1 стр. из 1

Широкое применение геосинтетических материалов при строительстве и ремонте дорог и улиц Санкт-Петербурга и Ленинградской области обусловлено, прежде всего, сложными грунтово-гидрологическими условиями и освоением под застройку в черте города ранее неселетебных территорий, инженерная подготовка которых выполнена путем намыва пылеватыми грунтами, десятилетия сохраняющими высокую влажность.

Грунты, лежащие в основании дорожных сооружений, как правило, обладают низкими показателями прочности, высокими значениями сжимаемости и тиксотропными свойствами.

В этих условиях потребовалось применение индивидуальных проектных решений и нетрадиционных технологий, прежде всего, с использованием геосинтетических материалов, которые позволили решить качественно и своевременно многие задачи, стоящие перед дорожниками, обеспечив надежность эксплуатации дорожных конструкций.

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

Геосинтетические материалы широко использованы при строительстве таких автомагистралей, как санкт-петербургская КАД, обход Выборга, дороги Москва–Санкт-Петербург и Мурманск–Санкт-Петербург, и др. Ниже рассмотрены конструктивные решения по повышению устойчивости земляного полотна на слабых грунтах на примере санкт-петербургской КАД.

На достаточно большом протяжении КАД в основании земляного полотна залегают слабые грунты: торф и суглинистые илы, имеющие крайне низкие физико-механические показатели и длительный срок консолидации (в течение нескольких лет).

Разработанные конструкции земляного полотна на слабых грунтах можно разбить на две группы: «плавающие» насыпи и безосадочные насыпи.
«Плавающие» насыпи допускают осадку сооружения в процессе строительства. Устойчивость таких конструкций обеспечивается путем армирования основания прочными геосинтетическими материалами.

Безосадочные насыпи: их устойчивость обеспечивается глубинным армированием путем использования дискретных элементов в виде свай из различных материалов, а локализация возможной осадки между ними — гибкими свайными ростверками из геосинтетических материалов. Устройство монолитных слоев дорожной одежды в таких конструкциях возможно практически сразу после устройства земляного полотна.

В обоих случаях к геосинтетическим материалам предъявляются следующие требования:
 высокие прочностные характеристики (кратковременная прочность не менее 50–100 кН/м);
 низкие деформативные показатели (относительное удлинение при разрыве меньше 10–12%);
 низкая ползучесть при длительном приложении нагрузки, т. е. незначительное снижение прочностных и деформативных характеристик при длительном приложении нагрузки в процессе эксплуатации дороги.

Кроме того, предпочтительней, из экономических соображений, анизотропные материалы, имеющие высокие прочностные и низкие деформативные характеристики вдоль длинной стороны рулона и поэтому укладываемые в направлении, перпендикулярном оси дороги, где напряжения в 3–4 раза превышают напряжения, действующие вдоль оси дороги.

На участках, где слабые грунты сохраняются в основании насыпи, проверка устойчивости выполняется с использованием метода круглоцилиндрических поверхностей с нахождением положения самой невыгодной кривой скольжения, имеющей наименьший коэффициент устойчивости. Назначение армирующих прослоек — повышение сдвиговой прочности грунтового массива.

Коэффициент устойчивости определяется по формуле:

Требуемое значение коэффициента устойчивости по существующим нормам принимается равным 1,3.
Конструкция насыпи первого типа, армированная геотканью «Стабиленка», приведена на фото 1. Геоткань «Стабиленка», изготовленная из высокомодульных волокон поляризованного полиэстера (полиэфира), имеющая низкий показатель ползучести в диапазоне расчетных относительных удлинений, равных 3–5%, укладывается на выравнивающий слой грунта по всей ширине земляного полотна с перекрытием стыков внахлест и образованием разомкнутой обоймы. Расчетные характеристики геоткани зависят от высоты насыпи и прочностных характеристик грунтов основания насыпи.

Сравнительный анализ существующих методик расчета армогрунтового ростверка на свайном основании показал, что формулы для расчета растягивающего усилия в арматуре  Тгр и стрелы прогиба f армогрунтового свода во всех методиках приняты исходя из известных решений, полученных для струны:

где:  Wт— вертикальная нагрузка на межсвайное пространство;  ε— относительное удлинение геосинтетика в дорожной конструкции.
Существующие методики отличаются способами определения величин вертикальных нагрузок на межсвайное пространство, учетом отпора и бокового распора грунта. Различными принимаются значения коэффициентов запаса прочности арматуры (на ползучесть, повреждения арматуры при изготовлении, транспортировке, укладке и др.) и условий работы конструкций.

Расчеты выполняются на две стадии работы дорожной конструкции: строительную, когда расчетные характеристики грунта принимаются до стабилизации основания, и на эксплуатационную — после стабилизации слабого грунта основания.

Наиболее полно все перечисленные факторы учитывает методика, предложенная фирмой «Хьюскер» (Германия). В конструкции второго типа со свайным полем применяются следующие материалы:
 геоткани, обеспечивающие (кроме основного назначения — армирования грунта в межсвайном пространстве) защиту вышележащего насыпного материала (песка или крупнообломочного грунта) от смешивания с нижележащим связным грунтом;
 георешетки с размером ячеек не менее 30–40 мм, обеспечивающие заклинку вышележащего крупнообломочного материала в звеньях решетки и тем самым повышающие коэффициент трения прослойки по грунту.

Предпочтение следует отдавать материалам из полиэстера, имеющим наименьшую склонность к ползучести, например, георешетке «Фортрак» или геополотну «Стабиленка». Тип и количество слоев геосинтетического материала, а также усилие, приходящееся на сваи, зависят от расстояния между сваями и определяются по расчету. Конструкция армогрунтового ростверка приведена на фото 2.

При трассировании автомобильных дорог в условиях ограниченной полосы отвода перспективным направлением является применение геосинтетических материалов для армирования откосов насыпей. Армирование откоса обеспечивает бόльшую крутизну откосов (вплоть до угла, близкого к 900) по сравнению с рекомендуемыми нормативными документами. Конструкции с армированными откосами крутизной до 900 (армогрунтовые стенки) являются решением, альтернативным подпорным стенкам из камня или железобетона.

Применение геосинтетических материалов (решетчатых и тканых) для армирования откосов основано на совместной работе прослойки и грунта, частичном восприятии прослойкой растягивающих напряжений, стремящихся вызвать оползание откоса. Геосинтетические материалы укладываются в подоткосной части в виде горизонтальных полос с выводом концов за пределы наиболее опасной кривой скольжения. Концы полотен образуют разомкнутые обоймы или защемляются между блоками декоративных стенок, обеспечивающих защиту геосинтетических материалов от повреждений.

При использовании геосеток существенно увеличивается сцепление грунта, поскольку частицы крупнообломочного грунта заклиниваются в ячейках геосеток. При этом образуется устойчивая система, в которой усилия, передающиеся на грунт и геосетку, равномерно распределяются по всему объему. При использовании геотканей сцепление грунта не повышается, однако обеспечивается защита песчаного грунта подоткосной части от суффозии.

Ширина заделки геосинтетических материалов в откос и расстояние между рядами геосетки зависят от высоты откоса, требуемой его крутизны и расчетных характеристик грунта насыпи, прежде всего — угла внутреннего трения и удельного сцепления. Наиболее часто для расчета конструкций с армогрунтовыми откосами применяется метод круглоцилиндрических поверхностей, суть которого заключается в поиске положения кривой скольжения с наименьшим значением коэффициента устойчивости. На фото 3 приведен пример армирования грунтовой стенки на подходе к путепроводу в Санкт-Петербурге.

Для ускорения осадки в конструкциях типа «плавающей» насыпи применяются плоские ленточные дрены (Colbonddrain СХ1000 фирмы Colbond Geosynthetics). Ленточная дрена состоит из z-образного сердечника, собранного из путаных полиамидных нитей, сваренных в местах пересечения, окруженного нетканым материалом. Эффективный диаметр приведенной круглой дрены равен половине ее ширины, т. е. 5 см. Шаг между дренами в интервале 1–2 м подбирается в зависимости от требуемого времени завершения осадки насыпи (фото 4). Плоские дрены имеют преимущества перед песчаными дренами: не заиливаются в процессе эксплуатации и просты в производстве работ. Поверх выпусков дрен устраивается горизонтальный пластовый дренаж из щебня фр. 25–60 мм толщиной 15 см.

Выше укладывался геосинтетический материал: нетканый геотекстиль — в качестве разделительной прослойки на участках, где устойчивость обеспечена, или армирующая геоткань («стабиленка» и др.) — на участках, где требуется повышение коэффициента устойчивости насыпи. Для ускорения осадки над дренами создается пригрузка из грунта, излишки которого после завершения осадки перемещаются на смежные участки дороги.

На участках автомобильных дорог при высоте насыпи более 3 м геосинтетические материалы используются для защиты откосов от эрозии. Хорошо себя зарекомендовал материал «Энкомат», представляющий собой трехмерный мат, выполненный из полиамидной проволоки. Он обеспечивает защиту откоса как до образования травяного покрова (фото 5), так и после прорастания семян, способствуя образованию прочной корневой системы.

На участках подходов к искусственным сооружениям (конусах путепроводов и эстакад) защитные функции выполняют геокаркасы отечественного производства, представляющие собой объемную сотовую конструкцию, заполняемую щебнем или крупнообломочным грунтом (фото 6).

Приведенные технические решения позволили на большинстве объектов Санкт-Петербурга и Ленинградской области (прежде всего, при строительстве санкт-петербургской КАД) выполнить работы в сжатые сроки и с обеспечением экологической безопасности объекта (без удаления слабых грунтов из-под основания насыпи).

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!