Полный текст

Введение Геосинтетические оболочки возникли сравнительно недавно и применялись сначала только в гидротехническом строительстве. Со временем появились предложения о других сферах их применения, и только в наши дни геосинтетические оболочки начали использовать в транспортном, подземном и природоохранном строительстве, при том что они возводятся в коротки сроки, повышают несущую способность грунтов, уменьшают неравномерность осадки насыпи, позволяют использовать имеющийся, а не привозной грунт, снижают вредное воздействие на окружающую среду и выполняют ряд других функций. Рассмотрим более подробно области применения геосинтетических оболочек. Наибольшее распространение оболочки получили в гидротехническом строительстве, где они применяются при строительстве искусственных островов, дамб, берегоукрепительных сооружений, защите мостовых опор, обезвоживании ила водоемов и в ряде других случаев. Наиболее яркий пример - использование геосинтетических оболочек для создания новой суши. Основная часть Для формирования антропогенной суши по ее будущей границе возводится плотина из геооболочек для намыва грунта. Поперечное сечение защитного фартука с оболочкой представлено на рис. 1. Рис. 1. Поперечное сечение защитного фартука и геосинтетической оболочки Fig. 1. The cross-section of protective apron and geosynthetic sheath Для строительства искусственных сооружений может потребоваться одна или несколько оболочек в зависимости от их пространственной конфигурации. Конструкция из двух вертикальных рядов геооболочек представлена на рис. 2. Наиболее часто производят установку заранее заполненных геосинтетических оболочек, для чего используют особые баржи с раскрывающимся днищем. Учитывая одновременную добычу, перемещение грунта и наполнение оболочек при помощи земснаряда, пульпопровода и баржи, данный метод более оптимален. Созданию антропогенной суши с использованием геооболочек предшествуют подготовительные работы. Выравнивается территория производства работ и удаляются посторонние предметы. Укладывается слой геотекстиля с якорными трубами по краям для защиты оболочки от размыва. Устанавливаются в проектное положение геосинтетические оболочки. Для обеспечения сохранности Рис. 2. Фрагмент кладки оболочек после заполнения: 1 - заполненная оболочка; 2 - стыки оболочек Fig. 2. The fragment of laying shells after filling: 1 - filled shell; 2 - joints of shells оболочек сверху их посыпают землей. Пространство между оболочками в конструкции также заполняется грунтом для увеличения прочности. Уложенные ряды оболочек покрывают еще одним слоем геотекстиля с якорными трубами и маскируют различными природными материалами для визуальной гармонии сооружения с окружающем средой. В ограниченную геосинтетическими оболочками площадь землесосным снарядом намывается грунт, монтируются инженерные сети и возводятся различные постройки [1]. Геосинтетические оболочки рационально применять для фиксации низового откоса грунтовых плотин. Использование геооболочек приводит к снижению расхода ресурсов, уменьшению сложности работ и объема финансовых затрат благодаря низкой стоимости оболочек и местных строительных материалов для их наполнения, а также применению высокоэффективных машин (например, земснаряда). Помимо этого, такой вариант гарантирует высокую скорость и простоту устройства элементов крепления откоса [2, 3]. Технология геотубирования часто используется для обезвоживания донных отложений. Материал геотекстиля и специальное плетение создают поры, попускающие воду наружу и удерживающие внутри твердые частицы [4]. При очистке водного объекта сначала выравнивается площадка для размещения оболочек и удаляются предметы, способные их повредить. По периметру площадки формируется траншея для сбора воды, укладывается водонепроницаемая мембрана и устраивается дренажный слой из щебня. На подготовленную поверхность равномерно разматываются геосинтетические оболочки. Монтируются трубопроводы, подающие пульпу. На основании предварительно проведенных испытаний готовится реагентный раствор для дезинфекции и стабилизации отложений и ускорения процесса обезвоживания. По окончании подготовительных мероприятий начинается нагнетание пульпы в оболочки. По мере выхода воды и уменьшения объема оболочек выполняют подкачку пульпы. Через месяц после последней подачи пульпы оболочки вскрывают для транспортировки донных отложений или их использования на местности. Возможно использование геосинтетических оболочек, наполненных донными отложениями, для берегоукрепления, формирования дамб обвалования и других целей [5]. Нагнетание пульпы в оболочки может осуществляться в течение всего года, если трубы защищены от замерзания, однако подача пульпы в оболочку с замерзшими отложениями не является продуктивной и увеличивает риск перезаполнения. Производительность и требования устанавливают не оболочки, а используемые машины и оборудование, а также имеющаяся площадь для производства работ, что существенно отличается от аппаратных методов обезвоживания. Размеры геосинтетических оболочек не должны превышать предельно допустимых значений, установленных расчетом, и подлежат контролю во время заполнения. Наибольший выход воды наблюдается в течение 10-14 дней. Максимальное снижение влажности достигается путем зимнего замораживания, для чего оболочку оставляют на полигоне на зиму. Изъятие отложений осуществляют через месяц после оттаивания. Поперечное сечение площадки с геосинтетической оболочкой представлено на рис. 3 [6]. Рис. 3. Поперечное сечение площадки с геосинтетической оболочкой Fig. 3. The cross-section of the site with a geosynthetic shell Данный метод успешно применялся для обезвоживания различных загрязненных суспензий, содержащих диоксины, полихлорированные бифенилы, полиароматические углеводороды, пестициды, тяжелые металлы и другие загрязняющие вещества. Среди преимуществ метода геотубирования можно отметить: - малую продолжительность работ и численность обслуживающего персонала: обезвоживание по методу геотубирования требует участия 10-30 человек по сравнению с 100 для ленточного пресса. Геосинтетические оболочки практически не нуждаются в контроле и обслуживании. Ленточный пресс и центрифуги требуют непрерывного наблюдения и наладки; - низкую степень воздействия на окружающую среду за счет закрытой системы: отсутствие неприятных запахов, вероятностей излива загрязнителей, а также уменьшение опасности для обслуживающего персонала и населения близлежащих территорий. Применение ленточного пресса приводит к тому, что твердые частицы попадают в воздух, образуют вредные газы, проникают в почву и представляют опасность для работников; - небольшие финансовые затраты: в ходе исследований содержание, обезвоживание и уплотнение 2500 м3 загрязненных отложений стоило менее 4 долл. за 1 м3. Стоимость аренды ленточного пресса составила 22 500 долл.; - большой ассортимент геосинтетических оболочек; - высокую скорость нагнетания пульпы: от 90 до 270 м3/ч. Наибольшая скорость нагнетания пульпы для ленточного пресса порядка - 40 м3/ч; - возможность транспортировки обезвоженных донных отложений непосредственно в оболочках до места их дальнейшего захоронения или использования. После переработки возможна их продажа в качестве удобрений для применения в сельском хозяйстве. Оболочки самоокупаемы, так как реализация удобрений покроет все расходы на их использование [7-9]. Основной недостаток метода - низкая скорость фильтрации вследствие невысокой водоотдачи донного ила, для ускорения процесса фильтрации используют реагентный раствор. Сравнительно недавно появилось предложение обезвоживания хвостов обогащения в геосинтетических оболочках. Суть такого решения состоит в подаче хвостов обогащения в оболочку по пульпопроводу, обезвоживании путем выхода воды и новых подач материала до максимального наполнения. После наполнения оболочки в ней происходит консолидация обезвоживаемого материла. Влажность зависит от природы материала, но активная стадия использования оболочки заканчивается на текучепластичной консистенции хвостов. Главные достоинства геосинтетических оболочек при захоронении хвостов обогащения: - малая продолжительность подготовительных работ; - отсутствие потребности в инфраструктуре; - защита от проникновения атмосферных осадков и, соответственно, увеличения влажности; - малая площадь за счет укладки оболочек в несколько слоев по высоте; - простое оборудование; - производство работ непосредственно на месте захоронения или складирования хвостов; - отсутствие требований к составу обезвоживаемых материалов; - небольшие затраты энергии. Исходя из этого, метод обезвоживания загрязненных суспензий в геосинтетических оболочках может стать достойной заменой аппаратным методам обезвоживания хвостов на обогатительных фабриках. Кроме того, оболочки позволяют использовать отходы в составе конструкций, сооружать вместительные полигоны, исключать отрицательное воздействие на окружающую среду и способствовать формированию рекреационных ландшафтов [10]. Геосинтетические оболочки могут использоваться в конструкции автомобильных дорог для увеличения их несущей способности и долговечности. Традиционная технология строительства автодорог с размещением одежды на геотекстиль не позволяет уплотнить грунт земляного полотна на обочинах и откосах так же, как под дорожной одеждой. Помимо этого, дорожная одежда, укладываемая на земляное полотно, чрез некоторое время вытесняет из-под себя грунт, ничем не закрепленный по границам проезжей части, результатом чего является искривление дорожной одежды, появление разрывов и увеличение динамических нагрузок. Дорожная одежда с использованием геосинтетической оболочки включает в себя земляное полотно и слой щебня, обернутые геотекстилем с замковым креплением краев, формирующим оболочку. На оболочку укладывается и трамбуется асфальтобетон. Причем перед устройством асфальтобетона в начале и в конце участка дороги геотекстиль подгибают к замковым креплениям. Данный вариант одежды обеспечивает более распределенное уплотнение земляного полотна и щебня, завернутых в геотекстиль, повышенную плотность и, следовательно, большую несущую способность. Технология устройства включает размещение на подготовленном отрезке геотекстиля, в 2-3 раза превосходящего ширину дороги, формирование земляного полотна, устройство слоя щебня с загибанием краев геотекстиля по бокам, закрепление краев геотекстиля в замок, пропитку битумом и устройство асфальтобетона. На рис. 4 изображена конструкция дороги из геосинтетической оболочки. По данным исследований, данная конструкция способна заметно повысить срок службы автомобильных дорог [11]. Рис. 4. Конструкция дорожного полотна из геосинтетической оболочки: 1 - геотекстиль; 2 - земляное полотно; 3 - щебень; 4 - замковое соединение; 5 - асфальтобетон Fig. 4. The construction of the roadbed from the geosynthetic shell: 1 - geotextile; 2 - earthen cloth; 3 - rubble; 4 - locking joint; 5 - asphaltic concrete Использование геосинтетических оболочек особенно эффективно на различных слабых, неустойчивых или нарушенных грунтах, в том числе на подтопляемых и заболоченных территориях. Для улучшения сцепления шин автомобилей с дорогой в конструкцию дорожной одежды могут включаться тепловые трубы [12, 13]. Геосинтетические оболочки могут использоваться в качестве естественного основания на слабых грунтах для снижения деформированности песчаной подушки и уменьшения напряжений, передаваемых на слабое грунтовое основание, за счет криволинейного очертания подошвы. Суть технологии состоит в граничном армировании песчаной подушки геотекстилем, работающим на растяжение, что ведет к снижению поперечных деформаций песка подушки. Достигаемый результат заключается в уменьшении осадки фундаментов на слабых грунтах. Увеличение несущей способности песчаной подушки достигается за счет того, что песок подушки хорошо работает на сжатие, а геотекстиль - на растяжение. На рис. 5 показана песчаная подушка в геосинтетической оболочке. Технология производства работ включает несколько стадий: - выемка грунта экскаватором с последующим ручным формированием нужной кривизны котлована; - укладка геотекстиля на поверхности котлована; - засыпка котлована песком с послойным уплотнением, после завершения засыпки края геотекстиля заворачиваются внахлест; - устройство фундамента. Преимуществом метода по сравнению с распространенными вариантами устройства фундаментов на слабых грунтах являются небольшие финансовые затраты на применяемые при формировании песчаной армированной подушки с криволинейной подошвой материалы, а также простота ее монтажа [14]. Возможно использование геосинтетических оболочек при изготовлении модуля безбалластного железнодорожного пути для снижения расхода материалов, а также увеличения прочности и упругости, обеспечивающих постоянство геометрии пути. Рис. 5. Песчаная подушка в геосинтетической оболочке: 1 - грунт основания; 2 - песок; 3 - геотекстиль; 4 - фундамент Fig. 5. The sand cushion in the geosynthetic shell: 1 - foundation soil; 2 - sand; 3 - geotextile; 4 - foundation Метод отличается тем, что арматурные каркасы подрельсовых железобетонных балок облачают в геооболочки, на которые с заданным шагом надевают зажимные скобы с опорными пластинами и петлями для крепления рельс, а также зажимные скобы, между которыми установлены стальные поперечины, после чего укладывают заготовку модуля в перевернутом виде в форму, закрывают ее крышкой и нагнетают с торца формы в оболочки бетон, держат модуль в форме до затвердевания бетона, после чего достают модуль из формы и переворачивают его, затем между петель подрельсовых балок располагают упругие прокладки, на которые устанавливают рельсы, после чего в петли вставляют фиксаторы. Применение геооболочки уменьшает влияние отрицательных факторов окружающей среды на железобетонные балки и увеличивает величины прочности и упругости [15]. В России недавно начали использовать геосинтетические оболочки при строительстве подпорных стен. В частности, при строительстве дороги в г. Находке Приморского края в условиях стесненной застройки. При строительстве подпорной стены оболочки растягивали на каркасе и заполняли грунтом. Оболочки устанавливались в 4 вертикальных ряда. Каждый последующий ряд монтировали со сдвигом на 0,3 м. Поверхность подпорной стенки выровняли и приспособили в качестве нижнего слоя основания дорожной одежды. К неоспоримым преимуществам данного метода относятся: - снижение финансовых расходов на возведение конструкции; - уменьшение продолжительности работ; - возможность применения местных грунтов в качестве заполнителя; - долговечность; - малая чувствительность к неравномерной осадке грунта; - высокая стойкость к динамическим (в том числе сейсмическим) нагрузкам; - поглощение вибрации геосинтетическими оболочками, а также их высокие показатели прочности и морозоустойчивости [16-18]. Геосинтетические оболочки хорошо зарекомендовали себя в гидротехническом строительстве. Несмотря на ряд ограничений, связанных в первую очередь со скоростью фильтрации и максимальной глубиной проведения работ, они имеют ряд преимуществ: - одновременное выполнение нескольких функций, например, при строительстве искусственного острова с применением оболочек новая суша сразу будет иметь берегоукрепительные сооружения из этих оболочек; - малое вредное воздействие на окружающую среду; - снижение финансовых затрат благодаря использованию местного грунта, многократной эксплуатации оболочек и реализации обезвоженного сапропеля; - высокая автоматизация операций. Заключение В других сферах применения, таких как подземное и транспортное строительство, геосинтетические оболочки применяются для равномерного распределения осадок, снижения динамических нагрузок, недопущения выдавливания и вымывания грунта, снижения себестоимости, а также увеличения несущей способности и долговечности конструкций. Вследствие того что геосинтетические оболочки вышли за рамки гидротехнического строительства сравнительно недавно, ряд вопросов остаются открытыми, в частности оптимальная пространственная конфигурация геооболочек для подземного и городского строительства.

Об авторах

Д. А Семёнов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

В. И Клевеко

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 209

Ссылки

• Ссылки не определены.