土工格室材料道路工程应用

摘 要：土工格室是土工合成材料一种新型的材料，利用高密度聚乙烯条制成，用超声波焊接。展开后为网格状，每块展开后含有数个独立的格室。在格室中充填砂砾料，振动压实后构成加筋垫层。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。目前土工格室材料已经广泛应用于道路、铁路、建筑、等领域，主要功能：排水、反滤、加筋、隔离、约束和减载作用等。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，使地基受力较为均匀从而提高地基承载力。文章主要论述土工格室在道路工程中应用。

关键词：土工格室；道路工程；应用

1 土工格室材料定义及适用范围

1.1 材料定义

目前土工格室材料已经广泛应用于高速公路、铁路、建筑、等领域，主要功能：排水、反滤、加筋、隔离、约束和减载作用等。土工格室是由强化的HDPE片材料，经高强力焊接而形成的一种三维网状格室结构。

1.2 适用范围

土工格室在张开后呈网格状（如图1所示），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。

图1

目前土工格室材料已经广泛应用于道路、铁路、建筑、等领域，主要功能：排水、反滤、加筋、隔离、约束和减载作用等。在实际工程应用中，往往是一种功能起主导作用，而其它功能也相应地不同程度地起作用。在加固原理上它不仅能与土工格栅一样隔断剪切破裂面，同时它还能使加固层成为一个整体对处于其中的土体进行三维约束，提高了固层本身的强度和刚度。它既可用来做为垫层，对软弱地基进行处理，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等。

2 土工格室特性

2.1 材料运输及运输

土工格室属于土工合成材料，生产后的成品具有易伸缩、运输体积小、运输方便、体积小易保存等特点。

2.2 材料力学性质及适用性

土工格室材质较轻、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。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。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。

2.3 材料施工特点

由于土工格室材料伸缩自如，联接方便、施工速度快，施工时张拉成网状，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。

3 土工格室应用原理

3.1 土工格室施工基本原理

土工格室在道路工程使用中，不仅能延缓地基破坏的滑动，使土粒与格室成为一个刚度远大于地基的整体，较好分布施加在它上面的荷载，使地基受力较为均匀，从而提高地基承载力。

3.2 土工格室在桥梁台背应用原理

土工格室在桥梁台背是应用时，主要利用土工格室孔眼对土的锁定及加筋补强作用，加大土体的摩擦、锁定和阻抗作用，约束土体的侧向移动和沉降，有效地阻止土体的位移、沉降，提高其稳定性，从而减小因桥台混凝土与台后填料两种不同材料的变形差，而引起的桥头跳车及土体不均匀沉降现象。

4 对土工格室产生影响的相关因素

4.1 不同高度的土工格室对施工影响

土工格室的高度大小将直接影响承载能力不同，随着土工格室高度的提高，基底荷载被分配到更大范围的地基中，并且使单位面积上受到的压力减少，这也使得整体工作情况得到改善。但能过试验发现土工格室超过一定的高度时，加固能力将不再随着格室高度增加而增加。

4.2 土工格室网格尺寸大小对路基承载能力的影响

通过实验证明，土工格室网格尺寸减小时承载能力提高是因为整个体系的整体刚度得到了提高， 同时，随着网格尺寸的减小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，使地基承载能力下降。

4.3 土工格室埋置深度的影响

由试验得到土工格室层放置深度，随着埋置深度的增大，基础和土工格室层之间的土将被挤出，从而使基础发生更大沉陷，可以看出土工格室承载能力随埋置深度的增加而降低。

5 土工格室材料的选用

土工格室加固层材料的选择根据土工格室加固原理可知，土工格室本身强度增加能提高加固层的整体强度。同时，加固层作为一个整体，要求土工格室材料本身与土粒之间能有较大的摩擦系数。它能和土粒之间有较多的接触面。

因此，由强度较高的土工原材料做成的网格尺寸较小的土工格室应优先考虑。在选择填料时，应选择内摩擦角大#容易密实的材料”这样便于与格室形成一个整体从而提高加固层的整体工作性能。

6 施工流程

土工格室主要施工流程为：准备—钻眼（清理浮土）—对接插销（设锚固钢筋）—张拉摊铺—修理纵横坡—上料、碾压、整平—检查验收。

7 土工格室施工操作要点

7.1 整平下承层

下承层施工时，由机械整平人工配合，专人指挥，以免出错。

7.2 钻眼锚固施工

钻眼施工时应根据图纸， 计算各层的设计高度、长度、宽度，测出土工格室第一层高度，并进行钻眼放样。钻机合适的冲击旋转钻机，施工时利用冲击器的冲击力将钻头打入路基，形成深约100cm的孔眼，然后插入直径为20 钢筋，对好插销，进行锚固。每个插销可设2个孔，2个孔眼必须对称， 以便于锚固。

7.3 张拉土工格室

张拉土工格室且设立锚固钢筋。张拉前应插入锚固钢筋，并用锚固钢筋锁紧固定土工格室，使其全面铺开。连接土工格室四周采用钢钎或锚固钢筋，然后调整使插销对眼，与张拉可同时进行。

7.4 土工格室对接插销

纵横向相临土工格室板块采用合页式插销整体连接，其连接件为专利产品。

7.5 土工格室摊铺碾压

摊铺各层土工格室完毕后应当在其孔眼内填塞砂、石料，以达到锁定及加筋补强作用。首先对铺筑地面进行平整，并形成纵横向坡度。填筑时，每层必须分层填筑，每层需铺厚度不大于30 cm ，但不宜小于20cm。与路基填料结合处应挖土质台阶，不能用大型压路机碾压，应采用小型手推振动夯、手推振动压路机或重型蛙式打夯机，以确保填料的压实度。

7.6 材料的选择

根据土工格室加固原理可知， 格室本身强度增加能提高加固层的整体强度。同时加固层作为一个整体， 要求土工格室材料本身与土粒之间能有较大的摩擦系数，能和土粒之间有较多的接触面。因此由强度较高的土工原材料做成的网格尺寸较小的土工格室应优先考虑，在选择填料时，应选择内摩擦角大容易密实的材料，这样便于与格室形成一个整体从而提高加固层的整体工作性能。

8 土工格室质量标准

整个土工格室锚固固定后，必须逐环逐道检查，以牢固、结实为主，检查内容有锚固插销是否结实，有无裂纹，外观有无破损、变化及污染。

土工格室铺设时，下承层十分重要，是决定土工合成材料应用是否能达到设计要求的基本条件，故应在平整的下承层上按设计要求铺设，再固定土工格室材料，土工格室应按设计要求张拉，无皱折，紧贴下承层的锚固端施工要符合设计要求。

9 土工格室应用效果及应用前景

由于土工格室能增加加固层的整体性能且能隔断剪切破坏时的滑动面，使地基承载能力得到极大提高。试验表明，土基上条形基础的压力，沉降近似表现为直线，当沉降约为基础宽度的50%时，能承受荷载约为未加固土基极限承载力的8倍。

土工格室原材料可以采用回收的旧橡胶、塑料制品，有利于环保，随着土工格室的进一步推广使用， 它必将成为软土地基加固的一种主要手段。

10 土工格室应用实例

广东省省道S366线，施工桩号K15+250～K17+100段，道路沿线处于滨海平原与低丘陵过渡地带，流塑状淤泥、淤泥质粘土、砂类土等软弱层分布广且厚度也较大，道路沿线河流、涌沟较多，在本项目中原路基填筑土体下部普遍分布流塑状淤泥、软塑状淤泥质土，它具有含水量高，孔隙比大，高压缩性和强度低的特点，极易引起路基和桥涵工程的沉降，存在路基不稳定等不良影响。

该项目在旧路施工时未进行软处理，由于道路改造需要，将旧路两侧加宽2.75m硬路肩，考虑旧路未进行软基处理，经相关专家建议路基两侧采用土工格室+级配碎石进行处理。下图2为施工人员进行土工格室插销对接处理。

图2 施工人员进行土工格室对接插销

在对旧路进行土工格室加宽段施工时，新旧路基土工格室搭接宽度为2m，下图3为施工人员对搭接后土工格室进行锚固。

图3 施工人员设置锚固钢筋

以上路段在施工通车后半年由相关专业人员对加宽路段施工质量进行检测未发现明显下沉、开裂等相关病害，行车平稳。由此可见采用土工格室对该路段软基处理效果良好。

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