основы методики подбора геотекстиля для обеспечения более

ОСНОВЫ МЕТОДИКИ ПОДБОРА ГЕОТЕКСТИЛЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БОЛЕЕ
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОГО СРОКА ЕГО СЛУЖБЫ.
проф., д.т.н. Блажко Л. С., проф., д.т.н. Штыков В. И., Бушуев М. В., Пономарёв А. Б.
Петербургский Государственный Университет Путей Сообщения
Кафедра «Железнодорожный путь»
Россия
http://www.jdpsmt.ru/docs/6/6.php
Одним из основных направлений ресурсосбережения на железнодорожном транспорте является
уменьшение расходов на текущее содержание пути, которое может быть достигнуто за счет правильного
подбора геотекстиля и увеличения его фактического срока службы.
Кольматацией называется процесс заполнения порового пространства мелкими (пылеватыми и
глинистыми) частицами, находящимися во взвешенном состоянии в фильтрующейся воде, результатом
которого является уменьшение активной пористости грунтов и материалов и резкое снижение
фильтрационных свойств.
Геотекстильные материалы должны удовлетворять следующим требованиям:
 Коэффициент фильтрации при давлении 200 кПа не менее 8,64 м/сут.
 Пропускать кольматирующие частицы грунта размером менее 0,05 мм.
Кольматация геотекстиля приводит к нарушению этих требований. Поскольку они должны
выполняться в течение всего срока эксплуатации железнодорожного полотна, необходима методика
определения времени до полной кольматации геотекстиля. Расчет этого времени для различных марок
геотекстиля позволяет делать осознанный выбор материала. Такой подход к подбору геотекстиля дает
экономический эффект за счет увеличения срока его службы (если этот срок определяется
фильтрационными параметрами).
Для обеспечения некольматируемости геотекстильных материалов должно соблюдаться следующее
соотношение [1]:
max
du  3,3...4,4d ci
,
(1)
где du – расчетное значение диаметра фильтрационного хода, мм;
d cimax - максимальный диаметр суффозионных частиц, мм.
Если условие (1) не соблюдается, то с момента закладки геотекстиля начнется кольматация материалов
мелкими частицами, которые образуются в щебне, расположенном выше геотекстиля в результате
истирания щебня.
Определение степени закольматированности геотекстилей по результатам исследований
фильтрационных свойств образцов, изъятых из мест их укладки в путь было выполнено на ряде участков
Октябрьской железной дороги.
Например, рассмотрим образец геотекстиля извлеченного на станции Любань (ПЧ-10), 82 км, ПК3+80
м, 1 путь. Обследуемый участок находится на насыпи. Геотекстиль уложен на глубине 45см от
основанием шпалы. Уклон заложения геотекстиля составляет 0,04. Материал – Typar SF-97, коэффициент
фильтрации в исходном состоянии К=32 м/сут. Коэффициент фильтрации материала в частично
закольматированном состоянии Кз=4 м/сут. Содержание кольматирующих частиц в 1 м2 геотекстиля =
246 гр.
Пористость материала в исходном состоянии до укладки его в железнодорожное полотно n=0,63.
Уложенный геотекстиль в настоящее время имеет допустимый коэффициент фильтрации, однако
значение этого коэффициента значительно понижено в сравнении с исходным. Расчет показывает, что
снижение коэффициента фильтрации ниже допустимого может произойти не ранее, чем через 4 года.
На фотографии (рис. 1) рядом находятся два образца из ДорНИТа 4725. Слева образец материала до
укладки, а справа в частично закольматированном состоянии. При этом после 16 лет эксплуатации его
коэффициент фильтрации изменился незначительно с 74 м/сутки до 56,0 м/сутки. На рис.2 представлена
фотография верхней части геотекстиля, отобранного на ст. Георгиевская. Материал в очень сильной
степени закольматирован. После 17 лет эксплуатации, в 1 м2 геотекстиля при толщине 0,8 мм содержится
337 грамм кольматирующих частиц. Коэффициент фильтрации материала составляет 0,4 м/сут., а через 2
года произойдет его уменьшение до нуля. На рис. 2 видно, что мелкие частицы уже откладываются и на
поверхности образца
Рис. 1. Образец геотекстиля с перегона
Рис. 2. Верхняя поверхность образца
Саблино-Тосно.
геотекстиля со ст. Георгиевская.
Процент количества
P8-9.VTD
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
20
40
60
80
100
120
140
Среднее
Абс. погрешность
СКО
Коэфф. вариации, %
Мода
Медиана
Количество классов
Шаг
Минимум
Максимум
Количество
Гистограмма
N
от
до
1
10
16.5
2
16.5
23
3
23
29.5
4
29.5
36
5
36
42.5
6
42.5
49
7
49
55.5
8
55.5
62
9
62
68.5
10
68.5
75
11
75
81.5
12
81.5
88
13
88
94.5
14
94.5
101
15
101
107.5
16
107.5
114
17
114
120.5
18
120.5
127
19
127
133.5
20
133.5
140
52.62
2.849
26.01
49.42
45.75
46.07
20
6.5
10.04
134.6
320
num.
2
24
27
42
43
45
25
17
19
10
20
11
6
10
6
2
3
4
2
2
%
0.625
7.5
8.44
13.1
13.4
14.1
7.81
5.31
5.94
3.13
6.25
3.44
1.88
3.13
1.88
0.625
0.938
1.25
0.625
0.625
Колонка1, (mkm); Канал 0
Нормальное распределение
d
0,03
d ci  u 
 0,01
3
3
Диаметр кольматирующих частиц
мм. Как видно из гистограммы, представленной
на рис.3, таких частиц в продукте истирания нет и, следовательно, коэффициент фильтрации сохранится
на уровне 2,9 м/сутки. Причем толщина этого слоя будет постоянно расти.
% содержания частиц диаметром ≤0,16 мм
в балласте – 0,080%
Рис.3. Содержание в балласте частиц диаметром менее 0,16 мм. Ст. Чудово (ПЧ-7, 118 км ПК9+50 м, 1
путь)
Однако на других участках такие частицы ( d  0,01мм ) имеются: ст. Любань, Георгиевская,
Северное полукольцо и Бурга. Этот же материал, заложенный на перечисленных объектах, создал бы
условия для кольматажа продукта истирания, оседавшего на нем, однако сроки полной кольматации,
ввиду очень малого процента содержания этих частиц, превышали бы нормативные сроки службы самого
геотекстиля, т.е. превышали бы 30 лет.
В результате исследования выполненного в ПГУПСе получены следующие результаты:

установлены расчетные зависимости для определения коэффициента фильтрации геотекстиля в
функции от диаметра волокна и пористости;

проведены лабораторные исследования по определению коэффициента водоотдачи различных
геотекстильных материалов, как отобранных с различных участков, в которых различные марки
геотекстиля были заложены в разные годы, так и новых материалов, которые ранее не использовались;

выяснено, что коэффициент водоотдачи геотекстильных материалов зависит от степени их
смачиваемости. Наибольшую величину коэффициента водоотдачи имеют следующие материалы:
а) среди отобранных на обследованных участках: ДорНИТ-4713 и ДорНИТ-4717;
б) среди новых материалов: Polyfelt TS-30, Typar SF-27 и «Пинема». Эти же материалы имеют
наибольшую величину коэффициента фильтрации в мерзлом состоянии;

предложены расчетные зависимости, позволяющие определять коэффициент фильтрации
геотекстиля в мерзлом состоянии в функции от его коэффициента фильтрации в талом состоянии
(исходном) и льдистости (влажности перед промерзанием);

получены расчетные зависимости для определения коэффициента фильтрации геотекстиля в
частично закольматированном состоянии как в функции от пористости, содержания в нем
кольматирующих частиц, так и диаметра волокна. При известном коэффициенте фильтрации в исходном
состоянии в функции от пористости в исходном состоянии и содержании в нем кольматирующих частиц.
В итоге появилась возможность разработать Методику определения сроков службы геотекстиля до
полной утраты его фильтрационной способности.
Гранулометрический состав фракций мельче 0,16 мм на всех обследованных участках имеет много
общего. Самые мелкие частицы по крупности находятся в очень тесном диапазоне от 7 до 10 мкм (на
большинстве участков 8 мкм). Очень небольшой процент частиц крупностью 100 мкм<α<160 мкм(от 0,5
до 2%). Преобладают частицы диаметром 30÷40 мкм, которые входят в диапазон размеров
кольматирующих. Все это свидетельствует об одинаковой природе их происхождения. Это безусловно
составная и самая опасная с точки зрения кольматажа геотекстиля часть продукта истирания балласта.
Предложения ПГУПС по изменению «Руководства по применению полимерных материалов
(пенопластов, геотекстилей, георешеток, полимерных дренажных труб) для усиления земляного полотна
при ремонтах пути, М.:2002 г»:
1. Дополнительно к существующим методикам по определению гидравлических характеристик были
разработаны дополнительные:
 Методика определения коэффициента водоотдачи геотекстильных материалов;
 Методика определения коэффициента фильтрации геотекстильных материалов в исходном (до
укладки в балласт) и закольматированном состоянии;
 Методика определения коэффициента фильтрации геотекстиля в полевых условиях;
 Методика определения степени закольматированности геотекстильного материала и сроков
соответствия предъявляемых к нему требований по водопроницаемости.
2. Результаты исследований геотекстиля свидетельствуют, что к требованиям, изложенным в таблице
5.1 настоящего Руководства необходимо добавить:
 требования по коэффициенту водоотдачи;
 требование внутренней некольматируемости материала частицами Ø≤ 0,05 мм.
Литература.
1.
Маслов Б.С., Панов Е.П., Кормыш Е.И. и др. Справочник. Мелиорация и водное
хозяйство. Осушение. М.: Издательство «Ассоциация Экост», 2001 г.