История развития геосинтетических материалов

История развития геосинтетических материалов.

В современном строительстве и промышленности геосинтетические материалы получили широкое распространение. Впервые они были использованы в Соединенных Штатах Америки в 1960-х годах. На территории бывшего СССР геосинтетические материалы появились на 10 лет позже. Специалисты вели интенсивные научные исследования в отраслевых научно-исследовательских институтах и на предприятиях, благодаря чему производство геосинтетиков стало развиваться крайне активно.

Важно отметить, что зарубежная практика использования геосинтетических материалов значительно опередила российскую. Были созданы специальные нормы, которые регламентируют условия применения геосинтетиков, а также требования к ним. За годы исследований специалисты смогли установить факторы, которые определяют, будет ли геосинтетический материал эффективно выполнять возложенные на него функции. Среди них можно отметить гидравлические, механические, а также эксплуатационные показатели грунтовой среды, в которую будет помещен геосинтетический материал. Долгие годы специалисты изучали такие показатели как деформированность, номинальная прочность, ползучесть, фильтрационная способность, а также функциональные показатели.

История развития отечественного производства геосинтетиков насчитывает несколько десятилетий и является довольно насыщенной. В 70-80-х годах прошлого века Министерством транспортного строительства СССР была разработана и утверждена программа совершенствования геотекстильных материалов, а также расширения рациональной области их использования при проектировании и строительстве железных и автомобильных дорог, портов, аэропортов и причалов. Это дало толчок к созданию и быстрому расширению базы по изготовлению геосинтетических материалов и значительному повышению качества транспортного и дорожного строительства.

Первые опытные работы с геосинтетическими материалами проводили специалисты Союздорнии на автомобильной трассе, соединяющей Москву и Ригу. Исследования проводились на опытном участке при создании так называемых «мокрых» выемок. Это дало отправную точку для использования геосинтетических материалов с целью стабилизации переувлажненных выемок. Специалисты вели исследования в двух основных направлениях. Они изучали водно-тепловой и геотехнический режимы.

На основании дальнейших наблюдений были созданы первые требования к дорожным конструкциям. В них геосинтетические материалы или геотекстиль выступали в качестве армирующих элементов, дополнительного фильтра, а также разделительной прослойки. На первом этапе работ требования относились в большей части к нетканым иглопробивным материалам отечественного и зарубежного производства. Они положили основу использования геосинтетических материалов в дорожной отрасли.

Специалисты долгие годы вели целенаправленные научные исследования, в ходе которых было сформировано специальное направление в дорожной геотехнике. Оно стало определяющим для дальнейших путей использования геосинтетических материалов.

На основании практических исследований специалисты смогли установить главный принцип рационального применения геосинтетических материалов. Он заключался в следующем. Расчет дорожной конструкции стали вести с определением «узких мест» работы ее составляющих. Далее совершали переход к конкретным требованиям для геосинтетических материалов, которые должны изменять условия дренирования, воспринимать дефицит усилий, обеспечивать требуемую долговечность и надежность дорожных сооружений.

В 1970-е годы также были разработаны методики, позволяющие выполнить комплекс необходимых исследований. При помощи данных методик специалисты могли также определить физико-механические показатели геотекстильных материалов и показатели соответствующих систем: грунта и геосинтетического элемента. Особое внимание исследователи уделяли фильтрационной и водоотводящей способности геосинтетических материалов, предельной (номинальной) прочности и соответствующей ей деформативности.

Первый нетканый материал Дорнит появился в Советском Союзе в 1977 году. Он был разработан при участии группы отечественных институтов. В те же годы было запущено его массовое производство. Первые опытные партии были получены из расплава полимера. Что касается результатов исследований, то они были отражены в первых конструктивно-технологических решениях и документах, разработанных для нефтепромысловых дорог Западной Сибири. Это позволило значительно увеличить качество и темпы строительства нефтепромысловых дорог.

В 1970-е годы специалисты имели возможность применения геосинтетических материалов лишь одного типа – нетканого. В дальнейшем на его основе были разработаны конструкции и необходимые технологии для климатических условий Западной Сибири, в том числе для районов распространения вечномерзлых грунтов. По своей структуре и учету механизма взаимодействия грунта и геосинтетического материала подобные конструкции положили начало созданию многих современных решений. Они базируются на менее деформативных и более прочных современных материалах. Под ними специалисты понимают конструкции «грунт в обойме», в том числе с использованием мерзлого комковатого грунта, всевозможных разделительных элементов. В качестве типовых решений были представлены конструкции сборного железобетонного покрытия с антикольматирующим и разделительным элементом из нетканого геосинтетического материала. В те годы появились первые временные дороги с прослойкой из технологичного геосинтетического материала в основании.

Дальнейшее развитие геосинтетических материалов стало возможным благодаря проведению полевых и экспериментальных исследований. Полученные результаты были обобщены и внесены в соответствующие разделы нормативных документов СНиП и ВСН.

Спустя 20 лет, в 1990-е отрасль применения геосинтетических материалов получила новый импульс развития. В этот период специалисты возобновили исследования на более современном уровне. Была проведена первая Международная конференция Объединенной Европы по дорожной геосинтетике. Она прошла в г. Маастрихте. Здесь исследователи выступали с освещением практического опыта применения геосинтетических материалов при проектировании и реконструкции автомобильных трасс, в том числе и МКАД.

С 1998 года международные и российские конференции, посвященные данному вопросу, стали регулярными. Они позволили объединить отечественных производителей и потребителей, исследователей и проектировщиков для успешных и целенаправленных действий в отношении рационального применения геосинтетических материалов в дорожном строительстве и ремонте. Также специалисты имели рабочие контакты с ведущими зарубежными предприятиями и могли использовать их продукцию, а также научно-технический потенциал наряду с отечественными материалами.

Специалисты вели подробный инженерный и научный анализ продукции ведущих предприятий, выпускающих геосинтетические материалы. При этом особое внимание они уделяли работе научно-технических центров при фирмах-производителях. На современных семинарах большое внимание уделялось изучению опыта научно-технического и инженерного сопровождения строительства и проектирования более сложных объектов с использованием геосинтетических материалов, программных продуктов и расчетного аппарата.

Большая часть современных исследований направлена на формирование пакета первичных документов, таких как технические условия, для российских производителей. Специалисты проводили исследования геосинтетических материалов большинства отечественных производителей. На основании исследований были созданы требования, технические условия, проведены сертификационные исследования нетканых материалов. Уже сейчас специалисты занимаются разработкой общих требований и рекомендаций именно к нетканым материалам отечественного производства, которые получили наибольшее распространение в современной дорожной отрасли. Также отечественные компании вели исследования ряда материалов зарубежных компаний. Исследования помогли установить рациональные области применения существующих геосинтетических материалов в элементах дорожных конструкций.

Исследования помогли установить, какую изменчивость деформационных и прочностных свойств имеет георешетка, какова фильтрационная способность материалов, а также способность выдерживать локальные нагрузки в зависимости от технологии изготовления и физических показателей. Хотя процесс формирования отечественной нормативной базы сильно затянулся, специалисты добились здесь определенных успехов.

В настоящее время специалисты задаются главной целью – расширением номенклатуры геосинтетических материалов. Чтобы решить поставленную задачу, они проводят обширные исследования пластиковых объемных геосинтетических решеток. Такие решетки предназначены, в первую очередь, для укрепления откосов и конусов земляного полотна. Лабораторные и экспериментальные исследования позволили разработать методические рекомендации по использованию геосинтетических материалов в дорожном строительстве и ремонте.

Данные материалы стали широко внедряться при ведении работ на Московской кольцевой автодороге, а также на автомагистралях «Крым», «Дон» и многих других. Конструкция дорожного полотна стала типовой. Сегодня специалисты продолжают вести исследования геосинтетических материалов с целью их широкого проименения в конструкциях дорожных одежд и естественных оснований.

В частности, исследователи предложили использовать геосинтетические материалы с целью армирования асфальтобетонных покрытий. Создание новых технологий позволило разработать новые разновидности стеклосеток с любой разномерностью ячеек, высокой прочностью и хорошей когезией.

Для исследования работоспособности зарубежных тканых, нетканых и решетчатых материалов специалисты выполнили конструктивно-технологические проработки армированных грунтовых сооружений на слабых грунтах, в дренажных сооружениях, откосах повышенной крутизны, а также аэродромных конструкциях. Благодаря этим исследованиям была создана целая концепция рационального использования геотекстильных материалов для дорожного строительства и ремонта.

Также отечественные специалисты провели большое количество полевых исследований и наблюдений, связанных с применением геосинтетических теплоизолирующих материалов. В настоящее время проводятся активные полевые, лабораторные и экспериментальные исследования, а также теоретические исследования для более широкого применения геосинтетических материалов и повышения их эксплуатационных характеристик.

Современные технологии позволяют создавать насыпи с вертикальными ленточными дренами при возведении дорог на болотах, защиты от ветровой и водной эрозии, конструкции укрепления подтопляемых откосов, конструкции дренажных сооружений, армированные грунты, прослойки в конструкциях дорожных одежд со сборными типами покрытий.

Используемые в настоящее время геосинтетические материалы позволяют значительно повысить надежность дорожных сооружений, создавать принципиально новые решения, снизить объем исследования естественных зернистых материалов. При помощи геосинтетики специалисты решают задачи разделения слоев дорожной одежды, армирования элементов конструкций, укрепления дорожного полотна и многие другие.

Автор. Юдин Я.О.