Геотекстиль: применение в современном дорожном строительстве

Термин «геотекстиль» объединяет все рулонные технические ткани, характеризующиеся минимальной водопроницаемостью и предназначенные для укрепления подповерхностного слоя грунта. Геотекстиль необходим при прокладке автомобильных трасс, обустройстве дренажа, а также для повышения долговечности котлованов под шламоотстойники и другие жидкие смеси, которые приходится временно хранить открытым способом. Общие технические требования к геосинтетическим материалам отечественного производства регламентирует ГОСТ 32804-2014.

Геотекстиль изготавливается из синтетических полимеров, преимущественно полиэстера, полиэфира, полиамида или полипропилена, которые не разлагаются под воздействием биологических и химических процессов. В зависимости от способа изготовления геотекстиль может быть:

• Тканым;
• Нетканым;
• Трикотажным (вязаным). Состав тканей определяет их наилучшее применение.

Нетканый геотекстиль

Изготавливается из непрерывных волокон различной длины. Для получения отверстий или щелей применяются термические, химические или механические методы. Химически полученные геосинтетические волокна имеют толщину 0,5…1,0 мм, а волокна, образованные остальными способами, до 3 мм. Отдельные фрагменты нетканого полотна соединяют термоскреплением, иглопробиванием или с помощью смол. Внешне такой материал похож на фетр. Лист представляет собой совокупность волокон, либо строго ориентированных, либо имеющих случайный рисунок. Из-за сложностей в подготовке к укладке нетканый геотекстиль мало пригоден для дорожного строительства, зато успешно используется при изготовлении мебельных чехлов и отделке салонов автомобилей.

Тканый геотекстиль

Является наиболее распространённым типом геотекстиля и производится из стандартных текстильных тканей. Лист такого материала образуется набором двух одинаковых по сечению нитей. Длинная нить называется основой, а перпендикулярная ей - утком. Нити, образующие основу, могут иметь разное исполнение: мононить, мультифиламентная нить, разрезная плёнка. Внешне такой геотекстиль напоминает мешковину. В сравнении с нетканым материалом, тканый геотекстиль обладает более высокой прочностью на разрыв и меньшей водопроницаемостью.

Трикотажный геотекстиль

Получают путём совместного переплетения ряда смежных нитей материала. Соединение происходит механическим или химическим способом, без очевидной структуры сетки, аналогично конструкции из войлока. Трикотажный геотекстиль имеет меньшую прочность на разрыв, чем остальные виды. но большее удлинение, что делает его более пригодным для применения в целях фильтрации или изоляции от влаги. Обладает пониженной химической стойкостью к некоторым материалам, поэтому перед применением подлежит обязательному тестированию.

Четырьмя основными применениями геотекстиля в дорожной отрасли являются:

• Разделение двух материалов или сред;
• Дренаж жидких стоков;
• Фильтрация жидкостей и механически образованных жидких смесей;
• Армирование участков грунта. При разделении вставка правильно спроектированного геотекстиля будет удерживать слои частиц разного размера отдельно друг от друга. В процессе дренажа вода может проходить сквозь слой материала в любом направлении. При фильтрации геотекстильная ткань позволяет воде свободно проходить сквозь почву, ограничивая при этом движение частиц грунта. В качестве армирующей среды геотекстиль помогает укрепить землю, равномерно распределяя нагрузку, или увеличить видимую поддержку почвы.

Разделение

Необходимо для стабилизации дорог, которые проложены по илистой почве или по грунту постоянно повышенной влажности. Чтобы выдерживать обычные транспортные нагрузки, геотекстиль стабилизирует слои земляного полотна и основания, регулирует движение воды через дорожное полотно или за его пределы. Двумя важными критериями выбора геотекстиля для разделения являются проницаемость и прочность. Материал должен пропускать воду, не затрагивая при этом мелкую почву или частицы песка. Ток воды должен проводиться с той же скоростью или немного быстрее, чем перемещение прилегающего грунта. При этом следует поддерживать минимальный размер частиц почвы, чтобы разделяющая тканевая прослойка не засорялась.

Дренаж и фильтрация

При выборе конкретного вида геотекстиля учитываются:

• Прочность геотекстиля;
• Гранулометрический состав земляного полотна и основания дороги;
• Влагопроницаемость материала. Использование геотекстиля в подпорных стенах помогает не только максимально эффективно использовать землю, но и снизить финансовые затраты на строительство дороги, поскольку отпадает необходимость в возведении бетонной гравитационной стены. По сравнению с обычными почвенными фильтрами геотекстиль обеспечивает последовательную и непрерывную фильтрацию и снижает негативное воздействие на окружающую среду. Все виды геотекстиля хорошо справляются с дренированием устойчивых крупнозернистых почв. Но выбирать материал нужно с учётом его прочностных характеристик: только тогда можно гарантировать, что ткань выдержит все внешние нагрузки и останется неповреждённой.

Армирование

Укрепление грунта включает не только обустройство насыпей (на мягких почвах), дамб и подпорных стенок. Как влагоизоляционный материал, геотекстиль хорошо подходит для строительства деревянных домов и последующего укрепления их стен при облицовке сборными панелями или сегментными блоками. Для сравнения: подпорную стену из геотекстиля можно построить менее чем за половину стоимости обычной стены. Кроме того, геотекстиль характеризуется простотой монтажа и возможностью использования материала для засыпки на месте. Предпочтение отдают геотекстилю из полипропилена, как более бюджетному материалу.

Эрозионная стойкость

Для достаточной работоспособности периодически выполняется контроль эрозии геотекстиля. Особенно, если данный материал выбран в качестве заменителя гранулированных фильтров под каменные основания или для других защитных облицовочных материалов. Тестирование эрозионной стойкости выполняют для:

• Дренажных каналов;
• Береговых линий,
• Систем защиты от размыва мостов и пирсов. Бесконтрольное использование геотекстиля в подобных сооружениях грозит разрушением/повреждением земляного полотна. Сходные требования предъявляют и к геотекстилю, который используется в зонах хранения отходов производства. Проекты по локализации отходов и очистке окружающей среды требуют материалов с более высокими физическими свойствами (плотность, тепло- и влагопроницаемость, напряжение на разрыв, остаточная деформация под нагрузкой). Геотекстиль, используемый в экологических целях, должен сохранять эти важные свойства даже при воздействии агрессивных химических сред.

Устойчивость к проколам

Наиболее высокой прочностью на прокалывание обладает нетканый геотекстиль. Это свойство необходимо для предотвращения повреждения конструкции при монтаже и размещении наполнителей с уплотнительным оборудованием. Проверка стойкости к проколам включает в себя проталкивание в образец конического стального плунжера с диаметром основания 50 мм, и отслеживанием фактического значения разрывного усилия. Если оно ниже нормативного (для данного материала) не более, чем н 10%, эксплуатацию геотекстильного элемента можно продолжить. Нетканый геотекстиль имеет гораздо большее предельное удлинение перед разрывом (50 % и более), чем тканый (от 5% до 25%). Максимальной долговечностью обладает волокнистый геотекстиль: он может прослужить более 50 лет.

Методы испытаний

Тесты для определения работоспособности каждого вида геотекстиля обычно подразделяют на общие и функциональные. Первые дают только качественный результат (да/нет) и могут использоваться только в проектной практике. Оценку функциональных характеристик обеспечивают экспериментальные исследования. Их результаты предоставляют точную информацию об ожидаемом поведении инженерного геотекстиля в конкретных условиях эксплуатации. При общих испытаниях определяют плотность, влагопроницаемость, геометрические размеры листа и его толщину. По итогам функциональных испытаний устанавливают относительное удлинение и остаточную деформацию материала после снятия внешних усилий. Для составных элементов дополнительно определяют также прочность шва. Прочность геотекстиля на растяжение измеряется путём статического растягивания образца до момента его разрушения. Существует несколько схем испытаний, основные вариации которых зависят от типа используемого зажима и размера шаблона геотекстиля. Чаще других используют испытание на растяжение грейфером (методика ASTM D4632M) или на прокалывание щупом (методика ASTM D4833). Прочность геотекстиля на прокалывание определяется выполнением небольших разрезов по установленной траектории движения пуансона. Измеряется сила, необходимая для прокола образца щупом. Полученные данные сравниваются с исходными значениями от производителя, которые обязательно должны быть указаны в спецификации на материал.