Геосинтетика - Geosynthetics

Геотекстиль мешки с песком защищали исторический дом Клиффенде на Зильт остров против штормов, которые размывали скалы слева и справа от барьера из мешков с песком.^[1]

Мешки с песком из геотекстиля могут быть прибл. 20 м длиной, такие как те, что используются для искусственного рифа на Узкая шея, Квинсленд.^[1]

Геосинтетика синтетические продукты, используемые для стабилизации местности. Обычно это полимерные продукты, используемые для решения гражданское строительство проблемы. Сюда входят восемь основных категорий продуктов: геотекстиль, георешетки, геосетки, геомембраны, футеровка из геосинтетической глины, геопена, геоячейки и геокомпозиты. В полимерный Природа продуктов делает их пригодными для использования в земле, где требуется высокий уровень прочности. Их также можно использовать в открытых приложениях. Геосинтетические материалы доступны в широком диапазоне форм и материалов. Эти продукты имеют широкий спектр применения и в настоящее время используются во многих гражданских, геотехнический, транспорт, геоэкологическая, гидравлический, и частный развитие приложения, включая дороги, аэродромы, железные дороги, набережные, подпорные конструкции, резервуары, каналы, плотины, борьба с эрозией, контроль отложений, свалка лайнеры, крышки полигонов, добыча полезных ископаемых, аквакультура и сельское хозяйство.

История

Включения разных сортов, смешанные с почва использовались тысячи лет. Их использовали при строительстве проезжей части в Роман дней на стабилизацию проезжей части и их краев. Эти ранние попытки были естественными волокна, ткани или растительность смешивается с почвой для улучшения качества дороги, особенно когда дороги строились на неустойчивой почве. Они также использовались для строительства крутых склонов, как и несколько пирамиды в Египет и стены тоже. Принципиальная проблема с использованием натуральных материалов (дерево, хлопок и т. д.) в заглубленной среде является биоразложение что происходит из микроорганизмы в почве. С появлением полимеров в середине 20 века стал доступен гораздо более стабильный материал. При правильной формулировке срок службы в столетия можно предсказать даже в суровых условиях окружающей среды.

Ранние работы по геосинтетике (какими мы их знаем сегодня) в 1960-х годах документировали их использование в качестве фильтров в Соединенные Штаты и как подкрепление в Европа. Конференция 1977 г. Париж объединил многих первых производителей и практиков. Международное геосинтетическое общество (IGS), основанное в 1982 году, впоследствии каждые четыре года организовывало всемирную конференцию, и в его многочисленных отделениях проводятся дополнительные конференции. В настоящее время действуют отдельные геосинтетические институты, торговые группы и группы по установлению стандартов. Примерно в двадцати университетах преподаются отдельные курсы по геосинтетике, и почти все они включают предметы в области геотехники, геоэкологии и гидротехника курсы. Геосинтетические материалы доступны по всему миру, и их деятельность стабильно растет.

Геосинтетические продукты^[2]

Категории

Геотекстиль

Геотекстиль - одна из двух самых больших групп геосинтетических материалов. Это текстиль, состоящий из синтетических волокон, а не из натуральных, таких как хлопок, шерсть или шелк. Это делает их менее восприимчивыми к биоразложению. Эти синтетические волокна превращаются в гибкие пористые ткани с помощью стандартного ткацкого оборудования или сплетаются между собой произвольным образом нетканым способом. Некоторые тоже связаны. Геотекстиль пористый для жидкости, протекающей через их произведенную плоскость, а также в пределах их толщины, но в значительной степени. Было разработано не менее 100 конкретных областей применения геотекстиля; однако ткань всегда выполняет по крайней мере одну из четырех дискретных функций: разделение, укрепление, фильтрацию и / или дренаж.

Геосетки

Георешетки используются для предотвращения скольжения на длинных и крутых склонах во время установки и использования системы ограждения полигона.^[1]

Геосетки представляют собой быстрорастущий сегмент геосинтетических материалов. Геосетки представляют собой не тканый, нетканый или трикотажный текстильный материал, а полимеры, сформированные в очень открытую, подобную сетке конфигурацию, то есть они имеют большие отверстия между отдельными ребрами в поперечном и продольном направлениях. Георешетки (а) растягиваются в одном, двух или трех направлениях для улучшения физических свойств, (б) изготавливаются на ткацком или трикотажном оборудовании стандартными методами производства текстиля, или (в) с помощью лазера или ультразвукового соединения стержней или лент вместе. Есть много конкретных областей применения; однако георешетки функционируют почти исключительно как армирующие материалы.

Geonets / Geospacers

Геонеты и связанные с ними геокосмические технологии некоторыми, составляют еще один специализированный сегмент в области геосинтетики. Они образуются путем непрерывного выдавливания параллельных наборов полимерных ребер под острыми углами друг к другу. Когда ребра открыты, относительно большие отверстия образуют сетчатую конфигурацию. Наиболее распространены два типа: двухплоскостной или трехплоскостной. В качестве альтернативы доступно множество самых разных типов дренажных стержней. Они состоят из полимерных листов с выступами, углублениями или выступами, трехмерных сеток из жестких полимерных волокон в различных конфигурациях и небольших дренажных труб или прокладок внутри геотекстиля. Их конструктивная функция полностью находится в пределах дренажной зоны, где они используются для транспортировки жидкостей или газов всех типов.

Геомембраны

Геомембраны представляют собой еще одну по величине группу геосинтетических материалов, и в долларовом выражении их продажи выше, чем у геотекстиля. Их рост в США и Германии был стимулирован правительственными постановлениями, первоначально принятыми в начале 1980-х годов для футеровки свалок твердых отходов. Сами материалы представляют собой относительно тонкие непроницаемые листы полимерного материала, используемые в основном для облицовки и крышек хранилищ жидкостей или твердых веществ. Сюда входят все типы свалок, поверхностных водохранилищ, каналов и других средств локализации. Таким образом, основной функцией всегда является удержание в качестве барьера для жидкости или пара, или того и другого. Тем не менее, диапазон приложений велик, и в дополнение к области защиты окружающей среды быстро растут приложения в геотехнической, транспортной, гидравлической и частной инженерии (например, в аквакультуре, сельском хозяйстве, кучном выщелачивании и т. Д.).

Футеровки из геосинтетической глины

Футеровки из геосинтетической глины, или GCL, представляют собой интересное сочетание полимерных материалов и природных почв. Это рулоны фабрично изготовленных тонких слоев бентонитовой глины зажат между двумя геотекстилем или прикреплен к геомембране. Структурная целостность последующего композита достигается прошивкой, прошивкой или клеевым соединением. GCL используются в качестве композитного компонента под геомембраной или сами по себе в геоэкологических и защитных приложениях, а также в транспортных, геотехнических, гидравлических и многих частных приложениях.

Геопена

Geofoam - это полимерный продукт, созданный путем переработки полистирола в пену, состоящую из множества закрытых ячеек, заполненных воздухом и / или газами. Скелетная природа клеточных стенок напоминает костные структуры из нерасширенного полимерного материала. Получающийся в результате продукт обычно имеет форму больших, но очень легких блоков, которые уложены бок о бок слоями, обеспечивающими легкое заполнение во многих областях применения.

Геоячейки

Геоячейки (также известные как системы клеточного удержания) - это трехмерные сотовые сотовые структуры, которые при заполнении уплотненным грунтом образуют систему удержания. Экструдированные из полимерных материалов полосы, сваренные друг с другом последовательно ультразвуком, полосы расширяются, образуя жесткие (и обычно текстурированные и перфорированные) стенки гибкого трехмерного ячеистого матраса. Наполненный почвой, новый составной объект создается из взаимодействий клетки с почвой. Ограничение ячеек уменьшает боковое движение частиц почвы, тем самым поддерживая уплотнение и формируя жесткий матрас, который распределяет нагрузки по более широкой площади. Геоячейки из современных полимеров, традиционно используемые для защиты склонов и защиты грунта, все чаще используются для долговременной поддержки дорожных и железнодорожных грузов. Гораздо более крупные геоячейки также изготавливаются из жесткого геотекстиля, вшитого в аналогичные, но более крупные, единичные ячейки, которые используются для защиты бункеров и стен.

Геокомпозиты

Монтаж геокомпозитного дренажа. Геокомпозитные дренажи часто используются на крутых склонах защитных систем полигонов.^[1]

Геокомпозит состоит из комбинации геотекстиля, георешетки, геосетки и / или геомембран в единице, изготовленной на заводе. Кроме того, любой из этих четырех материалов можно комбинировать с другим синтетическим материалом (например, деформированными пластиковыми листами или стальными тросами) или даже с почвой. Например, геосетка или геокосмический материал с геотекстилем на обеих поверхностях и GCL, состоящий из сэндвича геотекстиль / бентонит / геотекстиль, являются геокомпозитами. В этой конкретной категории представлены лучшие творческие усилия инженера и производителя. Сферы применения многочисленны и постоянно растут. Основные функции охватывают весь спектр функций, перечисленных для геосинтетических материалов, о которых говорилось ранее: разделение, усиление, фильтрация, дренаж и локализация.

Спрос и производство

Спрос на геосинтетические материалы (млн м²)^[1]
Область, край	2007	2012	2017
Северная Америка	923	965	1300
западная Европа	668	615	725
Азиатско-Тихоокеанский регион	723	1200	2330
Центральная и Южная Америка	124	160	220
Восточная Европа	248	305	405
Африка / Ближний Восток	115	155	220
Общий	2801	3400	5200

Продажа геосинтетических материалов по всему миру^[1]
Тип	Количество (млн м²)	Цена (Долл. США / м²)	Продажи (в миллионах долларов США)
Геотекстиль	1400	0.75	1050
Геосетки	250	2.50	625
Геонеты	75	2.00	150
Геомембраны	300	6.00	1800
Футеровки из геосинтетической глины	100	6.50	650
Геопена	5	75.00	375
Геокомпозиты	100	4.00	400
Общий	2230		5050

Функции

Сопоставление только что описанных различных типов геосинтетических материалов с основной функцией, которую призван выполнять материал, позволяет создать организационную матрицу для геосинтетических материалов; см. таблицу ниже. По сути, эта матрица является «оценочной картой» для понимания всего геосинтетического поля и методологии, связанной с его проектированием. В таблице показана основная функция, которую может выполнять каждый геосинтетический материал. Обратите внимание, что это первичные функции, и во многих случаях (если не в большинстве) есть вторичные функции, а также, возможно, третичные. Например, геотекстиль, помещенный на мягкий грунт, обычно разрабатывается на основе его армирующей способности, но разделение и фильтрация, безусловно, могут быть второстепенными и третьими соображениями. В качестве другого примера, очевидно, что геомембрана используется из-за ее способности удерживать, но разделение всегда будет второстепенной функцией. Наибольшее разнообразие с точки зрения производства и материалов - это категория геокомпозитов. Основная функция будет полностью зависеть от того, что на самом деле создается, производится и устанавливается.

Основные функции геосинтетики^[2]
Тип геосинтетики (ГС)	Разделение	Армирование	Фильтрация	Дренаж	Сдерживание
2.1 Геотекстиль (GT)	Икс	Икс	Икс	Икс
2.2 Георешетка (GG)		Икс
2.3 Geonet (GN) или geospacer (GR)				Икс
2.4 Геомембрана (GM)					Икс
2.5 Футеровка из геосинтетической глины (GCL)					Икс
2.6 Геопена (GF)	Икс
2.7 Геоячейки (GL)	Икс	Икс
2.8 Геокомпозит (ГК)	Икс	Икс	Икс	Икс	Икс

Геосинтетические материалы обычно разрабатываются для конкретного применения с учетом основной функции, которая может быть предоставлена. Как видно из сопроводительной таблицы, дано пять основных функций, но некоторые группы предлагают даже больше.^[3]

Разделение это размещение гибкого геосинтетического материала, такого как пористый геотекстиль, между разнородными материалами, так что целостность и функционирование обоих материалов могут оставаться неизменными или даже улучшаться. Дороги с твердым покрытием, дороги без покрытия и железнодорожные базы являются обычными применениями. Также к этой категории относится использование толстого нетканого геотекстиля для амортизации и защиты геомембран. Кроме того, для большинства применений геопены и геоячеек разделение является основной функцией.

Армирование является синергетическим улучшением общей прочности системы, создаваемым введением геотекстиля, георешетки или геоячейки (все из которых хороши на растяжение) в грунт (который хорош на сжатие, но плох на растяжение) или другого разобщенного и разделенного материала . Эта функция применяется в механически стабилизированных и удерживаемых земляных стенах и крутых откосах грунта; их можно комбинировать с облицовкой из кирпича для создания вертикальных подпорных стен. Также применяется базальное армирование на мягких грунтах и глубоких основаниях для насыпей и тяжелых поверхностных нагрузок. В отличие от геотекстиля, жесткие полимерные георешетки и геоячейки не нужно удерживать в напряжении для усиления почвы. Жесткая двумерная георешетка и трехмерные геоячейки сцепляются с частицами заполнителя, и механизм усиления является одним из механизмов удержания заполнителя. Полученный в результате механически стабилизированный слой заполнителя демонстрирует улучшенные несущие характеристики. Жесткие полимерные георешетки с очень открытыми отверстиями в дополнение к трехмерным геоячейкам, изготовленным из различных полимеров, также все чаще используются для грунтовых и мощеных дорог, грузовых платформ и железнодорожного балласта, где улучшенные Несущие характеристики значительно снижают требования к высококачественным импортным заполнителям, тем самым уменьшая углеродный след конструкции.

Фильтрация - это равновесное взаимодействие грунта и геотекстиля, которое обеспечивает адекватный поток жидкости без потери почвы через плоскость геотекстиля в течение срока службы, совместимого с рассматриваемым применением. Области применения фильтрации: дренажные системы магистралей, дренаж подпорных стен, свалки. фильтрат системы сбора, как противоиловые заборы и занавески, и как гибкие формы для пакетов, туб и контейнеров.

Дренаж представляет собой равновесную почву-геосинтетическую систему, которая обеспечивает адекватный поток жидкости без потери почвы в плоскости геосинтеза в течение срока службы, совместимого с рассматриваемым применением. Geopipe выделяет эту функцию, а также геосетки, геокомпозиты и очень толстый геотекстиль. Применения дренажа для этих различных геосинтетических материалов включают подпорные стены, спортивные площадки, плотины, каналы, водохранилища и разрывы капилляров. Также следует отметить, что лист, край и дренажные фитили геокомпозиты, используемые для различных ситуаций, связанных с осушением почвы и горных пород.^{[который? ]}

Сдерживание включает геомембраны, облицовки из геосинтетической глины или некоторые геокомпозиты, которые функционируют как барьеры для жидкости или газа. В лайнерах и покрытиях свалок критически важны эти геосинтетические материалы. Все гидравлические приложения (туннели, плотины, каналы, поверхностные водохранилища и плавучие покрытия) также используют эти геосинтетические материалы.

Преимущества

Производимый контроль качества геосинтетических материалов в контролируемой заводской среде является большим преимуществом по сравнению с грунтовым и каменным строительством на открытом воздухе. Большинство заводов имеют сертификаты ISO 9000 и также имеют собственные программы обеспечения качества.
Малая толщина геосинтетических материалов по сравнению с их аналогами из естественного грунта является преимуществом, поскольку они легкие на грунтовое полотно, меньше используемого воздушного пространства и избегают попадания песка, гравия и глинистых грунтов.^[1]
Простота геосинтетической установки важна по сравнению с толстыми слоями грунта (пески, гравий или глина), требующими большого землеройного оборудования.^[1]
Опубликованные стандарты (методы испытаний, руководства и спецификации) хорошо развиты в таких организациях, устанавливающих стандарты, как ISO, ASTM и GSI.
Методы проектирования в настоящее время доступны из многих источников, а также из университетов, которые преподают отдельные курсы по геосинтетике или интегрировали геосинтетику в традиционные геотехнические, геоэкологические и гидротехнические курсы.
При сравнении геосинтетических конструкций с альтернативными конструкциями естественного грунта обычно отмечаются преимущества затрат и неизменно устойчивость (более низкий уровень CO₂ след) преимущества.^[1]

Недостатки

Долговременные характеристики смолы определенного состава, используемой для изготовления геосинтетических материалов, должны быть обеспечены за счет использования соответствующих добавок, включая антиоксиданты, фильтры для ультрафиолетового излучения и наполнители.
Эксплуатационный срок службы геосинтетических материалов, которые являются полимерными, меньше, чем когда они засыпаны грунтом.
Засорение или биоблоггинг геотекстиля, геосеток, геотруб и / или геокомпозитов - сложная конструкция для определенных типов почв или необычных ситуаций. Например, лессовые почвы, мелкие несвязные илы, сильно мутные жидкости и жидкости, содержащие микроорганизмы (сточные воды с хозяйств), вызывают проблемы и обычно требуют специальных испытаний.
Обработка, хранение, переноска и установка должны обеспечиваться тщательным контролем качества и гарантией качества.

дальнейшее чтение

Ван Зантен, Р. В. (1986). Геотекстиль и геомембраны в гражданском строительстве, A. A. Balkema Publ., Роттердам, Нидерланды.
_____, (1990). Основа дизайна: геотекстиль и сопутствующие материалы, IFAI Publ., Розвилл, Миннесота, США.
Ван Сантворт, Г. П. Т. М., Переводчик (1995). Геосинтетика в гражданском строительстве, A. A. Balkema Publ., Роттердам, Нидерланды.
Джуэлл, Р. А. (1996). Армирование грунта геотекстилем, CIRIA Publishers, Лондон, Англия.
Хольц, Р. Д., Кристофер, Б. Р. и Берг, Р. Р. (1997). Geosynthetic Engineering, BiTech Publishers, Ltd., Ричмонд, Британская Колумбия, Канада.
Пиларчик, К. В. (2000). Геосинтетика и геосистемы в гидротехнике и прибрежной инженерии, A. A. Balkema Publ., Роттердам, Нидерланды.
Роу, Р. К. (ред.), (2001). Справочник по инженерно-геологической и геоэкологической инженерии, Kluwer Academic Publishers, Бостон, США.
Диксон, Н., Смит, Д. М., Гринвуд, Дж. Р. и Джонс, Д. Р. В. (2003). Геосинтетика: защита окружающей среды, Thomas Telford Publ., Лондон, Англия.
Шукла, С.К., Инь, Ж.-Х. (2006). Основы геосинтетической инженерии, Taylor and Francis Publishers, Лондон, Англия.
Sarsby, R. W. Ed. (2007). Геосинтетика в гражданском строительстве, Woodhead Publishing Ltd., Кембридж, Англия.

внешняя ссылка

[geo-1] а ^б ^c ^d ^е ^ж ^грамм ^час ^я Müller, W. W .; Саатхофф, Ф. (2015). «Геосинтетика в геоэкологической инженерии». Наука и технология современных материалов. 16 (3): 034605. Bibcode:2015STAdM..16c4605M. Дои:10.1088/1468-6996/16/3/034605. ЧВК 5099829. PMID 27877792.

[design-2] а ^б Кернер, Р. М. (2012). Проектирование с использованием геосинтетических материалов (6-е изд.). Xlibris Publishing Co., 914 стр.

[3] Батерст, Ричард. «Функции геосинтетики» (PDF). Международное геосинтетическое общество. Получено 28 сентября, 2018.

[1]

[2]

[3]