Применение геотекстильных нетканых материалов в дренажных системах

Производство нетканых материалов с каждым годом получает все большее развитие. Принципиально новые технологии, широкие возможности вовлечения в производство различных сырьевых ресурсов, в том числе непригодных для переработки по классическим текстильным технологиям, комбинирование материалов и технологий позволяют создавать нетканые материалы с новыми свойствами и использовать их в областях, где ранее текстиль вообще не применялся [1,3].

Одно из новых направлений, в котором нетканые материалы получили распространение, — это геотек-стильные материалы. Данные материалы используются в разных областях — от строительства в условиях слабых оснований, защиты и армирования откосов до создания прослоек различного назначения в дорожных конструкциях, а также при проведении мелиоративных мероприятий [2].

Мировой и отечественный опыт подтверждает высокую эффективность применения геотекстиля в строительстве фундаментов различных зданий, отмечается снижение затрат при строительстве, реконструкции и ремонте автодорог, особенно при удорожании добычи и доставки к месту проведения работ традиционно используемых материалов (песка, щебня и др.).

Геотекстильные материалы выполняют избирательно или в комплексе различные функции:

• —    предотвращение смешивания двух или нескольких прилегающих грунтов, отличающихся различным гранулометрическим составом;

• —    усиление конструкций насыпей, в том числе откосов, оснований в результате перераспределения гео-текстильным материалом напряжений, возникающих в грунтовом массиве;

• —    предотвращение выноса грунтовых частиц в результате волнового воздействия, водного течения, давления воды из выклинивающихся водоносных горизонтов, предотвращение загрязнения традиционных дренажей;

• —    ускорение отвода воды в плоскости полотна и нормальном ей направлении;

• —    уменьшение или исключение притока воды в грунты рабочей зоны сооружений.

В зависимости от областей применения геотек-стильных материалов и выполняемых ими функций к ним предъявляются различные требования и нормы показателей физико-механических и эксплуатационных свойств, которые должны быть учтены производителями при разработке, изготовлении и контроле качества нетканых материалов.

В контексте применения геотекстиля для технических нужд [1, 2] необходимо остановиться на вопросах отвода избыточной влаги в виде грунтовых и дождевых вод, оказывающих негативное воздействие на функционирование дорожной насыпи, фундаменты зданий и промышленных сооружений, другие объекты коммунального хозяйства и сервиса.

Анализ существующих в настоящее время дренажных систем позволяет сделать вывод о том, что самую надежную защиту зданий и сооружений обеспечивает устройство пристеночного и горизонтального пластового дренажа с использованием геокомпозитов в сочетании с трубчатым дренажом. Геокомпозиты различных конструкций, в том числе с использованием геотек-стильных нетканых материалов, можно применять при любом типе грунта и глубине заложения сооружения до 15—20 м, а также в условиях воздействия агрессивных грунтовых вод. Кроме того, геокомпозиты весьма эффективны при устройстве внутреннего дренажа зданий, их применение исключает возможность образования конденсата на стенах и в углах помещения, обеспечивает надежную защиту эксплуатируемого сооружения от попадания влаги и сохраняет внутренние конструкции сухими в процессе всего периода эксплуатации объекта.

Большинство синтетических материалов, используемых в настоящее время, достаточно устойчиво к растворам щелочей, кислот, солей, а также микроорганизмам, содержащимся в грунтовых водах. Однако, как показали исследования, полиэфир разрушается в щелочной среде при рН > 9. Поэтому применение ПЭФ в грунтах с рН > 9 недопустимо без высокоэффективной защиты. Материалы из ПЭФ не должны иметь прямого контакта с материалами, содержащими известь или гидравлические вяжущие вещества.

Современные технологии строительства предполагают применение геотекстиля в изготовлении дренажных геокомпозиционных материалов для вертикального и горизонтального дренажа строительных конструкций. При этом используются такие свойства иглопробивных геотекстильных материалов, как высокая водопропускная способность при достаточной прочности на растяжение, химической стойкости к агрессивным средам. Но вследствие того, что указанные материалы имеют высокую деформативную способность, водопропускные свойства снижаются под действием грунта и других механических нагрузок. Поэтому геотекстиль-ную прослойку целесообразно применять в сочетании с защитными и (или) изолирующими материалами в двух- или трехслойных конструкциях дренажной системы. При этом геотекстильный фильтр-мембрана выполняет функцию фильтрации мелких частиц почвы и предотвращения заиливания дренажной системы.

Технические характеристики геокомпозитов во многом зависят от исходного сырья. Особенно это влияет на их несущую способность. Так, полотна из вторичного полиэтилена (полученные переработкой первичного ПЭНД) способны выдерживать нагрузку в 1,5—2 раза ниже, чем материал, изготовленный из первичного ПЭНД. В связи с этим их можно применять только при малой глубине заложения сооружения (2—2,5 м).

Одним из факторов, характеризующих долговечность дренажной конструкции, является ее стойкость против заиливания мелкими частицами грунта. Известно, что заиливания не происходит, если на контакте фильтрационного материала с грунтом образуются устойчивые сводики из мелких частиц грунта для несвязных грунтов или из агрегатов глинистых частиц грунта для связных грунтов. Процесс сводообразования осуществляется в том случае, если соблюдаются условия, регламентирующие соотношение между характерным диаметром поровых каналов фильтрационного материала и размером сводообразующих частиц. При оценке фильтрационных возможностей геотекстилей можно пользоваться следующим критерием:

О90W < d90 или О90W / d90 < 1, где О90W— эффективный размер пор геотекстиля, соответствующий диаметру зерен грунта, 90% которого удерживается геотекстилем, мм;

• d ₉₀ — диаметр зерен грунта засыпки, соответствующего 90-процентному их содержанию, мм.

В простых случаях (небольшой объем воды и гидростатическая нагрузка) механическая (удерживающая) способность геотекстиля считается достаточной, если эффективный размер пор находится в границах от 0,06 до 0,2 мм: 0,06 мм < О90W < 0,2 мм. Следует также добавить, что согласно гидравлическим расчетам дождевых сетей расчетный расход дождевых вод в период осенних паводков, затяжных дождей и т.п. для районов Москвы и Московской области составляет в среднем 0,01—0,02 л/с с 1 м2. Учитывая высокую скорость фильтрации воды через геотекстильное полотно, данную водоотводящую конструкцию можно рассматривать и как систему ливневой канализации, не требующую устройства дополнительной дрены.

Горизонтальный трубчатый дренаж является составной частью гидроизоляционной системы и выполняет роль водоприемного и водоотводящего элемента. Он представляет собой сочетание дренажных труб, фильтров и системы колодцев. Фильтры предназначены для приема воды из дренируемого слоя, не допуская при этом суффозии грунта и заиливания дренажной трубы. Выполняются они из рыхлых фильтрующих материалов (песка, гравия, щебня, песчано-гравийных смесей) в виде призм, трапеций, фильтров прямого сечения или оберток из фильтрующих волокнистых материалов. Выбор материала определяется по условиям устойчивости против суффозии и кольматации и устанавливается расчетом. Дренажные трубы подбираются и проектируются в соответствии с требованиями достаточной водопропускной способности, прочности при воздействии на них давления грунта, стойкости к агрессивным грунтовым водам, удобства выполнения и эксплуатации дренажа. Трубы укладывают в траншеи шириной не менее 0,5 м на песчано-гравийную или гравийную подготовку. Вокруг труб устраивают фильтры. Наименьшие допустимые уклоны водоприемных труб в зависимости от их диаметра должны находиться в пределах от 0,001 (при d = 500 мм) до 0,007 (d = 150 мм). Система горизонтального трубчатого дренажа должна включать в себя смотровые, перепадные и приемные колодцы. Тип, количество и места установки колодцев назначают в соответствии с планом трассы трубчатого дренажа, местными условиями и требованиями соответствующих нормативных документов.

В качестве примера использования геотекстиля для отвода из грунта избыточной влаги следует привести систему дренажей Delta, разработанную немецкой фирмой Dorken. Эта дренажная система представляет собой одно-, двух- и трехслойную конструкцию, в составе которой имеется высокопрочное полиэтиленовое полотно с отформованными округлыми шипами. Упорядоченно расположенные округлые шипы создают толщину материала и образуют между собой водосточные каналы, по которым отфильтрованная вода поступает в дренажную систему и отводится от сооружения. В однослойных конструкциях при толщине полотна 8 мм (Delta-MS) и 20 мм (Delta-МS 20) водопропускная способность составляет соответственно 5,0 и 10,0 л/м•с, что значительно выше, чем у классических дренажных систем.

В двухслойных конструкциях для защиты дренажной системы от механических воздействий, а также фильтрации мелких частиц почвы и предотвращения заиливания дренажной системы, используют фильтрующую геотекстильную мембрану из полипропилена (Delta-Drain, Delta-Geo-Drain ТР). Отличительная особенность полотна Delta-Drain состоит в том, что, благодаря отформованным в две противоположные стороны шипам и соответственно двухстороннему расположению каналов, оно, с одной стороны, создает систему вентиляции подземной стены, а с другой — отводит поступающую к ней воду в линейную дренажную систему.

Трехслойная система Delta-Geo-Drain, кроме профилированного полотна и геотекстиля, имеет скользящую мембрану из листового полиэтилена. Эта мембрана, создавая дополнительную изоляцию стены, обеспечивает также сохранность дренажной системы в целом при возможной осадке грунта обратной засыпки, а также пучении грунта: профилированное полотно со слоем геотекстиля имеет возможность вертикального смещения относительно мембраны. Долговечность данных материалов зависит от фракционного состава почвы.

Таким образом, можно сделать следующие выводы.

• 1.    Применение дренажных систем с использованием геотекстильных нетканых материалов, например, типа Delta, благодаря их высокой водопропускной способности полностью исключает выполнение песчано-гравийных отсыпок, а с учетом ее механических характеристик выполняет две основные функции — водоотводящую и защитную.

• 2.    На дренажную способность геотекстильных нетканых материалов основное влияние оказывают волокнистый состав, фильтрующая способность и капиллярность материала.