4.7 Геоячейки

Объемные решетчатые структуры - геоячейки эффективно используются для предотвращения перемещения грунтовых масс, которое может иметь место в результате дождей и ветров.

Tenax Tenweb - геоячейки, имеющие трехмерную монолитную сотовидную структуру. Они изготовлены из полиэтилена методом

экструзии. Материал имеет высокую прочности на растяжение. Tenax Tenweb может растягиваться, как аккордеон, его можно перевозить и хранить в очень компактной форме и растягивать на месте использования. Будучи растянутыми, ячейки Tenax Tenweb сохраняют неизменными свои размеры и обеспечивают эффективное закрепление сыпучего материала, помещенного в каждую из них [21].

Геокаркас - объемные геоячейки, представляющие собой сотовую конструкцию из полиэтиленовых лент толщиной 1,5 мм, скрепленных между собой высокопрочными сварными швами в шахматном порядке. Стенки ячеек имеют тесненную поверхность для увеличения трения с заполняющим материалом и перфорацию для улучшения дренирующих характеристик конструкции. Геокаркас нейтрален к агрессивным средам и экологически безопасен [22, 24, 25, 85].

При устройстве дорог на слабых основаниях геоячейки, заполненные грунтом, как гибкая плита, распределяют нагрузку от насыпи на слабое основание и обеспечивают равномерную осадку всего сооружения.

Геокаркас удобен также и для возведения подпорных стен различной высоты и с любым углом заложения. Модули геокаркаса легко укладываются друг на друга. Ячейки заполняются щебнем или песком с послойным уплотнением.

Геоячейки Прудон-2004 представляют собой гибкий компактный модуль, состоящий из скрепленных между собой полиэтиленовых лент, образующих в растянутом положении пространственную ячеистую конструкцию с заданными геометрическими очертаниями и размерами [85].

Конструкция геоячеек проста и технологична, допускает изменение в широком диапазоне размеров ячейки и ее высоты, выбираемых в зависимости от расчетной нагрузки и имеющихся в наличии строительных материалов.

При укреплении откосов и оснований насыпных сооружений, строительстве подпорных стенок геоячейки ограничивают сдвиговые деформации и укрепляют грунты, создавая единую структурную массу, которая выдерживает большую нагрузку.

4.8 Геокомпозиты

Геокомпозиты представляют собой комбинацию двух или нескольких типов геосинтетических материалов, различных по своим свойствам и функциональным возможностям. Они получили широкое распространение в различных областях строительства, т.к. позволяют создавать многофункциональные конструкции, обеспечивающие эффективную и надежную работу сооружений.

Tefond Drain представляет собой композицию мембраны Tefond и нетканого полиэстера. Материал сочетает в себе высокую механическую прочность и фильтрующие свойства. Полиэстер, закрепленный поверх выступов мембраны, образует воздушный зазор, облегчающий отток влаги к дренажной трубе и защиту оклеечной гидроизоляции [88].

Tefond Drain Plus - это покрытие, состоящее из мембраны Tefond Plus и тканого геотекстиля из полипропилена. Материал эффективно фильтрует мелкие частицы почвы, засоряющие дренажный материал и мешающие нормальному оттоку воды. Tefond Drain Plus осуществляет дренаж не только с помощью дренажного материала, но и за счет воздушного зазора, образующегося, между мембраной и полипропиленовым полотном. Композит Tefond Drain Plus обеспечивает водо- и паронепроницаемость, высокую прочность на сжатие, устойчивость к проникновению корней растений, стойкость к воздействию удобрений и микроорганизмов почвы, а также дренаж при создании садов и газонов на крыше [88].

Геокомпозиты марки «TENAX» являются комбинацией различных геосинтетических материалов. Благодаря своей многофункциональности, они имеют широкий спектр применения. Существуют различные типы каждой марки материала, отличающиеся физико-механическими характеристиками [21].

Tenax MDP (тип 200-2250) - это геокомпозит из полиэтилена высокой плотности, представляющий собой комбинацию геомембраны с заостренными зубчиками и нетканого геотекстиля. Комбинация геотекстиля (фильтрующее действие) и зубчатой геомембраны (дренаж и защита) образует законченную систему «фильтр-дренаж-защита-водонепроницаемость».

Tenax Tendrain (тип 1000/1, 1300/1) - геокомпозиты, которые представляют собой комбинацию геосетки и нетканого геотекстиля. Геосетка изготовлена из полиэтилена низкой плотности, стабилизированного сажей, а геотекстиль - из полипропилена.

Геотекстиль в композиции выполняет функцию фильтра, а геосетка осуществляет дренаж и распределение нагрузки, что образует законченную систему «фильтр-дренаж-защита».

Tenax GT (тип 220-330-440) - это геокомпозиты из полипропилена, специально разработанные для стабилизации и укрепления грунта. Данные геокомпозиты изготавливаются путем соединения георешетки Tenax LBO SAMP с нетканым полипропиленовым геотекстилем. Они обладают высокой прочностью на разрыв и эластичностью, высоким сопротивлением к повреждению конструкции и воздействию окружающей среды. При использовании данного геокомпозита георешетка обеспечивает механическое закрепление с усиливаемым грунтом, а геотекстиль - разделение и фильтрацию.

Tenax TN ( тип 450-600-900-1200) - это геокомпозиты, представляющие собой комбинацию геосетки и нетканого геотекстиля.

Геосетка изготовлена из полиэтилена высокой плотности, а геотекстиль - из полипропилена.

Совместное использование геотекстиля (фильтрующая функция) и геосетки (дренаж и распределение нагрузки) обеспечивает эффективную работу системы «фильтрация-дренаж-защита».

Tenax TNT (тип 450-600-900-1200) - геокомпозиты, представляющие собой комбинацию геосетки Tenax и нетканого геотекстиля. Геосетка изготовлена из полиэтилена высокого давления, а геотекстиль - из полипропилена.

Комбинация геотекстиля (фильтрующее действие) и геосетки (дренаж и распределение нагрузки) образует эффективно работающую систему «фильтр-дренаж-защита».

Enkagrid TRC - многофункциональный высокопрочный композиционный материал, представляющий собой сетку из арамидных волокон Twaron, связанных с нетканым термоскрепленным материалом Colback. Enkagrid TRC выполняет сразу три функции: разделительную, армирующую, фильтрующую. Twaron обладает прочностью, в пять раз превышающую прочность обычной стали, и малым удлинением (3,5 %) при растяжении. Применение Enkagrid TRC позволяет улучшить дренаж, обеспечить малые деформации и повысить характеристики дорожной одежды [24].

В таблице прил. 1 приведены физико-механические характеристики рассмотренных в настоящей работе геосинтетических материалов, а в таблице прил. 2 - основные области их применения.

5. Современные направления и перспективы применения геосинтетических материалов в строительстве

В настоящее время геосинтетические материалы имеют весьма широкий диапазон применения в строительстве. В связи с этим можно выделить четыре основные группы, которые объединяют различные направления использования геосинтетиков: геотехника, транспортное строительство, природоохранная инженерия и гидравлика.

5.1 Применение геосинтетиков в геотехнике

5.1.1 Армирование грунтовых сооружений, слабых оснований и подпорных стен

Геосинтетики являются наиболее перспективным материалом для армирования грунтов благодаря своим уникальным свойствам: высокой прочности, устойчивости к низким температурам и агрессивным средам, неподверженности коррозии и гниению. В этих целях чаще всего используют объемные сотовые георешетки, плоские геосетки и геоткани [83, 140, 160, 162, 165, 205].

Армирование насыпи выполняется путем послойной укладки геосинтетика между пластами грунта по всему телу сооружения или в области откосов в пределах участков возможных критических деформаций (рис.2) [45, 120, 162, 165, 174, 213].

Возведение подпорных стен выполняется аналогично. Полотно заводится в тело насыпи на расчетное расстояние, а противоположный его конец заворачивается у поверхности стены и закрепляется нагелями. Широко распространена практика сооружения подпорных стен путем оборачивания слоев грунта геотекстилем. Такое решение позволяет возводить сооружения с практически вертикальными откосами и является альтернативой традиционному, более дорогостоящему методу строительства подпорных стен из железобетона (рис.3) [119, 144, 160].

Поверхность откоса армогрунтовой насыпи или подпорной стены должна быть облицована или озеленена с применением противоэрозионных материалов. В качестве облицовки также используют различные геосинтетические материалы (георешетки, геосетки) и конструкции из них. Интересной разработкой, реализованной на ряде объектов США, является облицовка, выполненная из блоков с открытыми площадками, наполненными грунтом и засаженными растительностью. Такая «живая» стенка полностью закрывает каменную облицовку, а также способствует поддержанию нормальных климатических условий в районе эксплуатации объекта [133].

Перспективным направлением в области укрепления стеновых конструкций является устройство анкерующих систем с использованием полимерных канатов или полос. Будучи прикрепленными одним концом к облицовочным поверхностям или к слоям геосинтетиков, а другим в грунте (скале), они объединяют облицовочные и армирующие конструкции в одно целое с подпорной грунтовой зоной [132, 142].

Современные решения, в целях обеспечения наиболее эффективной работы конструкции предусматривают комплексное использование различных типов геосинтетиков, каждый из которых выполняет определенное функциональное назначение. Увеличение несущей способности грунтовой насыпи с одновременным отводом фильтрующей жидкости из тела сооружения достигают путем армирования откоса двуслойной конструкцией из георешетки или геоткани и нижележащего водопроницаемого слоя нетканого иглопробивного геотекстиля и одновременно устройства за армированным грунтовым блоком дренажа из геокомпозитных листовых дрен или геосеток (рис.4). Эта конструкция эффективна в случае использования для строительства грунтов с низкой гидравлической проницаемостью [144].

При строительстве сооружений на слабых деформируемых грунтах применение геосинтетических материалов для укрепления оснований является альтернативой таким традиционным дорогостоящим методам, как полная или частичная замена грунта, устройство свайного поля и т.д. [172, 173]. Полотно, уложенное на всю ширину в основание насыпи, увеличивает зону распределения локальных нагрузок и тем самым компенсирует низкие характеристики грунта, позволяя минимизировать осадки сооружения, расположенного на слабом основании (рис. 5).

Следует также отметить особо важную роль правильного выбора армирующего геоматериала. Так, для конструкций временных сооружений, где воздействие нагрузок кратковременно, возможно применение геосинтетиков любых типов. Для конструкций с длительным расчетным сроком службы и наличием постоянной составляющей усилия на геосинтетик требуется учитывать фактор ползучести полимера и допускаемые деформации армогрунтовой конструкции [37].

В настоящее время ведется разработка совершенно новых типов геоматериалов - электрокинетических геосинтетиков, позволяющих значительно улучшить работу элементов конструкции. В их состав входят электропроводящие полимеры, углеродные и металлические нити. Использование таких материалов позволяет посредством процессов электроосмоса, ионной миграции и электрофореза модифицировать и улучшить качество грунта в армированной зоне: ускорить его консолидацию и отвод фильтрующейся жидкости, обеспечить лучшее сцепление арматуры с грунтом [157].

Одним из перспективных направлений в будущем является создание предварительно напряженной геосинтетической арматуры. Учитывая возможную релаксацию напряжений, преднапряжение армирующего геосинтетика могло бы исключить потенциальные деформации как самого материала, так и сооружения в целом [142].

5.1.2 Гидроизоляция плотин и туннелей

При строительстве плотин и дамб устройство противофильтрационных экранов из полимерных мембран является широко распространенным способом их защиты от воздействия фильтрационных

сил и потоков [2, 49, 109, 111, 154, 175, 176, 211, 214]. Положительное влияние пленочных экранов отмечают также при сложных условиях работы грунтовых плотин: неравномерной деформации сооружения и основания при их сжатии и просадке, растворении включений и прослоек, подработке территорий и т.д. В этих случаях пленочные экраны проявляют себя как эффективное средство защиты плотины от трещин, способствуя смятию (прессованию) их гидростатической нагрузкой [12].

Наиболее часто устройство экрана выполняется на верховом откосе подпорного сооружения. Его конструкция включает основной гидроизолирующий материал - геомембрану, а также слой из нетканого геотекстиля для предохранения гидроизоляции от механических повреждений. Для защиты от внешних воздействий экран покрывают слоем грунта или облицовкой [53].

Известны также и другие способы размещения пленочных противофильтрационных конструкций в теле сооружения.

Повышение надежности работы плотины (дамбы) на сильнодеформируемом основании может быть осуществлено путем укладки полиэтиленовой пленки в виде вертикальной ступенчатой зигзагообразной диафрагмы по верховому клину и центральной части сооружения (рис. 6).

В случае неравномерной осадки основания и сооружения такая конструкция диафрагмы, являясь противофильтрационным элементом, также способствует повышению прочности и устойчивости сооружения, т.к. препятствует образованию непрерывных поверхностей обрушения и распространению сквозных продольных и поперечных трещин в теле плотины, а также обеспечивает их самозалечивание в значительном объеме тела дамбы [7, 45, 52].

Обеспечение водонепроницаемости плотины также достигается путем устройства пленочной вертикальной диафрагмы в центральной ее части на всю высоту сооружения либо, в случае наращивания плотины, на величину наращивания по высоте [164].

Для восстановления и ремонта функционирующих грунтовых плотин учеными США предложен проект по устройству водонепроницаемого композитного слоя, выполненного, как и в предыдущем случае, вертикально в центральной части плотины и состоящего из геомембраны и бентонитовой глины. На всю высоту сооружения (и часть его основания, если необходимо) выполняется выемка траншеи, которая заполняется бентонитовой глиной с последующей установкой геомембраны (листы, рулоны, панели) вертикально на верховой грани траншеи (рис.7). Кроме глинистого заполнителя может быть использована тщательно отсортированная грунтовая засыпка, обеспечивающая водонепроницаемость конструкции [147].

Геомембраны также широко используются для ремонта бетонных плотин, имеющих существенный износ и допускающих фильтрацию через сооружение. Широко известным способом гидроизоляции таких сооружений является устройство непосредственно на верховом откосе покрытий из изолирующей мембраны. Целесообразно также устройство под геомембраной слоя геосетки, обеспечивающей дренаж утечек через мембрану, которые могут иметь место в процессе эксплуатации [163].

Обычно ремонт таких сооружений предусматривает опорожнение водохранилища. В настоящее время ведутся разработки по осуществлению ремонта без спуска воды, предусматривающие водолазные работы с использованием соответствующего оборудования. Положительный опыт выполнения такого вида работ накоплен в Италии. Перспективным является и использование надувных систем, крепящихся к мембране для защиты ее в зимний период от ломающегося льда, куски которого могут существенно повредить мембрану [123].

Геомембрана также широко используется для гидроизоляции туннелей [128]. Водонепроницаемая обшивка, состоящая из геомембраны, объединенной с толстым иглопробивным нетканым геотекстилем и дренажным водовыпуском у подошвы геотекстиля, является эффективной системой борьбы с фильтрацией.

5.2 Применение геосинтетиков в транспортном строительстве

Применение геосинтетиков в дорожном строительстве за последние годы достигло широких масштабов. Их использование позволяет решать многие проблемы строительства и эксплуатации транспортных магистралей: повысить несущую способность грунтов и покрытий дорог, обеспечить устойчивость насыпей и откосов при строительстве на слабых грунтах; предотвратить образование трещин в дорожном покрытии; создать эффективные дренажные системы.

5.2.1 Усиление дорожных одежд

В дорожных конструкциях геосинтетики обычно используются для выполнения следующих функций [8, 161]:

- геотекстили как разделяющие и/или армирующие прослойки между земляным полотном и материалом засыпки дорожного основания;

- георешетки как армирующий слой между земляным полотном и материалом засыпки;

- георешетки как поперечная арматура в пределах слоя грунтовой засыпки основания.

Полосы из геосинтетика укладывают в продольном направлении по всей ширине земляного полотна, затем соединяют склеиванием или сшиванием. Взаимопроникания зернистого материала, после его отсыпки на слой геотекстиля, в подстилающий грунт не происходит (рис.8,а). Работая совместно с грунтом, армирующие слои перераспределяют нагрузку между участками конструкции, тем самым обеспечивая равномерное уплотнение земляного полотна, предупреждая возникновение просадки и колееобразование на дороге [141]. Такой способ армирования насыпи называется макроармированием.

Практикуется также и микроармирование дорожной насыпи, когда отдельные волокна, нити или маленькие кусочки микросетки смешиваются с частицами грунта, образуя таким образом армированную массу [134]. Существует опыт армирования грунтовой засыпки с помощью высокопрочных непрерывных полимерных волокон из полиэстера [150]. Хорошие результаты дает применяемое на практике укрепление асфальтобетонных дорожных покрытий путем введения в подготовку элементов микросетки или отдельных волокон из полипропилена, беспорядочно рассеянных по всему объему материала (рис.8,б) [134].

В настоящее время ведутся исследования, связанные с проблемой ремонта дорожного полотна. В частности, зарубежными учеными предлагается следующая технология ремонта выбоин в земляной основе. Выбоину выстилают иглопробивным нетканым геотекстилем по мере укладки его на поверхности земляного полотна. Затем область выемки засыпают грунтом, армированным геоволокнами. Предварительно из центра выбоины в толщу земляного полотна на глубину его промерзания прокладывают фитильный дренажный сток для предотвращения водонасыщения заполняющего выемку грунта [125]. Такое решение может стать эффективным способом ликвидации неровностей и повреждений земляного полотна и позволяет избежать возможных локальных деформаций в грунтовой засыпке и, как следствие, неравномерной осадки и повреждений дорожных одежд (рис.8, в).

Рис. 8. Использование геосинтетиков для усиления дорожных одежд:

а) типовой вариант использования геосинтетиков;

б) армирование геоволокнами и микрорешетками материала

дорожной одежды;

в) схема ремонта выбоины в земляном полотне

5.2.2 Бестраншейный ремонт труб

Наряду со старением инфраструктуры в городской среде наблюдается ухудшение технических систем жизнеобеспечения, в частности трубопроводов, выполняемых различными по размерам, форме и материалу. Ремонт труб с использованием бестраншейных технологий является распространенной практикой, где успешно могут быть использованы полимерные материалы.

Существующие традиционные способы ремонта ведут к уменьшению диаметра функционирующей трубы. Перспективным способом в этом направлении является использование расширяющей трамбовки, выполненной под большим давлением, при помощи бокового направленного взрыва входной трубы, в результате которого происходит увеличение ее диаметра. За этим взрывным действием следует вставка новой трубы или обшивки такого плана, чтобы первоначальная пропускная способность трубы не уменьшалась. Полимерные надувные трубы или прокладки из геомембраны в этом случае предпочтительны (рис.9) [138, 139, 146].

5.2.3 Системы борьбы с эрозией

Согласно имеющимся данным, потери грунта с поверхности сооружений мелиоративного, сельскохозяйственного и транспортного назначения вследствие водной и ветровой эрозии достаточно велики. Эрозия почв не только негативно воздействует на земляные сооружения и сельскохозяйственные угодья, она является основным источником загрязнения водных объектов вследствие попадания частиц грунта в местную водную систему [116]. Для контроля и ограничения эрозии грунта широко применяются различные геосинтетические материалы и композитные соединения, выполненные из геоячеек, геосеток, георешеток, геоматов и др. Они укрепляются на грунте (склоне насыпи), засыпаются землей и засеиваются травой. Через некоторое время такое сочетание искусственного и естественного слоев на длительный срок защищает грунтовую поверхность от эрозии, вызванной ветром, а также водными и дождевыми потоками [167].

Эффективной разработкой является крепление противоэрозионного геоматериала на откосе с помощью длинных стержней (от 3 до 5 м), а также болтов или гвоздей. Такая система не только предотвращает эрозию грунта, но и армирует потенциально слабые или очень крутые грунтовые откосы (рис.10). Эта технология, апробированная в США, получила название «анкерная паучная сетка» [148].

В будущем разработка мероприятий по стабилизации поверхностей откосов и склонов может быть связана с контролем за сдвигом под действием сил тяжести больших грунтовых и иных, составляющих часть откоса, массивов. Таковыми могут быть, например, представляющие опасность снежные лавины. Стабилизирующая сила, тормозящая движение снежного массива, может быть создана с помощью геосеток, а также высокопрочного геотекстиля и георешеток, укрепленных в верхней части откоса анкерами (рис. 11). Несомненно, создание такой конструкции требует тщательной оценки возможных напряжений на сетке, подбора соответствующих анкерных материалов, оценки критических нагрузок для экстремальных погодных условий [142].



5.3 Применение геосинтетиков в природоохранной инженерии

В связи с непрерывным ростом промышленного производства, а также процессами жизнедеятельности человека чрезвычайно актуальной является проблема захоронения промышленных и бытовых отходов. Строительство современных экологически безопасных полигонов для резервации отходов успешно осуществляется с применением геосинтетиков. С их помощью решаются задачи гидро- и газоизоляции участков для захоронения, отвода фильтрата и сбора биогаза, усиления слабых оснований и противоэрозионной защиты склонов [46, 137].

5.3.1 Системы экранирования полигонов

В практике изоляции полигонов и свалок получили распространение композитные системы, включающие геомембрану, природный материал с малой гидравлической проницаемостью (глина), а также дренирующий слой (дрены, трубы) для сбора и удаления фильтрата. Гидроизоляцию дна и откосов котлована выполняют путем поочередной укладки названных выше материалов: глина - геомембрана дренирующая прослойка [7, 13, 51, 136].

В настоящее время, в связи с ростом индустрии производства полимерных материалов, внедряются новые более совершенные конструкции, в которых сведено до минимума использование природных материалов, а в качестве изоляции, дренажных и защитных слоев используются геомембраны и геотекстиль, являющиеся более надежными и имеющие гораздо меньшую толщину. Это позволяет существенно увеличить полезный объем котлована под отходы, что особенно важно в условиях постоянно уменьшающейся площади земель около населенных пунктов, на которых возможно строительство полигона [113].

5.3.2 Системы изолирующей кровли

Для создания закрытой системы изоляции полигонов сооружаются покрывающие конструкции, которые укладываются непосредственно на отходы. Они выполняются аналогично экранам и состоят из композитного барьера, например, геомембраны и уложенного под ней слоя геосинтетической либо уплотненной природной глины, а также дренажного и газопроводящего слоев, расположенных соответственно выше и ниже изолирующего покрытия (рис. 12) [145].

Современные разработки по сооружению закрытых полигонов предусматривают также эффективную газосборную систему, осуществляющую перехват и отвод биогаза из толщи отходов, а затем переработку его в энергию (рис. 13).

5.3.3 Вертикальные барьеры и донные экраны для заброшенных свалок

В связи с тем, что глубина и состав отходов заброшенных необорудованных свалок часто оказываются неизвестными, наиболее целесообразным решением по их локализации являются сохранение массы отходов на прежнем месте и изоляция их от окружающих земель вертикальным барьером. Он может быть сформирован путем отрывки траншеи, которая заполняется малопроницаемым грунтом (грунт/бентонит, грунт/зольная пыль и т.д.), а верховая грань ее оборудуется геомембраной (рулоны, панели). Такой барьер обеспечивает эффективную защиту прилегающих территорий от загрязнения продуктами разложения отходов (рис. 14). Современные решения таких изолирующих конструкций также предлагают устройство щели или ворот в геомембранной стене, через которые возможен выпуск концентрированных жидких отходов с последующей их биологической и химической обработкой [168].

В то время как сооружение защитных покрытий и вертикальных барьеров не представляет технических сложностей, устройство донных экранов в целях полной изоляции котлованов с отходными массами в настоящее время остается достаточно проблематичным и методы установки изолирующего дна под толщей отходов пока не известны. Проектные решения в этом направлении предполагают, например, осуществление под нее струйной цементации. Это может быть выполнено через скважину, устраиваемую путем бурения сквозь массу отходов, либо, что предпочтительнее, наклонного, бокового бурения без их затрагивания (рис. 15) [122, 129].

Как возможный вариант выполнения этой задачи, на стадии разработки находится проект, включающий сооружение глубокой шахты, через которую можно было бы установить сплошной горизонтальный геомембранный пол под толщей отходов. Его конструкция включает композитный слой из геомембраны и геосинтетической глины, который может быть дополнен вышележащим пластом из геотекстильных труб. Реализация такой разработки, представленной Бюро подземных выработок США, обеспечила бы полное капсулирование содержимого свалок, что гарантировало бы их полную безопасность для окружающих территорий.

5.4 Применение геосинтетиков при строительстве водопроводящих сооружений

Системы транспортировки поверхностных вод включают в себя разветвленную сеть каналов, а также различного рода водоемы и водохранилища, надежная гидроизоляция которых является обязательным условием при их эксплуатации. В качестве противофильтрационного покрытия дна и откосов, а также противооползневой защиты этих сооружений широко используются геосинтетики: геомембраны, геотекстили, а также конструкции на их основе.

5.4.1 Экранирование каналов, водоемов и парковых прудов

Облицовка каналов пленочными или листовыми мембранами является одним из самых ранних направлений их использования, относящимся к 50-м годам 20-го столетия.

Широкое распространение получили грунтопленочные и бетонопленочные облицовки, когда полотнища укладывают на дно и откосы канала и покрывают защитным слоем грунта либо бетонными плитами. Обычно облицовочные работы выполняются при опорожненном канале [126, 156].

Перспективным направлением в данной области является разработка технологии облицовки каналов при их полном или частичном заполнения водой или другими жидкостями. Так, в США на опытных участках канала, заполненного водой, была осуществлена укладка облицовочного покрытия, состоящего из полотен гео-мембраны, защитного слоя геотекстиля и слоя быстротвердеющего бетона. Работа по устройству экрана выполнялась захватками. Во время укладки последующего полотна защитного экрана, бетон на предыдущем участке достигает его начального схватывания, которого достаточно для первоначальной устойчивости конструкции. Со временем происходит окончательное твердение бетона. Работы выполнялись с помощью установленной поперечно оси канала передвижной фермы. Описанная технология является, по существу, способом выполнения покрытия по методу скользящей опалубки [124]. На откосах канала также сформированы продольные ступени, которые служат лестницей в случае необходимости спасения находящихся в канале животных (рис. 16). Такая технология производства работ эффективна, когда невозможны другие, альтернативные варианты выполнения облицовки или ремонта дна и откосов, а также в случае попадания в воду опасных отходов производства при функционировании каналов на территориях промышленных предприятий и агропромышленных комплексов.



Наряду с разработкой надежных защитных покрытий экранов дальнейшие исследования также предполагается направить на создание прочных мембран, которые могли бы функционировать в открытом виде, без какого-либо покрытия. Такие толстые текстурированные пленки существуют и проходят испытание на опытных участках Бюро мелиорации США [166].

Облицовка геомембранами бассейнов, прудов и небольших озер в парках и садах, предназначенных для разведения водных растений, а также выращивания и размножения водных животных, например, креветок, рыб, водоплавающих птиц, является перспективной и широко применяющейся на практике технологией. Современные разработки в этой области направлены на создание толстых (более 2,5 мм) текстурированных мембран, которые могли бы противостоять случайным повреждениям, а также исключать возможность их сползания по поверхности откоса. Такие мембраны должны включать в свой состав наполнители, препятствующие окислению материала и придающие ему стойкость к биологической деструкции [142, 158].

5.4.2 Контроль эрозии и стабилизация береговых склонов и откосов

В целях защиты береговых акваторий от эрозии и размыва водным потоком в последние годы широко применяются геотубы. Это объемные закрытые цилиндрические системы, изготовленные из высокопрочного тканого геотекстиля и заполненные местным грунтом. Геотубы имеют диаметр от 1 до 4 м, а длина их может составлять от 20 до 200 м. Они монтируются на берегу или непосредственно в воде на глубине до 3 м, а затем укладываются на защищаемую поверхность (рис. 17).



Заполнение объема геотуб водно-грунтовой смесью производится путем гидравлического нагнетания ее через впускные рукава, расположенные на определенном расстоянии друг от друга по всей длине тубы. Для защиты геотуб от ультрафиолетовой деградации, а также случайных повреждений они покрываются слоем грунта [151]. Геотубы также применяются при строительстве плотин, ядер дамб и пирсов. Дальнейшее внедрение этих конструкций может быть продвинуто, благодаря использованию для их изготовления высокопрочных жестких тканей, которые могут эксплуатироваться в открытых условиях более 20 лет, а также иметь структуру, позволяющую заполнять тубу угловатым крупным гравием и известняком.

5.4.3 Захоронение донных наносов

Речной поток в естественном состоянии имеет в своем составе наносы - твердые минеральные частицы грунта, которые являются продуктами размывающей деятельности воды. Наносы, влекомые течением, частично выпадают на дно рек, каналов и водохранилищ, со временем уменьшая их сечение и емкость, а также вызывая опасность нарушения нормальной работы энергетических, ирригационных установок водных систем, создавая затруднения для судоходства вследствие уменьшения глубин и т.д.

Для резервации, транспортировки и захоронения наносов, вычерпанных из рек, гаваней и дельт, успешно используются геотекстильные контейнеры - тубы до 15 м длиной, изготавливаемые из высокопрочного геотекстиля, заполненные грунтом и сшитые (рис. 18) [127]. Контейнеры перевозят на барже к месту захоронения и опускают под воду.



Такой блок складированных контейнеров, в которых могут содержаться и загрязненные грунты, сверху изолируется специальным покрытием подушкой из геотекстиля, заполненной цементным раствором.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленный в настоящей работе анализ литературных данных по изучению свойств, разработке и использованию геосинтетических материалов в различных областях строительства позволяет сделать вывод о том, что в последние годы ускоренными темпами развиваются научно-исследовательские работы в области создания геосинтетиков, обладающих принципиально новыми свойствами по сравнению с традиционными строительными материалами. Это способствует неуклонному расширению сферы их применения в мировой строительной практике.

Как следует из вышеизложенного, геосинтетики широко применяются в дорожном строительстве (усиление и ремонт дорожных покрытий, обеспечение устойчивости насыпей и откосов при строительстве на слабых грунтах), гидротехническом и мелиоративном строительстве (гидроизоляция и укрепление откосов плотин, дамб, каналов и водохранилищ), горной промышленности (изоляция хранилищ жидких и твердых промышленных отходов, образующихся в результате переработки полезных ископаемых), промышленном и гражданском строительстве (гидроизоляция и герметизация элементов конструкций сооружений, изоляция хранилищ неутилизированных сточных вод промышленных предприятий). Они эффективно используются в составе фильтрующих и дренажных конструкций в грунтах.

Обладая совокупностью высоких физико-механических и химических показателей, геосинтетики проявляют хорошую сопротивляемость механическим нагрузкам, химическую и биологическую стойкость к воздействию широкого спектра загрязняющих веществ и агрессивных сред, в том числе и таких, где использование других строительных материалов невозможно.

Одним из важнейших преимуществ геосинтетических материалов является возможность их легкой транспортировки и укладки в строительных конструкциях. Использование геосинтетиков позволяет значительно ускорить производство строительно-монтажных работ.

Современные композитные материалы отличаются широкими функциональными возможностями, благодаря чему создают в конструкциях эффективные и экономичные системы "экран-дренаж", "гидроизоляция-арматура", "фильтр-дренаж-защита-гидроизоляция" и т.д. Это дает возможность заменить несколько элементов разного назначения, выполненных из традиционного материала, одним, выполненным из геосинтетика.

Современные технологии строительства с использованием геосинтетических материалов позволяют создавать новые типы конструкций, превосходящие традиционные по прочности, надежности и долговечности с одновременным уменьшением расхода природных строительных материалов, сокращением сроков строительства и энергозатрат, а также обеспечением социально-экологической безопасности эксплуатируемых сооружений.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Алавердян Р.А. Результаты девятилетних наблюдений за полимерными экранами на водоемах и водохранилищах Армянской ССР // Труды координационных совещаний по гидротехнике / ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. - 1972. - Вып. 74. - С. 119123.

Устойчивость бортов и осушение карьеров // А.И. Арсентьев [и др.]. М.: Недра, 1982. - 165 с.

Батероу К., Щербина Е.В. Применение геосинтетических материалов как армирующих элементов в основаниях, насыпях и дорожных покрытиях // Механика грунтов и фундаментостроение: Российская национальная конференция. - СПб., 1990.

Беляшевский Н.Н. К вопросу воздействия волн на обратный фильтр из минерально-волокнистых материалов, уложенных под бетонное крепление напорных откосов плотин // Мелиорация и водное хозяйство: сб. Киев: Урожай, 1976. Вып. 37. С. 5360.

Березинский А.Р. Пластмассы в гидротехническом строительстве. - М.: Энергия, 1971. - 89 с.

Оценка безопасности шламохранилищ калийного производства / Б.А. Богатов, А.Д. Смычник, С.Ф. Шемет. - Мн.: УП «Технопринт», 2001. 73 с.

Бондарева Э.Д. Армирование дорожных одежд нежесткого типа геотекстилями // Повышение эксплуатационной надежности автомобильных дорог в Нечерноземной зоне РСФСР: сб. Л., 1991. - С. 3336.

Бондарева Э.Д., Валерьянов В.И., Диндаров В.Э. Технико-экономические аспекты применения геосинтетических материалов в дорожном строительстве // Строительные материалы. - 1997. № 9. С. 1619.

Бондарь К.Я., Ершов Б.Л., Соломенко М.Г. Полимерные строительные материалы. - М.: Стройиздат, 1974. 271 с.

Бородина И. «Ареан-Геосинтетикс» пришел к дорожникам и строителям с новыми материалами // Строительство и городское хозяйство. - 2003. № 61.

Булатов Г.Я. Пленочный экран как защита от трещин в плотине // Проблемы совершенствования асфальтовых и полимерных противофильтрационных конструкций гидросооружений: Материалы конференций и совещаний по гидротехнике. - Л.: Энергоатомиздат, 1986. - 208 с.

Верстов В.В. Современные строительные технологии для охраны окружающей среды и энергосбережения при утилизации отходов на полигонах // Монтажные и специальные работы в строительстве. - 1996. № 10. - С. 713.

Воробьев В.А., Андрианов Р.А. Технология полимеров. - М.: Высшая школа, 1980. 303 с.

Воробьева Г.Я. Химическая стойкость полимерных материалов.- М.: Химия, 1981.-295 с.

Геоматериалы // Каталог фирмы «ИнтерЭкспрессСервис». - 2004.

Геомембрана // Проспект фирмы "Техполимер". 2002. 3 с.

Геосинтетические материалы для автомобильных дорог // Петербургский строительный рынок. - 2004. № 5 (70). - 3 с.

Геомембрана «Junifol» // Проспект фирмы JUTA (Чешская Республика). - 5 с.

Геосинтетика и гидроизоляция // Каталог фирмы «Гидрокор». -СПб., 2004.

Геосинтетика: общие сведения, информация, терминология, области применения // Информационные материалы ЗАО «СтруктураСтрой». - СПб., 2002.

Геосинтетические и конструкционные строительные материалы (фирма «Ареан») // Дизайн и строительство. - 1996. № 1.

Геосинтетические изолирующие материалы //Проспект фирмы «National Seal Company» (Швейцария). - 2 с.

Геосинтетические материалы // Информационные материалы фирмы «Геостройкомплекс». - 2004.

Геосинтетические материалы в дорожном строительстве Санкт-Петербурга // Планета строительства. - 2001. № 3.

Геосинтетические материалы для дорожного и ландшафтного строительства // Информационные материалы фирмы «Евро-изол». - Киев, 2001.

Гидроизоляция и противорадоновая защита пленками PVC и PE-HD / Инструкция ЗАО "Стройтехпласт". 2001. 38 с.

Гидроизоляцию обеспечат маты VOLCLAY // Петербургский строительный рынок. - 2002. - № 78. - С. 9495.

Гладштейн О.И., Марков А.Ю., Новиков М.Г. Новые технологии изоляции источников загрязнения окружающей среды // Вода. - 2002. №2. С. 2122.

Глебов В. Д. Конструкционные полимерные материалы и их применение в энергетическом строительстве. Л.: Энергия, 1972. 56 с.

Глебов В. Д., Лысенко В. П., Лосев Е. Д. Исследование возможности устройства пленочных противофильтрационных элементов грунтовых плотин при отрицательных температурах. // Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. - Л., 1977. - Т. 119. С. 7376.

Глебов В. Д., Лысенко В. П., Федоров Ю. А. Особенности технологии устройства полимерного пленочного экрана в суровых климатических условиях // Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. - 1980. Т. 141. С. 2225.

Глебов В.Д., Крохина Е.Н. Пленочные полимерные экраны гидротехнических сооружений //Гидротехническое строительство.- 1976. № 11. - С. 1517.

Каддо М.Б. Армогрунтовые конструкции из геотканей Geolon // Транспортное строительство. 2003. № 6. - С. 2223.

Казарновский В.Д. Синтетические текстильные материалы в гражданском строительстве. М., 1984. 159 с.

Калициемс В.А., Смилга Х.А., Валтер Я.Я. Новые материалы в дренажных конструкциях, способствующие повышению интенсивности их осушительного действия и долговечности мелиоративных систем // Эксплуатационная долговечность мелиоративных систем с применением конструкций из полимерных материалов: сб. - Елгава: ВНИИводополимер, 1984. С. 3547.

Каменев Е.Н. Основы рационального выбора полимерных материалов. - Л.: Знание, 1984.

Каменев Е.Н., Мясников Г.Д., Платонов М.П. Применение пластических масс. - Л.: Химия, 1985. 448 с.

Карамян Г. А. Опыт применения полимерных пленок для борьбы с фильтрацией из водоемов // Гидротехника и мелиорация. - 1964. № 1. С. 3438.

Кисина А.М., Ладыженская Л.Л. Новые гидроизоляционные и кровельные материалы и их долговечность. Л.: Энергия, 1980. 79 с.

Каталог: Смолы и пластмассы. - М.: Инфопром, 1991. 567 с.

Копытовских А.В., Климков В.Т. Механическая кольматация фильтров дренажных колодцев из волокнистого пористого полиэтилена // Мелиорация и водное хозяйство. - 1990. № 2. С. 2225.

Кричевский И. Е. Полиэтиленовые противофильтрационные экраны земляных хранилищ производственных сточных вод // Труды координационных совещаний по гидротехнике

/ ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. - Л., 1972. Вып. 74.

С. 98105.

Кричевский И. Е. Опыт проектирования, строительства и эксплуатации полимерных пленочных экранов сооружений по защите окружающей среды в СССР и за рубежом: Обзор. информ. / ЦБНТИ. - 1979. № 9. 65 с.

Круглов Г.Г., Гатилло С.П., Минчукова М.Е. Исследование устойчивости откосов дамб шламохранилищ, оборудованных пленочными противофильтрационными элементами, на подрабатываемых территориях // Гидравлические и гидрологические аспекты надежности и безопасности гидравлических сооружений: Материалы Международного симпозиума / Академия МАГИ, ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. СПб., 2002. - 7 с.

Круглов Г.Г., Минчукова М.Е. Проектирование и расчет конструктивных элементов дамб шламохранилищ // Budownictwo i Ingeneria Srodowiska: Материалы 23-го Международного симпозиум студентов и молодых ученых / Зеленогурский универси-тет. - Зелена Гура, 2002. - С. 65-71.

Леонович И.И. Использование геосинтетиков в дорожном строительстве // Будаўнiцтва, строительство, сonstruction. - 2003. №3. - 9 с.

Справочник по химии полимеров / Ю.С. Липатов, А.Е. Нестеров, Т.М. Гриценко, Р.А. Веселовский. - Киев: Наукова думка, 1971. - 534 с.

Лысенко В.П. Экспериментальные исследования пленочных противофильтрационных устройств плотин из местных материалов: Автореф. дис. … канд. техн. наук / ВНИИГ

им. Б.Е.Веденеева. - Л., 1973.

Мембранные технологии // Проспект АОЗТ "Растро".2002.5 с.

Методы защиты дрен от заиления, применяемые в Латвии / Я.А. Аболиньш [и др.]. - Т. XIV. Елгава, 1970. С. 2361.

Минчукова М.Е. Влияние формы пленочных экранов на устойчивость откосов грунтовых плотин // Budownictwo i Ingeneria Srodowiska: Материалы 23-го Международного симпозиума студентов и молодых ученых / Зеленогурский университет. - Зелена Гура, 2001. - С. 92-98.

Минчукова М.Е. Исследование устойчивости откосов песчаных плотин с пленочными экранами // Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров Республики Беларусь : Материалы VI Международного научно-методического семинара / БГПА. - Минск, 2000. - С. 425-431.

Минчукова М.Е., Кисель Н.Н. Обоснование и выбор геотекстильных материалов при их применении в водохозяйственном строительстве // Актуальные проблемы современного строительства: Материалы 57-й Международной научно-технической конференции молодых ученых (аспирантов, докторантов и студентов) / СПбГАСУ. - СПб., 2004. - С. 107-112.

Минчукова М.Е., Коревицкий Г.А. Современные технологии производства строительных конструкций с использованием полимеров // Материлы 61-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов / СПбГАСУ. - СПб., 2004. - С. 29-31.

Минчукова М.Е., Круглов Г.Г. Полимерные гидроизоляционные материалы: свойства и перспективы применения в строительстве // Социально-экономические и экологические проблемы мелиорации и водного хозяйства: Материалы Международной научно-практической конференции / Белорусская сельскохозяйственная академия. - Горки, 2004. - С. 65-69.

Минчукова М.Е., Круглов Г.Г. Современные геосинтетические материалы в водохозяйственном строительстве // Наука - образованию, производству, экономике: Материалы 56 Международной научно-технической конференции / БНТУ. - Минск, 2003. - С. 147-151.

Минчукова М.Е., Тур А.В. Оценка эффективности использования шероховатых полимерных экранов подпорных гидросооружений // Актуальные проблемы современного строительства: Материалы 56-й Международной научно-технической конференции молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов / СПбГАСУ. - СПб., 2003. - С. 129-133.

Молчанов Ю.М. Физические и механические свойства полиэтилена, полипропилена и полиизобутилена: справочник. - Рига: Зинатне, 1966. - 439 с.

Ничипорович А.А. Плотины из местных материалов. М.: Стройиздат, 1973. - 320 с.

Новик Н.П., Гайлитис И.Ю. Применение полимерных фильтрующих элементов для совершенствования конструкций дренажных фильтров // Полимерные материалы и НТП в мелиорации и водном хозяйстве: Тезисы Всесоюзного научно-технического совещания. - М., 1980. - С. 169-171.

Новиков В.У. Полимерные материалы для строительства. М.: Стройиздат, 1995. - 448 с.

Новиковский В. Э., Сокольская В. В. Опыт применения синтетических материалов для борьбы с потерями воды на фильтрацию из каналов и водоемов // Гидротехника и мелиорация. - 1961. - №4. - С. 22-29.

Новые фильтрационные материалы для мелиорации и водного хозяйства / Ф.В. Рекнер [и др.]. // Применение полимерных материалов в мелиоративном строительстве: Тезисы докл. Всесоюзного НТС / ЦБНТИ Минводхоза СССР. - М., 1982. -

С. 79-80.

Опыт применения пленочных противофильтрационных устройств в накопителях сточных вод промышленных предприятий. / В. М. Павилонский, Г. В. Исаков, В. А. Крупин, Л.А.Ганн // Применение полимерных материалов в гидротехническом строительстве: Материалы конференций и совещаний по гидротехнике /ВНИИГ им.Б.Е. Веденеева. - СПб., 1980. - С. 32-34.

Основы технологии полимерных строительных материалов // Под ред. В.М. Хрулева. - Мн.: Вышэйшая школа, 1981.

Пивовар Н.Г., Бугай Н.Г., Рычко В.А. Дренаж с волокнистыми фильтрами. - Киев: Наукова думка, 1980. - 215 с.

Пленочные противофильтрационные устройства гидротехнических сооружений / Под ред. И.Е. Кричевского. - М.: Энергия, 1976. - 207 с.

Подгурский В. Геомембрана как элемент экологической культуры в строительстве // Дизайн и строительство. - 1997. - № 2.

Полимерные материалы в гражданском строительстве // Сб. науч. трудов ЛенЗНИИЭП; Госгражданстрой. Труды

СоюздорНИИ. - Л., 1976.

Полимерные материалы в строительстве покрытий автомобильных дорог. М.: Труды СоюздорНИИ, 1981. - 105 с.

Полимерные пленочные материалы /Под ред. В.Е. Гуля. М.: Химия, 1976. - 247 с.

Попченко С.Н. Гидроизоляция сооружений и зданий.Л.: Стройиздат, 1981. - 304 с.

Профессиональные решения в кровле и гидроизоляции // Каталог компании «Эверест-Изоляция». - М., 2004.

Прочная почва под ногами: армирование грунта георешетками Tensar (информация ООО “Массар”) // Строительство и городское хозяйство. - 2004. - № 70.

Радченко В.Г., Семенков В.М. Применение геосинтетических материалов при строительстве плотин // Гидротехническое строительство. - 1994. - № 5. - С. 50-54.

Резник В.Б. Применение полимерных материалов для защиты гидротехнических сооружений // Применение полимерных материалов в мелиоративном строительстве: Тезисы докл. Всесоюзн. НТС / ЦБНТИ Минводхоза СССР. - М., 1982. - С. 99.

Рейтлингер С.А. Проницаемость полимерных материалов. - М.: Химия, 1974. - 272 с.

Родькин А.П. Геосинтетические материалы для дорожного строительства // Строительные материалы. - 2000. - № 12. - С. 24-26.

Защита откосов мелиоративных каналов и дамб от водной и ветровой эрозии /В.А.Скотников и др.- Мн.: Ураджай, 1984.- 160 с.

Смыслова Р.А., Котлярова С.З. Справочное пособие по герметизирующим материалам на основе каучуков. - М.: Химия, 1976.

Соломатов В.И., Бобрышев А.Н., Химмлер К.Г. Полимерные композиционные материалы в строительстве. - М.: Стройиздат, 1988. - 309 с.

Барвашов В.А., Воронель Д.А. Сооружения из армированного грунта: Обзор. - М.: ВНИИС, 1984. - 68 с.

Справочник по пластическим массам. В 2 т. Т. 1, 2. - М., 1975.

Строительные материалы XXI века // Информационные материалы ЗАО «Ареангеосинтетикс». - 2004.

Строительные материалы, оборудование //Проспект ОАО Нелидовский завод пластмасс. - 2002. - 2 с.

Строительные материалы, оборудование //Проспект ООО ПСМ-Альфа. - 2002. - 2 с.

Строительные материалы, оборудование //Проспект ООО ТеголаСамара. - 2002. - 3 с.

Строительные материалы: Справочник /Под ред. А.С.Болдырева, П.П.Золотова. - М.: Стройиздат, 1989. - 568 с.

Такахаси Г. Пленки из полимеров / Под ред. А.В.Фадеевой; пер. с яп. - М.: Химия, 1971. - 152 с.

Теплов Б. Ф., Овчинников Ю. В. Изменение физико-механических свойств материалов из пластифицированного ПВХ со временем // В кн.: Труды III межвузовской конференции по применению пластмасс в строительстве. - Казань, 1972. - С. 213-214.

Томин Е.Е. О надежности пластмассового дренажа, уложенного бестраншейным способом // Технология и механизация мелиоративных работ: сб. - М.: ВНИИГиМ, 1980. - С. 33-37.

ТУ 17-14-101-79. Полотно нетканое иглопробивное защитно-изолирующее (СИЗИ).

ТУ 17-БССР-05-93-15-88. Полотно нетканое мелиоративное из отходов производства.

ТУ 17-РСФСР-52-10201-81. Полотно нетканое клееное для защиты дрен от заиления.

ТУ 17-РСФСР-52-11251-86. Полотно иглопробивное мелиоративное (ПИМ).

ТУ 17-РСФСР-52-9814-80. Полотно нетканое клееное.

ТУ 17-РСФСР-62-11262-86. Полотно нетканое термоскрепленное защитно-фильтрующее для мелиоративного строительства.

ТУ 17-СССР-515-84. Полотно иглопробивное для мелиорации.

ТУ 17-УзССР-14-301-87. Полотно холстопрошивное для мелиорации.

ТУ 21-29-81-81. Полотно иглопробивное для дорожного строительства.

ТУ 33-1018147-01-84. Трубофильтр дренажный пластмассовый /В.Т.Климков, Е.Г.Сапожников, Т.В.Ставрова, В.Ф.Найдук.- Мн.: БелНИИМиВХ, 1984. - 12 с.

ТУ 33-РСФСР-62-88. Полотно иглопробивное мелиоративное (ПИМ-Ф).

ТУ 33-Союзводполимер-24-87. Полотно нетканое с пропиткой вспененными латексами мелиоративное (ПВЛ-М).

...