土工格室在高速公路建設(shè)中的應(yīng)用及其有哪些特點
一、土工格室在高速公路建設(shè)中的應(yīng)用
土工格室作為一種新型的合成材料,在八十年代末九十年代初,歐美等國家就開始了大量的研發(fā)工作,并經(jīng)試驗和現(xiàn)場應(yīng)用證明在提高一般填土承受動荷以及路基防護方面均有很大的功效。我國在九十年代初在吸收國外先進經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,開始了土工格室的開發(fā)研究工作,并在道路基床病害整治,固定松散介質(zhì)的應(yīng)用方面取得了重大突破。
隨著人們對土工格室特性的進一步了解,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其具有其它土工材料(土工布、土工膜、土工格柵、土工模袋、土工網(wǎng)等)不可替代的優(yōu)勢,使其在諸多領(lǐng)域有著獨特的應(yīng)用前景。
1、土工格室的特點
土工格室是一種采用高強度聚乙烯片材,經(jīng)超聲波焊接等方法連接,展開后呈蜂窩狀的三維立體網(wǎng)格結(jié)構(gòu)材料,屬于特種土工合成材料。在巖石工程中與土、砂、石等填料共同構(gòu)成不同視粘聚力、不同加筋強度、不同深度的墊層。這些墊層可以根據(jù)工程的要求放置于需要的位置,用以加固公路的路基、邊坡防護、修建擋土墻等。其最大的特點是可以完成巖石工程中常規(guī)方法難以處理的多種疑難問題,如橋頭跳車、軟基沉陷、翻漿、塌方等。具有材質(zhì)輕,耐磨損,耐老化,耐化學(xué)腐蝕,適用溫度范圍寬,拉伸強度高,剛性、韌性好,抗沖擊力強,尺寸相對穩(wěn)定,運輸方便等特點。在施工中連接簡單易行,施工方法簡單,從而簡化了施工工序,提高了施工速度;并可以反復(fù)多次使用。
山東華塑工程材料有限公司土工格室鋪設(shè)方案:
2、土工格室的基本原理
土工格室之所以具有卓越功效而受到工程界的關(guān)注,還應(yīng)從其基本原理說起。國外文獻中在描述其原理時稱其為“一種蜂窩狀三維限制系統(tǒng),可以在很大范圍內(nèi)顯著提高普通填充材料在承載和蟲蝕控制應(yīng)用中的性能。”它的關(guān)鍵原理就是三維限制。大家都知道,當汽車行駛在沙漠上時,就會壓出兩道深深的轍印,被壓部分深深下陷,車轍兩側(cè)會高高隆起。后面的車輛如果繼續(xù)沿著車轍前進,沉陷部分會進一步下沉、隆起部分會進一步隆起,直到隆起部分蹭到了車底盤、沉陷的車轍埋沒了大半個輪子,進而無法前進。之所以如此,就是因為當外荷作用于地基表面時,依據(jù)普朗特爾理論和泰勒理論可知:在集中荷載的作用下,主動區(qū)1受壓下沉,并將力向兩側(cè)分解傳遞給過渡區(qū)2,過度區(qū)2又傳給被動區(qū)3,被動區(qū)就會毫無限制地發(fā)生形變而隆起。也就是說,載荷一旦作用于路基,在載荷的下方就會形成起契狀的主動區(qū)域,它又通過過渡區(qū)域進行擠壓,從而使被動區(qū)域發(fā)生隆起。也就是說,通過沿滑移線的剪切力和移動主動、過渡、被動三個區(qū)域的力決定了地基的承載能力。不僅在沙基地上可以十分明顯的體會到以上原理的真實過程,在軟基公路上也會找到這種的樣板,只不過其形成的速率較之在砂上的變化慢些罷了。即使較好的路基材料也仍然無法避免其橫向移動。一般的高速公路路基都高出地面好幾米,吸水翻漿不太容易,但長期沉降依然存在。究其原因,雨水滲透、材料流失、基地下沉是其中部分原因,路基路面在車輪荷載長期碾壓、振動力的作用下,材料向路基斷面兩側(cè)橫向位移不可否認是另外一個十分重要的原因。以我省各地各級公路為例,都有在該路的主行車道上可以明顯感覺到路面已經(jīng)被壓出了一條“S”型溝狀帶。部分高速公路也不例外,汽車行駛在行車道上的顛簸明顯強烈于行駛在超車帶上的感覺,在道橋連接段尤為明顯(俗稱“橋頭跳車”)。這種溝狀路基沉降就是路基材料橫向滑移的典型。 工程中常規(guī)處理路基的方法無需贅述,其目的就是提高地基材料的抗剪力和摩擦力,減少或延緩地基材料在荷載的壓力或震動作用下發(fā)生移動的能力,因而工程 中對材料的要求必然有許多苛刻的限制,如果不能就近獲取所需材料,就需要外購這些材料,購買材料的費用和運輸費用占去整個工程成本的很大部分。而使用土工格室就可以就地或就近取材,甚至可以使用在常規(guī)情況下不能使用的材料,從而大幅度減少材料購置費用和運輸費用。為什么會這樣呢?土工格室承載情況示意:在集中載荷作用下,受力的主動區(qū)1依然會把所受的力傳遞給過渡區(qū)2,但由于格室壁的側(cè)向限制和相鄰格室的反作用力,以及填料與格室壁的摩擦力所形成橫向阻力,抑制了過渡區(qū)2和被動區(qū)3的橫向移動傾向,從而使路基的承載能力得以提高。經(jīng)過試驗,在格室的限制作用下,中密砂的表觀粘聚力可以增加三十幾倍。很顯然,如果能增加路基材料的抗剪力或抑制三個區(qū)域移動就可以取得提高地基承載力的效果,這就是土工格室的限制原理。 大多情況下格室內(nèi)充填砂礫或碎石等非粘性材料,因此,土工格室加固層又是一個水平排水通道,可加快飽和土固結(jié)過程中空隙水壓力消散速度,從而加速土體的固結(jié)。總之,土工格室具有墊層、加筋、排水、調(diào)節(jié)應(yīng)力及變形,提高土體抗?jié)B能力的綜合功效。
二、土工格室有哪些特點
1.材質(zhì)輕、耐磨損,化學(xué)性能德定、耐光暇老化、耐酸堿,適用于不同土旅與沙澳等土質(zhì)條件。
2.較高的側(cè)向限制和防淆,防變形、有效的增強路基的承暇能力和分徽荷載作用。
3.具有伸縮自如,運物可縮圣,施工時可張拉成網(wǎng)狀,填人泥土、碎石、混凝土等松散物料,構(gòu)成具有強大側(cè)向限制和大剛度的結(jié)構(gòu)體
4.運軸體積小、聯(lián)接方便、施工速度快。
5.改變土工格室高度、焊距等幾何尺寸可滿足不同的工程需要。
6.可以完成巖土工程中常規(guī)方法難以處理的多種貶難問腸,如橋頭跳車、軟基沉陷、翻漿、邊坡防護、塌方等。
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