Современные геосинтетики применяются на железной дороге всех стран мира при строительстве и реконструкции пути, зданий и сооружений разного назначения с контактом или без контакта с другими строительными и конструкционными материалами. Они поставляются в виде рулонов, полос, прокладок, трехмерных изделий заданной формы и могут иметь различные модификации в виде тканого и нетканого геотекстиль, геосетки решетчатых, геосетки, геоячеек, геоматов и т.п. В случае сочетания геосинтетики с другими веществами получаются материалы, называемые геокомпозитами. Для этого чаще всего применяются смолы на основе полипропилена, полиэстера, полиэтилена высокой плотности; реже – на основе полиамидов, арамидов и поливинил-спиртов [1-2].
Наибольшее распространение геосинтетики и геокомпозиты нашли в конструкциях земляного полотна, при этом общая протяженность построенных железных дорог составляет десятки тысяч километров по всему миру. Здесь задача геосинтетики заключается в стабилизации основании пути и пропуске (фильтрации) воды. В частности, нетканый геотекстиль, самый используемый среди геосинтетики, представляет основу дренирующего слоя, а в теле земляного полотна выполняет функции упрочняющей арматуры и элементов разделения и защиты разных слоев грунта при распределении и смягчении нагрузок от подвижного состава.
Геосинтетики предотвращают просадки, возникающие в результате динамических явлений в земляном полотне, состоящем из грунтов разных фракций и качества, и смешивание этих грунтов. Действуя в качестве фильтра, они способствуют устранению эрозии, поскольку не допускают уноса грунта поверхностными и грунтовыми водами. Будучи гидрофобными, геосинтетики беспрепятственно пропускают воду в осушительные канавы. Особенно эффективно стабилизирующие и усиливающие свойства геосинтетики проявляются в слабых грунтах.
При строительстве новых железных дорог геосинтетики закладываются непосредственно на основании или в тело земляного полотна, в то время как при реабилитации пути они укладываются поверх старого балласта, который был очищен и выровнен или внедряются в исходное земляное полотно.
Геосинтетики выполняют, как отмечалось выше, различные функции, но первичные функции включают в себя динамическую фильтрацию и служат своего рода подушкой между балластом и постелью. Вторичные эффекты включают в себя дренажи, возможно, элемент усиления в зависимости от типа установленного геосинтетики.
Для ситуаций, когда грунт земляного полотна и его основания слаб или неоднороден, необходимо обеспечить постоянство несущей способности основания пути, например, английская фирма Terram создала геокомпозиты марки PW4. В его состав входят ГеоТек PW1 и жесткая геосинтетика решетчатых с названием Tensar SS40. Испытаний показали, что геосинтетика решетчатых увеличивает жесткость подрельсового основания, снижает интенсивность осадки пути до уровня, соответствующего земляного полотна из стабильных грунтов. Кроме того, снижаются и упругие осадки, что способствует обеспечению равножесткости пути по его длине.
Для того чтобы восстановить удовлетворительную работоспособность пути, геосинтетики должны противостоять конструкционным повреждениям, перфорации и поверхностному истиранию, вызванному взаимодействием динамических нагрузок и частиц земляного полотна, размещенных в материале.
Одним из тестов, имитирующих динамическую нагрузку, является пирамидный перфорационный тест. Этот тест отчетливо демонстрирует превосходство, например, геотекстиль ДРЕФОН (DREFON Geotextiles) производства австрийской фирмы SGS Geotechnik Ges.m.b.H. над другими геосинтетиками, применяемыми для данных целей.
Геотекстиль ДРЕФОН демонстрируют отличные эксплуатационные качества как разделители, по причине отсутствия перфорации и превосходным гидроизолирующим свойством. Превосходное качество продукции геотекстиля ДРЕФОН лучше всего можно описать, следуя рекомендациям SVG «Schweizerscher Verband der Geotextilfach-leute».
Для применения в строительстве железных и автомобильных дорог SVG рекомендует использовать следующее уравнение при описании сопротивления геотекстиля большинству типов повреждений:
Сопротивление [кНм-1]·% = Сила
[кНм-1]·Продолжительность [%]. (1)
Например. Минимальное сопротивление вдоль полотна для геотекстиля:
DREFON S 250 = 15 [кНм-1]·85 [%] = 1275 [кНм-1%];
Максимальное сопротивление против непрерывного
заполнения нетканый:
геотекстиль РР массой 250 г/м2 = 19 [кНм-1]
.80 [%] = 1520 [кНм-1%];
Минимальное сопротивление против непрерывного
заполнения нетканый:
геотекстиль РР
массой 250 г/м2 = 19 [кНм-1] .35 [%] = 665 [кНм-1%];
Максимальное сопротивление поперек полотна геотекстиля:
DREFON S 250 = 17 [кНм-1]·85[%] = 1445 [кНм-1%].
Недостатки чрезмерной анизотропии продукции описаны в результатах испытаний EN ISO 918 Cone Drop Test (капельный тест) при условии, что материал распыляют (накапывают) на геотекстиль. Чем меньше диаметр отверстия, тем лучше получаемая продукция как долговечный сепаратор.
Результаты испытаний EN ISO 918: DREFON S 250 = 11 мм; против непрерывного заполнения: 250 г/м2 = 20 мм.
В зависимости от предполагаемого или измеренного значения модуля упругости Еv2 в основании земляного полотна и требуемой прочности подбалластного основания (80 МН/м2).
Геотекстиль (Geotextile) или геогрид (Geogrid) в комбинации с балластным слоем могут обеспечить большую экономию за счет толщины защитного слоя.
Для усиления и стабилизации не только основной площадки земляного полотна, но и земляное полотно в целом, применяют защитные покрытия из геосинтетики. Среди положительных свойств этих материалов отмечается их способность армировать грунт, т.е. выдерживать растягивающие усилия и, тем самым, перераспределять нагрузки от поездов на земляное полотно.
Однако армирующая функция защитного покрытия из геосинтетики, проектирование поперечного профиля земляного полотна с геосинтетики, методы расчета устойчивости земляного полотна при наличии геосинтетики в теле и основании земляного полотна, особенности работы земляного полотна под динамическими нагрузками, в частности для системы «земляное полотно – слабое основание» изучены еще недостаточно.
Литература
1 Информация о современных методах увеличения
несущей способности основной площадки земляного полотна по теме В // 4 плана
работы IX Комиссии Комитета ОСЖД (Венгерские государственные ЖД). – Будапешт,
1976. – С. 7.
2 Технические указания по применению пенопластовых покрытий для предупреждения появления пучин, ЦП/3350. – М.: Транспорт, 1977. – С. 31.