Соты на дороге
Пшеничникова Е.С., Хусаинов И.Ж., Союздорнии
Одна из наиболее широко применяемых в настоящее время в России георешетка ГЕОВЕБ была разработана в 70-е годы Корпусом инженеров армии США для осуществления быстрого сооружения временных дорог.
В последующие годы объемные георешетки нашли широкое применение в дорожном строительстве во многих странах мира.
Объемная георешетка представляет собой конструкцию, состоящую из лент, выполненных из прессованного синтетического материала (как правило, сплава полиэтиленов высокого и низкого давления) и соединенных сваркой в шахматном порядке. При растяжении конструкции образуются ячейки в виде сот. Ячейки могут быть заполнены каким-либо дискретным или монолитным минеральным материалом, а также органическим (растительным грунтом). В настоящее время основные производители георешеток, применяемых в России (PRESTO PRODUCTS COMPANY, Израиль, ОАО 494 УНР, ООО СОВТЕХ ДИАЛОГ), выпускают георешетки следующих типоразмеров: размер ячейки 20ґ20 и 40ґ40 см, высота стенки ячейки 5, 7,5, 10, 15 и 20 см. Толщина стенки георешетки составляет у различных производителей 1,2…1,9 мм. Стенки ячеек могут быть перфорированными и неперфорированными.
При помещении в георешетку заполнителя (песка, щебня и т.п.) образуется композит, который приобретает новые свойства:
· под воздействием вертикальной нагрузки георешетка с заполнителем распределяет ее на большую площадь, чем исходный материал-заполнитель, что приводит в конечном итоге к уменьшению вертикальных деформаций в основании георешетки;
· георешетка с заполнителем препятствует сдвигу (выпору) слабосвязных материалов, расположенных под ней. Это происходит потому, что линии скольжения при сдвиге направлены под углом, близким к 45°; призмы скольжения, таким образом, упираются в стенки георешетки, и сдвига не происходит;
· при возникновении остаточных деформаций в основании насыпи георешетка с заполнителем снижает их неравномерность.
В силу этих обстоятельств георешетку с заполнителем наиболее целесообразно использовать при строительстве на нестабильных основаниях: болотах, слабых минеральных грунтах, оттаивающих грунтах в зоне вечной мерзлоты и т.п.
На территории России объемные георешетки достаточно широко применяют последние 5 лет.
В 2000 году в зоне вечной мерзлоты, на территории ГКМ «Заполярное» (Тюменская область), было осуществлено опытное строительство на участках промысловых дорог с применением объемной георешетки ГЕОВЕБ (PRESTO PRODUCTS COMPANY, Израиль). Научное сопровождение осуществлял Союздорнии.
Георешетку с заполнителем использовали в качестве конструктивного слоя дорожной одежды и в конструкции укрепления откосов.
Дорожную одежду устраивали в 2 стадии. На первой стадии на нестабильное земляное полотно укладывали объемную георешетку с заполнителем (песком), при этом георешетка использовалась как покрытие переходного типа. На второй стадии, после завершения стабилизации земляного полотна, устраивали капитальное покрытие, георешетка с заполнителем при этом стала служить основанием дорожной одежды.
Были применены следующие конструкции:
а) на первой стадии строительства – георешетка, заполненная песком с защитным слоем из песка, на второй стадии – покрытие из плит ПАГ – 14;
б) на первой стадии – георешетка, заполненная песком с защитным слоем из щебня, на второй стадии – двухслойное асфальтобетонное покрытие.
В обеих конструкциях была использована перфорированная георешетка с ячейкой 20ґ20 см высотой 15 см. Земляное полотно было отсыпано в зимнее время из комковатого грунта, коэффициент уплотнения варьировался в пределах 0,89…0,94. Монтаж георешетки выполняли в соответствии с разработанной производителями технологией.
Работы осуществляли в следующем порядке. На спланированном и уплотненном основании закрепляли временные монтажные анкера по одной кромке участка (захватки). Георешетку надевали на анкера, растягивали поперек земляного полотна и закрепляли их временными анкерами на противоположной стороне. Секции георешетки скрепляли в продольном и поперечном направлениях специальными скрепками при помощи пневматического инструмента (пистолета). Скрепляли каждую ячейку. Крайние ячейки георешетки засыпали материалом-заполнителем вручную, после чего монтажные анкера удаляли. Засыпку ячеек георешетки заполнителем (песком) осуществляли по способу «от себя». Заполнитель транспортировали автосамосвалами и затем разравнивали бульдозером таким образом, чтобы над ячейками был защитный слой. Эту операцию возможно также осуществлять погрузчиком фронтального типа. Планировку поверхности защитного слоя осуществляли автогрейдером. Уплотнение одновременно заполнителя и защитного слоя производили катками на пневмошинах или виброкатками. После уплотнения толщина защитного слоя должна быть 3-5 см. Наличие значительной доли ручного труда не сказывалось отрицательно на общей скорости строительства, поскольку рабочие проходили предварительную подготовку. Так, бригада рабочих из 6 человек укладывала за смену 200-250 п. м георешетки при ширине захватки 6 м. Практически сразу после завершения строительных работ на первой стадии было открыто движение по дороге. В течение двух лет по участкам осуществлялось движение грузовых автомашин интенсивностью до 1000 авт./сут.
Обследования опытных участков, проводимые в течение ряда лет, а также других участков, построенных позже с применением объемной георешетки на севере Тюменской области, показали, что какие-либо деформации наблюдались там, где не соблюдалась технология строительства. Например, в ячейки покрытия засыпали мерзлый грунт, включающий комья и не поддающийся уплотнению, в результате чего происходила деформация стенок георешетки (трещины, смятие стенок). При соблюдении технологии деформаций практически не было. В процессе опытного строительства было укреплено 2 п. км откосов насыпей. Следует отметить, что в зоне вечной мерзлоты размыв откосов является серьезной проблемой. У подошвы насыпи достаточно часто происходит деградация мерзлоты в результате изменения теплового режима деятельного слоя. Вследствие вытаивания льда поверхность оседает, вдоль насыпи образуется канава. Даже при незначительном продольном уклоне происходит размыв незащищенного грунта, что вызывает дальнейшую деградацию мерзлоты. В результате вдоль дорог в отдельных случаях образуются канавы глубиной до 3 м, что сопровождается размывом и обрушением откосов насыпи вплоть до проезжей части дороги.
Как правило, в зоне вечной мерзлоты дороги строят с достаточно пологими откосами, их укрепление осуществляют торфо-песчаной смесью с последующим посевом трав. Но в течение короткого северного лета травы не всегда успевают укорениться.
Объемная георешетка позволяет удерживать торфо-песчаную смесь на поверхности откоса и предотвращает смыв поверхностного слоя смеси с неукоренившимися растениями. Стенки георешетки образуют перемычки, снижающие скорость потока ливневых и талых вод, и препятствуют уносу частиц грунта.
На большей части участков была применена комплексная конструкция укрепления откоса и кювета. В кювете и нижней части откоса георешетку заполняли щебнем.
Для укрепления откосов была использована перфорированная георешетка высотой 7,5 см с размером ячейки 40ґ40. Для обеспечения дренажа и защиты от размыва грунта откоса под георешеткой был уложен подстилающий слой из иглопробивного нетканого геотекстиля плотностью 200 г/м2. Монтажные работы выполняли также в соответствии с технологией, разработанной производителем (PRESTO PRODUCTS COMPANY).
Монтажные работы выполняли в следующем порядке. На уплотненном и тщательно спланированном откосе растягивали и закрепляли шпильками геотекстильное полотно с нахлестом полотнищ не менее 15 см как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Георешетку натягивали на предварительно установленные анкерные стержни на горизонтальной поверхности на расстоянии не менее 0,5 м от бровки откоса и растягивали по откосу вниз. Соседние секции георешетки скрепляли скрепками в продольном направлении при помощи пневматического инструмента. По поверхности откоса георешетку закрепляли Г-образными анкерами. Необходимое количество анкеров определяли расчетом, исходя из условия равновесия георешетки с заполнителем на откосе и учитывая несущую способность грунта, прочность анкера на изгиб и прочность шва и стенки георешетки на растяжение.
Засыпку ячеек георешетки заполнителем производили при помощи экскаватора с прямой лопатой, начиная с верха откоса. Для этой цели может быть также использован погрузчик фронтального типа. Планировку осуществляли вручную граблями, посев трав выполняли при помощи поливомоечной машины и укладывали временные противоэрозийные экраны (мешковину, геотекстиль).
В настоящее время в России помимо ГЕОВЕБ применяют георешетки отечественного производства: ПРУДОН-494 (ОАО «494 УНР»), СТ (ООО «СОВТЕХ ДИАЛОГ»); менее известны георешетки ГЕОСТАБ (ООО «Рольма»), георешетка БЕЛГЕОСОТЫ производства Республики Беларусь, а также некоторые другие отечественные георешетки. Георешетка СТ выпускается по лицензии PRESTO PRODUCTS COMPANY, поэтому при ее монтаже полностью используется техника и технология, разработанная этой фирмой: пневмооборудование для скрепление секций скрепками и др. технологические приемы.
В зоне средней полосы России объемными георешетками достаточно часто укрепляют конуса мостов и путепроводов, а также крутые откосы. Технология укрепления конусов практически не отличается от обычной технологии укрепления откосов. Секции георешетки укладывают на криволинейных участках, изменяя степень расширения ячейки по ширине отдельных секций. Наиболее часто для этих целей применяют георешетку ПРУДОН-494 ОАО «494 УНР». Соседние секции георешетки этого производителя скрепляют между собой анкерными стержнями. Ячейки георешеток заполняют щебнем либо растительным грунтом с последующим посевом трав (реже).
Засыпку ячеек георешетки щебнем производят при помощи фронтального пневмоколесного погрузчика. При этом не должно быть падения мелкого минерального материала с высоты более 1 м и крупного минерального материала с высоты более 0,5 м. Планировку осуществляют вручную при помощи граблей. Толщина защитного слоя при этом должна быть минимальной, поскольку после уплотнения оставлять защитный слой не рекомендуется. Уплотнение щебня в ячейках выполняют при помощи трамбующей плиты или ручными трамбовками.
В настоящее время за рубежом достаточно широко применяют георешетку, заполненную бетоном, для укрепления каналов, русел рек, а также обводненных откосов. Такая конструкция может быть альтернативой конструкции укрепления, включающей различные бетонные изделия заводского изготовления – блоки, решетки, плитки и т.д. Следует отметить, что георешетка с заполнителем является несущей конструкцией, поскольку она способна воспринимать растягивающие напряжения, возникающие при локальных сдвигах грунта в грунте откоса.
Заполнение ячеек на откосе осуществляют следующим образом. Бетон транспортируют с помощью насосов или смонтированных на стреле крана ковшей или путем непосредственной выгрузки автосамосвалами готовой смеси. Смесь в ячейках распределяют, а затем планируют вручную. Заполнение ячеек бетонной смесью выполняют, начиная сверху в направлении подошвы откоса. Устройство слоя бетона поверх ячеек не рекомендуется.
При строительстве дорог на болотах в средней полосе объемные георешетки применяют для армирования насыпей.
Так, при сооружении магистрального трубопровода на участке СРТО – Торжок км 1765 – км 1833 (в районе г. Котлас) возникла необходимость строительства в короткие сроки вдоль трассовых дорог на заболоченной территории (болота, в основном, I категории, глубиной 3-5 м).
Для снижения неравномерности строительной осадки основания насыпи было предложено армировать нижнюю часть насыпи объемной георешеткой и для снижения неравномерности эксплуатационной осадки использовать объемную георешетку с заполнителем в качестве конструктивного слоя дорожной одежды.
Строительные работы выполняли в зимнее время. На промороженном основании растягивали геотекстиль, устанавливали георешетку. Ячейки заполняли сыпучемерзлым песком, который имел влажность 3-7%, не содержал комков и легко уплотнялся. Был использован каток на пневмошинах. После уплотнения заполнителя в ячейках была отсыпана насыпь из сыпучемерзлого песка. На спланированной поверхности насыпи был осуществлен монтаж георешетки по обычной технологии.
Практически сразу после завершения строительства было открыто движение.
Общие выводы.
1. Объемные георешетки с заполнителем целесообразно применять при необходимости строительства на нестабильных основаниях в сжатые сроки. Георешетки перераспределяют нагрузку на большую площадь, уменьшают осадку, снижают ее неравномерность и препятствуют сдвигу слабосвязных грунтов, расположенных в их основании. Движение на дороге может быть открыто сразу после завершения монтажа георешетки, до завершения стабилизации земляного полотна.
2. В конструкциях укрепления откосов георешетку следует применять в тех случаях, когда материал укрепления на откосе самостоятельно не удерживается. При укреплении обводненных откосов использование георешетки со щебнем либо заполненной бетоном может быть более эффективно, чем применение различных бетонных изделий.
3. Эффект от применения георешетки возможен только при строгом соблюдении технологии строительства. Для выполнения монтажных работ необходим квалифицированный персонал.
