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，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)，尺寸相對穩(wěn)定，運(yùn)輸方便等特點(diǎn)。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。
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。”它的關(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(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)。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。
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