Геосинтетические сетки для армирования грунтов

  Общие положения
Геосинтетические сетки уже более 15 лет широко используются для армирования грунтов и грунтовых конструкций. Между тем опыт указывает на возможность других их применений.

Требования к грунтам
В соответствии с принятыми в Германии рекомендациями к грунтам армируемых грунтовых конструкций предъявляются следующие требования:
• применимы все естественные грунты
с крупными и смешанными фракциями (размер частиц d15 ... 0,063 мм);
• значение кислотного показателя pH
в грунте должно составлять 5–9.

Требования к армирующим элементам
Армирующие элементы должны соответствовать следующим требованиям:
• воспринятие растягивающих усилий
с учетом допустимых для данного сооружения деформаций;
• передача растягивающих усилий от армирующих элементов к грунтовому массиву (передаваемые усилия действуют в грунтовом массиве как силы давления);
• устойчивость по отношению к механическим повреждениями при укладке;
• достаточно высокая водопроницаемость, позволяющая избегать скопления воды в грунте при ее просачивании;
• устойчивость по отношению к химическим и микробиологическим воздействиям,
т. е. способность противостоять вредным воздействиям окружающей среды;
• погодостойкость (атмосферостойкость) на тех участках, где армирующий элемент используется на поверхности земляного сооружения без защиты. (При отсутствии погодостойкости необходимо принимать соответствующие меры по защите армирующего элемента.)
На практике лучше всего зарекомендовали себя (рис. 1) тканая полиэфирная сетка с полихлорвиниловым покрытием и полиэтиленовая сетка, вытянутая в направлении одной или двух осей.
В качестве армирующих могут применяться также и другие геосинтетические материалы (ткани, нетканые геотекстили и др.). Но в этих случаях с помощью натурного эксперимента следует доказать, что данные материалы удовлетворяют требованиям, предъявленным к сооружению.
Эти требования обусловлены деформируемостью самого армирующего элемента и способностью передачи усилий от геосинтетического армирующего элемента через контакт с прилегающим грунтом, т. е. они определяются значением контактной прочности на сдвиг между геосинтетическим армирующим элементом и грунтом.
Подтверждение соответствия материалов необходимым требованиям может быть получено как из экспериментальных диаграмм “нагрузка–удлинение” для данных геосинтетических материалов, снятых при их укладке, так и из исследований прочности на сдвиг между геосинтетическим элементом и грунтом.

Область применения
Геосинтетические армирующие сетки могут эффективно применяться везде, где в грунте существуют растягивающие усилия и где с их помощью возможна передача растягивающих усилий как сил давления в грунте (рис. 2).
Геосинтетические сетки в первую очередь применяются в следующих случаях:
• насыпи (дамбы), возводимые на основаниях с низкой несущей способностью;
• несущий слой железнодорожной насыпи;
• слои, применяемые для улучшения несущей способности грунта в дорожном строительстве (рис. 3);
• армированные грунтовые подушки (рис. 4);
• склоны (откосы) / подпорные конструкции.

Указания к расчету
В случае применения геосинтетических армирующих элементов должны выполняться следующие расчеты:
• общей устойчивости откоса с армированным ядром и несущей способности основания;
• внутренней устойчивости (прочность на разрыв армирующих элементов и прочность на выдергивание).
При расчете общей устойчивости армированное ядро рассматривается как жесткое монолитное тело. При расчете внутренней устойчивости определяются расчетные усилия, воспринимаемые непосредственно армирующими элементами (рис. 5).
Требуемая прочность армирующего материала вычисляется с учетом следующих факторов:
• ползучести полимерных волокон
в соответствии со временем эксплуатации сооружения;
• условий производства работ и возможных повреждений материала при транспортировке, укладке и уплотнении грунта засыпки;
• влияния соединений отдельных полотен внахлест, швов, стыков;
• влияния окружающей среды.
Для второстепенных и небольших сооружений требуемая прочность армирующего материала может быть принята на 25 % выше расчетного усилия на растяжение, полученного из расчета внутренней устойчивости.

Конструктивные указания
Если геосинтетические армирующие элементы не обладают достаточной погодостойкостью, необходимо предусмотреть защиту армирующих поверхностей от непогоды (атмосферных воздействий) с помощью дополнительных стеновых или защитных элементов. Последние должны быть предусмотрены там, где существует опасность повреждения армирующих элементов в процессе эксплуатации сооружения.
Для выполнения дополнительных требований, предъявляемых к подпорным конструкциям, таких, как устойчивость, по отношению к эрозии почвы на поверхности склонов, должны быть предусмотрены дополнительные элементы защиты.
Расстояние между армирующими элементами определяется в соответствии с мощностью слоя при укладке заполнителя, т. е. расстояние между отдельными армирующими стержнями в большинстве случаев составляет 0,3–0,5 м.
Когда в качестве заполняющего грунта для армированной грунтовой конструкции применяется связный грунт с низкой водопроницаемостью, следует дополнительно предусмотреть дренаж на обратной стороне армированного грунтового сооружения и в его основании.

Преимущества применения геосинтетических армирующих элементов
1. Сразу же после выемки естественного грунта можно возводить фундамент на защитной прослойке;
2. Не требуется незамерзающее основание, так как армированное грунтовое сооружение нечувствительно к деформации;
3. Благодаря повышению несущей способности грунтового полотна под путями сообщения может быть сэкономлен вынутый грунт или соответственно щебень или гравий;
4. Расходы на транспортировку геосинтетических армирующих элементов существенно меньше расходов на перевозку бетона или дополнительного грунта.

Недостатки применения геосинтетических армирующих элементов
Применение геосинтетических армирующих сеток ведет к большим затратам на проведение контроля качества выполнения работ на строительной площадке.
В качестве мер минимального независимого контроля следует предусмотреть:
• первичный контроль с целью выяснить, имеются ли условия для надлежащего осуществления производственного процесса и собственного (лабораторного) контроля;
• регулярный контроль не реже двух раз в год для проверки надлежащего проведения производственного процесса и собственного контроля, а также текущего производственного контроля;
• специальные испытания при наличии перерывов в производственном процессе, повторение нерегулярных испытаний, не давших положительные результаты, или проведение испытаний по поручению организации, ответственной за осуществление независимого контроля, а также изготовителя или заказчика.

Выводы
Геосинтетические армирующие сетки при их укладке в контакте с грунтом показали существенно меньшее значение продольной деформации, т. е. лучшие армирующие свойства, чем это предполагалось. Вследствие проникновения геосинтетических материалов в частицы грунта, а также его уплотнения при укладке заполнителя сетки оказываются локально (в их ячейках) предварительно напряженными.
Накопленный к настоящему времени положительный опыт применения армированных грунтовых конструкций привел к тому, что армирование грунтовых сооружений геосинтетическими армирующими элементами стало в Германии признанным и проверенным способом строительства.