土工格室及其应用(曾锡庭)剖析.doc

1前言 土工格室(Geocell)是80年代在国际上出现的一种新型土工合成材料。这是一种由高分子聚合物宽条带经强力焊接而成的三维网状结构,它伸缩自如,运输时可缩叠起来,使用时张开,并在格室中充填砂、碎石或泥土等材料,构成具有强大侧向限制和大刚度的结构。它可以用来作垫层,提高软弱地基承载力;也可铺设在坡面,构成坡面防护结构;还可用来建造支挡结构等。目前广泛用于浅层地基处理、坡面防冲和城市大型管道支撑等工程中。深信在西部开发工作中也大有用武之地。是一种很有发展前途的基础工程构筑材料。 土工格室有如下特点: (1)可将上覆集中荷载分散,从而大大提高松 (2)抗冲蚀、耐腐蚀; (3)填充材料可就地取材,降低工程成本; (4)耐老化,适应温度范围宽; (5)刚性大,填层厚度可减薄50%; (6)材料抗拉强度高(30MPa以上),焊缝抗拉强度大(1000N/100mm左右); (7)可缩叠,便于运输; (8)社会经济效益显著。 土工格室目前在我国虽有应用,但范围较小,没有形成规模。可以深信,随着人们对其固有工程特性认识的加深,将会很快推广应用开来。 以下简要介绍地工格室产品的形态、作用机理、应用概况,并就技术经济效益作出评价。 2 展开后的土工格室形似一蜂窝状的板块结构,参见图1。图1?土工格室结构示意图 国内几家主要厂家的土工织物产品规格 见表1。 3?作用机理及其试验研究3.1?作用机理 3.1.1?用于软基加固时 软土地基如不加处理在荷载作用下的破坏模式如图2(a),地基承载力很低。铺设土工格室垫层后,当有荷载施加到充满填料的土工格室上面时,由于格室的侧限作用和格室与填料间的相互摩擦,使大部分垂直力被转化成向四周分散的侧向力,因为每个格室彼此独立,相邻格室的这些侧向力大小相等方向相反而互相抵消,从而降低了地基 的实际负荷。另外,格室的侧限作用对基层滑动面的形成或发展有一定的控制作用,使地基的破坏向深层发展,因而地基承载力得以提高,见图2(b)。 图2?软基上土工格室垫层作 用机理示意图 3.1.2用于坡面防护时 没有防护的坡面会因雨水或水流冲刷出现潜蚀或坍塌,铺设土工格室后,由于格室的约束,控制了坡面的局部坍塌,且水流可以从格室侧壁特设的孔眼中排出,或经特设的土工复合排水体排出,避免形成暗流。格室侧壁的孔眼大小和数量依据格室填料的种类不同而不同。 3.2?有关试验研究 3.2.1 ?室内大三轴试验 加拿大皇家军事工程学院理查德等人采用中密砂和松散砂样,以加土工格室和不加土工格的 不同类型进行试验,结果见表2和图3、图4。 表2 试验类型视粘聚力kPa 摩擦角(°) 试验表明: 土体加土工格室较之不加土工格室 其应力～应变关系有明显的提升(图3)、强度包络线亦有明显的提高(图4),但摩擦角与不加土格室的砂样基本相同(表2)。 34China Harbour Engineering No.2Apr.,2001图3?主应力差～垂直应变关系曲线 图4加与未加土工格室试样强度包络线 3.2.2?公路路基室内模型静态试验 西安公路交通大学采用2m×3m模型箱对7组不同规格的土工格室进行了静载试验,结果如表3。 从表3中所列结果可以看出: 土工格室的常用 规格能满足不同垫层条件的要求。当垫层变形量(竖向位移量)达到15mm时,格室垫层的承载力可增大7倍以上,且此时的土工格室并未破坏,变形量是由下部软弱基床破坏造成的。 3.2.3?铁路路基现场动应力和动应变试验 上海铁道大学在淮南K194+480～K196+690路段埋设仪器,研究列车运行时设置土工格室后基床的应力和动应变的变化规律,并与换砂法进行了比较,结果表明: 用土工格室整治后,轨下动应力的衰减大于换砂法,但枕木端部的动应力衰减比换砂法小;基床下0.25m处的应力横向分布规律衰减很大,且较之换砂法(出现了应力集中和不均匀沉降)更趋均匀。 关于动应变,设置土工格室后轨下和轨心都表现为拉应变,换算成拉应力后,其值均远远小于格室本身的最大抗拉强度,完全可以承受轨下最大拉应力的工作环境。 该试验最后得出如下结论: (1)土工格室砂垫层增强了砂垫层的整体性和刚度,减少了不均匀沉降; (2)在荷载作用下,土工格室侧向不变形对格 室内的填料的横向变形起约束作用,相当于增加了横向主应力,在荷载不变的情况下,剪应力减小,这与其他加筋土的机理是一致的; (3)土工格室砂垫层有效地改变了动应力的分布,垫层下基床的应力分布较其他方法更趋均匀。4?应用领域 主要应用于浅层地基处理和坡面防护等类型基础工程。典型应用领域如下4.1?应用于铁路路基 将土工格室设置于道床底部(基床顶部),可改善路基的承载特性,使荷载传递至格室下土体的应力减小,因而土体的变形也减小。在