¿Aplicación de geoceldas en la construcción de carreteras?
1 Características de la geocelda
La geocelda es una red tridimensional hecha de láminas de polietileno de alta resistencia, conectadas mediante soldadura ultrasónica y otros métodos, y expandidas en forma de celosía. El material es un material geosintético especial. En la ingeniería de rocas, junto con tierra, arena, piedra y otros rellenos, forman cojines con diferente cohesión visual, diferentes resistencias de refuerzo y diferentes profundidades. Estos cojines se pueden colocar en los lugares requeridos según los requisitos del proyecto para reforzar la calzada, protección de taludes y construir muros de contención. Su característica más importante es que puede resolver una variedad de problemas difíciles en la ingeniería de rocas que son difíciles de resolver con métodos convencionales, como saltos de cabeza de puentes, hundimientos de cimientos blandos, enlodamiento, deslizamientos de tierra, etc. Tiene las características de material liviano, resistencia al desgaste, resistencia al envejecimiento, resistencia a la corrosión química, amplio rango de temperatura aplicable, alta resistencia a la tracción, buena rigidez y tenacidad, fuerte resistencia al impacto, tamaño relativamente estable y transporte conveniente. La conexión durante la construcción es simple y fácil, y el método de construcción es simple, lo que simplifica el proceso de construcción y aumenta la velocidad de construcción, y puede usarse repetidamente.
2 Los principios básicos de las geoceldas
La razón por la que las geoceldas tienen excelentes funciones y han atraído la atención de la comunidad de ingenieros debe comenzar con sus principios básicos. Al describir su principio, la literatura extranjera lo llama "un sistema de confinamiento tridimensional en forma de panal que puede mejorar significativamente el rendimiento de los materiales de relleno ordinarios en aplicaciones de control de erosión y carga en una amplia gama". Como todos sabemos, cuando un automóvil circula por el desierto, formará dos surcos profundos. La parte prensada se hundirá profundamente y ambos lados del surco se hincharán. Si el vehículo de atrás continúa moviéndose a lo largo de la rodera, la parte hundida se hundirá más y la parte elevada se elevará más, hasta que la parte elevada roce contra el chasis del vehículo y la rodera hundida entierra la mayoría de las ruedas, haciendo imposible para seguir adelante. La razón de esto es que cuando una carga externa actúa sobre la superficie de la cimentación, según la teoría de Plantel y la teoría de Taylor, se puede saber que bajo la acción de la carga concentrada, la zona activa 1 se hunde bajo presión y la fuerza Se descompone y transmite a ambos lados la zona de transición 2, la zona de transición 2 pasa a la zona pasiva 3, y la zona pasiva se deformará y abultará sin restricción. Es decir, una vez que la carga actúa sobre la superficie de la carretera, se formará un área activa ahusada debajo de la carga, que luego será exprimida a través del área de transición, provocando que el área pasiva se abulte. Es decir, la capacidad portante de la cimentación está determinada por la fuerza cortante a lo largo de la línea de deslizamiento y las fuerzas en las áreas de movimiento activa, transicional y pasiva. No sólo se puede experimentar claramente el verdadero proceso de los principios anteriores en bases de arena, sino que también se pueden encontrar ejemplos de este tipo en caminos de base blanda, pero la velocidad de formación es más lenta que los cambios en la arena. Incluso los mejores materiales de base para carreteras siguen siendo incapaces de evitar el movimiento lateral. Generalmente, el lecho de las carreteras está a varios metros del suelo y no es fácil absorber agua y enlodar, pero aún existe asentamiento a largo plazo. Investigando las razones, la penetración de agua de lluvia, la pérdida de material y el hundimiento de la base son algunas de las razones. Bajo la acción de la rodadura y vibración prolongada de la carga de la rueda, el desplazamiento lateral del material a ambos lados de la sección de la plataforma es sin lugar a dudas otra. razón muy importante. Tomando como ejemplo las carreteras de todos los niveles en varias partes de nuestra provincia, se puede sentir claramente que una correa ranurada en forma de "S" ha sido extraída de la carretera en la calzada principal de la carretera. Algunas autopistas no son una excepción. Los baches que experimenta un automóvil que circula por la calzada son obviamente más fuertes que la sensación de conducir en una zona de adelantamiento, especialmente en el tramo de conexión carretera-puente (comúnmente conocido como "salto de puente"). Este asentamiento del lecho de la carretera en forma de zanja es un ejemplo típico de deslizamiento lateral de los materiales del lecho de la carretera.
No es necesario entrar en detalles sobre los métodos convencionales de tratamiento de la subrasante en ingeniería. El propósito es mejorar la resistencia al corte y la fricción del material de cimentación y reducir o retrasar la capacidad de la cimentación. El material se mueve bajo la presión o vibración de la carga. Por lo tanto, es probable que existan muchas restricciones estrictas sobre los requisitos de materiales en el proyecto. Si los materiales necesarios no se pueden obtener cerca, estos materiales deben comprarse subcontratados. Los costos de materiales y transporte representan una gran parte del costo total del proyecto. Mediante el uso de geoceldas, se pueden obtener materiales localmente o cerca, e incluso se pueden usar materiales que no se pueden usar en circunstancias normales, lo que reduce en gran medida los costos de compra de materiales y los costos de transporte. ¿Por qué sucede esto? Ilustración de la situación de carga de las geoceldas: bajo la acción de una carga concentrada, la zona activa 1 que soporta la fuerza aún transferirá la fuerza a la zona de transición 2. Sin embargo, debido a las restricciones laterales de la pared de la celda y la reacción La fuerza de las celdas adyacentes, y la resistencia lateral formada por la fricción entre el relleno y la pared de la celda suprime la tendencia al movimiento lateral de la zona de transición 2 y la zona pasiva 3, mejorando así la capacidad de carga de la plataforma.
Después de la prueba, bajo la restricción de la celda, la cohesión aparente de la arena de densidad media se puede aumentar más de treinta veces. Obviamente, si se puede aumentar la resistencia al corte del material de subrasante o se puede suprimir el movimiento de las tres áreas, se puede mejorar la capacidad de carga de la base. Este es el principio limitante de las geoceldas.
En la mayoría de los casos, la geocelda se rellena con materiales no viscosos como grava o grava. Por lo tanto, la capa de refuerzo de la geocelda es también un canal de drenaje horizontal, que puede acelerar la disipación de la presión del agua de los poros durante. el proceso de consolidación del suelo saturado, acelerando así la consolidación del suelo. En resumen, las geoceldas tienen funciones integrales de amortiguación, refuerzo, drenaje, ajuste de tensión y deformación y mejora de la capacidad antifiltración del suelo.
3 Método de construcción de la geocelda
La geocelda es un nuevo tipo de material geosintético. La construcción es rápida, conveniente y ahorra mano de obra, se nivela el sitio de construcción y se eliminan los escombros. Coloque el cojín de construcción y compáctelo, y luego coloque la geocelda. Durante la colocación, debe apretarse lo más posible sin que se formen arrugas. Llene el compartimento con masilla a tiempo y compáctelo. Al mismo tiempo, observe la deformación del compartimento y compruebe la compacidad. Se completa la corrección final de la pendiente.
4 Aplicación de geoceldas en la construcción de carreteras
4.1 Aplicación en la construcción de carreteras en el desierto
Ya en 1994, la Xi'an Highway College y la Oficina de Administración de Petróleo del Norte de China construyeron En cooperación con una empresa de ingeniería vial, utilizamos geoceldas desarrolladas por el Instituto de Investigación de Productos de Caucho y Tecnología Anticorrosión de la Oficina de Administración de Petróleo del Norte de China para realizar investigaciones de aplicaciones en la construcción de carreteras en el desierto, centrándonos en los principales parámetros de diseño del relleno de geoceldas para la construcción de carreteras. en el desierto de Taklimakan---- --Módulo elástico de compresión. Los resultados de la investigación demuestran que el módulo elástico de compresión obtenido alcanza 190∽210MPa, lo que cumple plenamente con los requisitos de diseño de la plataforma. Además, la capa estructural rellena de arena de geocelda es aproximadamente 10 cm más delgada que la capa estructural de grava natural, por lo que se pueden obtener materiales. cercano. En 1995, esta investigación se aplicó para utilizar plenamente el método de relleno de arena con geoceldas para construir el lecho de la carretera en la sección sur de 10 km de la sección Tazhong 4-Minfeng de la autopista del petróleo Yongzhu en el desierto de Tarim. El valor de deflexión medido de la superficie de la carretera es 49∽64, que es menor que el valor de deflexión permitido (el valor de deflexión permitido es 80, el módulo elástico es 206,19∽273,97MPa y el valor promedio es 239,58MPa, lo que indica que el La capacidad de fijación de arena de la celda es La resistencia general obtenida fue significativamente mayor que la de la capa de grava clasificada, y las pruebas de compactación de todas las capas cumplieron con los requisitos de las especificaciones. Los ahorros en los costos de materiales de las vías convencionales y los costos de transporte reducen los costos de construcción de carreteras en un 50%, y el período de construcción también se acorta en un 60% en comparación con los métodos convencionales.
4.2 Tratamiento de cimientos blandos
En 1997, el Instituto de Investigación de Ingeniería Marina del Instituto de Diseño y Estudio de Yacimientos Petrolíferos de Liaohe llevó a cabo una prueba de construcción de una carretera con geoceldas en una carretera temporal en la zona intermareal de la playa. Y fue un paso más allá. Demuestra el efecto único de las geoceldas para resolver los asentamientos. La elevación del Mar Amarillo en esta área es de más de 1 m, la profundidad del agua de la marea alta es de casi 1 m, la capacidad de carga de los cimientos es de solo 110 MPa y hay más de 10 cm de limo. Utilizaron dos capas de celdas geotécnicas de 20 cm de altura producidas por el Instituto de Investigación de Productos de Caucho y Tecnología Anticorrosión de la Oficina de Administración de Petróleo del Norte de China, y utilizaron geotextiles como capa base de la carretera. Las celdas inferiores se rellenaron con arena gruesa y grava, y. la capa superior estaba llena de escoria. Los lados estaban hechos de guijarros de montaña. Después de ser empapado por la marea y asentarse naturalmente, un camión volquete grande y pesado puede moverse sin ser aplastado. Después de más de cuatro meses, casi cien vehículos por día (el peso de la bicicleta es de 15t∽30t) y dos mareas por día, el asentamiento general es de menos de 10 cm y el asentamiento básicamente se ha detenido, con un valor de deflexión promedio de 113,3 (deflexión permitida). valor 143), que refleja las características de las estructuras de pavimento de células y escoria, como alta resistencia estructural, buena integridad y gran capacidad para distribuir cargas uniformemente. A partir de su análisis de los beneficios económicos y sociales de la construcción de carreteras con geoceldas y el uso convencional de piedra de montaña para la construcción de carreteras en esta prueba, se puede ver que el costo de usar piedra de montaña para la construcción de carreteras por kilómetro es 400∽500. El período de construcción es de 30 a 40 días, requiere 3.600 turnos de transporte por kilómetro y cubre una superficie de 200.000 m2 por kilómetro. El costo de construir una carretera utilizando geoceldas (de doble capa) es de 1 a 1,3 millones de yuanes, el período de construcción es de aproximadamente 7 días, hay 310 turnos de transporte por kilómetro y el área por kilómetro es de casi 7000 m2. La diferencia entre los dos es asombrosa. Puede reducir la contaminación de los vehículos, reducir la cantidad de piedra utilizada y reducir la contaminación de los materiales de relleno al océano, especialmente en áreas de mareas con altos precios de reproducción, su protección ambiental y sus beneficios económicos son aún más impresionantes.
4.3 Áreas colapsables de loess y tramos de conexión de relleno y excavación de subrasante de alto relleno
En comparación con otras regiones, la aplicación de este nuevo material y nueva tecnología en las carreteras de nuestra provincia es relativamente rezagado.
La buena noticia es que en 2000, durante la construcción de la Carretera Nacional Lianhuo, la Autopista Lanlan y la Autopista Nacional 109 Bailan, para superar la consolidación y asentamiento de loess colapsable en terraplenes de alto relleno, que causaban grietas en el relleno -junta de excavación, adoptamos un método para Las medidas de tratamiento de fuerte compactación y pavimentación de geoceldas en la sección de unión de excavación pueden resolver el problema de conexión de diferentes capas de asentamiento de la base de la carretera en la sección de conexión de excavación y relleno. La práctica ha demostrado que su efecto es muy evidente. En 2002, Lanlin Expressway y Yinzhong Expressway tenían suelo polvoriento y sufrieron sequía y escasez de agua. Por lo tanto, se agregaron geoceldas a la subbase del pavimento o a la capa de cojín debajo de la subbase para hacer frente a la sección de conexión de corte y relleno y a la mitad de la excavación. El asentamiento diferencial del tramo medio lleno tiene efectos evidentes. Se puede observar que las geoceldas tienen una amplia gama de aplicaciones en carreteras y tienen buenas perspectivas de aplicación.
4.4 Tratamiento de los saltos de vehículos en la cabeza de puente
En 2001, el Departamento Provincial de Transporte y la Facultad de Carreteras de la Universidad de Chang'an completaron un proyecto de investigación científica, utilizando el mismo método en Todos los puentes de la Carretera Nacional Lianhuo desde Gulang hasta la Autopista Yongchang se utilizan geoceldas para crear secciones de transición de asentamiento diferencial para resolver específicamente el problema común del "salto de puentes". Dado que toda la línea está dominada por suelo limoso y arenoso, se utilizan geoceldas de 10 cm (altura) × 40 cm. El área de tratamiento de cada cabeza de puente varía de 600 a 800 m2 (la altura del puente, el dibujo y la longitud). de la pendiente son diferentes). Cada metro cuadrado. El costo de construcción es de 26∽30 yuanes (las especificaciones de las geoceldas utilizadas varían). El uso de geoceldas puede ahorrar mucho polvo y tierra. El coste total del proyecto es similar al de los métodos convencionales para hacer frente a los saltos de cabeza de puente, pero el efecto y la vida útil se duplican.
4.5 Aplicación del control de la erosión: protección de taludes, presas
La mayoría de los ejemplos citados anteriormente utilizan geoceldas para mejorar la capacidad de carga. De hecho, otra función importante de las geoceldas es controlar la erosión, y el uso de geoceldas en países extranjeros para controlar la erosión no es menor que en aplicaciones de carga. Los más utilizados incluyen protección de taludes, presas, muros de contención, rompeolas, etc. Su principio es aumentar la capacidad de flujo, reducir la erosión de los surcos, prevenir la acumulación de presión de agua y eliminar la erosión concentrada. La estructura de confinamiento en forma de panal mantiene el material de relleno en su lugar y limita la presión del agua que actúa sobre él, mejorando así las capacidades de flujo. Las paredes alveolares permiten que se produzca un drenaje normal pero controlan el caudal dentro del nido. Al igual que miles de microdiques, el flujo de agua concentrado se dispersa en una fina y uniforme capa de flujo de agua.
5. Conclusión
Hoy en día, la construcción de carreteras en todo el país todavía está en su apogeo. Las condiciones geológicas de las áreas por las que pasan varían ampliamente, lo que requiere una gran cantidad de excavaciones y rellenos. tramos a conectar, y hay muchos cruces de puentes de carreteras. Estos son problemas difíciles de abordar en la construcción de carreteras. Aunque ha habido muchos métodos de tratamiento en el pasado, los resultados no son ideales, especialmente el problema del "salto de la cabeza del puente" en la conexión carretera-puente y el desplazamiento lateral y compresión de la superficie de la carretera. materiales bajo carga. Los problemas que surgen afectan gravemente la vida útil y la seguridad de las carreteras. También existe la protección de pendientes, ya sea con mortero tradicional, colocación en seco o malla de hormigón de cemento, no puede detener la erosión destructiva de la capa de suelo subyacente por el agua de lluvia, lo que resulta en un aumento de los costos de mantenimiento de la carretera. Si se utilizan geoceldas para proteger las pendientes, junto con especies de pastos con sistemas de raíces bien desarrollados, no sólo pueden solidificar el suelo y proteger la pendiente, sino también reverdecer y proteger el entorno ecológico. prestar atención a la protección del medio ambiente y construir canales verdes. Aunque el costo inicial del proyecto es ligeramente más alto que el método tradicional, sus beneficios económicos integrales en términos de extender la vida útil de la carretera, reducir los costos de mantenimiento y proteger el medio ambiente y la ecología son de gran beneficio para el presente y el futuro.
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