浅析土工格室在公路工程中的应用

马桂杰徐琼瑶

中图分类号：U415文献标识码：A文章编号：41-1413（2012）02-0000-01

摘要：土工格室作为一种新型的合成材料,由于其力学性能好,施工方便和造价低等特点,被广泛地应用于公路路堤加筋、软土路基处理、边坡防护等工程中。本文简要分析了土工格室的性能特点及在公路建设中的各方面应用。

关键词：土工格室；性能；公路建设

随着我国经济建设的蓬勃兴起，公路建设得到了迅猛的发展，每一条道路对于带动城市及周边地区的经济发展起着重要的作用。目前国内公路工程出现的病害种类繁多，分析各种病害产生的原因，多是施工技术不过关，道路投入使用后养护不到位所造成的。结合我国各级公路工程实际情况，为了防止各种病害的产生，提高公路的使用年限，增加经济效益，土工格室的影子到处可见，由于其各方面性能稳定，被广泛应用于路基、路堤、边坡、路面等工程中。

一、土工格室特点及原理

土工格室是由高强度聚乙烯片材，经过强力焊接而形成的蜂窝状的三维立体网格结构材料，属于特种土工合成材料。

土工格室具有材质轻，耐磨损，化学性能稳定，适用温度范围宽，可用于不同土壤与沙漠等土质条件的工程。由于其拉伸强度高，刚性、韧性好，抗冲击力强，可改变土工格室高度、焊距等几何尺寸满足不同的工程需要。它伸缩自如，运输时可缩叠起来，在施工时连接简单易行，张开并填充土石或混凝土料，便可构成具有强大侧向限制和大钢度的结构体，并可以反复多次使用。随着单元网格尺寸的减少，每个网格对其中单位体积土的约束也增大了，所有这些土工格室的整体工作性得到提高。随着网格尺寸增大，约束作用减小，格室内的土体能自由溢出从而导致土表发生更大的隆胀。所以，土工格室的网格尺寸的选择要根据实际施工情形来选择。

土工格室的基本原理被描述为：一种蜂窝状三维限制系统,可以在很大范围内显著提高普通填充材料在承载和虫蚀控制应用中的性能。它的关键原理就是三维限制。经过试验,在格室的限制作用下,中密砂的表观粘聚力可以增加三十几倍。

土工格室的加固机理是：1.取决于界面填料的摩擦作用，而土与填料的摩擦与粘着提供了较大的摩擦系数与粘聚力，产生了较大的摩擦力和抗拔力，土工格室依靠网格的侧壁与土壤的摩擦力以及网格产生的阻力提高抗剪强度，对于充填其中的土体可以完全限制其发生明显的侧向位移。

2.土工格室与充填于其中的填料共同工作，相互作用，由于土工格室对填料提供了较大的侧向约束作用，且格室侧壁对填料产生了向上的摩擦支承力，从而形成了一个具有较大弯拉刚度与抗剪强度的复合体，起到了类似于筏板基础的作用，有效地扩散了应力，使荷载的分布更为均匀。此复合体能够隔离应力和位移的传递，从而柔性过渡和协调了半填半挖路基顶面的沉降。

3.格室与格室之间的反作用力，抵消了部分因荷载而产生的横向位移的趋势，土工格室置于地基表面，还限制了软土的侧向隆起，使得土的滑移剪切面向更深的区域发展，类似于“深基础”的效果，也大大增强了地基的稳定性。

二、土工格室的应用

（一）处理有问题地基和软土地基

在处理问题路基时，应先挖除老路结构层，直至露出老路路基顶面，在老路路基顶面用级配碎石铺筑一定厚度的垫层做为土工格室找平层，人工整平后振压至达到规范要求的压实度为止。然后沿路基横断面方向将格室张拉处于张力状态铺设好。格室内回填应分两次进行。

由于软土地基沉降变形大，不均匀沉降也大，而且沉降稳定历时较长，使得路基稳定性差,非常容易导致路面开裂、路基失稳等不良现象的发生。在上覆荷载作用下可能产生剪砌破坏时,土工格室能对处于格室内的土粒给予三维约束，使土粒与格室成为一个刚度远大于地基的整体，它能较好分布施加在它上面的荷载，产生垂直分力,分散和抵消部分荷载,使地基受力较为均匀。就像两端锚固的适筋梁受荷载作用一样，它发生的是塑性破坏，可以有很大变形。土工格室的铺设能有效地加速地基的固结、缩短工期，减少路基的侧向位移和差异沉降。

（二）应用于边坡、路堤防护

应用于边坡防护时，展开后的格室壁形成一层层挡墙，可以大大缓解水流流速，增加流动能力，减少毛沟侵蚀，防止水压积聚，避免坡面径流的形成，防止雨水对边坡冲蚀。对非软弱地基上的陡坡路堤能起到修复加筋的作用，以形成较陡边坡节省占地或适应特定的场地要求。格室内可以填充种植土，上面可以种植灌木和种草，在原始坡面无法恢复植被的情况下，同样可以获得理想的绿化效果，具有不可估量的环保价值。

（三）应用于旧沥青砼路面

在原有路面及基层表面有局部放松、坑洞及扩散型裂缝的，改造旧路面施工前应事先修补、填塞，冲洗干净原有路面表面，消除尘土、松散颗料及杂物。铺设格室之前需洒粘层油,粘层油如使用乳化沥青，需在完全破乳干燥后铺设。铺设时，必须保持其平整、拉紧，使格室具备有效的张力，然后填充填料，铺完之后再用干净的钢轮压路机碾压一遍。经过实践得出一层土工格室能节约50—100mm厚的高质量沥青混凝土。

土工格室应用于路面结构中，能起到加筋路面，防治路面反射裂缝，延缓反射裂缝的发生和发展，增强路面结构强度，减少车辙的作用，延长路面抗疲劳寿命。

（四）处理桥头跳车

路桥过渡段的不均匀沉降引起桥头线形突变,高速行驶的车辆通过时产生颠簸跳跃，从而导致桥头跳车现象，加速了桥台台背、桥头伸缩缝以及接缝路面的破坏，是道路病害的多发地段。

在台后路基中分层埋设土工格室，埋设层数应根据桥台的高度设定，一般分布3—6层土工格室，从底层至面层长度逐渐递增，形成楔形。用反包法将土工格室张拉锚固于桥台背，另一端与路基相连，实现刚性桥台与柔性路基模量的平稳过渡，减小填土的侧向变形，形成平缓的沉降过渡段。

（五）应用于公路工程各种排水系统

应用于路基的暗沟排水、支挡结构的墙背排水、路面的层间排水和边缘排水中。大多情况下格室内充填砂砾或碎石等非粘性材料，因此，土工格室加固层又是一个水平排水通道，可加快饱和土固结过程中空隙水压力消散速度，从而加速土体的固结，起过滤和排水作用。

三、结语

综上所述，加强土工格室在道路修复、公路养护、公路环境保护等方面的开发应用与研究是当前面临的重要课题。土工格室在道路工程中能够显著提高填土的整体强度或基础的稳定性，减少道路病害(如纵横裂缝、路基沉降等)的发生,解决了工程中长期存在的一些问题，其用途非常广泛，有效地延长公路使用寿命，降低城市道路养护费用，提高环保、生态等方面的综合效益，对城市道路建设具有很高的推广价值。但在具体的公路建设中，要根据工程环境及施工条件来合理应用土工格室。

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