Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Geocells )
Перейти к навигации Перейти к поиску
На экспериментальной тропе в южно-центральной части Аляски устанавливается система сотового содержания.
Деревянная матрица после установки в Wrangell – St. Парк Элиаса на Аляске
Материалы Geocell
Заполнение оболочки геоячейки землей для создания временной барьерной стены

Системы сотового удержания (CCS), также известные как геоячейки, широко используются в строительстве для борьбы с эрозией , стабилизации грунта на плоской поверхности и крутых склонах, защиты каналов и структурного усиления для поддержки нагрузки и удержания грунта. [1] Типичные ячеистые системы локализации представляют собой геосинтетические материалы, изготовленные из полос полиэтилена высокой плотности (HDPE) или нового полимерного сплава (NPA), сваренные ультразвуковой сваркой, и расширенные на месте, чтобы сформировать сотовую структуру, и заполненные песком , почвой, камнями. , гравий или бетон . [2][3]

История клеточного заключения [ править ]

Исследования и разработка сотовых систем локализации (CCS) начались с инженерного корпуса армии США в 1975 году с целью разработки метода строительства тактических дорог на мягком грунте. [4] Инженеры обнаружили, что системы удержания песка работают лучше, чем обычные секции из щебня, и они могут обеспечить целесообразную технику строительства подъездных дорог по мягкому грунту, не подвергаясь неблагоприятному воздействию влажных погодных условий. [5] [6]Инженерный корпус армии США в Виксбурге, штат Миссисипи (1981), экспериментировал с рядом ограничивающих систем, от пластиковых трубных матов до алюминиевых листов с прорезями и сборных полимерных систем, называемых песчаными решетками, а затем и с ячеистыми системами локализации. Сегодня ячеистые системы локализации обычно изготавливаются из полос шириной 50–200 мм, сваренных ультразвуковой сваркой с интервалами по ширине. CCS складывается и доставляется на строительную площадку в свернутом виде. [ необходима цитата ]

Усилия компании Presto Products по коммерциализации системы клеточного содержания в гражданских целях привели к созданию Geoweb®. [7] Эта ячеистая система ограничения была сделана из полиэтилена высокой плотности (HDPE), относительно прочного, легкого [8] и подходящего для производства геосинтетических материалов методом экструзии. Ячеистая система удержания использовалась для поддержки нагрузки, контроля эрозии откосов, а также для облицовки каналов и удержания грунта в США и Канаде в начале 1980-х годов. [9] [10] [11] [12]

Исследование [ править ]

Раннее исследование (Bathurst and Jarrett, 1988) [13] показало, что гравийные основания, армированные ячеистым ограничением, «примерно в два раза превышают толщину неармированных гравийных оснований» и что геоячейки работают лучше, чем схемы армирования одним листом ( геотекстиль и георешетки ), и более эффективен для уменьшения бокового растекания заполнения под нагрузкой, чем обычные усиленные основания. Однако Ричардсон (2004) (который находился на объекте Инженерного корпуса США в CCS в Виксбурге) 25 лет спустя сетует на «почти полное отсутствие исследовательских работ по геоячейкам на всех геосинтетических национальных и международных конференциях». [14]

Всесторонний обзор доступной исследовательской литературы, проведенный Yuu и др. (2008), пришел к выводу, что использование технологии CCS для армирования основания дорог с твердым покрытием и железных дорог, в частности, было ограниченным из-за отсутствия методов проектирования, отсутствия передовых исследований в предыдущие два десятилетия и ограниченное понимание механизмов усиления. [15] С тех пор было опубликовано более сотни научных работ по системам геоячеек. Обширные исследования были проведены по армированию CCS для дорожных приложений, чтобы понять механизмы и влияющие факторы усиления ограничителя, оценить его эффективность в улучшении характеристик дороги и разработать методы проектирования для дорожных приложений (Han, et al. 2011). [16]

Hedge (2017) представляет всесторонний обзор и обзор последних исследований геоячеек, полевых испытаний, новейших знаний, текущих тенденций и направлений будущих исследований, подтверждая более широкое использование геоячеек в проектах по укреплению грунта и инфраструктуре. [17]Хан (2013) подводит итоги всестороннего исследования, проведенного в Университете Канзаса, включая испытания статической и циклической нагрузки на плиты, полномасштабные испытания движущихся колес и численное моделирование на базовых уровнях, усиленных геоячейками, с различными материалами заполнения, и обсуждает основные результаты этих исследований. исследования постоянных, упругих деформаций и деформаций ползучести, жесткости, несущей способности и распределения напряжений, а также разработка методов проектирования оснований, армированных геоячейками. Эти исследования показали, что базовые слои, усиленные геоячейками из нового полимерного сплава (NAP), уменьшили вертикальные напряжения на границе между земляным полотном и базовым слоем, уменьшили остаточные деформации и деформации ползучести, увеличили упругую деформацию, жесткость и несущую способность базовых слоев. [18]Дополнительные обзоры литературы можно найти в Kief et al (2013) [19] и Marto (2013). [20]

Последние инновации в технологии клеточного ограничения [ править ]

Прочность и жесткость слоев дорожного покрытия определяют эксплуатационные характеристики дорожных покрытий, в то время как использование заполнителя влияет на стоимость продолжительности укладки; поэтому необходимы альтернативы для улучшения качества дорожного покрытия с использованием новых материалов с меньшим использованием заполнителя (Rajagopal et al 2012). [21] Геоячейки признаны подходящим геосинтетическим армированием гранулированных грунтов для поддержки статических и движущихся колесных нагрузок на дорогах, железных дорогах и аналогичных объектах. Но жесткость геоячеек была определена как ключевой фактор, влияющий на усиление геоячеек, и, следовательно, жесткость всей конструкции дорожного покрытия. [21] [22]

Лабораторные испытания под нагрузкой плиты, полномасштабные испытания движущихся колес и полевые демонстрации показали, что характеристики оснований, усиленных геоячейками, зависят от модуля упругости геоячейки. Геоячейки с более высоким модулем упругости имели более высокую несущую способность и жесткость армированного основания. Геоячейки NPA показали более высокие результаты по предельной несущей способности, жесткости и армированию по сравнению с геоячейками из HDPE. [23] Геоячейки NPA показали лучшее сопротивление ползучести и лучшее сохранение жесткости и сопротивления ползучести, особенно при повышенных температурах, что подтверждено испытаниями под нагрузкой на пластину, численным моделированием и полномасштабными испытаниями на перемещение. [16] [24]

Применение против долгосрочной эффективности [ править ]

CCS были успешно установлены в тысячах проектов по всему миру. Однако необходимо проводить различие между приложениями с низкой нагрузкой, такими как приложения для уклонов и каналов, и новыми приложениями для тяжелой инфраструктуры, такими как базовый уровень автомагистралей, железных дорог, портов, аэропортов и платформ. Хотя все полимерные материалы в CCS будут со временем расползаться под нагрузкой, есть вопросы: насколько будет происходить необратимая деградация, при каких условиях, каково влияние на производительность, и если и когда это приведет к отказу? [ необходима цитата ]

Например, срок службы CCS при защите склонов менее критичен, поскольку вегетативный рост и блокировка корней помогают стабилизировать почву. Это фактически компенсирует любую длительную потерю изоляции в CCS. Точно так же конструкции опор для дорог с малой интенсивностью движения, не подверженные сильным нагрузкам, обычно имеют короткий расчетный срок службы; поэтому небольшая потеря производительности допустима. Однако в критических приложениях инфраструктуры, таких как усиление структурных слоев дорожных покрытий, железных дорог и платформ, долговременная стабильность размеров имеет решающее значение. Пока объемная площадь геоячейки существенно не изменяется (> 2-3%), уплотнение и производительность сохраняются, а осадки также незначительны. Требуемый расчетный срок службы таких покрытий при больших нагрузках обычно составляет 20–25 лет,требующие проверяемой длительной прочности.[ необходима цитата ]

Разработка стандартов CCS [ править ]

Стандартов для испытаний геоячеек было мало, и еще меньше - для их использования при проектировании. Стандарты испытаний для CCS были разработаны более 40 лет назад, в то время как другие методы испытаний развились на основе двумерной плоской геосинтетики . Они не отражают сложное поведение трехмерной геометрии CCS и не проверяют долгосрочные параметры, такие как: динамическая упругая жесткость, остаточная пластическая деформация и стойкость к окислению. Однако процедуры ISO / ASTM были разработаны для тестирования полимеров в космической и автомобильной промышленности, а также для других геосинтетических продуктов. Эти новые стандарты CCS были предложены и обсуждаются ведущими специалистами в области геосинтетики.в техническом комитете ASTM D-35. Заявленная цель состоит в том, чтобы установить новые отраслевые стандарты, которые более точно отражают геометрию системы трехмерного клеточного ограничения и характеристики материала в полевых условиях, а не лабораторные испытания отдельных полос и первичных материалов, которые обычно используются сегодня. [ необходима цитата ]

Недавно в Нидерландах были опубликованы последние разработки стандартов для использования армирующих геосинтетических материалов на дорогах. [25] Этот стандарт охватывает приложения геоячейки (а также георешетки), механизмы поддержки и принципы проектирования. Он также подчеркивает важность свойств материала геоячеек (жесткость и сопротивление ползучести) и их влияние на долгосрочные факторы армирования. Дополнительные инструкции по использованию геоячеек в дорожных покрытиях в настоящее время разрабатываются организациями ISO и ASTM, но еще не опубликованы. [26]

Как это работает [ править ]

Система ячеистой локализации при заполнении уплотненным грунтом создает новый составной объект, обладающий улучшенными механическими и геотехническими свойствами. Когда почва, содержащаяся в CCS, подвергается давлению, как в случае применения опорной нагрузки, это вызывает боковые напряжения на стенках ячеек по периметру. Трехмерная замкнутая зона уменьшает боковое движение частиц почвы, в то время как вертикальная нагрузка на заполненный заполнитель приводит к высокому боковому напряжению и сопротивлению на границе раздела ячеек и почвы. Они увеличивают сопротивление сдвигу замкнутого грунта, что:

  • Создает жесткий матрас или плиту для распределения нагрузки по большей площади
  • Уменьшает пробивание мягкой почвы
  • Повышает сопротивление сдвигу и несущую способность
  • Уменьшает деформацию

Ограничение соседних ячеек обеспечивает дополнительное сопротивление нагруженной ячейке за счет пассивного сопротивления, в то время как боковое расширение заполнения ограничивается высокой кольцевой прочностью. Уплотнение поддерживается ограничением, что приводит к долговременному армированию.

На месте секции геоячейки скрепляются и размещаются непосредственно на поверхности грунта или на геотекстильном фильтре, размещенном на поверхности земляного полотна и подпираемом гармошкой с помощью внешнего узла подрамника. Секции расширяются до нескольких десятков метров и состоят из сотен отдельных ячеек, в зависимости от секции и размера ячеек. Затем они заполняются различными заполняющими материалами, такими как грунт, песок, заполнители или переработанные материалы, а затем уплотняются с помощью вибрационных уплотнителей. Поверхностные слои часто состоят из асфальта или несвязанного гравия.

Приложения [ править ]

Поддержка нагрузки на проезжую часть [ править ]

Системы сотового конфайнмента (CCS) использовались для улучшения характеристик как дорог с твердым покрытием, так и грунтовых дорог за счет усиления почвы на границе земляного полотна и основания или в пределах основного курса. Эффективное распределение нагрузки CCS создает прочный и жесткий матрас из ячеистого материала. Этот трехмерный матрас уменьшает вертикальную дифференциальную осадку в мягком грунтовом грунте, повышает прочность на сдвиг и увеличивает несущую способность, уменьшая при этом количество заполнителя, необходимого для продления срока службы дорог. В качестве композитной системы ячеистая локализация усиливает заполнение заполнителем, тем самым одновременно позволяя использовать плохо сортированный материал низкого качества (например, местные природные почвы, отходы карьеров или переработанные материалы) для заполнения, а также уменьшая толщину структурного опорного слоя.Типичные приложения для поддержки нагрузки включают армирование слоев основания и основания в гибких покрытиях, включая: асфальтовые покрытия; грунтовые подъездные, служебные и подъездные дороги;военные дороги , железнодорожное основание и балластные ограждения; рабочие площадки в интермодальных портах; взлетно-посадочные полосы и перроны аэропортов, водопроницаемые покрытия; опоры дороги трубопроводов; зеленые стоянки и зоны аварийного доступа.

Крутой склон почвы и защита русла [ править ]

Трехмерное боковое ограничение CCS вместе с методами анкеровки обеспечивает долгосрочную устойчивость склонов с использованием покрытого растительностью верхнего слоя почвы, заполнителя или бетонного покрытия (при воздействии сильных механических и гидравлических нагрузок). Усиленный дренаж, силы трения и взаимодействие клеток, почвы и растений CCS предотвращают движение вниз по склону и ограничивают воздействие капель дождя, образование каналов и напряжения гидравлического сдвига. Перфорация в трехмерных ячейках позволяет проходить воде, питательным веществам и почвенным организмам. Это способствует росту растений и блокированию корней, что дополнительно стабилизирует склон и почвенную массу, а также способствует восстановлению ландшафта. Типичные области применения: строительная выемка и насыпь на откосах и стабилизация; автомобильные и железнодорожные насыпи; бермы для стабилизации трубопроводов и хранилищ; восстановление карьеров и рудников;русловые и береговые сооружения. Их можно строить как подстилающую массу или как облицовку.

Сохранение Земли [ править ]

Основная статья: Механически стабилизированная земля

CCS обеспечивает крутой вертикальный механически стабилизированный грунтконструкции (гравитационные или армированные стены) для крутых поверхностей, стен и неровной топографии. Конструкция удержания грунта CCS упрощается, поскольку каждый слой структурно прочен, что обеспечивает доступ для оборудования и рабочих, устраняя необходимость в бетонной опалубке и отверждении. Местный грунт может использоваться для заполнения, когда он подходит и зернистый, в то время как внешние поверхности позволяют сделать зеленые или коричневые фасции горизонтальных террас / рядов с использованием верхнего слоя почвы. Стены также могут использоваться для облицовки каналов, а в случаях сильного потока требуется, чтобы внешние ячейки содержали заполнение из бетона или цементного раствора. CCS использовались для усиления мягких или неровных грунтовых оснований для фундаментов большой площади, для подпорных стеновых ленточных фундаментов, для распределения нагрузки покрытий трубопроводов и других геотехнических применений.

Водохранилища и свалки [ править ]

CCS обеспечивает защиту мембранной футеровки, создавая устойчивый грунт, бермы и откосы, обеспечивая нескользящую защиту и надежное накопление жидкостей и отходов. Обработка заполнения зависит от содержащихся материалов: бетон для прудов и водоемов; гравий для дренажа и выщелачивания свалок , засыпка с растительностью для восстановления ландшафта. Бетонные работы эффективны и контролируются, поскольку CCS функционирует как готовые формы; CCS с бетоном образует гибкую плиту, которая компенсирует незначительные перемещения земляного полотна и предотвращает растрескивание. При средних и низких скоростях потока CCS с геомембранами и гравийным покрытием может использоваться для создания непроницаемых каналов, тем самым устраняя необходимость в бетоне.

Устойчивое строительство [ править ]

CCS - это экологичное решение, которое делает проекты гражданской инфраструктуры более устойчивыми. В приложениях поддержки нагрузки за счет уменьшения количества и типа заполнения, необходимого для укрепления почвы, сокращается использование тягового и землеройного оборудования. Это, в свою очередь, снижает расход топлива, загрязнение и углеродный след, и в то же время сводит к минимуму разрушения на месте из-за пыли, эрозии и стоков. При использовании на склонах перфорированный CCS обеспечивает отличную защиту почвы, дренаж воды и ростовой слой для растений. Долгосрочный расчетный срок службы передовой технологии CCS означает, что затраты на техническое обслуживание и связанные с ними экологические затраты значительно снижаются, как и долгосрочные экономические затраты. [ необходима цитата ]

Дополнительные сведения [ править ]

  • Ширина полосы CCS, а следовательно, и высота на месте , бывает разных размеров от 50 до 300 мм.
  • Стены CCS обычно изготавливаются из текстурированного или структурированного полимерного листа, чтобы увеличить сопротивление трению заполняющей почвой от смещения.
  • CCS изготавливаются из HDPE, NPA, полиэтилена низкой плотности и нетканого термоскрепленного геотекстиля .
  • Стенки CCS обычно перфорированы для обеспечения дренажа из одной ячейки в другую.
  • На крутых склонах CCS может иметь жгут или кабель, проходящий через центральную область вверх по склону и прикрепленный к бетонному основанию или внутри него, чтобы противодействовать скольжению системы по градиенту.
  • Засыпка CCS на длинных и широких откосах довольно трудоемка. Преимущественно использовалось строительное оборудование, называемое пневматическими пескоструйными машинами или камнеотводчиками.

См. Также [ править ]

  • Контроль лавин
  • Габион , исторический предшественник борьбы с эрозией и защиты
  • Массовое истощение
  • Камнепад
  • Стирка . Клеточное заключение выступает как решение этой общей проблемы.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Geosynthetics в ландшафтной архитектуре и дизайне архивной 2015-02-14 на Wayback Machine
  2. ^ Департамент транспорта штата Калифорния, Отдел анализа окружающей среды, Программа ливневых вод. Сакраменто, Калифорния. «Исследование системы клеточного ограничения». 2006 г.
  3. ^ Управление деградировавшими следами внедорожных транспортных средств во влажных, нестабильных и уязвимых средах. Архивировано 15 октября 2008 г., в Wayback Machine , Министерство сельского хозяйства США, совместно с USDOT, Федеральное управление шоссейных дорог. Стр. 28. Октябрь 2002.
  4. ^ Вебстер, С.Л. и Уоткинс, Дж. Э. 1977, Исследование методов строительства тактических мостовых подъездных дорог через мягкий грунт. Лаборатория грунтов и тротуаров, Экспериментальная станция водных путей инженерного корпуса армии США, Виксбург, штат Массачусетс, Технический отчет S771, сентябрь 1977 г.
  5. ^ Webster, SL 1979, Исследование улучшения проходимости песка на пляже с использованием концепций удержания песчаной сетки и усиления мембраны - Отчет 1, Геотехническая лаборатория, Экспериментальная станция водных путей корпуса инженеров армии США, Виксбург, штат Массачусетс, технический отчет GL7920, ноябрь 1979 г.
  6. ^ Вебстер, SL 1981, Исследование улучшения проходимости песка на пляже с использованием концепций удержания песчаной сетки и усиления мембраны - Отчет 2, Геотехническая лаборатория, Экспериментальная станция водных путей корпуса инженеров армии США, Виксбург, штат Массачусетс, Технический отчет GL7920 (2), февраль 1981 г.
  7. ^ Prestogeo.com
  8. ^ Вебстер, С.Л. 1986, Демонстрационные дороги с песчаной сеткой, построенные для испытаний JLOTS II в Форт-Стори, Вирджиния, Геотехническая лаборатория, Экспериментальная станция инженерных путей армии США, Виксбург, штат Массачусетс, Технический отчет GL8619, ноябрь 1986 г.
  9. ^ Ричардсон, Грегори Н. «Геоячейки: 25-летняя перспектива, часть 1: приложения для проезжей части». Отчет о геотехнических материалах (2004 г.). Ричардсон, Гегори Н. «Геоячейки, перспектива на 25 лет, часть 2: Контроль эрозии русла и подпорные стены». Отчет о геотехнических материалах 22.8 (2004): 22-27.
  10. ^ Энгель П. и Флато Г. 1987, Сопротивление потоку и критические скорости потока для системы контроля эрозии Geoweb, Отдел исследований и приложений - Национальный институт водных исследований Канадский центр внутренних вод, Берлингтон, Онтарио, Канада, март 1987 г.
  11. ^ Bathurst, RJ, Crowe, RE & Zehaluk, AC 1993, Геосинтетическая Cellular конфайнмента Клетки для Гравитация подпорной стенки. - Ричмонд Хилл, Онтарио, Канада, геосинтетические Истории болезни, Международное общество по механике грунтов и Фонд Engineering, март 1993, стр 266- 267
  12. ↑ Crowe, RE, Bathurst, RJ & Alston, C. 1989, Проектирование и строительство дорожной насыпи с использованием геосинтетических материалов, Труды 42-й Канадской геотехнической конференции, Канадское геотехническое общество, Виннипег, Манитоба, октябрь 1989 г., стр. 266– 271
  13. ↑ Bathurst, RJ & Jarrett, PM 1988, Крупномасштабные модельные испытания геокомпозитных матрасов на торфяных грунтах, Отчет об исследованиях в области транспорта 1188 - Влияние геосинтетических материалов на свойства почвы и окружающей среды на системы дорожного покрытия, Транспортный исследовательский совет, 1988, стр. 2836
  14. ^ Ричардсон, Грегори Н. «Геоячейки: 25-летняя перспектива. Часть l: дорожные приложения». (2004)
  15. ↑ Yuu, J., Han, J., Rosen, A., Parsons, RL, Leshchinsky, D. (2008) «Технический обзор базовых слоев, усиленных геоячейками, над слабым грунтовым слоем», Материалы первой Панамериканской конференции и выставки по геосинтетике (GeoAmericas), Приложение VII, Канкун, Мексика
  16. ^ а б Хан, Дж., Покхарел, С. К., Янг, X. и Такур, Дж. (2011). Дороги без покрытия: жесткая клетка - геосинтетическое армирование - многообещающее, дороги и мосты, 40–43
  17. ^ Хедж, A. (2017). Фундамент, армированный Geocell - результаты прошлых лет, нынешние тенденции и перспективы на будущее: обзор современного состояния. Строительные и строительные материалы 154: 658-74. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.07.230
  18. ^ Han, J., Тхакур, JK, Парсонс, RL, Pokharel, SK, Лещинский, Д. и Ян, X. (2013)
  19. ^ Киеф, О., Schary Ю., Pokharel, SK (2014). «Геоячейки с высоким модулем упругости для устойчивой дорожной инфраструктуры». Индийский геотехнический журнал, Springer. сентябрь
  20. ^ Марто, А., Огаби, М., Эйсазаде, А., (2013), Электронный журнал геотехнической инженерии. том 18, Бунд. Q., 3501-3516
  21. ^ a b Раджагопал, К., Веерарагаван, А., Чандрамули, С. (2012). «Исследования конструкций дорожных покрытий, армированных геоячейками», Geosynthetics Asia 2012, Таиланд.
  22. ^ Emersleben, A. (2013). «Анализ механизма передачи нагрузки геоячеек с использованием нового теста радиальной нагрузки. Надежные геотехнические исследования на практике 2013. GeoCongress, Сан-Диего, 345-357
  23. ^ Pokharel, SK, Han J., Лещинский, Д., Парсонс, RL, Halahmi, I. (2009). «Экспериментальная оценка факторов влияния для песка, армированного одной геоячейкой», Ежегодное собрание Совета по исследованиям транспорта (TRB), Вашингтон, округ Колумбия, 11–15 января.
  24. ^ 3. Покхарел, С.К., Хан, Дж., Манандхар, К., Янг, XM, Лещинский, Д., Халахми, И., и Парсонс, Р.Л. (2011). «Ускоренное испытание грунтовых дорог, армированных геоячейками, поверх слабого земляного полотна». Журнал Совета по исследованиям в области транспорта, 10-я Международная конференция по дорогам с малым объемом движения, Флорида, США, 24–27 июля
  25. ^ Вега, Е., ван Гурп, К., Кваст, Е. (2018). Geokunststoffen als Funderingswapening in Ongebonden Funderingslagen (Геосинтетика для армирования несвязанных слоев основания и основания дорожного покрытия), SBRCURnet (CROW), Нидерланды
  26. ^ Технический комитет ASTM D-35 по геосинтетике, www.astm.org
  • «WES, разрабатывающая замкнутую систему с песчано-сеткой» (1981), Army Res. Вер. Журнал Acquisition, июль – август, стр. 7–11.

-