CC BY
106
УЕБТЫНС
мвви
СТРОИТЕЛЬНОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
УДК 625.8
Вл.П. Подольский, Нгуен Ван Лонг, Ле Ван Чунг
ФГБОУ ВПО «Воронежский ГАСУ»
ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОМАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ ВЬЕТНАМА
Рассмотрены классификация геоматериалов, их функциональное назначение при строительстве земляного полотна и основные параметры. Предложены различные конструкционные решения, применяемые при возведении насыпи земляного полотна в условиях Вьетнама.
Ключевые слова: насыпь земляного полотна, геосинтетические материалы, слабые грунты, переувлажненные грунты, грунтовые воды, водная и ветровая эрозия, армирующая прослойка, разделяющая мембрана, прочность и устойчивость, земляное полотно.
В мировой практике дорожного строительства накоплен значительный опыт применения разнообразных геосинтетических материалов, появление которых стимулировало развитие химической промышленности. Большое количество геосинтетических материалов потребляют железнодорожная отрасль, гражданское и гидротехническое строительство, строительство аэродромов, но особенно много — дорожная отрасль [1—9]. В настоящее время во Вьетнаме геоматериалы в основном используются в конструктивных слоях дорожной одежды, но широкого распространения они еще не получили.
При возведении земляного полотна в сложных инженерно-геологических и гидрологических условиях необходимо рассматривать различные варианты инженерных решений с применением геосинтетических материалов. При сравнении вариантов следует учитывать характер функций, выполняемых этим материалом:
армирующих прослоек, повышающих прочность и деформативную устойчивость земляного полотна;
разделяющих мембран, предупреждающих смешивание различных грунтов; дренирующих прослоек, обеспечивающих постоянный отвод воды из грунтового массива;
фильтрующих элементов, задерживающих частицы грунта; защитных покрытий от водной и ветровой эрозии.
В зависимости от способа производства геосинтетические материалы подразделяются на тканые, иглопробивные и комбинированные.
Иглопробивные материалы имеют беспорядочную, спутанно-волокнистую структуру, аналогичную войлочной. К ним относится большинство гео-текстилей.
Тканые материалы представляют собой упорядоченную структуру из двух взаимно перпендикулярных систем нитей. Они различаются по виду пряжи: пряжа из штапельного волокна, мультиволоконная пряжа, крученая нить, мо-
ВЕСТНИК 1/2013
1/2013
новолоконная пряжа, узкие полоски, нарезанные из пленки и срощенная нить; по ее переплетению: полотняное переплетение типа «рогожка» и каркасное; и по количеству нитей на единицу длины.
При необходимости дополнительно укрепляются места скрещивания пряжи. Тканые материалы рекомендуется применять в тех случаях, когда необходимо обеспечить высокую прочность и небольшую деформативную устойчивость грунтовой конструкции.
Комбинированные материалы — это комбинирование нетканых и тканых материалов, имеющее характеристики тканых и нетканых материалов.
Факторами, определяющими область применения различных видов гео-текстилей, являются механические, гидравлические и эксплуатационные характеристики грунтовой среды, в которой они будут работать. Особенности условий работы геотекстильных материалов заключаются в их совместной работе с грунтом, в постоянном контакте с ним или зернистым материалом, в устойчивости синтетического текстильного материала от воздействия химических соединений, воды и погодно-климатических факторов, в характере воспринимаемых нагрузок.
Геоматериалы за последнее десятилетие претерпели значительные изменения. Появились математическая модель и методика расчета дорожных конструкций с геоматериалами [10]. Были разработаны геосетки и георешетки с использованием базальта, стекловолокна, полипропилена и других материалов.
Георешеткой называется плоский конструктивный материал сетчатой структуры, жестко скрепленный в узлах с образованием ячеек размерами, превышающими размеры ребер. Промышленностью выпускаются георешетки трех типов: одно-, двухосноориентированные и объемные.
Одноосноориентированные георешетки обладают повышенными показателями механических свойств в продольном направлении, в котором осуществляется раскладка рулона на дороге. Двухосноориентированные георешетки имеют механические свойства, отличающиеся не более чем на 20 % в продольном и поперечном направлениях. Объемные георешетки представляют собой геосинтетический материал в виде компактного модуля из лент, скрепленных между собой в шахматном порядке линейными швами и образующих в растянутом положении пространственную ячеистую конструкцию.
Одноосноориентированные георешетки изготовляются из полиэтиленов, имеющих большие плотности; двухосноориентированные — из полиэтиленов или полипропиленов или из совместной композиции этих материалов. В процессе приятия решения об их применении учитываются следующие характеристики:
возможность совместной работы с различными материалами;
удобство при монтаже и транспортировке;
универсальность применения;
устойчивость по отношению к химическим соединениям;
стойкость к природно-климатическим изменениям;
стоимостные показатели
В настоящее время георешетки применяют для повышения стабилизации грунта земляного полотна, повышения деформативной устойчивости асфальтобетонного покрытия, укрепления грунтовых откосов, повышения несущей
способности слабых и переувлажненных грунтов. Они имеют следующие положительные эксплуатационные свойства:
пожарная безопасность, устойчивость к воздействию окружающей среды, долговечность до 120 лет;
простая технология применения; возможность утилизации местных материалов; возможность увеличения крутизны откосов земляного полотна; превращение техногенных сооружений в элементы ландшафта; снижение объемов используемого грунта;
снижение трудовых и финансовых затрат при производстве работ. Геосинтетические материалы являются относительно новыми материалами из используемых во Вьетнаме, однако они применяются в дорожном строительстве и фигурируют в важнейших государственных проектах. Поэтому возникают проблемы с разработкой норм и правил для их применения в процессах проектирования и строительства.
В настоящее время во Вьетнаме существуют две нормы: технология повышения физико-механических свойств слабых грунтов с помощью осушающих фитилей и нормы проектирования, строительства и приема в эксплуатацию геотекстилей в строительстве земляного полотна на слабых грунтах. Эти нормы являются кратким изложением основ применения геоматериалов, но не включают методику расчета и технологию укладки, фильтрации, защиты и совместной работы с другими материалами. Во Вьетнаме не существует норм проектирования, строительства и приемки георешеток, поэтому при применении георешеток инженеры основываются только на паспортных показателях изготовителей. С учетом специфичности условий Вьетнама рекомендуются следующие конструктивные решения по применению геосинтетических материалов:
1) насыпь на переувлажненных грунтах. Вьетнам — тропическая мус-сонная территория с разветвленной речной сетью, средней влажностью более 84 % и высоким количеством осадков 1200.. .1300 мм. Поэтому земляное полотно имеет большую естественную влажность, которая отрицательно сказывается на его прочность и устойчивость.
Для повышения эксплуатационных качеств земляного полотна на переувлажненных грунтах рекомендуется применение геотекстильного полотна, обеспечивающего распределение нагрузки равномерно на всю подстилающую поверхность (рис. 1);
х
Рис. 1. Применение геотекстиля при возведении насыпи на переувлажненных грунтах: 1 — переувлажненный грунт; 2 — геотекстиль; 3 — грунт тела насыпи; 4 — дренирующая прослойка из песка с коэффициентом фильтрации не менее 3 м/сут
ВЕСТНИК
МГСУ-
1/2013
2) насыпь на слабых грунтах. В условиях дорожного строительства слабыми считаются грунты, удовлетворяющие в природных условиях хотя бы одному из следующих критериев:
сопротивляемость сдвигу, определяемая крыльчаткой, менее 0,75 кгс/м2; модуль осадки 2,5 кгс/м2 более 50 мм/мин (или модуль деформации при той же нагрузке менее 50 кгс/м2.
На всей территории Вьетнама преобладают горные латеритные почвы: в приморской полосе и на плоскогорьях — красно-желтые латеритные, в дельтах рек — аллювиальные, во многих местах побережья — болотные засоленные. В геологическом строении районов Вьетнама представлены следующие виды грунтов:
насыпные грунты включают строительный мусор и органические остатки мощностью 1.. .4 м;
глина слабой и полутвердой консистенции, с пластичностью от низкой до высокой мощностью 2.10 м;
мелкозернистый песок и супесь от рыхлого до состояния средней плотности мощностью 13.35 м;
глина, суглинок средней и очень твердой консистенции, с пластичностью от низкой до средней, мощностью 3,5.20 м;
мелкозернистый песок средней и высокой плотности мощностью 0.12 м; плотный песчано-гравийный грунт.
Приведенные сведения свидетельствуют о том, что на равнинных территориях Вьетнама широкое распространение имеют слабые грунты, мало пригодные для строительства земляного полотна автомобильных дорог. Одним из мероприятий, обеспечивающих повышение прочности и устойчивости земляного полотна в этих условиях, является применение геотекстильных материалов (рис. 2);
©
Рис. 2. Повышение несущей способности насыпи на слабых грунтах: 1 — слабый грунт; 2 — песчаная подготовка; 3 — геотекстиль; 4 — грунт тела насыпи; 5 — конструкция дорожной одежды; 6 — водоотводная канава глубиной менее 1,0 м
3) насыпь с противоэрозионной защитой. Для предотвращения или замедления эрозионных процессов в грунтах, а также долговременной надежной защиты от водной и ветровой поверхностной эрозии природных и техногенных склонов и откосов рекомендуется применение различных геоматериалов (рис. 3);
Рис. 3. Устройство насыпи с противоэрозионной защитой: 1 — грунт основания насыпи; 2 — грунт тела насыпи; 3 — противоэрозионный материал из геотекстиля; 4 — конструкция дорожной одежды
4) насыпь при высоком уровне грунтовых вод. При строительстве автомобильных дорог в местах, имеющих высокий уровень подземных вод, возникает капиллярное поднятие в связный насыпной грунт земляного полотна, что отрицательно влияет на качество земляного полотна, особенно вблизи рек, каналов и рисовых чеков. Для прерывания путей капиллярного поднятия влаги рекомендуется применение геокомпозитных материалов. Геокомпозит представляет собой плотную водонепроницаемую полимерную пленку толщиной до 1,0 мм с прикрепленным к ней геотекстильным полотном (рис. 4);
Рис. 4. Устройство насыпи при высоком уровне грунтовых вод: 1 — грунт основания; 2 — насыпной грунт (песок); 3 — геокомпозит; 4 — насыпной грунт; 5 — георешетка; 6 — щебень; 7 — конструкция дорожной одежды; 8 — водоотводная канава с продольным уклоном более 5 %о и глубиной менее 1,0 м
5) насыпь при наличии поверхностных вод. Летом во Вьетнаме в период муссонных дождей обычно возникают наводнения, которые затопляют дорожную сеть на непродолжительное время. Поэтому уже на стадии проектирования приходится предусматривать различные мероприятия, в т.ч. и с использованием геотекстильных материалов (рис. 5). Для перехвата воды, притекающей с прилегающих склонов, устраиваются нагорные канавы;
ВЕСТНИК
МГСУ-
1/2013
<2 ®
хсрезка растительного слоя
Рис. 5. Устройство насыпи при наличии поверхностных вод: 1 — грунт основания; 2 — насыпной грунт; 3 — геокомпозит; 4 — дренирующий грунт (песок, ПГС); 5 — геотекстиль; 6 — насыпной грунт; 7 — георешетка; 8 — щебень; 9 — конструкция дорожной одежды; 10 — водоотводная канава глубиной менее 1,0 м с продольным уклоном более 5 %о
6) насыпь, сооружаемая методом многослойного обертывания. При возведении высоких насыпей для экономии привозных грунтов следует увеличивать крутизну откосов с одновременным повышением их устойчивости. С этой целью насыпь армируется геотекстильным полотном с обертыванием слоя грунта таким образом, чтобы полото защемлялось вышележащим слоем грунта на длине до 1,5 м (рис. 6). В зависимости от рельефа местности водоотводные канавы устраиваются с одной или с обеих сторон земляного полотна;
1
Рис. 6. Устройство насыпи с применением метода многослойного обертывания:
1 — грунт основания; 2 — георешетка; 3 — насыпной грунт, армированный георешетками; 4 — геотекстиль; 5 — насыпной грунт; 6 — конструкция дорожной одежды; 7 — водоотводная канава глубиной менее 1,0 м с продольным уклоном более 5 %о
Выводы. 1. В настоящее время геосинтетические материалы ограниченно применяются в дорожной отрасли Вьетнама, что тем не менее обеспечивает повышение прочности и устойчивости земляного полотна в сложных инженерно-геологических и гидрологических условиях.
2. Широкое применение сдерживается отсутствием производственной базы для выпуска вьетнамских геотекстильных материалов и георешеток и недостаточным количеством дорожных испытательных лабораторий для определения свойств этих материалов.
3. Внедрение геоматериалов во Вьетнаме кроме того сдерживается отсутствием нормативных документов и технологических карт на их применение.
Библиографический список
1. Дедюхин А.Ю. Армирование асфальтобетонных смесей как способ борьбы с колеей // Вестник ВолгГАСУ Сер.: Стр-во и архит. 2009. Вып. 16 (35). С. 88—92.
2. Дедюхин А.Ю. Дисперсно-армированный асфальтобетон // Научный вестник Воронеж. гос. арх.-строит. ун-та. Строительство и архитектура. 2009. Вып. 1(13). С. 80—86.
3. Матвеев С.А. Геосинтетические материалы в строительстве // Югра: дороги в будущее. 2005. № 2. С. 24—25.
4. Нгуен Ван Лонг. Повышение трещиностойкости асфальтобетонных покрытий путем армирования георешетками во Вьетнаме // Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования : матер. VII Всеросс. науч.-практ. конф. (с межд. участием). Омск : СибАДИ, 2012. Кн. 1. С. 124—128.
5. Подольский Вл.П., Расстегаева Г.А., Расстегаева Л.Н. Армированный асфальтобетон с применением активных минеральных отходов и побочных продуктов промышленности // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2000. № 9. С. 10—11.
6. Расстегаева Л.Н. Повышение эксплуатационных свойств шлаковых асфальтобетонных покрытий путем армирования их георешетками : дисс. ... канд. техн. наук. Воронеж : ВГАСА, 1999. 175 с.
7. Сиротюк В.В. Армирование асфальтобетонного покрытия геосинтетическими материалами // ДОРОГИ. Инновации в строительстве. 2010. № 7. С. 36—40.
8. О выборе материалов для армирования асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог / В.В. Ушаков, К. Батероу, В.Л. Капустин, К.Т. Фан // Дороги России XXI века. 2009. № 7. С. 99—101.
9. Ушаков В.В., Батероу К., Капустин В.Л. Геосетки против трещин: армирование асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог // Автомобильные дороги. 2008. № 8. С. 114—115.
10. Матвеев С.А., Немировский Ю.В. Армированные дорожные конструкции: моделирование и расчет. Новосибирск : Наука, 2006. 336 с.
Поступила в редакцию в октябре 2012 г.
Об авторах: Подольский Владислав Петрович — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой строительства и эксплуатации автомобильных дорог, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет» (ФГБОУ ВПО «Воронежский ГАСУ»), 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84, [email protected];
Нгуен Ван Лонг — аспирант кафедры строительства и эксплуатации автомобильных дорог, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет» (ФГБОУ ВПО «Воронежский ГАСУ»), 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84, [email protected];
Ле Ван Чунг — аспирант кафедры строительства и эксплуатации автомобильных дорог, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет» (ФГБОУ ВПО «Воронежский ГАСУ»), 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84, [email protected].
Для цитирования: Подольский Вл.П., Нгуен Ван Лонг, Ле Ван Чунг. Повышение эксплуатационных параметров земляного полотна с использованием геоматериалов в условиях Вьетнама // Вестник МГСУ 2013. № 1. С. 139—147.
ВЕСТНИК 1/2013
1/2013
V.P. Podolsky, Nguyen Van Long, Le Van Chung
IMPROVEMENT OF PERFORMANCE PARAMETERS OF ROAD BEDS BY MEANS OF GEO-MATERIALS IN THE ENVIRONMENT OF VIETNAM
The authors argue that the operation of highways has proved that a substantial number of constructed and commissioned roads lose the durability and stability of their road beds for various reasons, including collapses and deformations caused by landslides off the slopes. Therefore, traditional construction technologies cannot provide the required performance parameters due to the elevation of road building and repair charges. Now the issue of improvement of performance parameters of a road bed constitutes a relevant objective. One of solutions contemplates application of geo-materials.
A classification of geo-materials, their functional purposes and key parameters are considered in respect of the road bed construction. Various structural solutions applied in the course of construction of the road bed embankment in Vietnam are proposed.
Geo-synthetic materials efficiently improve the durability and stability of road beds in harsh engineering, geological and hydrological conditions. However widespread introduction of geo-materials in Vietnam is restrained by the unavailability of regulatory documents and flow charts governing their application.
Key words: road bed embankment, geo-synthetic materials, soft floor, ground waters, water and wind driven erosion, reinforcing layer, dividing membrane, durability and stability of a road bed.
References
1. Dedyukhin A.Yu. Armirovanie asfal'tobetonnykh smesey kak sposob bor'by s koleey [Reinforcement of Asphalt Mixes as a Method of Rut Control]. Vestnik VolgGASU. Sen: Stroitel'stvo i arkhitektura [Proceedings of Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering. Series: Construction and Architecture]. 2009, no. 16 (35), pp. 88—92.
2. Dedyukhin A.Yu. Dispersno-armirovannyy asfal'tobeton [Fiber Reinforced Asphalt Concrete]. Nauchnyy vestnik Voronezh GASU. Stroitel'stvo i arkhitektura [Scientific Herald of Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture]. 2009, no. 1 (13), pp. 80—86.
3. Matveev S.A. Geosinteticheskie materialy v stroitel'stve [Geo-synthetic Materials in Construction]. Yugra: dorogi v budushchee [Ugra: Roads into the Future]. 2005, no. 2, pp. 24—25.
4. Nguyen Van Long. Povyshenie treshchinostoykosti asfal'tobetonnykh pokrytiy putem armirovaniya georeshetkami vo Vietname [Improvement of Crack Resistance of Asphalt-concrete Pavements by Their Reinforcement Using Geogrids in Viet-Nam]. Razvitie dorozhno-transportnogo kompleksa i stroitel'noy infrastruktury na osnove ratsional'nogo prirodopol'zovaniya: мaterialy VII Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii (s mezhdunarodnym uchastiem) [Development of Roads, Transportation Facilities and the Construction Infrastructure through Rational Environmental Management. Materials of the 7th All-Russian Scientific and Practical Conference (with International Speakers)]. Omsk, SibADI Publ., 2012, Book 1, pp. 124—128.
5. Podolsky V.P., Rasstegaeva G.A., Rasstegaeva L.N. Armirovannyy asfal'tobeton s primeneniem aktivnykh mineral'nykh otkhodov i pobochnykh produktov promyshlen-nosti [Reinforced Asphalt Concrete That Contains Active Mineral Waste and Industrial Byproducts]. Stroitel'nye materialy, oborudovanie, tekhnologii XXI veka [Construction Materials, Equipment, Technologies of the 21st Century]. 2000, no 9, pp. 10—11.
6. Rasstegaeva L.N. Povyshenie ekspluatatsionnykh svoystv shlakovykh asfal'tobetonnykh pokrytiy putem armirovaniya ikh georeshetkami [Improvement of Performance Properties of Slag Asphalt Coverings Using Geogrid as the Reinforcement]. Voronezh, VGASA Publ., 1999, 175 p.
7. Sirotyuk V.V. Armirovanie asfal'tobetonnogo pokrytiya geosinteticheskimi materialami [Reinforcing Asphalt Coverings by Geo-synthetic Materials]. DOROGI. Innovatsii v stroitel'stve [ROADS. Construction Innovations]. 2010, no. 7, pp. 36—40.
8. Ushakov V.V., Baterou K., Kapustin V.L., Fan K.T. O vybore materialov dlya armirovani-ya asfal'tobetonnykh pokrytiy avtomobil'nykh dorog [On the Choice of Materials Designated for the Reinforcement of Asphalt Coverings of Motor Roads]. Dorogi Rossii XXI veka [Roads of Russia of the 21st Century]. 2009, no 7, pp. 99—101.
9. Ushakov V.V., Baterou K., Kapustin V.L. Geosetki protiv treshchin: armirovanie asfal'tobetonnykh pokrytiy avtomobil'nykh dorog [Geogrids to Prevent Cracks: Reinforcement of Asphalt Coverings of Highways]. Avtomobil'nye dorogi [Motor Roads]. 2008, no. 8, pp. 114—115.
10. Matveev S.A., Nemirovskiy Yu.V. Armirovannye dorozhnye konstruktsii: mod-elirovanie i raschet [Reinforced Road Constructions: Modeling and Analysis]. Novosibirsk, Nauka Publ., 2006, 336 p.
About the authors: Podol'skiy Vladislav Petrovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Chair, Department of Construction and Operation of Motor Roads, Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering (Voronezh GASU), 84 20-letiya Oktyabrya St., Voronezh, 394006, Russian Federation; [email protected];
Nguyen Van Long — postgraduate student, Department of Construction and Operation of Motor Roads, Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering (Voronezh GASU), 84 20-letiya Oktyabrya St., Voronezh, 394006, Russian Federation; long_ [email protected];
Le Van Chung — postgraduate student, Department of Construction and Operation of Motor Roads, Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering (Voronezh GASU), 84 20-letiya Oktyabrya St., Voronezh, 394006, Russian Federation; [email protected].
For citation: Podol'skiy V.P., Nguen Van Long, Le Van Chung. Povyshenie ekspluatatsion-nykh parametrov zemlyanogo polotna s ispol'zovaniem geomaterialov v usloviyakh V'etnama [Improvement of Performance Parameters of Road Beds by Means of Geo-materials in the Environment of Vietnam]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 1, pp. 139—147.
