В данной статье мы рассмотрим, как выбрать геотекстиль исходя из его армирующих и фильтрующих свойств. Геотекстильные синтетические материалы по структуре можно разделить на два класса – тканые и нетканые. Тканые геотекстили (типа Геоспан, Стабиленка) производятся путем переплетения двух и более волоконных систем; нетканые (известные под названием Дорнит) бывают иглопробивными или термоскрепленными.

В последнее время на рынке появились термоскрепленные геоматериалы повышенной прочности (например, Typar), производимые по технологии «Спанбонд». Особенностью последних является их способность работать в диапазонах «нагрузка-удлинение», характерных как для тканых, так и нетканых геотекстилей. Фирма-производитель (DuPont) позиционирует геотекстиль Typar SF как материал, отличающийся от обычных термосркепленных геотекстилей своей универсальностью, что и объясняет его высокую стоимость.

Графики зависимости удлинения геотекстилей от приложенной нагрузки
На рис. 1 представлены графики зависимости удлинения геотекстилей

Очевидно (см. рис. 1), что геотекстиль Typar SF при небольших нагрузках может работать как высокопрочный тканый материал, в диапазоне нагрузок, свойственных для дорожных одежд, он может выполнять функции обычного термоскрепленного геотекстиля, а при бо льших нагрузках ведет себя как нетканый иглопробивной геотекстиль, способный значительно удлиняться [2]. Из графиков так же следует, что при приложении нагрузки F1 значения относительного удлинения (ε) геотекстилей разных типов соотносятся следующим образом:

ε 1 < ε 2 < ε 3 < ε 4 ,
где ε1 – относительное удлинение тканого геотекстиля;
ε2 – то же геотекстиля Typar SF;
ε3 – то же обычного термоскрепленого геотекстиля;
ε4 – то же иглопробивного геотекстиля.

1.1. Дренажные и фильтрационные функции

Если прослойка не выполняет функций армирования, а является разделяющей и противозаиливающей, то использование дорогостоящего материала (Typar SF) экономически не целесообразно. Функции разделения и фильтрации может выполнять менее дорогостоящий, но не менее эффективный обычный термоскрепленный или иглопробивной геотекстиль.

При использовании геотекстильного материала в дренажных конструкциях в качестве фильтрующего элемента основной характеристикой геоматериала является размер пор. Для сравнения, у геотекстилей одинаковой плотности 150 г/м2 диаметр пор Typar SF 44 равен 100 мкм, а термоскрепленного (типа Дорнит) – 110 мкм, что свидетельствует о сопоставимости размера пор. Следовательно, при использовании геотекстильного материала в дренажных конструкциях вкачестве фильтра можно использовать менее дорогостоящий обычный термоскрепленный геотекстиль.

При эксплуатации дренажной системы перед фильтрующим геоматериалом частицы грунта сортируются, в результате чего пылевато-глинистые частицы выносятся через фильтр, а более грубые задерживаются в его порах. В этом случае коэффициент фильтрации может снижаться значительно ниже допускаемого нормами, вплоть до полной водонепроницаемости (кольматации). Поэтому более предпочтительным является использование нетканых иглопробивных геотекстилей, поскольку они могут работать при частичной кольматации. Водопроницаемость такого геотекстиля превышает водопроницаемость пылеватых грунтов на 3-4 порядка, что позволяет использовать искусственные фильтры даже при ухудшении гидравлических условий работы.

Несмотря на большую прочность термоскрепленного геотекстиля Typar SF, чем иглопробивного, использование в качестве фильтра именно иглопробивного геотекстиля – более рациональное техническое решение, так как выполнение этой функции не требует от геоматериала большой прочности.

Геотекстильные материалы также используют в конструкциях дорожных одежд в качестве самостоятельных дренирующих элементов, заменяющих песчаные слои. В этом случае тоже целесообразно применение нетканого иглопробивного геотекстиля (толщиной не менее 3,5 мм), характеризующегося высокой водопроницаемостью в плоскости полотна. Дренажные прослойки с использованием такого геотекстиля обеспечивают быстрое и эффективное осушение, а также значительно сокращают затраты на строительные материалы. Термоскрепленные геотекстили функцию горизонтального дренирования не выполняют [9].

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вполне закономерный вывод: основные функции геотекстильного материала Typar SF – это фильтрация и разделение. При этом прочностные характеристики этого дорогостоящего материала в большинстве случаев (дренажные конструкции) не влияют на эксплуатационную надежность, и его использование приводит только к удорожанию конструкции.

Таким образом, вполне логичным представляется использование отечественных геотекстильных материалов, не уступающих по дренажным и фильтрационным свойствам западным аналогам, в качестве достойной альтернативы последним.

1.2. Армирующие функции

Эффективным способом повышения сдвигоустойчивости конструкции дорожных одежд является использование геосинтетических материалов. Исследования [7] показывают, что применение на границе «зернистый слой - грунт основания» армирующих прослоек в виде геотекстилей, геосеток и георешеток способствует повышению механических свойств слоев дорожных одежд. Однако эти материалы имеют очевидные структурные различия, предопределяющие и различные механизмы работы, и их эффективность.

Принципиальным различием является момент включения прослойки в работу. Так, георешетки и геосетки, имеющие решетчатую структуру, при сопоставимом размере ячеек и минеральных зерен начинают работать сразу. Решетчатые геоматериалы обладают эффектом блокировки (заклинивания): минеральные зерна (щебень), частично попадая в ячейки, заклиниваются и тем самым блокируют горизонтальные перемещения в слое порядка 15 см над решеткой. Образуется композитный слой, обладающий прочностью на сжатие, как у щебня, при этом возникающее «псевдосцепление» с подстилающим слоем позволяет воспринимать растягивающие нагрузки [10].

Принцип работы сплошных тканых геоматериалов в зернистых слоях заключается в мембранном эффекте. Лабораторные и полевые
исследования эффективности применения геотекстилей показали, что только при значительных вертикальных деформациях, возникает достаточное натяжение полотна, обеспечивающее материалу способность воспринимать приложенные нагрузки. Сама ткань не сопротивляется изгибу, для включения прослойки в работу необходима осадка (прогиб) более 3 см, что для конструкций капитальных дорожных покрытий недопустимо [5, 7].

Армирование зернистых сред решетчатыми ГМ (геосетки, георешетки) приводит к изменению напряженно-деформированного состояния в грунте:

  • ограничивается передача касательных напряжений на подстилающий слой;
  • снижается уровень вертикальных и сдвиговых напряжений в конструкции;
  • возрастает прочность конструкции на сдвиг в грунте до 60%, а упругий прогиб – до 15% [5].
Таким образом, эффективность использования георешеток и геосеток заключается в двойном эффекте их работы: повышении сопротивления сдвигу (эффект блокировки) и снижении давления на подстилающий грунт (мембранный эффект).

Сплошные геотекстильные материалы (типа Геоспан, Typar), не создающие эффекта блокировки частиц, начинают работать после реализации существенных деформаций (прогиба), соответствующих моменту создания натяжения полотна за счет заанкеренных краевых частей и возникновению мембранного эффекта.

Использование геотекстилей, в том числе тканого типа, может влиять на сдвигоустойчивость в песчаных грунтах, но только при достаточной крупности и неокатанности зерен. При определении предельного значения напряжения активного сдвига (по ОДН 218.046-01) используется коэффициент kд, учитывающий особенности работы конструкции на границе слоев. При отсутствии усиления этот коэффициент принимается равным единице, а в случае применения геосинтетической прослойки – kд =3,0…4,5 в зависимости от крупности песка. Эти значения соответствуют иглопробивному геотекстилю, что объясняется проникновением частиц песка в поверхностный слой, тем самым повышая его шероховатость, и возникновением зацепления, определяющегося уровнем «псевдосцепления». Сплошные геотекстили тканые и термоскрепленные будут иметь меньшие значения коэффициента kд из-за гладкой поверхности.

Применение сплошных геотекстильных материалов (тканых и нетканых) в конструкциях дорожных одежд на границе со щебнем не эффективно вследствие отсутствия контакта, необходимого для включения армирующей прослойки в работу, в этом случае следует использовать решетчатые материалы.

Следует отметить, что из-за различного поведения сырья сравнение геоматериалов необходимо выполнять по условному модулю деформации (осевой жесткости). Так, например, георешетка из полипропилена прочностью 40 кН/м по этому показателю будет соответствовать геосетке из полиэфира прочностью 80 кН/м.

В конструкциях автодорог капитального типа (и тех объектов, где максимальные значения прогиба не должны превышать 1…3 см) сплошные геоматериалы на эквивалентный модуль деформации конструкции не влияют, поскольку для включения их в работу необходима реализация осадки (прогиб), превышающей допустимую для конструкций такого типа.

Рассказать друзьям: