Классификация геоимплантантных конструкций для строительства и ремонта транспортных объектов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 625.8:624.01

Л.В. ЯНКОВСКИЙ, канд. техн. наук,

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Классификация геоимплантантных конструкций для строительства и ремонта транспортных объектов

Во многих странах с развитой сетью дорог происходит интенсивное разрушение дорожных покрытий. Главной причиной является увеличение грузоподъемности автотранспорта и интенсивности движения и, как следствие, дополнительные нагрузки на дорожную одежду, осадки основания земляного полотна, не рассчитанного на эти изменения. Поэтому нарастает проблема реконструкции старых и строительства новых дорог с дорожной одеждой и основанием, соответствующим этим возросшим нагрузкам. Значительно возрастают затраты на

строительство, так как необходимо обеспечить надежность и качество. Чтобы снизить эти издержки, проектировщики и строители стали все больше использовать при строительстве и ремонте дорог и объектов автодорожной инфраструктуры современные материалы (геотекстильные, геопластиковые и др.) и сложные технические устройства, встроенные в грунтовые основания и в тело дорожной одежды [1]. Эти сложные многокомпонентные конструкции, создаваемые из новых разнообразных геосинтетических материалов, все чаще называют но-

Мелкозернистый асфальтобетон Крупнозернистый асфальтобетон Щебень ПГС/песок

Обочина, укрепленная Основание

Укрепление откоса автодороги щебнем

объемной георешеткой

растительным грунтом местным грунтом

Рис. 1. Пример геоимплантантной конструкции (ГИК). Укрепление откоса дороги геоимплантантами (ГИ) - объемной георешеткой, геотекстилем и анкерами

Рис. 2. Пример геоимплантантной системы (ГИС) - дорожное основание, армированное несколькими ГИК [3]

вым термином — геоимплантант, поэтому назрела необходимость в уточнении и расширении этого понятия.

Геоимплантант (ГИ) — новый термин. Известно определение профессора А.В. Кочеткова: «Геоимплантант — внедряемые, встраиваемые и пристраиваемые в конструкцию автомобильной дороги или мостового сооружения материалы, изделия, конструкции, системы и комплексы». По аналогии с медициной можно сказать, что геоимплантант — строительный конструктивный элемент, имплантированный в тело строительного сооружения.

Геоимплантантная конструкция (ГИК) — единая строительная инженерная конструкция, состоящая из геоимплантанта (георешетка, геосетка, геотекстиль, геомембрана, анкер, труба, стержень, армоэле-мент и др.) и окружающей их геосреды (почвенный грунт, песок, песчано-гравийная смесь, шлак, щебень, гравий, асфальтобетон, скальный грунт и т. п.), воспринимающая нагрузки как единый объект (армированное основание, откос, дорожная одежда, подпорная стенка, анкер, экопаркинг, «лежачий полицейский» и т. п.), которую необходимо рассчитывать совместно с геосредой и строительными элементами (геоимплантантами). Например, в случае применения объемной георешетки ТехПолимер для укрепления откоса дороги (рис. 1).

Необходимость появления данного термина связана именно с этой отличительной особенностью ГИК — рассмотрение ее как единого объекта для инженерного расчета (общая расчетная схема, рассматривающая совместную работу конструкции и геосреды с едиными граничными условиями и системой нагрузок), особенно важно при решении конструкций современными численными методами, такими как МКЭ, на высокопроизводительных вычислительных ПК в 2D и 3D.

научно-технический и производственный журнал

Геоимплантантная система (ГИС)

— это система из одной или нескольких ГИК, выполняющая определенную рабочую функцию, чаще несколько функций, в основании строительного сооружения (усиление, армирование, фильтрация, передача нагрузки, гашение вибраций, защиты от обрушения, дренаж, борьба с вспучиванием или продав-ливанием и т. п.). Если ГИК требует расчета с прилежащим грунтом, то при расчете ГИС необходимо учитывать работу всего грунтового основания дорожно-строительного сооружения в целом.

Геоимплантантные материалы (ГИМ) — это строительные материалы, из которых состоит геоимплантантная конструкция. Обычно применяют инертные, не загрязняющие окружающую среду, слабо подверженные коррозии материалы.

По форме они подразделяются на объемные, плоские, линейные (стержни, ленты, волокна) и дискретные (фибры).

К объемным геоимплантантным материалам относят объемные конструкции — объемные георешетки (геосоты), геоматы, геотубы, геоконтейнеры, геооболочки, габионы и др.

Наиболее распространенным видом ГИМ является класс плоских геосинтетических строительных материалов, а также материалы из другого сырья (минерального, стекла или базальтовых волокон и др.). Поставляются они в компактном виде (рулоны, блоки, плиты и др.) и включают следующие группы материалов: геотекстильные, геосетки, георешетки, геомембраны, геоком-

позиты. При этом различают: геотекстиль (тканый, нетканый, плетеный); геосетки (тканые, слоистые, вязаные); георешетки (плоские, объемные); различные геомембраны и композитные материалы.

Основные направления применения геосинтетиков в решении проблемы земляного полотна включают:

— геотекстиль и георешетки в конструкциях укрепления откосов земляного полотна;

— геотекстиль и георешетки при сооружении насыпей на слабых основаниях;

— георешетки в конструкциях земляного полотна на вечной мерзлоте.

Дополнительно выделяют вопросы применения геотехнической арматуры в дорожных и грунтовых конструкциях, в частности в конструкциях экологических парковок [2, 3] (рис. 3).

ГИМ могут играть также роль разделяющих прослоек, обеспечивающих несмешиваемость материалов различных слоев дорожной конструкции; дренирующих прослоек; армирующих прослоек; капилляро-прерывающих прослоек; термоизолирующих прослоек; защитных прослоек.

Используемые для усиления оснований ГИМ выполняют армирующую функцию, воспринимая растягивающие усилия, поэтому для них прочность на разрыв является наиболее важной характеристикой. Наряду с прочностью на растяжение важную роль играет соотношение напряжения и удлинения, расчеты длительной прочности. При этом

основными принципиально важными параметрами, оценивающими конструктивную надежность ГИМ, являются следующие: контактная прочность между грунтом и геосинтетическим материалом; ползучесть материала в грунте (при растяжении, при продавливании); отношение напряжения и растяжения материалов в грунте. При растяжении георешетки образуется горизонтально и вертикально устойчивый каркас, предназначенный для фиксации наполнителя (грунт, песок, щебень и т. д.).

Геоимплантантные конструкции (ГИК) по технологии изготовления геоимплантантов в составе дорожных сооружений можно классифицировать следующим образом:

— геоимплантантные конструкции, состоящие из геоимплантантов, внедряемых в тело сооружения на этапе его строительства (усиленная дорожная одежда и армированное основание, дренажные слои, трубопроводы с коммуникациями, система гашения колебаний, защитные ограждения, экопаркинг и др.);

— геоимплантантные конструкции, состоящие из геоимплантантов, встраиваемых в тело сооружения после определенного периода эксплуатации и используемые при ремонте и усилении дорожных сооружений (закрепляющие анкеры, армоэлементы для усиления основания дороги и фундаментов дорожных строений, устройства для улучшения свойств грунта, инъекционные сваи, горизонтальные, вертикальные и наклонные стержни и сваи, дополнительный дренаж, трубопроводы с новыми коммуникациями и пр.);

— геоимплантантные конструкции, состоящие из геоимплантантов, пристраиваемых к телу существующего элемента дороги после строительства или в ходе модернизации и реконструкции (первичные измерительные преобразователи, дорожные полицейские, датчики температуры, рекламные щиты, ограждения, дорожные знаки и сигналы, системы контроля интенсивности движения, виброизмерители и др.).

Рассмотрим пример ГИК, применяемой для создания усиленного слоя в основании протяженных сооружений (дорог, площадок, насыпей, ленточных фундаментов и т. п.) при реконструкции (рис. 4). Такие геоимплантантные конструкции изготовляют методами бестраншейной прокладки скважин: методом прокола, продавливания, горизонтального бурения, горизонтально-направленного бурения (ГНБ) и др. Данную геоарматуру в основном ис-

Рис. 4. Схема усиленного слоя грунта в основании дороги: 1 - дорожное покрытие; 2- основание; 3 - ГИК, состоящая из горизонтальных ГИ круглого сечения, скрепленных на концах между собой

2

3

А

Рис. 3. Внешний вид экопаркинга: а - производство работ; б - окончательный вид

научно-технический и производственный журнал £J\±Jг\i>\'::

52 июль 2011 Ы *

пользуют при локальном ремонте аварийных участков протяженных сооружений. Назначение — укрепление слабого земляного полотна. Сами геоимплантанты (горизонтальные стержни) могут быть разного исполнения (материал, форма, сечение) в зависимости от способа изготовления и конструкции. Материал можно использовать в том числе из отходов производства и вторичного сырья. Расчет подобных ГИК целесообразнее проводить с использованием МКЭ [4].

В этой конструкции можно применить следующие горизонтальные армоэлементы (геоимплантанты):

— стержни бетонные без армирования или с армированием. В последнем случае перед закачкой раствора предварительно в скважину протаскивают пластиковую или стальную арматуру;

— стержни бетонные с оболочкой, образованной текстильным кожухом, который предварительно протаскивают в скважину и под давлением заполняют цементным раствором;

— стержни, состоящие из перемешанного с цементом грунта этой же скважины;

— стальные или пластиковые трубы, которые заполняют цементным

раствором или оставляют пустыми с завариваемыми концами;

— готовые строительные элементы (ж/б анкеры и стержни, стальной профиль, рельсы и т. п.), которые внедряют непосредственно в грунт или в лидерную скважину.

При изготовлении геоимплантантов вокруг и между ними, как правило, создается зона уплотненного грунта. Поэтому вся конструкция работает совместно с грунтом, образуя усиленный слой в основании сооружения. Расчеты аналогичных протяженных конструкций (ленточных фундаментов) показывают, что можно увеличить несущую способность основания в 1,5— 2 раза [5, 6].

Ключевые слова: геоимплантант, геоимплантантная конструкция, геоимплантантная система, геоимплантантные материалы, дорога, основание, укрепление оснований грунт.

Список литературы

1. Кочетков А.В. Разделяя конструкции // Красная линия. Дороги. 2009. № 1/34. С. 28-29.

2. Янковский Л.В., Кочетков А.В. Применение геоимплантантных

конструкций для создания эко-паркингов // Экология и промышленность России. 2011. № 5. С. 32.

3. СТО 94683376-2-2010 Рекомендации по применению экологических парковок транспортных средств на автомобильных дорогах (экопаркингов). СПб: ООО «ЕВРОДОР», 2010. 26 с.

4. Янковский Л.В. Описание модели геосреды основания, усиленного геоимплантантной конструкцией // Вестник ПГТУ. Охрана окружающей среды. Транспорт. Безопасность жизнедеятельности. ПГТУ, 2011. № 1. С. 75-81.

5. Янковский Л.В. Моделирование системы основание-геоимплантант-фундамент // Вестник ПГТУ. Охрана окружающей среды. Транспорт. Безопасность жизнедеятельности. ПГТУ. 2011. № 1. С. 90-98.

6. Янковский Л.В., Ладин М.О., Орлов А.Д. Исследование НДС основания ленточного фундамента, армированного геоим-плантантной конструкцией // Дороги. Инновации в строительстве. 2011. № 9. С. 91-93.

ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

С 1953 года ПГТУ подготовил более 118 тысяч специалистов с высшим профессиональным образованием для отраслей разведки и разработки полезных ископаемых; энергетики; металлургии; машиностроения; авиационной и ракетно-космической техники; автоматики и управления; химической и биотехнологии; связи; строительства и др.

АВТОДОРОЖНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

Подробности на сайте www.pstu.ru

614013, г. Пермь, ул. Академика Королева, 19а Тел./факс: +7 (342) 2-391-492 E-mail: dkadf@pstu.ac.ru

научно-технический и производственный журнал