Парапродукты: уникальные георешетки Маккаферри

Применение геосинтетических решеток в Российской Федерации приобретает все более широкие масштабы, что обусловлено в первую очередь снижением финансовых затрат на строительство сооружений, в том числе в дорожной отрасли. Немаловажным фактором является также низкая по сравнению с традиционными материалами и технологиями трудоемкость укладки георешеток. В России за последнее время построен ряд крупных предприятий по выпуску подобной продукции, и рынок предлагает много разных решений. При этом на общем фоне выделяется группа уникальных высокопрочных георешеток под названием «парапродукты». Их производит компания «Маккаферри».

Парапродукты решают проблему стабилизации насыпи в различных условиях:

• при наличии слабых или просадочных грунтов;
• при устройстве насыпи на свайных основаниях;
• при устройстве откосов с высоким углом заложения, вплоть до 70°;
• при формировании откосов, на которых необходимо предотвратить сползание (например, при устройстве свалок и хвостохранилищ);
• при возведении гравитационных подпорных стен любой конфигурации.

Парапродукты включают в себя три типа уникальных георешеток:

• Парагрид® – георешетка среднего класса прочности; обычно используется в армогрунтовых сооружениях;
• Паралинк® – ультрапрочная армирующая георешетка с разрывной нагрузкой от 200 кН/м до 1350 кН/м; используются для эффективного армирования оснований, для возведения насыпей на слабых и просадочных грунтах;
• Парадрейн® – материал, который совмещает в себе функции укрепления грунта и дренажа.

Уникальностью и эффективностью эти решения обладают благодаря полиэфирным жилам.

Кратко поясним суть технологии. Каждая полиэфирная жила состоит из тысяч полиэфирных нитей, обладающих низкой деформацией и химической стойкостью. В процессе производства полиэфирные жилы покрывают жидким полиэтиленом высокой плотности с помощью технологии вакуумной штамповки. Затем образовавшуюся ленту пропускают через специальные вальцы, чтобы сделать поверхность текстурированной. В итоге получается улучшенное сцепление материала с грунтом.

Парапродукты под брендом «Маккаферри» выпускаются с конца 1970-х гг. Они прошли испытание временем. Накопленный опыт их применения при этом позволяет, совершенствуя производство, предлагать новые эффективные решения.

ПАРАГРИД®: ДЛЯ АРМОГРУНТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ

Технологические особенности

Георешетка «Парагрид®» представляет собой плоскую одноосную структуру, образуемую двухмерным наложением композитных геосинтетических полос. Каждая отдельная лента имеет ядро, изготовленное из высокопрочных полиэфирных нитей, заключенных в полиэтиленовую оболочку (рис. 1).

Рис. 1. Георешетка «Парагрид®»

Кратковременная прочность георешетки составляет от 30 до 200 кН/м в продольном направлении. Парагрид® – одна из наиболее испытанных и проверенных георешеток в мире. Наиболее широко применяется при возведении армогрунтовых конструкций и позволяет строить стены высотой более 10 м. Обеспечивает 120 лет эксплуатации и высокую эффективность. Прочная полиэтиленовая оболочка устойчива к физическому, химическому и биологическому воздействию. Нельзя не отметить и такое важное свойство материала, как способность противостоять механическим повреждениям при его укладке в грунты с различным размером частиц. При определении долговременной проектной прочности (120 лет) общий понижающий коэффициент георешетки составляет всего лишь К = 1,68 при укладке в щебень. То есть при кратковременной прочности R_p = 200 кН/м долговременная проектная прочность составит R^T_PP= 200 кН/м / 1,68 = 119,05 кН/м.

Для полиэтиленовой георешетки данный показатель может быть 2,59 и выше.

Какую же выгоду дает Парагрид®? Если, например, по расчету армогрунтового сооружения на устойчивость необходим материал с определенной долговременной прочностью, то кратковременная прочность полиэфирной георешетки по сравнению с полиэтиленовой должна быть в 1,54 раза меньше, а ее стоимость будет ниже.

Практический опыт

В процессе подготовки к Олимпиаде-2014 в Сочи модернизация транспортной инфраструктуры для обеспечения комфортного передвижения гостей Игр являлась одной из приоритетных задач государства. Наиболее крупный и сложный из построенных при этом объектов – совмещенная (автомобильная и железная) дорога Адлер – горноклиматический курорт «Альпика-Сервис». Она стала не только основной пассажирской магистралью Олимпиады, но и в целом важным звеном в развитии транспортной инфраструктуры региона.

При проектировании объекта сложности состояли в прохождении трассы по территории национального парка с уникальными видами деревьев, дефиците свободных территорий, высокой сейсмичности района строительства, оползневой опасности склонов, наличии тектонических разломов, разных видов грунтовых пород. На одном из этапов специалисты проектного института «Сибгипротранс» столкнулись сразу с несколькими техническими проблемами. В частности, насыпь железнодорожного полотна должна была проходить

вдоль полосы землеотвода, ограниченного существующей железобетонной подпорной стенкой. В процессе проектирования инженеры ОАО «Сибгипротранс» и ООО «Габионы Маккаферри СНГ» совместно проработали около десяти различных вариантов конструкций. В итоге приняли решение о возведении подпорных стен с использованием армогрунтовой системы «Террамеш». Высота насыпи составила 15 м с двумя промежуточными бермами через 5 м по высоте; общая протяженность подпорной стены – 1048 м. Послойное армирование насыпи высокопрочными композитными георешетками «ПараГрид» производилось с шагом 0,5 м, определенным в результате проведения комплекса расчетов специалистами обеих организаций. Для оптимизации строительных процессов было принято решение использовать в лицевой грани блоки системы «Террамеш» 4Ч2Ч0,5 м, что обеспечило сокращение временных затрат при возведении насыпи и позволило вписаться в существующую полосу землеотвода. Кроме того, выбор в пользу применения габионных конструкций при строительстве объекта был сделан из соображений экологической безопасности.

Рис. 2. Строительство совмещенной дороги Адлер – горноклиматический курорт «Альпика-Сервис» вплотную к левому берегу реки Мзымта

ПАРАЛИНК®: УКРЕПЛЕНИЕ ФУНДАМЕНТОВ И ГРУНТОВ

Технологические особенности

Паралинк, как и Парагрид, изготавливается из полиэфирных нитей, заключенных в полиэтиленовую оболочку и соединенных в ленты, поверхность которых также текстурирована.

Однако у этой решетки есть одно важное отличие. Ее кратковременная прочность в рабочем направлении значительно больше и находится в диапазоне от 200 до 1350 кН/м. Соответственно, намного больше толщина лент, больше и ширина – варьируется от 85 до 91 мм (рис. 3, 4).

Долговременная проектная прочность Паралинка определяется аналогично Парагриду, а общий понижающий коэффициент для щебня имеет даже меньшую величину К = 1,60. Благодаря высоким разрывным характеристикам композитные решетки «Маккаферри» снижают относительную просадку и ускоряют консолидацию связных грунтов основания.

Паралинк® является по-своему уникальным продуктом. В силу своих прочностных характеристик он позволяет решать сложные геотехнические задачи, которые не под силу другим геосинтетическим материалам, а способность противостоять воздействию низких температур без потери прочности делает эту георешетку незаменимой в районах Сибири и Крайнего Севера, что, в частности, было доказано при возведении подпорной стены в Якутии на месторождении Гросс.

Паралинк® – одна из наиболее испытанных и проверенных георешеток в мире, она обеспечивает 120 лет эксплуатации и высокую эффективность армогрунтовых сооружений.

Рис. 3. Георешетка Паралинк®

Рис. 4. Структура ленты георешетки Паралинк®

Практический опыт

Компания ООО «Габионы Маккаферри СНГ» имеет богатый опыт применения парапродуктов. Например, композитными георешетками «Паралинк» и «Парагрид» армирована 30-метровая насыпь в районе дробильной установки Михеевского ГОКа. Подпорная стена выдерживает нагрузку от карьерных самосвалов весом до 330 т. Георешетки подтвердили свою эффективность также в проектах армирования насыпей на просадочных грунтах. В частности, высокая разрывная характеристика ПараЛинка обеспечила требуемые коэффициенты устойчивости при строительстве резервуарного парка Каспийского трубопроводного консорциума (КТК), где крупногабаритные нефтеналивные емкости были установлены на насыпи на слабых грунтах. КТК – магистральный трубопровод протяженностью более 1,5 тыс. км, являющийся важнейшим маршрутом транспортировки нефти в Каспийско-Черноморском регионе.

При строительстве крупногабаритных нефтеналивных емкостей (впервые в России объемом до 100 тыс. м³) генеральный подрядчик ЗАО «Трест Коксохиммонтаж» столкнулся с проблемой слабых грунтов в основании насыпей.

Рис. 5. Строительство резервуарного парка Каспийского трубопроводного консорциума

Специалистами технического отдела ООО «Габионы Маккаферри СНГ» было предложено послойно армировать возводимые насыпи георешеткой «Паралинк» 400 и 700, а отсыпанные склоны защитить от поверхностной эрозии и обеспечить местную устойчивость с помощью геоматов «МакМат».

Применение георешеток с шагом армирования от 2 до 4 м (в зависимости от индивидуальных условий насыпей каждого резервуара) позволило значительно ускорить процесс консолидации грунта и стабилизировать осадку насыпей; увеличить угол заложения откосов насыпей, что, в свою очередь, обеспечило экономию времени и средств на земляных работах.

Высокая разрывная характеристика Паралинка, подобранная расчетным путем в специализированном программном комплексе MacStars°2000, обеспечила требуемые

коэффициенты устойчивости.

ПАРАДРЕЙН®: ДЛЯ АРМИРОВАНИЯ И ДРЕНАЖА

Технологические особенности

Парадрейн® – уникальный продукт, который представляет новое поколение георешеток и сочетает в себе функции закрепления и дренажа. Специально разработан для применения в условиях, когда укрепляемый грунт имеет очень низкие дренажные свойства (связные грунты).

Георешетки «Парадрейн®» имеют плоскую структуру, создаваемую из композитных лент, соединенных между собой полиэтиленовыми лентами. Продольная лента состоит из полиэфирных жил, заключенных в оболочку из черного полиэтилена высокой плотности. Имеет специальный дренажный канал, заполненный фильтрующим материалом, который изготовлен из высококачественного нетканого полипропиленового геотекстиля (рис. 6, 7).

Парадрейн® – георешетка средней прочности, способная выдерживать разрывные нагрузки от 50 до 200 кН/м в продольном направлении и от 5 до 15 кН/м в поперечном. Имеет высокое сопротивление деформации ползучести. Удлинение при максимальных нагрузках составляет не более 12%.

Как и Парагрид®, используется для стабилизации слоев грунта на откосах, где необходимо предотвратить сползание (в частности, при устройстве свалок и хвостохранилищ).

Чтобы лучше понять, чем обусловлена эффективность георешетки «Парадрейн®», рассмотрим, что происходит с недренированным грунтом. При приложении нагрузки, например, к суглинкам, давление поровой воды увеличивается. Это ухудшает несущую способность грунта и его осадочные характеристики; излишнее давление поровой воды уменьшает сопротивление грунта на сдвиг, а также сцепление между армирующими элементами и грунтом.

Один слой Парадрейна способен эффективно дренировать слой грунта толщиной до 50 см. Установлено, что рассеивание давления поровой воды происходит в первые 24–36 ч после установки, в это же время происходит осадка. Объем воды, который необходимо удалить, относительно невелик, но и ее относительно небольшого количества достаточно для того, чтобы создать излишнее поровое давление, которое способно значительно ухудшить характеристики грунта.

Классическая схема создания укрепленного откоса подразумевает выемку местного грунта в зоне обратной засыпки и замену его привозным с улучшенными характеристиками, но такой подход зачастую очень дорог и экономически нецелесообразен, а порой и трудновыполним.

Рис. 6. Георешетка «Парадрейн®»

Рис. 7. Структура георешетки «Парадрейн®»

Преимущества георешетки «Парадрейн®»:

• позволяет использовать местный грунт в качестве обратной засыпки;
• рассеивает излишнее поровое давление и отводит влагу из тела насыпи;
• дает армирующий эффект плюс эффект распределения нагрузок;
• увеличивает несущую способность грунта, его сцепление с армирующей георешеткой и сопротивление сдвигающим напряжениям;
• увеличивает сопротивление армирующей прослойки на вырыв (приблизительно на 45%) и уменьшает ее смещение;
• значительно сокращает время, за которое происходит осадка грунта.

Рис. 8. Графики, подтверждающие эффективность георешетки «Парадрейн®»: а – рассеивание давления поровой воды; б – сопротивление на вырыв

В конечном счете применение таких георешеток позволяет создать полнофункциональное сооружение с меньшими трудозатратами и экономией финансовых средств.

Практический опыт

Еще для одного объекта Олимпийского Сочи, горнолыжного комплекса «Альпика-Сервис», инженерами компании «Маккаферри» был разработан проект по устройству технологического пруда, основное назначение которого – обеспечение резервной аккумуляции подземных вод и атмосферных осадков для последующей подачи к установкам искусственного оснежения лыжных трасс.

Площадка под строительство была выбрана на гребне и склонах горного хребта Псехако на высоте 1340-1410 м неподалеку от села Эсто-Садок. Эта территория принадлежит Сочинскому национальному парку. Строительство объекта предполагало применение комплексных технических решений: помимо локализации воды для оснежения и противопожарных мероприятий, гидроузел должен был выполнять функции рекреационной зоны. Прилегающие к водоему территории, соответственно, следовало благоустроить.

Рис. 9. Армирование дамбы искусственного пруда для горнолыжного комплекса «Альпика-Сервис»

Рис. 10. Пруд на курорте «Альпика-Сервис» после завершения работ

Для того, чтобы повысить надежность конструкции гидроузла, проект предусматривал строительство земляной насыпной плотины. Для ее сооружения было необходимо учесть следующие геологические и гидрогеологические факторы: высокую сейсмичность района (9 баллов); процессы, связанные с действием поверхностных вод (плоскостная и линейная эрозия, подтопление и затопление). Оптимальное решение по армированию удалось найти с помощью георешетки «Парадрейн®».

Заключение

Высокое качество парапродуктов «Маккаферри» подтверждено сертификатом British Board of Agrement (BBA). Кроме того, они прошли проверку NTPEP (Национальная программа оценки транспортной продукции в Америке) и стандартизированы в ISO 9001 и ISO 14001.

Образцы продукции проходят долговременные тесты на деформацию ползучести и тесты на разрыв в соответствии с британским стандартом EN ISO 13431:1999. Материалы испытываются на протяжении периодов, превышающих 10 тыс. часов, в различных температурных режимах. Например, образцы геокомпозитов, изготовленные еще в 1967 году, продолжают исследовать на деформацию в естественных условиях и без перерыва тестирования.

Исходя из описанных выше свойств, парапрадукты могут рассчитывать на более широкое применение при возведении сложных геотехнических объектов в России, что позволит не только осуществлять уникальные технологические решения, но и получать экономический эффект, уменьшая затраты и сокращая сроки строительства.