Применение геосинтетических материалов в дорожном строительстве

Покрытия автомобильных дорог относятся к инженерным сооружениям, расположенным на границе раздела двух сред (воздух-грунт), в чем и проявляется специфика их работы и эксплуатационного содержания. Как известно способность дорожных одежд воспринимать нагрузки напрямую зависит от состояния поверхностных слоев грунта, которое непостоянно во времени в связи с сезонным размоканием, высыханием, замерзанием и оттаиванием под влиянием изменения метеорологических факторов – атмосферных осадков и температуры воздуха. Диапазон изменения несущих свойств поверхностного слоя грунтов в течение года весьма значителен, особенно в районах с морозной зимой: от прочной, практически не деформирующейся под колесами мерзлой поверхности, до слабой водонасыщенной при весеннем оттаивании. Кроме этого иногда приходится проектировать и строить дороги на тяжелых глинистых, просадочных, техногенных грунтах, на территориях со сложными гидрогеологическими и климатическими условиями, в стесненных условиях.

Во всех этих случаях строителям приходится проводить обследование дорог и реализовывать мероприятия по улучшению физико-механических свойств грунтов, к которым относятся укрепление грунтов цементом, известью, вяжущими материалами, уплотнение грунтов специальными высокопроизводительными машинами, регулирование водного режима грунтов оснований при помощи дренажного устройства.

Многообразие грунтово-климатических условий районов строительства, различные условия работы отдельных конструктивных слоев, значительное количество воздействующих на покрытие факторов в сочетании с естественным разбросом качественных характеристик применяемых материалов требуют глубокого анализа при выборе и обосновании соответствующего способа улучшения физико-механических свойств грунтов.

Все это предопределяет необходимость разработки и совершенствования разнообразных способов обследования дорог и устройства дорожных одежд, каждый из которых мог бы оказаться наиболее целесообразным.

Анализ применяемых в отечественной и мировой практике методов повышения несущей способности позволили выделить из их числа перспективные, среди которых наиболее эффективными для решения указанных выше задач и наименее разработанные у нас в стране являются автомобильные дороги с применением геосинтетических материалов.

Геосинтетические материалы – класс полимерных строительных материалов, которые сами или в составе конструкций на грунтах могут выполнять функции армирования, фильтрации, разделения и дренирования и обладают качественно новыми свойствами по сравнению с традиционными строительными материалами, а именно:

  • высокой прочностью;
  • химической стойкостью;
  • долговечностью;
  • высокой температуростойкостью;
  • низкой материалоемкостью и др.

По структуре геосинтетические материалы подразделяются на:

  • геотекстиль
  • георешетки
  • геосетки
  • геокомпозиты
  • геоматы
  • геокамеры
  • геомембраны

По проницаемости геосинтетические материалы можно отнести к 4 категориям – изоляционные влагонепроницаемые, газонепроницаемые, фильтрующие и дренажные.

Все они в свою очередь подразделяются по видам на сыпучие, рулонные материалы и геопены.

По отношению "нагрузка/удлинение" на нерастяжимые, растяжимые и сверхрастяжимые.

Применение геосинтетических материалов при проектировании дорог и конструировании покрытий дорожных одежд основано на введении в конструкцию синтетического элемента. В зависимости от назначения конструкции, особенностей конструктивного решения и вида материала, геосинтетика может выполнять либо одну функцию, либо несколько функций одновременно. Наиболее известные функции геосинтетических материалов сведены в таблицу.

Функции геосинтетики
Функция Символ Материал Описание
Фильтрация Функция геосинтетики - Фильтрация
  • геотекстиль
  • геокомпозиты
Позволяет миграцию жидких средств без перемещения грунтовых фракций
Дренаж Функция геосинтетики - Дренаж
  • георешетки
  • геокомпозиты
Отвод жидких средств
Разделение Функция геосинтетики - Разделение
  • геотекстиль
  • геокомпозиты
Предотвращает перемешивание двух различных грунтов или материалов
Обеспечение безопасности Функция геосинтетики - Обеспечение безопасности
  • нетканый геотекстиль
  • геосетки
  • геокомпозиты
Предохраняет от повреждений структуру, материал или другие геосинтетические материалы
Гидроизоляция Функция геосинтетики - Гидроизоляция
  • геомембраны
  • геокомпозиты
Барьер для жидких средств
Усиление стен/откосов  alt=
  • моноориентированные георешетки
  • тканый геотекстиль
Распределение растягивающих усилий в толще грунта
Усиление слабых грунтов Функция геосинтетики - Усиление слабых грунтов
  • георешетки двойного ориентирования
  • геотекстиль
  • геокомпозиты
Увеличение несущей способности грунта
Усиление асфальта, бетона Функция геосинтетики - Усиление асфальта, бетона
  • георешетки двойного ориентирования
Обеспечивает выносливость и сопротивление растяжению
Контроль эрозии и стабилизация поверхностей Функция геосинтетики - Контроль эрозии и стабилизация поверхностей
  • геоматы
  • геоячейки
  • биоматы
  • биосетки
Предотвращает отделение и перемещение грунта в результате дождей, стоков и ветров, заделка основания
Ограждение Функция геосинтетики - Ограждение
  • геоячейки
Сопротивление боковому перемещению грунтовых масс

За рубежом уже имеется достаточный опыт применения синтетических материалов в дорожном проектировании и строительстве.

Развитие химической промышленности, значительное расширение номенклатуры синтетических и композитных материалов, упрощение технологии и улучшение их физико-механических характеристик приводит к существенному понижению стоимости производства проектируемых автодорог.

Геосинтетические материалы являются перспективными строительными материалами, применение которых при проектировании дорог обеспечивает высокий уровень конструктивных решений, технологий строительства, культуры производства и выполнения экологических требований к сооружаемым объектам.

Опыт применения «армированного грунта» за рубежом огромен. Существует множество теоретических и экспериментальных исследований ученых различных стран, посвященных механике армированного грунта. Поэтому научные исследования в области применения геосинтетических материалов в нашей стране целесообразно дополнить активным внедрением в практику проектирования и строительства автомобильных дорог.