Геосинтетические материалы в виде геомембран, геотекстилей, геосеток, геоматов, геокомпозитов в настоящее время нашли широкое применение в мировой практике строительства водохозяйственных объектов.

Они применяются в качестве противофильтрационных элементов, фильтров, дренажей, армирующих и разделяющих конструкций, а также для защиты и крепления откосов грунтовых и поверхностей бетонных плотин.

Армирование грунтовых сооружений, слабых оснований и подпорных стен

Геосинтетики являются наиболее перспективным материалом для армирования грунтов. В этих целях чаще всего используют объёмные сотовые георешётки, плоские геосетки и геоткани. Армирование насыпи выполняется путём послойной укладки геосинтетика между пластами грунта по всему телу сооружения или в области откосов в пределах участков возможных критических деформаций [1, 2].

Геосинтетики являются наиболее перспективным материалом для армирования грунтов.

Возведение подпорных стен выполняется аналогично. Полотно заводится в тело насыпи на расчётное расстояние, а противоположный его конец заанкеривается в грунт у поверхности стены. Широко распространена практика сооружения подпорных стен путём оборачивания слоёв грунта геотекстилем, позволяющего возводить сооружения с практически вертикальными откосами [3]. Поверхность откоса армогрунтовой насыпи или подпорной стены должна быть облицована или озеленена с применением противоэрозионных материалов (рис. 1).

Рис. 1 Армированная стенка

В качестве облицовки также используют различные геосинтетические материалы (георешётки, 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 [3].

Перспективным направлением в области укрепления стеновых конструкций является устройство анкерующих систем с использованием полимерных канатов или полос. Будучи прикреплёнными одним концом к облицовочным поверхностям или к слоям геосинтетиков, а другим концом заанкеренными в грунт (скалу), они объединяют облицовочные и армирующие конструкции в одно целое с подпорной грунтовой зоной.

Современные решения, в целях обеспечения наиболее эффективной работы конструкции, предусматривают комплексное использование различных типов геосинтетиков, каждый из которых выполняет определённое функциональное назначение. Увеличение несущей способности грунтовой насыпи с одновременным отводом фильтрующей жидкости из тела сооружения достигают путём армирования откоса двухслойной конструкцией из георешётки или геоткани и нижележащего водопроницаемого слоя нетканого иглопробивного геотекстиля и одновременно устройства за армированным грунтовым блоком дренажа из геокомпозитных листовых дрен или геосеток (рис. 2). Эта конструкция эффективна в случае использования для строительства грунтов с низким коэффициентом фильтрации.

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. 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. 3).

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 расчётным сроком службы и с наличием постоянной составляющей усилия на геосинтетик требуется учитывать фактор ползучести полимера и допускаемые деформации армогрунтовой конструкции.

В настоящее время ведётся 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 [4].

Одно из перспективных направлений исследований в будущем — создание предварительно напряжённой геосинтетической арматуры. Учитывая возможную релаксацию напряжений, преднапряжение армирующего геосинтетика могло бы исключить потенциальные деформации как самого материала, так и сооружения в целом.
Гидроизоляция плотин и дамб

При строительстве плотин и дамб устройство противофильтрационных экранов из полимерных мембран является широко распространённым способом их защиты от воздействия фильтрационных сил и потоков.

Устройство противофильтрационных экранов из полимерных мембран — широко распространённый способ защиты плотин и дамб от воздействия фильтрационных сил и потоков.

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.

Известны также и другие способы размещения плёночных противофильтрационных конструкций в теле сооружения. Повышение надёжности работы плотины (дамбы) на сильнодеформируемом основании может быть осуществлено путём укладки полиэтиленовой плёнки в виде вертикальной ступенчатой зигзагообразной диафрагмы по верховому клину и центральной части сооружения с вогнутым к центру плотины очертанием (рис. 4). В случае неравномерной осадки основания и сооружения такая конструкция диафрагмы, являясь противофильтрационным элементом, также способствует повышению прочности и устойчивости сооружения, так как препятствует образованию непрерывных поверхностей обрушения и распространению сквозных продольных и поперечных трещин, а также обеспечивает их самозалечивание в большем объёме тела дамбы [5].

Учеными США предложен проект по устройству водонепроницаемого композитного слоя, выполненного вертикально в центральной части плотины и состоящего из геомембраны и бентонитовой глины. На всю высоту сооружения, а также, в случае необходимости, на часть его основания, выполняется выемка траншеи, которая заполняется бентонитовой глиной с последующей установкой геомембраны (листы, рулоны, панели) вертикально на верховой грани траншеи (рис. 5). Кроме глинистого заполнителя может быть использована тщательно отсортированная грунтовая засыпка, обеспечивающая водонепроницаемость конструкции [6].

Геомембраны также широко используются для ремонта бетонных плотин, имеющих существенный износ и допускающих фильтрацию через сооружение. Они укладываются 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. В настоящее время ведутся разработки по осуществлению ремонта таких сооружений без спуска воды, предусматривающие водолазные работы с использованием соответствующего оборудования. Положительный опыт выполнения такого вида работ накоплен в Италии.

Геомембраны широко используются для ремонта бетонных плотин, имеющих существенный износ и допускающих фильтрацию через сооружение.

Перспективным является и использование надувных систем, крепящихся к мембране для защиты её в зимний период от ломающегося льда, куски которого, при их большой толщине, могут существенно повредить мембрану [7].

Экранирование каналов, водоемов и парковых прудов

Системы транспортировки поверхностных вод включают в себя разветвлённую сеть каналов, а также различного рода водоёмы и водохранилища, надёжная гидроизоляция которых является обязательным условием 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.

Широкое распространение получили грунтоплёночные и бетоноплёночные облицовки, когда полотнища укладывают на дно и откосы канала и покрывают защитным слоем грунта либо бетонными плитами. Обычно облицовочные работы выполняются при опорожнённом канале.

Перспективным направлением в данной области является разработка технологии облицовки каналов в случае их полного или частичного заполнения водой или другими жидкостями. Так, в США на опытных участках канала, заполненного водой, была осуществлена укладка облицовочного покрытия, состоящего из полотен геомембраны, 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 (рис. 6) [8]. Такая технология производства работ эффективна, когда невозможны 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 надёжных 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 плёнки существуют и проходят испытания на опытных участках Бюро Мелиорации США.

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 — объёмные закрытые цилиндрические системы, изготовленные из высокопрочного тканого геотекстиля и заполненные грунтом. Геотубы имеют диаметр 1?4 м и длину 20?200 м. Они монтируются на берегу или непосредственно в воде на глубине до 3 м, а затем укладываются на защищаемую поверхность (рис. 7). Заполнение объёма геотуб водно-грунтовой смесью производится путём её гидравлического нагнетания через впускные рукава, расположенные на определённом расстоянии друг от друга по всей длине тубы. Для защиты от ультрафиолетовой деградации, а также случайных повреждений они покрываются слоем грунта [9].

Геотубы также применяются при строительстве плотин, ядер дамб и пирсов. Дальнейшее совершенствование этих конструкций может быть достигнуто путём использования для их изготовления высокопрочных жёстких тканей, которые могут эксплуатироваться в открытых условиях более 20 лет и иметь структуру, позволяющую заполнять тубу крупным гравием и известняком.

Захоронение донных наносов

Речной поток в естественном состоянии имеет в своём составе наносы — твёрдые минеральные частицы грунта, которые являются продуктами размывающей деятельности воды. Наносы, влекомые течением, частично выпадают на дно рек, каналов и водохранилищ, со временем уменьшая площадь их сечения и ёмкость, а также вызывая опасность нарушения нормальной работы энергетических, ирригационных установок водных систем, судоходных путей. Для резервации, транспортировки и захоронения наносов, вычерпанных из рек, гаваней и дельт, успешно используются геотекстильные контейнеры — тубы длиной до 15 м, изготавливаемые из высокопрочного геотекстиля, заполненные грунтом и сшитые (рис. 8). Контейнеры перевозят на барже к месту захоронения и опускают под воду [10].

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

Библиографический список:

1. Круглов Г. Г., Гатилло С. П., Минчукова М. Е. Исследование устойчивости откосов дамб шламохранилищ, оборудованных плёночными противофильтрационными элементами, на подрабатываемых территориях // Гидравлические и гидрологические аспекты надёжности и безопасности гидросооружений: Материалы Международного симпозиума. — СПб.: ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева, 2002. — 7 С.

2. Sprague C. J., Koutsourais M. The evolution of geotextile reinforced embankments // Geotech. Spec. Publ. 30. R. H. Borden, R. D. Holtz, and I. Juran, eds. — New York: ASCE, 1992. — P. 1129–1141.

3. Bathursl R. J., Simac M. R. Geosynthetic reinforced segmental retaining wall structures in North America // Geotextiles, Geomembranes and Related Products: Proc, 5th Int. Conf. Spec. Vol.. Southeast Asia Chapter. International Geosynthetic Society. — Singapore, 1994. — P. 29–54.

4. Nettleton T.M., Jones C.J. Electrokinetic geosynthetics and their applications // Industrial Fabrics Assiciation International: Proc. 6th Int. Conf. On Geosynthetics. — St. Paul, Minn, 1998. — P. 871–876.

5. Минчукова М.Е. Влияние формы плёночных экранов на устойчивость откосов грунтовых плотин // Budownictwo i Ingeneria Srodowiska: Материалы 23 Международного симпозиума студентов и молодых учёных. — Зелена Гура: Зеленогурский университет, 2001. — С. 92–98.

6. Koerner R. M, Guglielmetti J. Vertical barriers: Geomem¬branes // Proc. Int. Containment Technol. Workshop, Assessment of Barrier Technologies. PB96-180583, R. R. Rumer and J. K. Mitchell, eds., NTIS. — 1995. — P. 95–118.

7. Cazzuffi D. The use of geomembranes in Italian dams // J. Water Power and Dam Constr. — 1987. — Vol. 26, № 2. — P. 44–52.

8. Comer A.I., Kube M., Sayer. M. Remediation of existing canal linings // J. Geotextiles and Geomembranes. — 1996. — Vol. 14 (5–6). — P. 313–326.

9. Leshchinsky. Geosynthetic confined pressurized slurry (GeoCoPS) // Tech. Rep. CPAR-GL96-1. — Washington. D.C., 1996.

10. Fowler J. Geotubes and Geocontainers for Hydraulic Applica¬tions // Proc, Cleveland Section ASCE. — New York, 1995.

Более подробно с анализом текущей ситуации и прогноз развития российского рынка нетканого геотекстиля смотрите в отчете маркетингового исследования Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок нетканого геотекстиля в России».

www.newchemistry.ru