Геосинтетические материалы повышающие качество дорожных покрытий.

 

Строительство и реконструкция автомобильных дорог в современных условиях требуют постоянного снижения стоимости работ, экономии дорожно-строительных материалов, сокращения сроков выполнения работ. При этом растут требования к надежности и долговечности дорожной конструкции. А значит, дорожному строительству необходимо применение качественно новых материалов, позволяющих строить быстро, экономно и качественно.Такими материалами в последнее время в стали геосинтетики. еосинтетические материалы применяются в строительстве в виде рулонных материалов, сеток, матов, мембран.

Многие страны уже более 30 лет используют их в гидротехническом, дорожном, подземном, природоохранном строительстве, для стабилизации эрозионных процессов грунтов и почв. Такая тенденция обусловлена увеличением сложности и ответственности архитектурных и строительных решений, реализуемых в сложных инженерно-геологических и климатических условиях, возрастающей урбанизацией территорий, что диктует необходимость применения новых технологий.

Геосинтетические материалы изготавливаются двумя способами – переплетением различных синтетических и стеклянных волокон на ткацких машинах (тканые геосинтетики) и иглопробивные (нетканые).Тканые материалы изготавливаются в виде сеток и рулонных материалов.Нетканые – в виде рулонных материалов и плит.

 

Сетка – это плоская, жесткая структура с равномерно размещенными ячейками переменных или постоянных размеров, которые создаются из двух систем беспрерывных волокон, наложенных друг на друга, и скрепленных третьей системой нитей, пропитанных полимерной композицией на основе битума.

Сетки применяются для армирования в тех случаях, когда проникновение грунта не имеет значения. Сетки могут изготавливаться из полосок или путем перфорирования листового материала.

Тканый рулонный материал – это плоская структура, состоящая из сплошных переплетенных полимерных волокон в поперечном и продольном направлениях (полипропилен, полиамид, полиэфир).Нетканый рулонный материал производится за счет скрепления иглопробивным способом бесконечных нитей с последовательным упрочнением за счет механического действия – сшивания, адгезивным способом или когезионным путем термического влияния.

 

Решение о применении того или иного геосинтетического материала должно приниматься для каждого отдельного случая на основе проведенных расчетов с учетом свойств материала.

Чтобы успешно выполнять свои функции, геосинтетический материал должен иметь следующие свойства:

· разделение

- высокая прочность на растяжение,

- высокая способность удлинения,

- высокая сопротивляемость статическому и динамическому вдавливанию,

- соответственный размер пор,

- водопроницаемость должна быть выше, чем у фильтрующего материала,

- высокая химическая стойкость;

· укрепление

- высокий начальный модуль,

- высокая прочность на растяжение,

- высокое усилие на разрыв,

- достаточные механические свойства, чтобы выдержать нагрузку при укладке,

- высокая химическая стойкость;

· фильтрация

- соответственный размер пор,

- водопроницаемость выше, чем у фильтрующего материала,

- достаточное проникновение даже под давлением,

- достаточные механические свойства, чтобы выдержать нагрузки при укладке,

- высокая химическая стойкость;

· дренаж

- свойства текучести, на которые не действует давление,

- постоянные свойства текучести на протяжении времени,

- соответственная фильтрующая ткань.

 

На основе проведенных исследований можно утверждать, что геосинтетические материалы могут укладываться в любом слое  дорожной конструкции.

 

Сетки в верхних слоях  покрытия применяются для замедления образования трещин и повышения прочности и долговечности дорожного покрытия. При укладке армирующей прослойки необходимо учитывать, что армирование асфальтобетонных покрытий синтетическими сетками, которые имеют модуль упругости на порядок выше модуля упругости асфальтобетона, по своей природе существенно отличаются от армирования бетонных изделий стальной арматурой. Если разделить работу асфальтобетонного покрытия на две стадии – период образования волосяных трещин и период их раскрытия, то на первой стадии работы асфальтобетонного покрытия синтетическая сетка практически не влияет на повышение несущей способности асфальтобетона и дорожной конструкции в целом. Таким образом, первые микротрещины в неармированном и армированном покрытиях появляются практически одновременно. Но если в неармированном асфальтобетонном покрытии развитие трещин происходит очень интенсивно, то при армировании синтетической сеткой рост трещин ограничивается уровнем укладки сетки. Ячейки сетки работают как анкеры в асфальтобетоне, и являются опорой для большого заполнителя, повышая стойкость зернового каркаса и тем самым увеличивая структурную прочность и жесткость покрытия.

Сетка, включаясь в работу при растяжении на изгиб, предотвращает дальнейшее развитие микротрещин. Проведенные исследования подтверждают, что асфальтобетонное покрытие, армированное сеткой, может выдерживать при одинаковом уровне деформаций гораздо большее количество нагрузок по сравнению с неармированной конструкцией.

Моделирование в лабораторных условиях работы асфальтобетонного покрытия над швами более твердого слоя основания показало, что в неармированной конструкции, которая поддается влиянию многоразовых нагрузок, трещина в непосредственной близости над швом возникнет достаточно быстро. В то же время конструкция, армированная синтетической сеткой при опасных вертикальных и горизонтальных перемещениях краев способна замедлить процесс создания трещин приблизительно в 2-2,5 раза. Это связано с тем, что сетка, включаясь в работу в месте стыка, принимает горизонтальные усилия и увеличивает распределительную способность асфальтобетона, обеспечивая передачу вертикального усилия на большую площадь. В результате вместо одной раскрытой трещины на расстоянии, приблизительно равном пятикратной ширине шва в обоих направлениях от него, возникнет сеть нераскрытых трещин, которые не нарушают целостности асфальтобетонного покрытия.

 

Синтетические сетки в дорожной одежде на 40-70% снижают величину горизонтального напряжения, которое передается на нижние слой. В качестве подгрунтовки при укладке сеток между слоями используют битум или битумную эмульсию.

 

При армировании покрытий верхний слой над сеткой должен быть не менее 4 см.

 

Для армирования асфальтобетонных покрытий применяют сетки, изготовленные из синтетических (полиэфирные, полипропиленовые, полиэтиленовые, поливинилхлоридные) и природных материалов (базальтовые, стекловолоконные с использованием битума и композитных материалов, которые включают синтетические и натуральные материалы). Сетки имеют высокие характеристики по прочности и низкие деформационные характеристики, химически и биологически стойкие, а также характеризуются достаточной адгезией к битуму и термостойкостью в диапазоне рабочих температур укладки асфальтобетонной смеси.

В связи с тем, что существуют различные виды трещин по своей ширине и конфигурации, перекрытие их должно выполняться геосинтетическими полосами различной ширины

При укладке геосинтетических материалов на стыках при расширении ширина полосы должна быть 1 м, то есть по 0,5 м с каждой стороны от стыка.

Правила укладки

Укладку геосинтетических материалов на трещины и стыки необходимо выполнять на подгрунтованную поверхность. Укладка полос геосинтетиков выполняется на сухую чистую поверхность.

При укладке геосинтетического материала на всю ширину проезжей части необходимо выдерживать следующую последовательность операций:

- очистка нижерасположенного слоя,

- выравнивание слоя,

- подгрунтовка (разлив вяжущего – жидкого битума или эмульсии),

- раскладывание геосинтетического материала,

- организация движения транспортных средств по сетке (движение необходимо ограничить, избегать разворотов, поворотов машин),

- укладка следующего слоя покрытия.

Чтобы предупредить повреждение сетки во время движения транспортных средств рекомендуется укладывать ее на участке длиной 200-250 м.

Особое внимание следует уделять разворачиванию рулонов – ровно, без волн, перекосов и натягиваний.

В случае появления складок их необходимо разрезать и прижать к поверхности покрытия. При этом для лучшего приживления укладывается асфальтобетонная смесь толщиной до 1,5 см.

Оптимальная ширина сетки должна быть в пределах от 3,5 до 4 м. Оптимальное количество вяжущего для погрунтовки определяется в конкретных условиях в зависимости от типа армирующего материала и основы. Ориентировочное количество: битума – 0,1-0,2 л/кв. м, битумная быстрораспадающаяся катионная эмульсия – 0,4-0,5 л/кв. м. Температура эмульсии зависит от температуры воздуха и должна при 25ºС быть не менее 50ºС. Чем холоднее погода, тем выше должна быть температура эмульсии.

Геосетка разделяется на несколько типов, в зависимости от сферы применения (грунт, асфальтобетон).

Геосетка отличается по используемому материалу для производства - этим определяется большинство физико-механических и химических характеристик геосетки.

Так же геосетка различается по способу формирования - от этого зависит стабильность структуры, а также некоторые физико-механические характеристики геосетки такие как: удлинение при разрыве, % продольно/поперечно, ползучесть материала.

Геосетка активно используются в комбинации с другими геоматериалами.

Геосетка двуосная - геосетка двойного ориентирования.

Стеклосетка - сетка стеклянная

Основные свойства геосетки: водостойкость,биостойкость,стойкость к действию кислотных и щелочных сред, светостойкость,не подвержена гниению, долговечность, срок службы не мене 50 лет.

Основные функции геосетки: укрепление, армирование, стабилизация.

Основные области применения геосетки: армирование несущих слоев в дорожном строительстве, армирование участков дорог без выравнивающего слоя, армирование шва асфальтобетонного покрытия, армирования взлетно-посадочных полос аэропортов

армирование изоляции нефтяных и газовых трубопроводов, стабилизация эрозии, защита от камнепадов, усиление существующей конструкции дорожной одежды, укрепление склонов, откосов, берегов, насыпей,укрепление опорных стен,предупреждение трещин при уширении дороги,сопряжение дорожных одежд различных типов,ямочный ремонт

восстановление участка дороги после ремонта подземных коммуникаций.

 

 

Асфальтобетон прочно вошел в практику дорожного строительства как недорогой и долговечный материал. При эксплуатации нового асфальтобетонного покрытия, уложенного на старые слои, могут появляться отраженные трещины, вызванные повреждениями в нижних слоях.

 

 

Трещины такого типа обусловлены как воздействием перепадов температуры, так и интенсивным дорожным движением. В асфальтобетоне, уложенном на бетонные плиты, отраженные трещины появляются в результате горизонтального перемещения отдельных плит при суточном и сезонном циклах нагревания и охлаждения (рис 1а).Нагрузка на асфальтобетон при движении транспортных средств может приводить к возникновению сдвиговых напряжений, величина которых зависит от толщины верхнего слоя асфальтобетона, несущей способности подстилающего основания и профилей краев всех слоев трещины (рис. 1б).

 

Использование гибкой армирующей сетки позволяет задержать, а в некоторых случаях и предотвратить появление таких повреждений в асфальтобетонных покрытиях. Для лучшего сцепления с асфальтобетоном сетки покрывают битумом, что улучшает способность воспринимать и перераспределять растягивающие напряжения.

 

 В настоящее время фирма есть несколько стандартных типов сеток(рис. 2).

Обычно асфальтобетонные покрытия характеризуются невысоким показателем прочности при растяжении. Армирующие сетки увеличивают прочность при растяжении, воспринимают значительную часть горизонтальных растягивающих напряжений и равномерно распределяют ее на большую площадь.

 

 

Геосетки широко используются при строительстве автодорог, взлетно-посадочных полос, гидротехнических сооружений и др. В России применялись при реконструкции МКАД, аэродромов Внуково, Домодедово (Москва) и др.

 

При ремонте дорожного полотна возможно армирование как по всей площади, так и локально по предполагаемым источникам трещин, например по швам плит, лежащих в основании покрытия, и по сопряжению старого и нового полотна. (рис. 3).

Следствием неармированного уширения проезжей части обычно является возникновение одной или нескольких трещин в зоне стыковки старого и нового покрытия. Возникновение трещин можно предотвратить армированием зоны стыка (рис. 4).

 

Участки покрытий, имеющих разрушения (трещины, выколы и др.), после ремонта являются зонами возможного образования трещин. Риск возникновения трещин снижается при армировании этих зон геосеткой.

 

Трещины в дорожном покрытии могут возникать вследствие частичного вскрытия дорожного полотна для ремонта и прокладки инженерных коммуникаций. Применение геосетки предотвращает или уменьшает возможность возникновения таких трещин (рис. 5).

 

Усиление бетонных взлетно-посадочных полос или автомобильных дорог обычно производится слоем асфальтобетона. Различие коэффициентов термического расширения бетона и асфальтобетона приводит к появлению трещин, избежать образования которых можно применением геосетки. (рис. 6).

Геосетки распределяют высокие нагрузки автодорог, что снижает колееобразование. Армированное покрытие выдерживает более высокие динамические нагрузки и эффективно противостоит развитию усталостных деформаций.

Геосетки используются в мировой практике уже более 20 лет в условиях холодного, умеренного и жаркого климата. Опыт их применения подтверждает увеличение срока службы асфальтобетонного покрытия и межремонтного интервала в 3-4 раза.

При строительстве дорог на слабых грунтах или устройстве пологих склонов насыпей одним из наиболее эффективных способов повышения несущей способности является применение георешеток.  Основным принципом такого рода укрепления является передача напряжений от грунта на георешетки, имеющие высокую прочность растяжения при малых деформациях.

Георешетки представляют специально сотканные структуры из высокомодульных полиэстерных волокон, покрытых дополнительным защитным слоем поливинилхлорида.

Материалы обладают высокой химической и биологической стойкостью, а ПВХ-покрытие предохраняет их от УФ-излучения и механических повреждений. Для сооружения крутых откосов необходимы либо высококачественный грунт, либо сооружение горизонтальных армирующих слоев, предотвращающих его сползание. Применение армирующего материала позволяет возводить вертикальные многометровые стенки (рис. 7).

 При укреплении откосов георешетка связывает грунт с одной стороны с грунтом с другой стороны (рис. 8). Уплотнение соединения делает конструкцию более прочной. Решетка, уложенная в толще несвязанного грунта в направлении возможного сдвига, воспринимает напряжение и распределяет его по всему объему грунта, увеличивая устойчивость к оползням. Толщина основания дороги зависит от воспринимаемых транспортных нагрузок, несущей способности и морозостойкости грунта. Чем слабее грунт, тем толще должно быть основание. В армированных насыпях георешетки повышают несущую способность подстилающего грунта путем поглощения горизонтальных напряжений, возникающих в основании, что позволяет уменьшить толщину последнего.

В конструкциях дорог на свайных основаниях (несущих опорах) мягкие слои грунта не должны подвергаться нагрузкам. Поэтому применение георешетки позволяет передавать нагрузки на несущие опоры.  Очень крутые откосы, армированные георешеткой, хорошо выдерживают различные нагрузки благодаря высокой гибкости (рис. 9). Наружная оболочка конструкции может быть сделана из армирующих слоев с покрытием, которое в дальнейшем подлежит озеленению. В некоторых случаях георешетки могут бетонироваться.

Причиной возникновения прогибов дорожного полотна, возникающего иногда после многолетней эксплуатации, могут быть необнаруженные полости, приводящие к значительным потерям. Такие разрушения обусловливаются дефектами трубопроводов, наличием карстовых областей, зон старых горных разработок и др.

Применение геотекстиля, имеющего высокую прочность при растяжении, приводит к образованию сложной стабильной конструкции (рис. 11).

Строительство дорог с применением геосинтетических материалов, предотвращает возникновение аварийных ситуаций, повышает срок безремонтной эксплуатации сооружений, сокращает расходы на строительство транспортных магистралей.

 

 Укладка геосетки.

 

 

Способы укладки геосетки

 

 

Закрепление геосетки на покрытиях

 

 

Виды геосетки.

 

 

 

 

Геосетки.