Георешетки – это геосинтетические материалы, используемые в качестве арматуры в строительных работах. Рассматриваются типы георешеток, их функции и применение в строительных работах.
Георешетки можно отнести к категории геосинтетических материалов, которые используются в строительстве в виде армирующего материала. Он может быть использован в укреплении почвы или в укреплении подпорных стен, и даже многие области применения этого материала находятся на пути к процветанию.
Высокий спрос и применение георешетки в строительстве обусловлены тем, что она хорошо сопротивляется растяжению и имеет большую способность распределять нагрузку по большой площади.
- Эффект натяжной мембраны
- Улучшение несущей способности
- Способность сдерживать боковые нагрузки
- Одноосные георешетки
- Двухосные георешетки
- Применение георешеток в строительстве подпорных стен
- Применение георешеток в фундаментных грунтах
- Применение георешеток в строительстве дорожных покрытий
Происхождение георешетки и ее производство
Геосинтетические материалы, георешетки, представляют собой полимерные изделия, которые формируются посредством пересекающихся решеток. Полимерные материалы, такие как полиэстер, полиэтилен высокой плотности и полипропилен, являются основным составом георешеток.
Эти решетки образованы ребрами материала, которые пересекаются при их изготовлении в двух направлениях: одно в машинном направлении (md), которое проводится в направлении процесса изготовления. Другое направление будет перпендикулярно ребрам в машинном направлении, которое называется поперечным машинным направлением (CMD).
Рис. Формирование ребер георешетки в машинном и поперечном машинном направлениях производственного процесса
Эти материалы образуют матричные структурированные материалы. Открытое пространство, как показано на рисунке выше, обусловленное пересечением перпендикулярных ребер, называется апертурой. Это отверстие варьируется от 2,5 до 15 см в зависимости от продольного и поперечного расположения ребер.
Среди различных типов геотекстиля георешетки считаются более жесткими. В случае георешеток прочность на стыке считается более важной, поскольку нагрузка передается от соседних ребер через эти стыки.
Существует множество вариантов изготовления ребер жесткости. Здесь мы рассмотрим три наиболее используемых метода изготовления георешеток:
Метод-1: Экструдирование
Этот метод изготовления георешеток включает в себя экструзию плоского листа пластика в желаемую конфигурацию. В качестве пластикового материала может использоваться полипропилен высокой плотности или полиэтилен высокой плотности. Уже установленный шаблон перфорации размещается над листом, чтобы сделать отверстия для формирования желаемых решеток.
В результате пробивки шаблона отверстий образуются так называемые апертуры. Следующий этап включает в себя развитие прочности на разрыв путем растяжения материала в продольном и поперечном направлении. Ниже показан рисунок, изображающий экструдированную георешетку.
Рис. Георешетка, изготовленная методом экструзии
Метод-2: Вязание или плетение
При этом методе производства георешетки отдельные нити полиэфирного или полипропиленового материала подвергаются вязанию или плетению для формирования гибких соединений, образующих отверстия. Рекомендуется, чтобы эти материалы обладали высокой прочностью, чтобы придать георешетке окончательные желаемые свойства.
Приобретаемый продукт получает дополнительное покрытие из битумного материала, поливинилхлорида или латекса. Этот выбор зависит от производителя георешеток.
Рис. Образец георешетки, изготовленный методом вязания
Метод-3: Сварка и экструзия
Этот метод был недавно разработан производителями Secugrid. Метод предполагает экструзию плоских полиэфирных или полипропиленовых ребер путем пропускания их через ролики, как показано на рисунке ниже. Это делается на автоматизированных машинах, которые работают на разных скоростях, что позволяет растягивать ребра и увеличивать их прочность.
Рис. Растяжение ребер жесткости в процессе экструзии
Как показано на рисунке ниже, полученные ребра направляются на участок сварки через обе стороны. Одна в машинном направлении, а другая – в перпендикулярном. Формирование высококачественной георешетки.
Рис. Сварка ребер, образующих отверстия
Функции и работа георешеток
Георешетки выполняют функцию удержания или захвата заполнителей вместе. Этот метод сцепления заполнителей помогает в создании земляного полотна, которое стабилизируется механически. Отверстия в георешетках способствуют сцеплению заполнителей или грунта, уложенных поверх них. Представление этой концепции показано ниже.
Рис. Изображение георешетки, скрепляющей заполнители
Георешетки, как упоминалось выше, помогают перераспределить нагрузку на большую площадь. Благодаря этой функции конструкция дорожных покрытий становится более устойчивой и прочной. При использовании в строительстве дорожных покрытий георешетка обладает следующими функциональными механизмами:
Эффект натяжной мембраны
Этот механизм основан на концепции вертикального распределения напряжения. Это вертикальное напряжение возникает из-за деформированной формы мембраны, как показано на рисунке ниже. Первоначально этот механизм рассматривался как основной. Но более поздние исследования показали, что механизм бокового сдерживания является основным критерием, который необходимо принимать во внимание.
Улучшение несущей способности
Рис. Механизм улучшения несущей способности
Одним из основных механизмов, происходящих после установки георешетки в дорожном покрытии, является уменьшение бокового перемещения заполнителя. Это приводит к устранению напряжений, которые, если бы они существовали, перешли бы в грунт основания.
Слой георешетки обладает достаточным сопротивлением трению, которое противодействует боковому движению грунта. Следовательно, этот механизм повышает несущую способность слоя. Уменьшение внешних напряжений приводит к образованию внутренних напряжений, что является причиной увеличения несущей способности.
Способность к боковому сдерживанию
Напряжения, возникающие под воздействием колесных нагрузок на дорожное покрытие, приводят к боковому перемещению заполнителей. Это, в свою очередь, влияет на стабильность всего дорожного покрытия. Георешетка служит ограничителем этого бокового движения.
Типы георешеток
В зависимости от процесса производства георешетки могут быть следующих видов
В зависимости от того, в каком направлении происходит растяжение при производстве, георешетки классифицируются как
Одноосные георешетки
Эти георешетки формируются путем растяжения ребер в продольном направлении. Таким образом, в этом случае материал обладает высокой прочностью на растяжение в продольном направлении, чем в поперечном.
Двухосные георешетки
Здесь во время штамповки полимерных листов растяжение происходит в обоих направлениях. Следовательно, функция прочности на растяжение в равной степени отдается как поперечному, так и продольному направлению.
Рис. Одноосные и двухосные георешетки, изготовленные методом экструзии
Применение георешеток в строительстве
Применение георешеток в строительстве подпорных стен
Георешетки используются при строительстве подпорных стен в области засыпки грунта. Удерживание грунта вместе способствует устойчивости конструкции подпорной стены. Структурная целостность грунта может быть повышена путем его армирования георешетками. Это помогает удерживать засыпку, а также распределять нагрузки. Георешетки решают проблемы с мягкой засыпкой или наклонным грунтом.
Рис. A Типичное расположение георешеток в подпорных стенах
Увеличение длины георешеток способствует увеличению массы конструкции. Это помогает строить более высокие стены. Концепция подразумевает, что георешетки заставят весь блок вести себя как единая масса. Минимальная высота, с которой следует начинать укладку георешетки, зависит от типа грунта, степени давления, которому подвергается стена со стороны засыпки, и других факторов.
Характеристики системы подпорных стен из георешетки
Система подпорных стен из георешетки имеет некоторые уникальные характеристики, которые отличаются от традиционных конструкций подпорных стен, таких как бетонные подпорные стены и гравитационные подпорные стены.
Рис. Законченная подпорная стена из георешетки
Конструкция подпорной стены, армированной георешеткой, обладает следующими характеристиками:
- Система георешеток более гибкая по своей природе. Подпорная стена с системой георешеток имеет более высокую способность адаптации к деформации фундамента, по сравнению с традиционной конструкцией, которая очень жесткая по своей природе.
- Большая гибкость предполагает, что они ведут себя хорошо как сейсмостойкие.
- Такое строительство может быть более экономичным, по сравнению с традиционным методом. Полигон можно сделать более крутым, что свидетельствует о снижении затрат. Большая высота стен и крутизна создаются с помощью системы армированного грунта.
- Бортовая георешетка обеспечивает защиту лесов. Это приносит пользу окружающей среде, что является важным параметром в устойчивом строительстве.
- Строительство подпорных стен из георешетки гарантирует качество и снижение стоимости строительства. Это помогает быстрому и удобному строительству.
- Со временем георешетка для армирования подпорных стен и ее преимущества были оценены по достоинству, что привело к росту спроса на нее в строительстве автомагистралей, железных дорог, плотин, портов, планировании городов и проектах, ориентированных на охрану окружающей среды.
Применение георешеток в фундаментных грунтах
Георешетки могут быть использованы для стабилизации грунта под фундаментом, в основном в фундаментах мелкого заложения. Чтобы знать, что режимы разрушения под армированным грунтовым фундаментом должны быть понятны.
Наблюдается четыре вида разрушения:
На рисунке ниже показано расположение слоя георешетки под прямоугольным фундаментом. Рассмотрим размеры фундамента как B x L и слоев георешетки как b x l (в форме ширина x длина, как показано на рисунке ниже).
Как показано на рисунке, “h” – это расстояние между каждым слоем георешетки. Первый слой георешетки размещается на высоте “u” ниже уровня земли.
Если имеется ‘N’ слоев армирования георешетки, общая глубина георешетки может быть определена уравнением
d = u + (N – 1) h –> Уравнение-1
Поперечное сечение и план сверху прямоугольного фундамента, опирающегося на грунт, армированный георешеткой
На рисунке 2 ниже показана общая зависимость между нагрузкой и осадкой фундамента в двух случаях:
Эффект армирования может быть измерен в терминах коэффициента несущей способности (BCR). Коэффициент несущей способности формируется с помощью предельной несущей способности при заданной максимальной осадке.
Пусть BCRU – коэффициент несущей способности при измерении по предельной нагрузке. Тогда из приведенного ниже рисунка
BCRU = qu(R)/qu -> Уравнение-2
Если BCRS – это коэффициент несущей способности при заданной расчетной нагрузке. Пусть это будет Se, тогда
BCRS = qR/q –> Уравнение-3
Кривая зависимости нагрузки от осадки для фундамента, опирающегося на армированный и неармированный грунт
Изменение предельной несущей способности в зависимости от соотношения u/B
На рисунке 3 выше показано изменение несущей способности с изменением отношения u/B. Видно, что BCRu максимальна при значении u/B > (u/B)cr. При значении (u/B)max значение BCRu ниже.
Первый диапазон называется зоной-1, диапазон между (u/B)cr и (u/B)max называется зоной-2, диапазон для u/B > (u/B)max – зоной-3.
На рисунках 4 и 5 показаны соответствующие поверхности разрушения для зон 1, 2 и 3 соответственно.
Условия в зоне 1 и зоне 2
Поверхность разрушения в зоне 3
Можно сделать вывод, что в зоне 1 увеличение коэффициента несущей способности происходит за счет наибольшего ограничивающего давления слоев георешетки. Зона 3 имеет более низкую несущую способность, так как по своей природе является полужесткой.
Применение георешетки в строительстве дорожных покрытий
Применение георешетки при строительстве дорожных покрытий имеет следующие особенности:
Порядок действий при строительстве георешеток для подготовки основания показан на рисунках 6, 7 и 8.
Укладка георешетки на выровненное грунтовое основание в качестве арматуры
Укладка заполнителей поверх слоя георешетки
Окончательное уплотнение и укатка
Преимущества георешеток в строительстве
Читать далее:
Проектирование сегментной подпорной стены из георешетки с расчетами
Геосинтетики в гражданском строительстве и строительных работах
- Проектирование сегментной подпорной стены из георешетки с расчетами.
- 9 видов геосинтетиков в строительстве.
- Виды разрушений в гибких дорожных покрытиях, их причины и методы ремонта.
- Принципы проектирования подпорных стен.
- Сегментная подпорная стена – типы, конструкция и преимущества.
- Типы подпорных стен, материалы, экономика и применение.
- Нагрузки и силы, действующие на подпорную стену, и их расчеты [PDF].