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土工格室介紹:土工格室是由高強(qiáng)度的HDPE或PP寬帶，經(jīng)過強(qiáng)力焊接而形成的一片網(wǎng)狀格室土工材料?？筛鶕?jù)客戶要求在片材上打孔或印花，以增強(qiáng)其側(cè)向透水能力，加大與地基材料的摩擦力和結(jié)合力。它伸縮自如，運(yùn)輸時(shí)可縮疊起來，使用時(shí)張開可充填土石或混凝土料，構(gòu)成具有強(qiáng)大側(cè)向限制和較大剛度的結(jié)構(gòu)體。它可用來做為墊層，處理軟弱地基，增強(qiáng)地基的承載能力，也可鋪設(shè)在坡面上構(gòu)成坡面防護(hù)結(jié)構(gòu)，還可以用來建造支擋結(jié)構(gòu)等。
土工格室應(yīng)用領(lǐng)域:1、穩(wěn)固鐵路路基；2、穩(wěn)固公路軟地基；3、穩(wěn)固承受載重力的堤防、擋墻；4、治理淺水河道；5、穩(wěn)固管道及穩(wěn)固下水道的支撐結(jié)構(gòu)；6、防止滑坡及穩(wěn)固受載重力的混合式擋墻；7、穩(wěn)固獨(dú)立墻、碼頭、堤壩等；8、治理沙漠、海灘、河床和河岸。
土工格室是目前國內(nèi)外較為流行的一種新型的高強(qiáng)度土工合成材料，它是由強(qiáng)化的hdpe片材料，經(jīng)高強(qiáng)力焊接而形成的一種三維網(wǎng)狀格室結(jié)構(gòu)。具有伸縮自如，運(yùn)輸可縮疊，施工時(shí)可張拉成網(wǎng)狀，填入泥土、碎石、混凝土等松散物料，構(gòu)成具有強(qiáng)大側(cè)向限制和大剛度的結(jié)構(gòu)體。
土工格室具有： 1、材質(zhì)輕、耐磨損，化學(xué)性能穩(wěn)定、耐光氧老化、耐酸堿，適用于不同土壤與沙漠等土質(zhì)條件。 2、較高的側(cè)向限制和防滑，防變形、有效的增強(qiáng)路基的承載能力和分散荷載作用。 3、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。 4、伸縮自如，運(yùn)輸體積??；聯(lián)接方便、施工速度快。 土工格室在工程中的優(yōu)越性能，抗拉強(qiáng)度相對(duì)于普通格室提高了10倍，更好的增加了它對(duì)基礎(chǔ)工程的穩(wěn)定性，而延伸率幾乎縮小了10倍。
應(yīng)用領(lǐng)域：處理半填半路基 在地面自然坡度徒于1：5的斜坡上修筑路堤時(shí)，路堤基底應(yīng)挖臺(tái)階， 風(fēng)沙地區(qū)路基 臺(tái)背路基填土加筋 多年凍土地區(qū)路基黃土濕陷路基處理
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一、什么是土工格室：
土工格室是由強(qiáng)化的HDPE片材料，經(jīng)高強(qiáng)力焊接而形成的一種三維網(wǎng)狀格室結(jié)構(gòu)土工格室。
二、土工格室有哪些特性：
1、具有伸縮自如，運(yùn)輸可縮疊，施工時(shí)可張拉成網(wǎng)狀，填入泥土、碎石、混凝土等松散物料，構(gòu)成具有強(qiáng)大側(cè)向限制和大剛度的結(jié)構(gòu)體。
2、材質(zhì)輕、耐磨損，化學(xué)性能穩(wěn)定、耐光氧老化、耐酸堿，適用于不同土壤與沙漠等土質(zhì)條件。
3、較高的側(cè)向限制和防滑，防變形、有效的增強(qiáng)路基的承載能力和分散荷載作用。
4、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。
5、伸縮自如，運(yùn)輸體積??；聯(lián)接方便、施工速度快。
三、土工格室的工程應(yīng)用：
1、 處理半填半路基
在地面自然坡度徒于1：5的斜坡上修筑路堤時(shí)，路堤基底應(yīng)挖臺(tái)階，臺(tái)階寬度不得小于1M時(shí)，分期修建或改建公路加寬時(shí)，新舊路基填方邊坡的銜接處，應(yīng)開挖臺(tái)階，高等級(jí)公路臺(tái)階寬度一般為2M，在每層臺(tái)階水平面上鋪設(shè)土工格室，利用土工格室自身的立面?zhèn)认藜咏钚?yīng)，更好的解決不均勻沉陷的難題。
2、 風(fēng)沙地區(qū)路基
風(fēng)沙地區(qū)路基應(yīng)以低路堤為主，填土高度一般不就小于0.3M.由于風(fēng)沙地區(qū)路基修筑的低路基及重承載的專業(yè)要求，采用土工格室可以對(duì)松散填料起到側(cè)限作用，在有限的高度內(nèi)保障路基具有高的剛度和強(qiáng)度，以承受大型車輛的荷載應(yīng)力。
3、 臺(tái)背路基填土加筋
采用土工格室可以更好的實(shí)現(xiàn)臺(tái)背加筋的目的，土工格室與填料間可以產(chǎn)生足夠的摩擦力，有效減少路基與構(gòu)造物間的不均勻的沉降，最終才能有效緩解“橋臺(tái)跳車”病害對(duì)橋面的的早期沖擊破壞。
4、 多年凍土地區(qū)路基
在多年凍土地區(qū)修筑填方路基，應(yīng)達(dá)到最小填土高度，以防止發(fā)生翻漿或引起凍層上限下降，致使路堤發(fā)生過量沉降。土工格室特有的立面加筋效應(yīng)和有效的落實(shí)的整體側(cè)限性，可以在最大程度上確保在某些特殊地段的最小填土高度，并使填土具有高品質(zhì)的強(qiáng)度和剛度。
5、 黃土濕陷路基處理
對(duì)于高速公路和一級(jí)公路通過濕陷性黃土和壓縮性較好的黃土地段時(shí)，或高路堤的地基允許承載力低于車輛協(xié)力荷載和路堤自重的壓力時(shí)，還應(yīng)按承載力要求對(duì)路基進(jìn)行處理，這時(shí)土工格室的優(yōu)越性就彰現(xiàn)無疑了。
6、 鹽漬土、膨脹土
采用鹽漬土，膨脹土修筑的高速公路，一級(jí)公路，路肩及邊坡均采用加固措施，格室的立面加固效果是所有加固材料中最優(yōu)異的一種，而它具有優(yōu)良的耐腐蝕性，完全可以滿足在鹽漬土，膨脹土修筑高等公路的要求。
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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(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明在提高一般填土承受動(dòng)荷以及路基防護(hù)方面均有很大的功效。我國在九十年代初在吸收國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)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(duì)土工格室特性的進(jìn)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(shì)，使其在諸多領(lǐng)域有著獨(dú)特的應(yīng)用前景。
1、土工格室的特點(diǎn)
土工格室是一種采用高強(qiáng)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(qiáng)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(hù)、修建擋土墻等。其最大的特點(diǎn)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(qiáng)度高，剛性、韌性好，抗沖擊力強(qiáng)，尺寸相對(duì)穩(wěn)定，運(yùn)輸方便等特點(diǎn)。在施工中連接簡(jiǎn)單易行，施工方法簡(jiǎn)單，從而簡(jiǎn)化了施工工序，提高了施工速度;并可以反復(fù)多次使用。
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(xiàn)中在描述其原理時(shí)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?！彼年P(guān)鍵原理就是三維限制。大家都知道，當(dāng)汽車行駛在沙漠上時(shí)，就會(huì)壓出兩道深深的轍印，被壓部分深深下陷，車轍兩側(cè)會(huì)高高隆起。后面的車輛如果繼續(xù)沿著車轍前進(jìn)，沉陷部分會(huì)進(jìn)一步下沉、隆起部分會(huì)進(jìn)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(gè)輪子，進(jìn)而無法前進(jìn)。之所以如此，就是因?yàn)楫?dāng)外荷作用于地基表面時(shí)，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(dòng)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(dòng)區(qū)3，被動(dòng)區(qū)就會(huì)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(huì)形成起契狀的主動(dòng)區(qū)域，它又通過過渡區(qū)域進(jìn)行擠壓，從而使被動(dòng)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(dòng)主動(dòng)、過渡、被動(dòng)三個(gè)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(huì)到以上原理的真實(shí)過程，在軟基公路上也會(huì)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(dòng)。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(zhǎng)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(zhǎng)期碾壓、振動(dòng)力的作用下，材料向路基斷面兩側(cè)橫向位移不可否認(rèn)是另外一個(gè)十分重要的原因。以我省各地各級(jí)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(qiáng)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(dòng)作用下發(fā)生移動(dòng)的能力，因而工程中對(duì)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(fèi)用和運(yùn)輸費(fèi)用占去整個(gè)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(fèi)用和運(yùn)輸費(fèi)用。為什么會(huì)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(dòng)區(qū)1依然會(huì)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(dòng)區(qū)3的橫向移動(dòng)傾向，從而使路基的承載能力得以提高。經(jīng)過試驗(yàn)，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(gè)區(qū)域移動(dòng)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(gè)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)?？傊?，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。
3、土工格室的施工方法
土工格室作為一種新型的土工合成材料。施工快捷、方便、省力，整平施工場(chǎng)地，清除雜物。鋪設(shè)施工墊層并壓實(shí)，然后鋪設(shè)土工格室，鋪設(shè)中要盡量拉緊，不得有褟皺。及時(shí)用填料填充格室內(nèi)并壓實(shí)，同時(shí)觀測(cè)格室變形和檢查密實(shí)度。最后修正邊坡完工。
4、土工格室在公路建設(shè)中的應(yīng)用
4.1 沙漠筑路應(yīng)用
早在1994年，西安公路學(xué)院與華北石油管理局筑路工程公司合作，使用華北石油管理局橡膠制品暨防腐技術(shù)研究所研制的土工格室，進(jìn)行了沙漠筑路應(yīng)用研究，重點(diǎn)研究了土工格室填充塔克拉瑪干沙漠筑路的主要設(shè)計(jì)參數(shù)——抗壓回彈模量。研究結(jié)果證明，所獲得的抗壓回彈模量達(dá)190∽210MPa，完全滿足路基設(shè)計(jì)要求，而且土工格室填沙結(jié)構(gòu)層比天然砂礫結(jié)構(gòu)層減薄約10cm，可以就近取材。1995年應(yīng)用此項(xiàng)研究在塔里木沙漠永主性石油公路塔中四∽民豐南段10Km的線路上全面使用土工格室填沙法構(gòu)筑路基墊層。所測(cè)得的路表彎沉值為49∽64，均小于允許彎沉值(允許彎沉值為80)，回彈模量為206.19∽273.97MPa，平均值為239.58MPa，說明格室固沙所獲得的整體強(qiáng)度明顯大于級(jí)配砂礫層的強(qiáng)度，而且所有層位的壓實(shí)度檢測(cè)都滿足規(guī)范要求。所節(jié)省的常規(guī)路基材料費(fèi)用和運(yùn)輸費(fèi)用，使筑路成本降低50%，所使用的工期也比常規(guī)方法縮短60%.
4.2 軟基處理
1997年，遼河油田勘察設(shè)計(jì)院海洋工程研究院，在灘海潮間帶臨探道路進(jìn)行了土工格室筑路試驗(yàn)，更進(jìn)一步證明了土工格室在解決沉降方面的獨(dú)到功效。該地區(qū)黃海高程1m以上，漲潮水深近1m，地基承載力僅110MPa，上有10cm以上的淤泥。他們采用華北石油管理局橡膠制品暨防腐技術(shù)研究所生產(chǎn)的20cm高土工格室兩層，配合土工布作路基底層，下層格室內(nèi)填粗砂、礫石，上層內(nèi)填礦渣，兩邊用山皮石作路肩。經(jīng)過潮水浸透自然沉降以后，無需碾壓即可行走大型重載翻斗車。經(jīng)過四個(gè)多月、每日近百車次(單車重量15t∽30t)的碾壓和每天兩次潮水的沖刷，整體沉降不足10cm，而且基本停止繼續(xù)沉降，平均彎沉值113.3(允許彎沉值143)，反映了格室、礦渣路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、整體性好、荷載均勻擴(kuò)散能力強(qiáng)的特點(diǎn)。從他們?cè)谶@次試驗(yàn)中所作的土工格室筑路與常規(guī)使用山皮石填海筑路兩種方案的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益分析中可知：使用山皮石筑路每公里造價(jià)在400∽500萬元之間，工期30∽40天，每公里需要3600個(gè)運(yùn)輸臺(tái)班，每公里占地20萬m2 .而用土工格室(雙層)筑路，造價(jià)在100∽130萬元，工期7天左右，每公里運(yùn)輸臺(tái)班310個(gè)，每公里占地近7000m2.兩者差距之大令人驚嘆。減少車輛行駛污染、減少石料用量、減少填料對(duì)海洋的污染，特別是具有養(yǎng)殖價(jià)格的灘涂地區(qū)，其環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益更為可觀。
4.3 濕陷性黃土地區(qū)、高填方路基填挖連接段
與其它地域相比，我省公路方面應(yīng)用此項(xiàng)新材料、新工藝相對(duì)落后。可喜的是2000年在連霍國道饞蘭高速公路、國道109線白蘭高速公路的施工中，為了克服高填方路堤濕陷性黃土固結(jié)沉降從而引起填挖結(jié)合部出現(xiàn)的裂縫，采取在填挖結(jié)合部強(qiáng)夯加鋪土工格室的處理措施，解決挖填連接段路基不同速率沉降層的銜接問題。經(jīng)過實(shí)踐證明，其效果非常明顯。2002年，蘭臨高速公路、尹中高速公路均屬粉性土壤，干旱缺水，因此，均采用在路面底基層或底基層下墊層加鋪土工格室，處理挖填連接段、半挖半填段差異沉降，效果明顯?？梢?，土工格室在公路中的應(yīng)用范圍很廣，應(yīng)用前景很好。
4.4 處理橋頭跳車
2001年，我省交通廳與長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院合作完成科研項(xiàng)目，在連霍國道古浪至永昌高速公路全線橋梁均采用土工格室制作差異沉降過渡段，專門治理“橋頭跳車”的通病。由于全線粉性土、砂性土居多，使用了10cm(高)×40cm土工格室，每個(gè)橋頭處理面積需600∽800m2不等(橋的高低、圖紙、坡的長(zhǎng)短不同)，每平方米造價(jià)為26∽30元(使用土工格室規(guī)格不同)。使用土工格室可以省去大量灰土，工程綜合造價(jià)與常規(guī)方法處理橋頭跳車的造價(jià)相當(dāng)，但效果和使用壽命成倍提高。
4.5控制沖蝕的應(yīng)用：護(hù)坡、堤壩
以上所舉的這些例證多是利用土工格室提高承載能力。其實(shí)，土工格室的另一個(gè)重要作用是控制沖蝕，而且在國外使用土工格室控制沖蝕的應(yīng)用量絲毫不亞于承載應(yīng)用。應(yīng)用最多的有護(hù)坡、堤壩、擋土墻、防波堤岸等等。它的原理就是增加流動(dòng)能力，減少毛溝侵蝕，防止水壓積聚、消除集中沖蝕。蜂窩限制結(jié)構(gòu)可以固定填充材料，限制作用于其上的水壓，從而改善了流動(dòng)能力。蜂窩壁使正常的排水可以進(jìn)行，但卻控制了窩內(nèi)的流動(dòng)速度。如同千百個(gè)微型堤壩，將集中水流分散成均勻、舒緩的薄層水流。
5. 結(jié)語
今天，全國高速公路建設(shè)仍在高峰期，所經(jīng)過地區(qū)的地質(zhì)條件千差萬別，需要進(jìn)行大量的挖填段銜接，還有許多的道橋連接處。這些都是高速公路建設(shè)中比較難以處理的難題，雖然以前也有許多處理方法，但效果并不理想，尤其是道橋連接處的“橋頭跳車”問題和路基材料在荷載作用下側(cè)移、擠出的問題，嚴(yán)重影響著高速公路的使用壽命和安全。還有防護(hù)護(hù)坡，無論是用傳統(tǒng)的漿砌、干砌或水泥混凝土網(wǎng)格都無法阻擋雨水對(duì)其下面土層的破壞性侵蝕，致使高速公路的維護(hù)費(fèi)用增加。如果使用土工格室護(hù)坡，配植根系發(fā)達(dá)的草種，既可固土護(hù)坡，又可綠化、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，完全符合國家注重環(huán)保、建設(shè)綠色通道的要求。即使初期工程造價(jià)比傳統(tǒng)方式略高一些，但其延長(zhǎng)公路使用壽命、減少維護(hù)成本以及環(huán)保、生態(tài)等方面的綜合經(jīng)濟(jì)效益卻是功在當(dāng)代、利在千秋。
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