4.6.6. Снижение веса насыпей

Устройство насыпей из легких материалов может применяться для

• обеспечения устойчивости основания;

• снижения осадки и ускорения достижения ее допустимой величины.

В качестве материалов, имеющих меньшую плотность, чем природный грунт, возможно применение пенополистирола, легкого шлака, искусственных гранулированных материалов и т.п. Подобные конструкции экономически оправданны на участках небольшой протяженности при высокой стоимости других мероприятий по обеспечению устойчивости и ускорению осадки насыпи.

Схема конструкции насыпи, в которой использованы блоки пенополистирола, приведена на рис. 4.9.

Рис. 4.9. Схема конструкции насыпи с использованием блоков пенополистирола:

1 – песчаный грунт; 2 – пенополистирол; h_p – рабочий слой (из песчаного грунта); h_н – монтажный слой

Расчет облегченной конструкции насыпи для обеспечения устойчивости и снижения и ускорения осадки основания сводится к определению требуемого уменьшения средневзвешенной величины плотности насыпи.

При применении легкой насыпи для повышения устойчивости основания исходят из обеспечения равенства действующей расчетной нагрузки безопасной .

Требуемая доля легкого материала в единице объёма насыпи устанавливается по формуле

где – плотность грунтовой части насыпи;

 – средневзвешенная плотность насыпи, при которой обеспечивается условие р_о = ;

∆ – разность плотности грунта и легкого материала, используемых в насыпи.

Величина  вычисляется по формуле

_,

где h_расч – расчетная высота насыпи.

При применении легкой насыпи с целью снижения (и ускорения) осадки расчетную осадку на квазиоднородной сжимаемой толще мощностью Н_сл, приближенно определяют по формуле

где Н_сл – мощность сжимаемой толщи;

Е_шт – средневзвешенный компрессионный модуль деформации слабой толщи.

5. Применение геосинтетических материалов в конструкциях земляного полотна

5.1. Назначение геосинтетических материалов в конструкциях земляного полотна

Геосинтетические материалы – класс строительных материалов, производимых из синтетических полимеров или из другого сырья (минерального и др.), включающих следующие группы материалов: геотекстильные материалы (нетканые и тканые), георешетки, геокомпозиты, геооболочки, геомембраны и геоэлементы.

Преимуществами применения конструктивных решений с геосинтетическими материалами, по сравнению с традиционными конструкциями, являются их низкая чувствительность к присутствующим в грунте в нормальных концентрациях агрессивным веществам, простота в укладке и более низкая стоимость сооружений. В большинстве случаев применение геосинтетических материалов позволяет использовать местный грунт и тем самым избежать замены его более дорогим привозным грунтом. Как правило, применение конструкций с геосинтетическими материалами приводит к меньшим вредным воздействиям на окружающую среду.

Наиболее широко применяются нетканые материалы, получаемые непосредственно из волокон полимеров, минуя операцию прядения и ткачества. Свойства нетканых материалов зависят от способа упрочнения холста: механического, термического или химического. Нетканые материалы отличаются невысокой прочностью на растяжение, высокой деформативностью (удлинение при разрыве от 50 до 100 %), но хорошей водопроницаемостью.

Тканые материалы имеют упорядоченную структуру в виде двух различным способом взаимно переплетенных систем, что обеспечивает высокую прочность при малых относительных удлинениях при разрыве (не более 20 %).

Георешетки состоят из регулярно расположенных открытых ячеек размером более 10 мм, имеют неподвижные узловые точки, благодаря которым достигается лучшее распределение нагрузки между продольными и поперечными элементами.

Армирующий эффект обеспечивается за счет обратного прогиба георешетки вне зоны действия нагрузки. При применении георешетки на границе раздела двух дисперсных материалов, например, щебня и песка достигается повышенное сцепление с нижележащим слоем за счет образования пограничного слоя из щебенок, защемленных в ячейках георешетки.

Геосетки – материалы, также состоящие из открытых ячеек, однако поскольку эти материалы имеют невысокую прочность при достаточно больших относительных удлинениях, они не являются армирующими элементами а выполняют роль защиты откоса земляного полотна от эрозии.

Геокомпозиты – двух, трех и многослойные структуры из плоских материалов, внутри которых помещена жесткий каркас, глина-бентонит или другой заполнитель. Свойства геокомпозита зависят от свойств компонентов и их взаимного расположения. Так геокомпозит в котором между слоями нетканого материала расположена георешетка является армирующим материалом, геосетка из полиамида или полиэтилена – дренирующим материалом, а такая же конструкция, заполненная глиной-бентонитом – идеальный гидроизолирующий материал.

Объемные (трехмерные) геоматы, геокаркасы и габионы с вертикальными стенками, выполненные из плоских элементов с различными способами крепления стенок, в рабочем растянутом состоянии представляют, как правило, сотовую структуру, заполненную грунтом или зернистым материалом. Соты перераспределяют усилия в зернистом материале, за счет чего модуль упругости армированного слоя существенно увеличивается.

Для производства геосинтетических материалов используют различные полимеры: полиэстер (полиэфир), полиамид, полипропилен, полиэтилен и др. Выбор полимера зависит от назначения геосинтетических материалов, выполняемой ими функции: армирования, разделения или дренирования.

Геосинтетические материалы в конструкциях земляного полотна выполняют следующие функции:

• повышают устойчивость откосов земляного полотна от оползания;

• защищают откосы от водной и ветровой эрозии;

• повышают устойчивость земляного полотна на слабых грунтах и способствуют уменьшению осадки слабого основания;

• ускоряют отвод воды из водонасыщенных грунтов.

В настоящее время применяются два подхода к строительству земляного полотна на слабых грунтах, напрямую связанных со сроками устройства монолитных слоев дорожной одежды:

• Первый подход – осадочные насыпи «плавающего» типа. В этих конструкциях допускается осадка слабого основания, а устойчивость земляного полотна обеспечивается путём армирования основания геосинтетическими материалами различной прочности и деформативности. Монолитные слои дорожной одежды устраиваются в зависимости от типа дорожной одежды после завершения не менее 80–90 % от полной осадки (раздел 5.3).

Второй подход – безосадочные насыпи, устойчивость которых обеспечивается глубинным армированием путём использования дискретных элементов в виде свай из различных материалов, а локализация возможной осадки между ними – гибким ростверком из геосинтетического материала (раздел 5.4). Монолитные слои дорожной одежды могут устраиваться непосредственно после устройства земляного полотна.

Основными характеристиками, учитываемыми при применении геосинтетических материалов, являются следующие показатели их физико-механических свойств:

• прочность на растяжение при разрыве;

• относительное удлинение при разрыве;

• прочность на продавливание;

• длительная прочность при постоянном загружении, например, от веса насыпи;

• прирост деформации в процессе строительства и эксплуатации дороги;

• водопроницаемость в направлении, перпендикулярном плоскости полотна;

• химическая и биологическая устойчивость и др.