов. Факторы А2 - А4 принимаем равными 1,0. Допускаемые деформации за счет ползучести за весь срок службы конструкции назначаются равными ∆ε = 1%. 

Изохронные кривые зависимости  «напряжения - деформации» при длительном приложении нагрузки для полиэстера (РЕТ) (рис. 1) и полипропилен (РР) (рис. 2) показывают, что для РЕТ интервал, равный по значению относительного удлинения одному проценту между кривыми, соответствующими 1000 и 1.000.000 часов, находится на уровне 57% от значения Рр, а для РР такой интервал соответствует 10% от значения Рр.

Таким образом, для того чтобы обеспечить деформации армогрунтовой конструкции в процессе эксплуатации не более чем на 1%, требуется применить геосинтетик из полипропилена, имеющий разрывную нагрузку в 5,7 раза выше, чем у геосинтетика из полиэстера.

С другой стороны, если  уровень деформаций конструкции в процессе эксплуатации не ограничивается, то при сроке службы, равном 120 годам, геосинтетиком из полипропилена обеспечивается прочность, равная 27% от Рр, в то время как для геосинтетика из полиэстера такая нагрузка составит 60% от Рр. В первом случае параметр А1 = 1,67, во втором случае А2 = 3,70 , т.е. и здесь разработчику приходится применять геосинтетик из полипропилена, который вдвое прочнее геосинтетика из полиэстера.

Сравним две насыпи на слабом грунте. Одна из них  армирована геосинтетиком с большой ползучестью (рис. 3, а). Характерно, что из-за деформаций ползучести, возникших в после завершения строительной фазы работы конструкции, геосинтетик растянулся, насыпь расползлась и образовались деформации по верху насыпи, которые после устройства дорожных одежд крайне нелегко скомпенсировать. На насыпи, армированной геосинтетиком с низкой ползучестью (рис. 3, б), все деформации тела насыпи были скомпенсированы в строительный период.

Аналогичная картина наблюдается при армировании насыпи, устраиваемой на сваях. Из-за деформаций ползучести, возникающих после завершения строительства, происходят деформации по верху насыпи (рис. 4, а), а при выборе геосинтетика со слишком малым усилием на разрыв возможно протыкание тела насыпи с выходом оголовников свай в тело  насыпи. На рис. 4, б такая же насыпь проармирована геосинтетиком с низкой ползучестью. Все деформации тела насыпи скомпенсированы в строительный период, поэтому процессе эксплуатации деформации по основанию и верху насыпи остались практически неизменными.

Таким образом, при выборе геосинтетика для ответственных конструкций с длительным сроком службы предпочтительней геосинтетики из полиэстера (полиэфира), что подтверждено как отечественным, так и зарубежным опытом эксплуатации различных конструкций (насыпей с крутыми откосами, насыпей на сваях и др.), армированных, например, геосеткой Фортрак или геотканью Стабиленка, изготовленных из высокомодульного полиэстера.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ