Геосинтетичні матеріали - це синтетичні продукти, що використовуються в геотехнічній інженерії і стали невід'ємною частиною армування та стабілізації ґрунтів. Ці матеріали покращують механічні властивості ґрунту, що робить їх придатними для широкого спектру застосувань у цивільному будівництві.
У цій статті QIVOC обговорить типи, механізми, застосування та переваги геосинтетичних матеріалів для стабілізації ґрунтів.
Що таке геосинтетика
Геосинтетичні матеріали - це різні види виробів із синтетичних полімерів, таких як пластмаси, волокна, гума тощо, які зазвичай розміщуються всередині ґрунтового масиву, на поверхні ґрунтового масиву або між шарами ґрунтового масиву, щоб відігравати роль зміцнення або захисту ґрунтового масиву. В даний час застосування геосинтетики проникло практично у всі галузі водоохоронної інженерії та цивільного будівництва, особливо широко використовується в геотехнічній інженерії.
Геосинтетичні матеріали можуть бути використані у всіх аспектах фактичного проекту і, загалом, можуть бути розділені на сім аспектів ролі, відповідно, для функції фільтрації, дренажу, ізоляції, армування, контролю просочування, захисту і зниження навантаження.
Серед них роль армування полягає в основному в змішуванні ґрунту або укладанні відповідних армуючих матеріалів, в основному георешіткаАрмування ґрунту, формування армованого ґрунту, для поліпшення та підвищення міцності ґрунту, стабільності та деформаційних характеристик. Типові конструкції з армованого ґрунту включають армовані підпірні стіни, армовані ґрунтові укоси, армовані ґрунтові фундаменти, армовані ґрунтові насипи, армовані ґрунтові опори мостів і так далі.
Розвиток геосинтетики тісно пов'язаний з розвитком синтетичних матеріалів, таких як синтетичні смоли (пластмаси), синтетичні волокна, синтетичні каучуки тощо. До розвитку штучних полімерів, хоча і існували природні смоли і пластикові вироби, через їх невелике виробництво і високу вартість, тому сфера застосування була вузькою. З розвитком штучних полімерів, синтетичних пластмас, синтетичних волокон і синтетичного каучуку вартість стає все нижчою і нижчою, вони прості у виробництві, мають широку сферу застосування, тому незабаром будуть широко використовуватися в машинобудуванні.
Види геосинтетичних матеріалів
Геосинтетика включає в себе різноманітні продукти, кожен з яких відіграє певну роль у зміцненні та стабілізації ґрунту:
Геотекстиль:
Тканий геотекстиль
Особливості:
Структура: виготовляється з синтетичних волокон (таких як поліпропілен або поліестер) в процесі ткацтва, зазвичай має регулярну сітчасту структуру.
Висока міцність: завдяки щільно сплетеній структурі тканий геотекстиль має високу міцність на розрив.
Низьке подовження: тканий геотекстиль має низьке подовження і низьку деформацію для кращого збереження стабільності конструкції.
Довговічність: хороша стійкість до хімічних речовин, УФ-променів і мікроорганізмів, тривалий термін служби.
Заявки:
Армування: для армування ґрунтових конструкцій, наприклад, крутих схилів, насипів і дорожніх фундаментів.
Розділення: Запобігає змішуванню ґрунтів або матеріалів з різним розміром частинок, часто використовується для розділення шарів основи для автомобільних доріг і залізниць.
Фільтрація: використовується для фільтрації частинок з ґрунту і пропускання води, зазвичай використовується в дренажних системах і підземних роботах.
Нетканий геотекстиль
Особливості:
Структура: виготовляється з синтетичних волокон за допомогою нетканих процесів, таких як термічне склеювання, голкопробивання або хімічне склеювання, зазвичай має хаотичну структуру волокон.
Хороша водопроникність: нетканий геотекстиль має високу пористість, хорошу водопроникність і ефективний дренаж.
Хороша гнучкість: краща гнучкість, може краще адаптуватися до нерівномірного заселення та змін рельєфу.
Нижча вартість: виробничий процес відносно простий, дешевий і підходить для використання на великих площах.
Заявки:
Фільтрація: для фільтрації та дренажу, наприклад, на звалищах, у тунелях і підземні дренажні системи.
Захист: для запобігання ерозії ґрунту, наприклад, захист берегів річок, захист узбережжя та захист укосів водосховища.
Сегрегація: Використовується для розділення різних типів ґрунту та матеріалів і запобігання їхньому змішуванню, наприклад, у фундаментних роботах для автомобільних доріг і залізниць.
Дренаж: використовується в дренажних системах як частина дренажного шару для підвищення ефективності дренажу.
Географічна сітка:
Георешітки зазвичай виготовляються з полімерів (наприклад, поліпропілену, поліестеру або поліетилену) за допомогою спеціальних процесів плетіння, зварювання або формування в сітчасту структуру. Завдяки своїй високій міцності, низькому подовженню і хорошій довговічності в армуванні ґрунтової основи і будівництві підпірних стін георешітки широко застосовуються в інженерних спорудах.
Георешітка в армуванні ґрунту і стабілізації основної сітчастої структури, наприклад, одноосьова решітка для звичайних прямокутних або квадратних отворів, і двоосьова решітка для квадратних.
Основними сферами його застосування для зміцнення ґрунтових фундаментів та армованих підпірних стін є
Стабілізація армування ґрунтового фундаменту:
Покращити несучу здатність фундаменту, зменшити осадку фундаменту та підвищити стійкість фундаменту. Укладання георешітки на м'який ґрунт може розосередити навантаження і запобігти бічному зміщенню ґрунту основи. Приклади включають зміцнення фундаменту для доріг, злітно-посадкових смуг аеропортів і залізничного полотна.
Посилені підпірні стіни:
Підвищує стабільність засипки, запобігає сповзанню або деформації засипки, а також знижує тиск на ґрунт. При укладанні георешітки в шар засипки, за рахунок тертя між георешіткою і ґрунтом засипки, утворюється армована структура ґрунту, що значно покращує протизсувну стійкість підпірної стінки. Наприклад, підпірні стінки автомобільних і залізничних доріг та укріплення високих схилів.
Геонет:
Георешітка в основному використовується в дренажних системах для швидкого виведення води з ґрунту і запобігання перенасичення ґрунту, покращуючи таким чином стабільність і несучу здатність ґрунтового масиву. А також забезпечує механічне армування для поліпшення міцності на зсув і загальної стабільності ґрунтового тіла. Наприклад, дорожнє полотно, дренаж тунелів, насипів і звалищ, захист схилів, зміцнення підпірних стін і зміцнення основи м'яких ґрунтів.
Геомембрани:
Геомембрани в основному використовуються в таких сферах, як гідроізоляція та захист.
Гідроізоляція: Геомембрани укладаються на дно, всередині і зовні полігонів, водосховищ і дамб, каналів і тунелів для забезпечення обмеженого захисту від витоку фільтрату в навколишній ґрунт і систему ґрунтових вод.
Захист: Геомембрани, покладені на дно полігонів промислових відходів і хвостосховищ, на дно нафтових резервуарів, резервуарів для зберігання хімікатів та інших сховищ рідин, можуть ефективно запобігти просочуванню шкідливих речовин у ґрунтові води, ізолювати забруднювачі та захистити навколишнє середовище.
Вкладиш з геосинтетичної глини (GCL):
Геосинтетичний глиняний лайнер (ГГЛ) - це композитний матеріал, виготовлений з поєднання природного натрієвого бентоніту і геосинтетики, який широко використовується в проектах із захисту навколишнього середовища. Він має відмінні властивості непроникності, може ефективно захищати ресурси підземних вод, запобігати поширенню забруднення та забезпечувати безпеку сховищ. Зазвичай використовується на звалищах, хвостосховищах, очисних спорудах та в інших випадках.
Geocell:
Геокомірка - це тривимірний геосинтетичний матеріал у формі сот, зазвичай виготовлений з поліетилену високої щільності (HDPE) або інших полімерних матеріалів. Розширюючись, геокомірки утворюють комірчасту структуру, і кожна комірка може бути заповнена ґрунтом, піском, гравієм, бетоном та іншими матеріалами, які використовуються для стабілізації ґрунту, захисту схилів, зміцнення фундаменту, підпірних стін, армування дорожнього полотна та інших проектів.
Стабілізація ґрунту за принципом геосинтетики
Геосинтетичні матеріали в інженерному застосуванні виконують в основному сім функцій: фільтрацію, дренаж, ізоляцію, армування, контроль просочування, захист і розвантаження навантаження, з яких найширше використовується роль армування.
Технологія армованого ґрунту - це метод стабілізації ґрунту для покращення характеристик всієї геотехнічної системи шляхом укладання в ґрунт армованих матеріалів.
Піщаний ґрунт під дією власної ваги або зовнішнього навантаження схильний до серйозних деформацій або обвалення, але якщо ґрунт уздовж напрямку деформації заглибити в гнучкий геосинтетичний матеріал, то за рахунок тертя між ґрунтом і армуючим матеріалом, армований ґрунт набуде певного ступеня зв'язності, тим самим покращуючи механічні властивості ґрунту, в чому і полягає механізм ролі армованого ґрунту.
Існує багато теорій щодо механізму армування, таких як принцип армування тертям (анкерна теорія), принцип квазізчеплення, однорідних та інших матеріалів, пружно-пластична ламінарна теорія, теорія еластичної плівки, теорія пасивного опору, а також розгляд кільця бічних напружень і теорія анкерного кільця про роль кільцевих анкерів і так далі. В даний час для інтерпретації ми зазвичай використовуємо принцип фрикційного армування і принцип квазів'язкої когезії.
Принцип посилення тертя:
Армований ґрунт розглядається як анкерна система, закріплене тіло ґрунту та геосинтетика тісно зчеплені, коли тіло ґрунту, що ковзає, сповзає або має тенденцію до сповзання, між тілом ґрунту та армованим матеріалом створюється тертя, що обмежує бічну деформацію ґрунту, яка еквівалентна стороні тіла ґрунту на силу зв'язування, покращує несучу здатність тіла ґрунту та досягає мети армування. Поки армований матеріал має достатню міцність і створює достатню силу тертя з ґрунтом, армоване тіло ґрунту може залишатися стабільним.
Принцип фрикційного армування технології армованого ґрунту, що застосовується в підпірних стінах, показаний на рис. Згідно з теорією Ренкіна, вздовж активної поверхні розриву BC стіна ділиться на активну зону і стабілізуючу зону, а горизонтальна тяга, що створюється власною вагою ковзної ґрунтової призми ABC, формує розтягуючу силу на кожному шарі арматури, яка призначена для висмикування арматури з ґрунту, в той час як фрикційний опір ґрунту в стабілізуючій зоні і арматурного поясу перешкоджає висмикуванню арматури. Якщо опір тертя кожного шару арматури і ґрунту може протистояти відповідному тиску ґрунту, вся стіна не матиме поверхні ковзання BC, і внутрішня стабільність армованого ґрунту буде гарантована. Простіше кажучи, він заснований на терті між ґрунтом і армованим матеріалом для підтримки стабільності схилу і ґрунту. Краще використовуються властивості розтягування армуючого матеріалу, а власна вага ґрунтового тіла також добре використовується для збільшення тертя.
Принцип квазі-згуртованості
Принцип квазів'язкої когезії, також відомий як теорія композитних матеріалів, тобто армований ґрунт як анізотропний композитний матеріал, що після додавання геосинтетики в ґрунт армоване композитне тіло ґрунту внутрішнього кута тертя залишається незмінним і створює нову когезійну силу, відому як "квазів'язка когезія" або "подібна до в'язкої когезії ". Таким чином, спільна дія між армованим матеріалом і заповненням дорожнього полотна забезпечується силою зсуву заповнення, силою тертя між ґрунтом і армованим матеріалом і силою розтягування армованого матеріалу, що робить армований ґрунт міцнішим і стабільнішим.
Вищезазначена теорія експериментально підтверджується тривісними порівняльними випробуваннями армованих і неармованих зразків ґрунту. Згідно з кулонівською теорією та аналізом критерію пошкодження Мура, як показано на рисунку, порівнюючи граничні умови рівноваги піщаних ґрунтів до і після армування, армовані піщані ґрунти мають додатковий приріст міцності, спричинений C', ніж неармовані піщані ґрунти, що в теорії міцності називається "квазів'язкою когезією". Збільшення квазікогезії - це збільшення композитної міцності композитного тіла ґрунту і армованого матеріалу, що сприяє стабільності композитного тіла ґрунту.
Всебічне порівняння двох принципів дозволяє виявити, що принцип фрикційного армування та принцип квазів'язкої когезії двох теорій полягають в армуванні зразків ґрунту для збільшення бічної сили обмеження, тим самим покращуючи міцність на зсув та міцність на стиск ґрунту.
Геосинтетика у стабілізації ґрунтів
Технологія стабілізації ґрунтів широко використовується в реальному будівництві, а типові конструкції з армованого ґрунту включають армовані ґрунтові підпірні стіни, армовані ґрунтові укоси, армовані ґрунтові фундаменти, армування м'яких ґрунтів, армовані ґрунтові насипи, армовані ґрунтові засипки за опорами мостів, армовані ґрунтові опори мостів, пальові армовані насипи на м'яких основах, а також армовані ґрунтові щебеневі палі, волокнисті ґрунтові укоси, армовані основи, армоване дорожнє полотно і т. ін. Серед них найбільш поширеним застосуванням і найбільш досконалими дослідженнями на сьогодні є армовані ґрунтові підпірні стіни, армовані ґрунтові укоси та армовані ґрунтові фундаменти.
Посилені підпірні стіни
Армовані ґрунтопідпірні стіни є однією з найбільш ранніх і численних форм інженерного застосування армованих матеріалів. Вони широко застосовуються в дорожньому будівництві, будівництві високих схилів в аеропортах і насипів завдяки своїм хорошим механічним і деформаційним характеристикам, зручній і ефективній конструкції і зовнішньому вигляду.
Армована ґрунтова підпірна стіна - це різновид несучої конструкції, що складається з фундаменту стіни, поверхні стіни (плити), геосинтетичного матеріалу та засипаного ґрунту за стіною. Форма макета показана на рис.
Її конструкція проста і легка у виготовленні, панель може бути залита на місці, або зібрана зі сталевого листа чи збірної залізобетонної плити.
Арматура з сильними властивостями на розрив матеріалу, панель з'єднана з арматурою, армована діапазоном ущільнення наповнювача, через наповнювач та армовані матеріали, що утворюються між тертям, щоб змінити початкові механічні властивості наповнювача, завдяки чому несуча здатність наповнювача була значно покращена.
Для розрахунку стійкості армованих ґрунтових підпірних стін використовується метод граничної рівноваги. Розрахунок зовнішньої стійкості відповідає гравітаційній підпірній стінці, а тиск ґрунту в задній частині стіни розраховується відповідно до теорії тиску ґрунту Ренкіна. Розрахунок внутрішньої стійкості включає в себе розрахунок міцності армуючого матеріалу і розрахунок стійкості на висмикування. Розташування армуючого матеріалу повинно відповідати вимогам міцності матеріалу на розрив, а довжина повинна відповідати розрахунку опору на висмикування, враховуючи конструктивні вимоги.
Укріплені земляні укоси
Укріплені ґрунтові схили можуть бути укріплені двома способами, один з яких - укріплення природних схилів, а інший - стабілізація та укріплення штучних схилів, утворених шляхом насипання землі. У першому випадку для закріплення геосинтетичних матеріалів у схилі зазвичай використовують анкерні цвяхи, що вимагає від армованого матеріалу високої міцності та модуля пружності. В останньому випадку геосинтетика може засипатися в ґрунт шарами в міру підйому ґрунту, щоб досягти ефекту пошарового армування і пошарового ущільнення, як правило, з використанням геотекстилю або георешітки. Форма армованого ґрунту на крутому схилі показана на малюнку вище.
Метод проектування укріпленого ґрунтового укосу - це метод граничної рівноваги, який визначає розмір і розташування укріпленого матеріалу та структуру укосу шляхом розрахунку внутрішньої та зовнішньої стійкості.
Одновісна георешітка, використана в проекті захисту схилів та озеленення
Армований ґрунтовий фундамент
Практика армованого земляного фундаменту полягає в тому, що слабкий шар ґрунту в певному діапазоні під фундаментом виймається, а потім шар за шаром укладається геосинтетика, пісок і гравій в якості підстилаючого шару, який служить в якості утримуючого шару фундаменту. Посилений фундамент має переваги поліпшення несучої здатності фундаменту, зменшення осідання фундаменту та контролю нерівномірного осідання. Армуючим матеріалом армованого фундаменту, як правило, є геотекстиль, геосітка, геокомірка або геопояс.
Переваги геосинтетичного армованого ґрунту
Технологія армованого ґрунту - це, по суті, технологія підсилення ґрунтового тіла, яка в порівнянні з традиційною гравітаційною опорною конструкцією має наступні характеристики:
1) проста технологія, зручне будівництво: немає потреби в спеціалізованій будівельній техніці, а армоване тіло пошарово ущільнюється засипкою для формування гнучкої конструкції, навантаження, спричинене деформацією фундаменту, на самі армовані круті схили має незначний вплив.
2) Місцеві матеріали, економія землі: наповнювачем є звичайний піщаний ґрунт, з широкого спектру джерел, армуючі матеріали також можна взяти поблизу, що зменшує транспортні витрати, конструкцію можна встановити вертикально або на крутих схилах, щоб зменшити площу проекту.
3) Короткий термін будівництва, низька вартість, очевидні переваги: у порівнянні з традиційною гравітаційною підпірною стінкою, зниження витрат, як правило, становить 10% ~ 50%.
4) Хороша цілісність: завдяки з'єднувальним характеристикам армуючого матеріалу, він може добре утримувати розподіл зусиль між тілом ґрунту, а пристосованість до деформації є кращою.
5) Нова структура і красиве моделювання: після будівництва проект може бути інтегрований з природою через озеленення схилів.
Підсумуй.
Обговорюючи типи, механізми, застосування та переваги геосинтетики у зміцненні ґрунтів. Я вважаю, що ви тепер краще розумієте, що використання геосинтетичних матеріалів відіграє життєво важливу роль у зміцненні ґрунту та покращенні властивостей стабільності ґрунту, приносячи значну користь цивільному будівництву.
QIVOC має багаторічний досвід у виробництві та розробці геосинтетичних матеріалів. Компанія QIVOC має багаторічний досвід у виробництві та розробці геосинтетичних матеріалів для армування ґрунту та зведення стін. Якщо вам потрібна геосинтетика для будівництва армованого ґрунту або підпірних стін, будь ласка, зв'яжіться з нами. Ми надамо професійну технічну підтримку та високоякісну геосинтетику.
ПОШИРЕНІ ЗАПИТАННЯ
Як правильно вибрати геосинтетику? За якими критеріями обирати?
Вибір відповідного геосинтетичного матеріалу вимагає всебічного врахування конкретних потреб проекту, умов навколишнього середовища, характеристик матеріалу, простоти будівництва та економічності, а також інших факторів.
1. Чого намагається досягти проект: непроникність, укріплення, дренаж, захист.
2. Умови навколишнього середовища: тип ґрунту, зміна клімату, зміна рівня ґрунтових вод та опадів.
3. Властивості матеріалу: міцні механічні властивості, водопроникність, довговічність.
4. Зручність конструкції: легко встановлювати, зберігати та транспортувати.
5. Економія: ціна геосинтетики, подальші витрати на обслуговування.
Конкретні критерії вибору повинні ґрунтуватися на характеристиках геосинтетичних матеріалів. Наприклад, геотекстиль, що використовується для дренажу та фільтрації, слід вибирати як нетканий геотекстиль. Відповідно до вимог контролю просочування, вибирайте геомембрану товщиною 0,5-3,0 мм і так далі.
Потім зверніться до ISO, ASTM та інших міжнародних стандартів щодо випробувань геосинтетичних матеріалів та вимог до експлуатаційних характеристик, щоб вибрати матеріали, які відповідають вимогам проекту.
Як геосинтетичні матеріали поводяться в екстремальних погодних умовах?
Геосинтетичні матеріали добре працюють в екстремальних кліматичних умовах, в тому числі в наступних трьох середовищах.
Високотемпературне середовище
В умовах високих температур експлуатаційні характеристики геосинтетика практично не змінюються, його теплопровідність, стабільність міцності та інші показники змінюються дуже незначно.
Вологе середовище
Захисні властивості та водонепроникність геосинтетики залишаються практично незмінними у вологому середовищі.
Холодне середовище
У холодному середовищі морозостійкість, пластичність і стійкість до замерзання і відтавання геосинтетичних матеріалів залишаються незмінними.
Який термін служби цих матеріалів? Яке обслуговування чи заміна необхідна?
Різні геосинтетичні матеріали мають різний термін служби. Наприклад, геотекстиль має термін служби від 20 до 50 років. Геомембрани - 30-70 років.
Після завершення будівництва геосинтетичні матеріали потребують регулярного огляду, очищення, ремонту, армування та іншого обслуговування. Пошкоджені або старіючі геосинтетичні матеріали слід вчасно замінити або відремонтувати.
Як забезпечити хороший контакт і тертя між геосинтетикою і ґрунтом під час будівництва?
У процесі будівництва необхідно забезпечити хороший контакт і тертя між геосинтетичним матеріалом і ґрунтом, головним чином, за рахунок наступних аспектів.
1. Будівельна ділянка очищається і вирівнюється, а також належним чином ущільнюється, особливо для пухкого або м'якого ґрунту.
2. Геосинтетика укладається секціями, щоб не було зморшок або проблем з нависанням. Ширина нахлеста досить велика і фіксується цвяхами, мішками з піском та іншими важкими предметами, щоб запобігти зсуву матеріалу.
3. Засипте ґрунт шар за шаром і виконайте операцію ущільнення.
4. Організувати професійний персонал для моніторингу укладання та закріплення геосинтетики в режимі реального часу в процесі будівництва, щоб вчасно виявляти та виправляти проблеми. І в будь-який час проводити вибіркові випробування.
Яка загальна вартість використання геосинтетики? Яка економія порівняно з традиційними методами?
Загальна вартість використання геосинтетики набагато нижча, візьмемо для прикладу геомембрани. Оскільки геомембрана є рулонним матеріалом, вона має переваги легкого транспортування, простої конструкції, короткого періоду будівництва та низької вартості. Тому в порівнянні з традиційною залізобетонною непроникною конструкцією корпус може заощадити від 30% до 50% бюджету витрат.
Як геосинтетика впливає на навколишнє середовище?
Використання геосинтетики позитивно впливає на навколишнє середовище. Наприклад, в екологічних проектах, таких як полігони твердих побутових відходівгеосинтетичні матеріали можуть відігравати певну роль у запобіганні корозії та просочуванню, захищаючи безпеку та здоров'я навколишнього середовища.
Які види технічної підтримки та навчання надає QIVOC?
QIVOC надає технічну підтримку, таку як інструкції з укладання геосинтетичних матеріалів, тестування на відповідність специфікаціям, рішення для задоволення потреб та рекомендації щодо продукції. Навчання фокусується на розщепленні та перекритті геосинтетичних матеріалів.
Для отримання додаткової інформації зв'яжіться з нами info@qivoc.com
Чи сумісні геосинтетики з іншими будівельними матеріалами (наприклад, бетоном, сталлю тощо)?
Геосинтетичні матеріали сумісні з іншими будівельними матеріалами (наприклад, бетоном, сталлю тощо). Наприклад, цемент можна використовувати як наповнювач у геокомірках.
