Вспучивание грунта происходит неравномерно по длине насыпи дороги, что приводит к растрескиванию грунта оснований дороги и асфальтобетонных покрытий.

Снижение воздействия сил морозного пучения на напряженно-деформированное состояние сезонно промерзающих морозоопасных грунтов транспортных сооружений (автомобильных и железных дорог) является важнейшей задачей, позволяющей снизить эксплуатационные затраты, обеспечить долгосрочную эксплуатацию, безаварийность и безопасность. Под морозным (криогенным) пучением поднимается процесс формирования напряжено-деформированного состояния, приводящий к увеличению линейных и объемных размеров породы. Пучение обусловлено протеканием целого ряда физико-химических и физико-механических процессов, таких как фазовые переходы воды в лед, миграция влаги, сегрегация льда, коагуляция и диспергация минеральных частиц и агрегатов, усадка и т.д. [1].

Как показали исследования коллектива ученых под руководством члена корреспондента АН CCCP Н.А. Цытовича, вода в мерзлых фунтах может содержаться в трех состояниях (фазах) – твердом, жидком, парообразном. Установлено, что в твердом состоянии перемещение мало и не оказывает влияния на пучение пород, основным механизмом переноса влаги является миграция ее в жидком состоянии. Компанией Terram Ltd (Великобритания) разработан новый материал Frost Blanket, который предназначен специально для предотвращения морозного пучения в сложных переувлажненных грунтах. Еще в 70-х годах подразделение инженеров разработало сочетание полиэтиленовой решетки защищенной с двух сторон термоскрепленным геотекстилем Terram, позволяющим собирать и отводить лишнюю воду.

В дальнейшем, один слой геотекстиля был заменен специальным нетканым геотекстилем с добавлением водонепроницаемых компонентов в волокна, способного пропускать воду только в одном направлении.

В результате Frost Blanket собирает и отводит всю мигрирующую жидкость, попавшую в тело насыпи, а также собирает воду, снизу попадающую в насыпь из-за процесса капиллярного подсоса из переувлажненных грунтов, при этом вода, попадающая сверху в структуру материала, не проникает вниз, а отводится в стороны. Frost Blanket разрабатывался как материал препятствующий пучению, устойчивый к обычно встречающимся в грунтах агрессивным средам, в том числе соли.

Frost Blanket получил значительный опыт использования в странах СНГ, а именно, на территории Западного Казахстана при строительстве основных автомобильных и железных дорог к новому нефтяному месторождению в Кашагане в 2003г. (Рис.1)

Рис.1 Карта Казахстана

Природа края очень сурова, высокие перепады температур от +40 до – 40, заболоченные грунты. Особенность территории заключается в высоком расположении уровня грунтовых вод в условиях пустынного рельефа. Как и в большинстве пустынь, вода соленая. В зимний период сочетание очень низких температур, высокий уровень грунтовых вод и когезивных грунтов создают идеальные условия для пучения. Получается классическая схема капиллярного подъема грунтовых вод в тело насыпи, в результате дороги разрушаются за одну зиму. В летний период высокие температуры вытягивают перегруженную солью воду на поверхность, разрушая стальные и бетонные конструкций. Для предотвращения подобных процессов и решили применить разработанный ранее специальный композитный материал Frost Blanket.

Инженерная лаборатория Babtie (Великобритания) провела эксперимент по исследованию морозного пучения с использованием композитного материала Frost Blanket. Были взяты образцы грунта с данного объекта. Протокол испытаний был разработан на основе Британского стандарта BS 812 Часть 124.1989г. Образцы диаметром 100мм и высотой 150мм сжимались до максимальной плотности в сухом состоянии и оптимальном содержании влажности с помощью виброуплотнения. После чего образцы устанавливались на пористый керамический диск с поддержкой при помощи каркаса.

После чего, керамический диск полностью погружался в воду с температурой 4°С Образцы пропитывались водой за счет капиллярной активности в течение 112 часов, а потом замораживались при (-17±2)°С на протяжении 96 часов, затем измерялась их деформация. В испытаниях участвовали шесть образцов: 3-и только с грунтом и 3-и с материала Frost Blanket, заранее установленным на высоте 50мм от основания. Грунт был представлен слабым песчаником с вкраплением известковых частиц. Гранулометрический состав грунта представлен на (Рис.1).

Размер частиц (мм.)

Рис.1 Гранулометрический состав

Характеристики песчаника представлены в таблице 1

Рис.2 Образцы после проведения эксперимента по морозному пучению

Результаты эксперимента занесены в таблицу 2

Из проведенных испытаний можно сделать вывод, что Terram Frost Blanket полностью предотвратил морозное пучение. Минимальное зафиксированное пучение произошло через верхнюю часть образца, и объясняется присутствием воды в самом материале в момент замерзания.

Сравнение высоты замороженных образцов показано на Рис.2 для образцов с Frost Blanket. Разница в высоте между не замороженными образцами и не усиленными, видна невооруженным глазом. Эксплуатация дорог к месторождению показала, что конструкция с Terram Frost Blanket идеально справляется со своими задачами на протяжении двух летних сезонов и трех зимних, демонстрируя уникальную способность борьбы с пучением в сложных условиях окружающей среды.

С анализом российского рынка геосинтетических материалов Вы можете познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков:

Рынок нетканого геотекстиля в России
Рынок тканого геотекстиля в России
Рынок геосеток из ПЭФ нитей в России
Рынок объемных нетканых георешеток в России
Рынок геоячеек из полиэтиленовых лент в России

Список используемой литературы:

1. И.А. Афанасьев, А.М Бургонутдинов и.др. «Криогенные процессы в основании дорог» ПГТУ/ Материалы научно-технической конференции ПГТУ, г. Пермь 2005.

2. В.Н. Парамонов, И.И. Сахаров, С.А. Кудрявцев «Расчетная оценка эффективности геоматериалов для противопучинной защиты реконструируемых транспортных сооружений»./ Материалы 2-й научно-технической конференции ПГУПС, г. Санкт-Петербург2002г.

3. Материалы, предоставленные компанией Terram Ltd.

www.polymery.ru