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摘要：土工格室是用聚合物通过连续热加工方法制成的蜂窝状三维结构。可以在运输和贮存时缩叠起来，施工时再打开使用。张开的土工格室可保持形状不变，并有效地固限每个格室内的填料。可以大大提高土基的承载力，广泛用于软土地基加固和防护工程。本文首先从土工格室的特点、工作原理的角度分析了土工格室应用在高速公路上的可行性，并提出了土工格室的具体施工方法。
关键词：土工格室高速，公路 原理 施工
土工格室作为一种新型的合成材料，在八十年代末九十年代初，欧美等国家就开始了大量的研发工作，并经试验和现场应用证明在提高一般填土承受动荷以及路基防护方面均有很大的功效。我国在九十年代初在吸收国外先进经验的基础上，开始了土工格室的开发研究工作，并在道路基床病害整治，固定松散介质的应用方面取得了重大突破。随着人们对土工格室特性的进一步了解，已经发现其具有其它土工材料不可替代的优势，使其在诸多领域有着独特的应用前景。
一、土工格室的特点
土工格室是一种采用高强度聚乙烯片材。经超声波焊接等方法连接，展开后呈蜂窝状的三维立体网格结构材料，属于特种土工合成材料。在岩石工程中与土、砂、石等填料共同构成不同视粘聚力、不同加筋强度、不同深度的垫层。这些垫层可以根据工程的要求放置干需要的位置，用以加固公路的路基、边坡防护、修建挡土墙等。其最大的特点是可以完成岩石工程中常规方法难以处理的多种疑难问题，如桥头跳车、软基沉陷、翻浆、塌方等。具有材质轻，耐磨损，耐老化，耐化学腐蚀，适用温度范围宽，拉伸强度高，刚性、韧性好，抗冲击力强，尺寸相对稳定，运输方便等特点。在施工中连接简单易行，施工方法简单，从而简化了施工工序，提高了施工速度；并可以反复多次使用。
二、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关注，还应从其基本原理说起。国外文献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。大家都知道，当汽车行驶在沙漠上时，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。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，载荷一旦作用干路基，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。不仅在沙基地上可以十分明显的体会到以上原理的真实过程，在软基公路上也会找到这种的样板，只不过其形成的速率较之在砂上的变化慢些罢了即使较好的路基材料也仍然无法避免其横向移动。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。究其原因，雨水透、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。
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。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。为什么会这样呢?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、土工格室的施工方法
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。及时用填料填充掐室内并压实，同时观测格室变形和检查密实度。最后修正边坡完工。
四、土工格室在公路建设中的应用
1、沙漠筑路应用
研究结果证明，所获得的抗压回弹模量达190∽210MPa，完全满足路基设计要求，而且土工格室填沙结构层比天然砂砾结构层减薄约10cm，可以就近取材。节省的常规路基材料费用和运输费用，使筑路成本降低50％，所使用的工期也比常规方法缩短60％。
2、软基处理
使用20cm高土工格室两层，配合土工布作路基底层，下层格室内填粗砂、砾石，上层内填矿渣，两边用山皮石作路肩。经过潮水浸透自然沉降以后，无需碾压即可行走大型重载翻斗车。经过四个多月、每日近百车次(单车重量15t∽30t)的碾压和每天两次潮水的冲刷，整体沉降不足10cm，而且基本停止继续沉降，平均弯沉值113.3(允许弯沉值143)，反映了格室、矿渣路面结构强度高、整体性好、荷载均匀扩散能力强的特点。
3、湿陷性黄土地区、高填方路基填挖连接段
采用在路面底基层或底基层下垫层加铺土工格室，处理挖填连接段、半挖半填段差异沉降，效果很明显。
4、控制冲蚀的应用：护坡、堤坝
以上所举的这些例证多是利用土工格室提高承载能力。其实，土工格室的另一个重要作用是控制冲蚀，而且在国外使用土工格室控制冲蚀的应用量丝毫不亚于承载应用。应用最多的有护坡、堤坝、挡土墙、防波堤岸等等。它的原理就是增加流动能力，减少毛沟侵蚀，防止水压积聚、消除集中冲蚀。蜂窝限制结构可以固定填充材料，限制作用于其上的水压，从而改善了流动能力。蜂窝壁使正常的排水可以进行，但却控制了窝内的流动速度。如同千百个微型堤坝，将集中水流分散成均匀、舒缓的薄层水流。
今天，全国高速公路建设仍在高峰期，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。这些都是高速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，严重影响着高速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性侵蚀，致使高速公路的维护费用增加。如果使用土工格室护坡，配植根系发达的草种，既可固土护坡，又可绿化、保护生态环境，完全符合国家注重环保、建设绿色通道的要求。即使初期工程造价比传统方式略高一些，但其延长公路使用寿命、减少维护成本以及环保、生态等方面的综合经济效益却是功在当代、利在千秋。
关键词：土工格室高速，公路 原理 施工
土工格室作为一种新型的合成材料，在八十年代末九十年代初，欧美等国家就开始了大量的研发工作，并经试验和现场应用证明在提高一般填土承受动荷以及路基防护方面均有很大的功效。我国在九十年代初在吸收国外先进经验的基础上，开始了土工格室的开发研究工作，并在道路基床病害整治，固定松散介质的应用方面取得了重大突破。随着人们对土工格室特性的进一步了解，已经发现其具有其它土工材料不可替代的优势，使其在诸多领域有着独特的应用前景。
一、土工格室的特点
土工格室是一种采用高强度聚乙烯片材。经超声波焊接等方法连接，展开后呈蜂窝状的三维立体网格结构材料，属于特种土工合成材料。在岩石工程中与土、砂、石等填料共同构成不同视粘聚力、不同加筋强度、不同深度的垫层。这些垫层可以根据工程的要求放置干需要的位置，用以加固公路的路基、边坡防护、修建挡土墙等。其最大的特点是可以完成岩石工程中常规方法难以处理的多种疑难问题，如桥头跳车、软基沉陷、翻浆、塌方等。具有材质轻，耐磨损，耐老化，耐化学腐蚀，适用温度范围宽，拉伸强度高，刚性、韧性好，抗冲击力强，尺寸相对稳定，运输方便等特点。在施工中连接简单易行，施工方法简单，从而简化了施工工序，提高了施工速度；并可以反复多次使用。
二、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关注，还应从其基本原理说起。国外文献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。大家都知道，当汽车行驶在沙漠上时，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。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，载荷一旦作用干路基，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。不仅在沙基地上可以十分明显的体会到以上原理的真实过程，在软基公路上也会找到这种的样板，只不过其形成的速率较之在砂上的变化慢些罢了即使较好的路基材料也仍然无法避免其横向移动。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。究其原因，雨水透、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。
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。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。为什么会这样呢?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、土工格室的施工方法
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。及时用填料填充掐室内并压实，同时观测格室变形和检查密实度。最后修正边坡完工。
四、土工格室在公路建设中的应用
1、沙漠筑路应用
研究结果证明，所获得的抗压回弹模量达190∽210MPa，完全满足路基设计要求，而且土工格室填沙结构层比天然砂砾结构层减薄约10cm，可以就近取材。节省的常规路基材料费用和运输费用，使筑路成本降低50％，所使用的工期也比常规方法缩短60％。
2、软基处理
使用20cm高土工格室两层，配合土工布作路基底层，下层格室内填粗砂、砾石，上层内填矿渣，两边用山皮石作路肩。经过潮水浸透自然沉降以后，无需碾压即可行走大型重载翻斗车。经过四个多月、每日近百车次(单车重量15t∽30t)的碾压和每天两次潮水的冲刷，整体沉降不足10cm，而且基本停止继续沉降，平均弯沉值113.3(允许弯沉值143)，反映了格室、矿渣路面结构强度高、整体性好、荷载均匀扩散能力强的特点。
3、湿陷性黄土地区、高填方路基填挖连接段
采用在路面底基层或底基层下垫层加铺土工格室，处理挖填连接段、半挖半填段差异沉降，效果很明显。
4、控制冲蚀的应用：护坡、堤坝
以上所举的这些例证多是利用土工格室提高承载能力。其实，土工格室的另一个重要作用是控制冲蚀，而且在国外使用土工格室控制冲蚀的应用量丝毫不亚于承载应用。应用最多的有护坡、堤坝、挡土墙、防波堤岸等等。它的原理就是增加流动能力，减少毛沟侵蚀，防止水压积聚、消除集中冲蚀。蜂窝限制结构可以固定填充材料，限制作用于其上的水压，从而改善了流动能力。蜂窝壁使正常的排水可以进行，但却控制了窝内的流动速度。如同千百个微型堤坝，将集中水流分散成均匀、舒缓的薄层水流。
今天，全国高速公路建设仍在高峰期，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。这些都是高速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，严重影响着高速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性侵蚀，致使高速公路的维护费用增加。如果使用土工格室护坡，配植根系发达的草种，既可固土护坡，又可绿化、保护生态环境，完全符合国家注重环保、建设绿色通道的要求。即使初期工程造价比传统方式略高一些，但其延长公路使用寿命、减少维护成本以及环保、生态等方面的综合经济效益却是功在当代、利在千秋。