浅谈土工格室在公路建设中的作用

[摘 要]土工格室是由高强度的HDPE或PP共聚料宽带，经过强力焊接或铆接而形成的一片网状格室结构。它伸缩自如，运输时可缩叠起来，使用时张开并又充填土石或混凝土料，构成具有强大侧向限制和大刚度的结构体。它可用来做为垫层，处理软弱地基增大地基的承载能力，也可铺设在坡面上构成坡面防护结构，还可以用来建造支挡结构、地基加固、铁路坡面防护等。土工合成材料在公路中的应用日趋广泛，实践证明土工格室与其它土工合成材料相比是一种新型的、具有更多的优越性、实用性强、价格适宜、应用效果很好的公路建设新材料。

[关键词]土工格室 公路 应用 处理 路基 桥头跳车 材料

中图分类号：U414 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0160-01

一、土工格室的特点

1、具有伸缩自如，运输可缩叠，连接方便、施工速度快，施工时可张拉成网状，填入泥土、碎石、混凝土等松散物料，构成具有强大侧向限制和大刚度的结构体。

2、材质轻、耐磨损，化学性能稳定、耐光氧老化、耐酸碱，适用于不同土壤与沙漠等土质条件。

3、较高的侧向限制和防滑，防变形、有效的增强路基的承载能力和分散荷载作用。

4、改变土工格室高度、焊距等几何尺寸可满足不同的工程需要。

二、土工格室的基本原理

土工格室有很好的功效也因此被大家所认可，这些都应该归功于基本原理。国外的资料中在描述其原理时称其为“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。开车的人都知道，当汽车行驶在软基公路上时，就会压出两道深深的辙印，被压部分深深下陷，车辙两侧会高高隆起。后面的车辆如果继续沿着车辙前进，沉陷部分会进一步下沉、隆起部分会进一步隆起，直到隆起部分蹭到了车底盘、沉陷的车辙埋没了大半个轮子，进而无法前进。一般的高速公路路基都高出地面好几米，吸水翻浆不太容易，但长期沉降依然存在。即使较好的路基材料也仍然无法避免其横向移动。工程中常规处理路基的方法无需赘述，其目的就是提高地基材料的抗剪力和摩擦力，减少或延缓地基材料在荷载的压力或震动作用下发生移动的能力，因而工程中对材料的要求必然有许多苛刻的限制，如果不能就近获取所需材料，就需要外购这些材料，购买材料的费用和运输费用占去整个工程成本的很大部分。

之所以如此，就是因为当外荷作用于地基表面时，依据普朗特尔理论和泰勒理论可知：在集中荷载的作用下，主动区1受压下沉，并将力向两侧分解传递给过渡区2，过度区2又传给被动区3，被动区就会毫无限制地发生形变而隆起。也就是说，载荷一旦作用于路基，在载荷的下方就会形成起契状的主动区域，它又通过过渡区域进行挤压，从而使被动区域发生隆起。也就是说，通过沿滑移线的剪切力和移动主动、过渡、被动三个区域的力决定了地基的承载能力。不仅在软基公路上可以十分明显的体会到，以上原理的真实过程，在沙漠路段上也会找到这样的样板，但是其形成的速率比在软基公路上的变化要快很多。即使较好的路基材料也仍然无法避免其横向移动。究其原因，雨水B透、材料流失、基地下沉是其中部分原因，路基路面在车轮荷载长期碾压、振动力的作用下，材料向路基断面两侧横向位移不可否认是另外一个十分重要的原因。大部分公路都有在该路的主行车道上可以明显感觉到路面已经被压出了一条“S”型沟状带。部分高速公路也不例外，汽车行驶在行车道上的颠簸明显强烈于行驶在超车带上的感觉，在道桥连接段尤为明显（俗称“桥头跳车”）。这种沟状路基沉降就是路基材料横向滑移的典型。

使用土工格室就可以就地或就近取材，甚至可以使用在常规情况下不能使用的材料，从而大幅度减少材料购置费用和运输费用。之所以会这样是因为土工格室承载情况示意：在集中载荷作用下，受力的主动区1依然会把所受的力传递给过渡区2，但由于格室壁的侧向限制和相邻格室的反作用力，以及填料与格室壁的摩擦力所形成横向阻力，抑制了过渡区2和被动区3的横向移动倾向，从而使路基的承载能力得以提高。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。很显然，如果能增加路基材料的抗剪力或抑制三个区域移动就可以取得提高地基承载力的效果，这就是土工格室的限制原理。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。总之，土工格室具有垫层、加筋、排水、调节应力及变形，提高土体抗渗能力的综合功效。

三、工格室施工及注意事项

1、土工格室作为一种新型的土工合成材料。施工快捷、方便、省力，整平施工场地，清除杂物。铺设施工垫层并压实，然后铺设土工格室，铺设中要尽量拉紧，不得有皱。及时用填料填充格室内并压实，同时观测格室变形和检查密实度。最后修正边坡完工。

2、锚杆成孔位置，必须位于格室对角上方，以保证格室重量能传到锚杆上。

3、格室与格室之间必须完全连接，以形成片，连成一个整体。

4、为防止水流对格室的冲刷，在坡顶建筑一道防水埂，防止雨水从坡顶灌入冲毁格室和对排水不畅通处，及时疏通。

四、土工格室在公路建设中的应用

1、处理半填半路基

在地面自然坡度徒于1：5的斜坡上修筑路堤时，路堤基底应挖台阶，台阶宽度不得小于1M时，分期修建或改建公路加宽时，新旧路基填方边坡的衔接处，应开挖台阶，高等级公路台阶宽度一般为2M，在每层台阶水平面上铺设土工格室，利用土工格室自身的立面侧限加筋效应，更好的解决不均匀沉陷的难题。

2、风沙地区路基

风沙地区路基应以低路堤为主，填土高度一般不就小于0.3M.由于风沙地区路基修筑的低路基及重承载的专业要求，采用土工格室可以对松散填料起到侧限作用，在有限的高度内保障路基具有高的刚度和强度，以承受大型车辆的荷载应力。

3、台背路基填土加筋

采用土工格室可以更好的实现台背加筋的目的，土工格室与填料间可以产生足够的摩擦力，有效减少路基与构造物间的不均匀的沉降，最终才能有效缓解“桥台跳车”病害对桥面的的早期冲击破坏。

4、多年冻土地区路基

在多年冻土地区修筑填方路基，应达到最小填土高度，以防止发生翻浆或引起冻层上限下降，致使路堤发生过量沉降。土工格室特有的立面加筋效应和有效的落实的整体侧限性，可以在最大程度上确保在某些特殊地段的最小填土高度，并使填土具有高品质的强度和刚度。

5、黄土湿陷路基处理

对于高速公路和一级公路通过湿陷性黄土和压缩性较好的黄土地段时，或高路堤的地基允许承载力低于车辆协力荷载和路堤自重的压力时，还应按承载力要求对路基进行处理，这时土工格室的优越性就彰现无疑了。

6、盐渍土、膨胀土

采用盐渍土，膨胀土修筑的高速公路，一级公路，路肩及边坡均采用加固措施，格室的立面加固效果是所有加固材料中最优异的一种，而它具有优良的耐腐蚀性，完全可以满足在盐渍土，膨胀土修筑高等公路的要求。

五、结语

如今，随着城市的不断扩大发展，所经过地区的地质条件千差万别，需要进行大量的挖填段衔接，还有许多的道桥连接处。这些都是公路建设中比较难以处理的难题，虽然以前也有许多处理方法，但效果并不理想，尤其是道桥连接处的“桥头跳车”问题和路基材料在荷载作用下侧移、挤出的问题，严重影响着公路的使用寿命和安全。还有防护护坡，无论是用传统的浆砌、干砌或水泥混凝土网格都无法阻挡雨水对其下面土层的破坏蚀，致使公路的维护费用增加。在引进技术土工格室基础上，找到了适合城市发展的心材料，这些工作希望对今后的护坡，配植根系发达的草种，可起到固土护坡、绿化、保护生态环境等作用，完全符合国家注重环保、建设绿色通道的要求。希望土工格室能被应用到公路中。为工程事业贡献一份力量。