CC BY
87
УДК 624.138
А.Б. Пономарев, В.Г. Офрихтер
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
АНАЛИЗ И ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В РОССИИ
Приведены основные этапы и результаты исследований, выполненных различными авторами, посвященных вопросам применения геосинтетических материалов в практике строительства Российской Федерации. Сделан обзор по наиболее значимым результатам исследований, показана область применения геосинтетиков в строительстве, а также сделан акцент на проблемы, которые, по мнению авторов статьи, требуют первоочередного решения.
Ключевые слова: геосинтетические материалы, строительство, армирование грунтов, структурно-неустойчивые грунты, грунтовые основания.
В настоящее время значение искусственных геоматериалов следует рассматривать в свете мировых тенденций развития индустрии стройматериалов. Основная идея армированного грунта заключается в том, чтобы за счет жесткой или эластичной связи между арматурой и грунтом возможно создать армогрунтовые сооружения, способные воспринимать значительные полезные нагрузки, для увеличения несущей способности грунтового основания, снижения его деформатив-ности и обеспечения устойчивости таких сооружений.
В мире накоплен большой опыт применения армированных оснований, который выявил высокую эффективность использования таких конструкций. Исследованиям армированных грунтовых оснований посвящены работы Ю.А. Аливера, В.Ф. Барвашова, A.A. Бартоломея, В.Д. Казарновского, Т.П. Кашариной, А.И. Кима, Е.И. Кондакова, П.А. Коновалова, Л.В. Нуждина, H.H. Русака, Л.М. Тимофеевой, Е.В. Щербины, В.М. Юмашева, A. Alexiew, H. Brandl, J.P. Giroud, R.M. Koerner, A. Paul, H. Perrier, J. Sobolewski, S. Schwerdt и других ученых.
Основными преимуществами армированного грунта являются возможность использования местного грунта в качестве основного строительного материала, невысокая стоимость при быстроте и простоте возведения. Использование синтетических армирующих материалов позволяет увеличить несущую способность оснований и снизить осадки фундаментов, а при использовании на структурно-
неустойчивых грунтах, кроме того, предотвратить возникновение аварийных ситуаций.
Наиболее широко армирование грунтовых оснований применяется для улучшения оснований зданий и сооружений, в транспортном и гидротехническом строительстве, а также при сооружении различных хранилищ отходов. Таким образом, на основе этих строительнотехнических задач, в научном и техническом смысле, сформировалась особая научная область геотехники - геосинтетика.
В России в настоящее время различными исследователями и научными организациями выполняется достаточно широкий спектр исследований. Так, подробное описание различных видов геосинтетических материалов и области их применения представлено в работах В.Г. Офрихтера [3], Е.В. Щербины [1].
В.Г. Офрихтер в своих работах [2] рассматривает вопросы применения различных искусственных материалов при устройстве грунтовых оснований, откосов, насыпей, выемок, дамб, а также применения геосинтетических материалов при устройстве полигонов депонирования отходов.
Е.В. Щербина в своей монографии [1] приводит общие сведения о назначении геосинтетических материалов и их классификацию. На основе результатов исследований, опыта проектирования, строительства и геотехнического сопровождения объектов, реализованных с использованием геосинтетических материалов, Е.В. Щербиной сформулированы основные положения и рекомендации по применению геосинтетических материалов в различных областях строительства.
Результаты исследований по армированию песчаных и глинистых грунтов приведены в работах Л.М. Тимофеевой [3]. Наиболее подробно представлены исследования однорядного армирования песчаных грунтов. Модельные эксперименты проводились в специально оборудованном лотке с подвижным дном и передней прозрачной стенкой.
Исследованиями НДС активной зоны оснований в пылеватоглинистых грунтах с однорядным армированием горизонтальной прослойкой занимается В.И. Клевеко [4]. Для оценки несущей способности армированных оснований он ввел коэффициент влияния армирования Карм, равный отношению несущей способности армированного основания к несущей способности неармированного (рис. 1). Для сравнения эффективности однослойного и двухслойного армирования была определена характеристика удельной несущей способности армированного основания, равная отношению несущей способности армированного основания к площади армирующей прослойки.
X грунт, армированный двумя прослойками стеклоткани
Рис. 1. Зависимость коэффициента Карм от показателя текучести грунта
Д.Г. Золотозубовым [5] были выполнены эксперименты и осуществлено моделирование поведения грунтового основания дороги, армированного упрочненным геотекстилем, в случае возникновения провала в грунтовом массиве. В результате было установлено, что относительные удлинения армирующего элемента и возникающие в нем растягивающие усилия не превышают предельно допустимых значений. В зоне провала грунта образуется активная зона, происходит перераспределение напряжений в грунтовом массиве, связанное с включением в работу армирующей прослойки. В процессе нагружения непосредственно над областью провала образуется зона разуплотнения, границы которой имеют вид арки («несущий свод») и изменяются во время эксперимента (рис. 2).
Рис. 2. Изменение конфигурации несущего (арочного) свода над зоной разуплотнения: 1 - в начале эксперимента; 2 - во время эксперимента; 3 - при достижении критической нагрузки;
4 - упрочненный геотекстииль
Для прогноза расчета осадок земной поверхности, представленных структурно-неустойчивыми грунтами, и подбора армирующих геосинтетических материалов авторами [5] предложена расчетная схема, которая представлена на рис. 3.
Со
провала грунта
Рис. 3. Схема расчета осадок армированного грунта при провалах земли
Однако существующие методы расчета армогрунтовых оснований, их терминология, принятая и актуализированная, несмотря на активные усилия энтузиастов геотехников, занимающихся данными вопросами исследований, не всегда являются бесспорными, так как не все до сих пор достаточно точно апробировано в инженерной практике. Поэтому, с нашей точки зрения, необходимо гармонизировать существующие возможности исследований и модели расчета, что, безусловно, ускорит совершенствование и дальнейшее развитие применения геосинтетических материалов в различных областях геотехники.
Несмотря на интенсивное внедрение геосинтетических материалов в практику геотехнического строительства, которое произошло в России за последние 10-15 лет, существуют достаточное серьезные проблемы их применения, эффективного использования и дальнейшего продвижения на местном строительном рынке. К ним можно отнести, во-первых, унификацию и стандартизацию существующей продукции, во-вторых, контроль качества геосинтетических материалов,
поступающих на российский рынок, в-третьих, практически полное отсутствие нормативных документов по проектированию и строительству инженерных сооружений с применением геосинтетических материалов. И четвертая проблема, которая непосредственно связана со всеми вышеперечисленными и, по нашему мнению, является главной, -это проблема подготовки инженерных кадров - геотехников, занимающихся вопросами проектирования, строительства и внедрения в практику армогрунтовых оснований с использованием геосинтетических материалов. Для пояснения данной проблемы необходимо отметить, что в настоящее время в университетах России, осуществляющих подготовку строителей, отсутствует учебный курс или учебная дисциплина, которая бы была посвящена данному вопросу и позволяла бы студентам разобраться в проблеме проектирования, строительства и контроля качества геосинтетических материалов в период их обучения, а также позволяла бы в дальнейшем специализироваться на данном вопросе в профессиональной деятельности. Однако необходимо отметить, что первые шаги в этом направлении в ряде российских университетов уже предпринимаются.
Интенсивное внедрение геосинтетических материалов в практику строительства в России произошло лишь в 90-х годах прошлого века, до этого имели место только единичные случаи внедрения. По мнению авторов статьи, комплексный подход к решению поставленных проблем позволил бы значительно приблизить процесс проектирования, строительства и контроля качества геосинтетических материалов к уровню мировой практики. Это, безусловно, помогло бы геотехни-кам-строителям в будущем решить изложенные выше проблемы, избежать строительных ошибок и предотвратить возникновение аварийных ситуаций при проектировании и возведении объектов.
Библиографический список
1. Щербина Е.В. Геосинтетические материалы в строительстве: монография. - М.: Изд-во АСВ, 2004. - 111 с.
2. Методы строительства армогрунтовых конструкций: учеб. пособие / В.Г. Офрихтер, А.Б. Пономарев, В.И. Клевеко, К.В. Решетникова. - М.: Изд-во АСВ, 2013. - 152 с.
3. Тимофеева Л.М. Армирование грунтов (теория и практика применения) / Перм. политехи. ин-т. - Пермь, 1991. - 478 с.
4. The use of synthetic materials in the highway engineering in the urals / A.B. Ponomaryov, A.A. Bartolomey, V.I. Kleveko, V.G. Ofrikhter,
A.N. Bogomolov // Proceedings of the 12th European conference on soil mechanics and geotechnical engineering. Geotechnical engineering for transportation infrastructure. - Netherlands, Amsterdam, 1999. - C. 1197-1202.
5. Золотозубов Д.Г., Пономарев А.Б. Экспериментальные исследования армированных оснований при провалах грунта // Вестник гражданских инженеров. - 2009. - № 2 (19).
A.B. Ponomarev, V.G. Ofrikhter ANALYSIS AND PROBLEMS OF GEOSYNTHETIC MATERIAL APPLICATION IN RUSSIAN FEDERATION
The paper presents the main stages and results of the studies carried out by various authors on the issues of application of geosynthetics in the practice of construction of Russian Federation. A review of the most significant results of the research shows the area of applicability of geosynthetics in construction, as well as focuses on the the problem, which in the opinion of the authors, require priority decisions.
Keywords: geosynthetic materials, construction, soil reinforcement, structurally unstable soils, subgrade.
Сведения об авторах
Пономарев Андрей Будимирович (Пермь, Россия) - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Строительное производство и геотехника» ФГБОУ ВПО ПНИПУ (e-mail: spstf@pstu.ru).
Офрихтер Вадим Григорьевич (Пермь, Россия) - канд. техн. наук, доцент кафедры «Строительное производство и геотехника» ФГБОУ ВПО ПНИПУ (e-mail: spstf@pstu.ru).
About the authors
Ponomarev Andrey Budimirovich (Perm, Russia) - Doctor of Technics, Professor, Head of Department of Building production and geotechnics, Perm National Research Polytechnic University (e-mail: spstf@pstu.ru).
Ofrikhter Vadim Grigorievich (Perm, Russia) - Candidate of Technics, Associate Professor, Department of Building production and geotechnics, Perm National Research Polytechnic University (e-mail: spstf@pstu.ru).
Получено 26.03.2013
