土工格室的制备及工程应用

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1、土工格室的制备及工程应用张卫兵唐莲(宁夏大学土木与水利工程学院，银川750021)摘要介绍土工格箜的制备、作用机理爪其在工税中的应用。捋出/•亠-"'坟後的网兜效应和侧向限制作用可形成更加稳定的“加筋土”结构，目前巳被丿丙地基展和面层寻工租领域，特别是在处理地基不均匀沉降、改#路晁与路面卡的优越性。关键词土工格室作用机理工程应用土工格室是20世纪80年代在国际上岀现的一种新型土工合成材料，一般由土工织物、土工格栅、土工膜、聚合物条带等构成。它是一种由聚合物宽条带经强力焊接而成的三维网状物，在其格室中充填砂、碎石或泥

2、土等材料构成具有强大侧向限制和大刚度的结构，如图I所示。国外自上世纪70年代起首先由法国的路桥实验室研制成功。与此同时美国陆军工程兵师团和普利斯德公司也合作研制了一种土工格室，主要用于沙漠和滩涂的军事演习之用,并率先对三维结构土工格室进行了性能研究和野外现场试验。此后，英国、加拿大、瑞士、巴西、日本等国家的铁道部门相继完成了进一步的现场试验。英国在其东部海岸铁路沿线率先应用土工格室对许多软弱路基区段进行了加固处理。图1土工格室示意图经过不断的研究,土工格室的表面特性和颜色也有了发展变化。格室材料表面从光滑发展到布纹

3、式和开孔式，可以适用于更细的填料;材料的颜色也由单一的黑色发展到绿色、黄褐色等多种颜色，一般能更好地与周围环境相融合。我国对土工格室的应用和研究始于20世纪90年代初，主要集中于聚合物条带土工格室。对于土工格栅装配起来的土工格室，铁道部门曾做过少量的应用研究，主要用于边坡防护。1993年开始生产的土工格室产品均为网格结构，由高密度聚乙烯(HDPE)或改性聚丙烯(PP)条带经超声波强力焊接而成。此后我国对土工格室也进行了一系列的性能及大量的铁路、公路工程试万方数据验研究，取;1土工格室的制备及性能土工格室的生产过程是

4、,首先在HDPE或PP中添加一定量的抗氧剂、防老剂等助剂，混合均匀后'用单螺杆挤出机挤出成型为宽1.2m、厚1.0-2.0mm的片材，然后用冲孔机对片材冲孔后分切成宽100~300mm的单片，再把单片经超声波焊接组合成重叠结构，展开即成具有一定数量独立网格的土工格室。其生产流程如图2所示。HDPE或PP~~彳三棍压光胡冷却勿辺成品-一

5、超声波焊接图2土工格室生产工艺流程图由于聚合物条带及焊接均具有较髙的强度，因而此类土工格室具有很强的侧向限制作用。另外,此类土工格室不仅对紫外线辐射、温度和湿度变化、化学腐蚀、生物侵

6、蚀、冻融变化和机械损伤等外界因素都具有较奇的抵抗能力;蠕变也不强烈，而且能伸缩自如，运输时可缩叠起来，使用时再张开,非常方便。土工格室产品的基本性能如下⑵：(1)采用特殊的联结方式可将立体格室组成任意的尺寸规格；(2)具有优良的耐老化性能；(3)采用不同的基材配方，使其使用温度范围为-40-803C；(4)具有稳定的化学性能，可耐酸碱，适用于不同土质；(5)土工格室系统整体性一致，其几何尺寸、焊距、高度可选性大,可以满足各种工程的需要；(6)用于挡土墙等临空面时，在强化其耐光老收稿日期：2006-06-14化性能的

7、同时，有多种颜色备选，以满足实用和美化环境的需要；(2)单位质量轻(密度小于1g/cn?),可随意缩叠和拉伸，便于运输和施工；(3)其力学性能见表1。项R测试方法2W拉伸强度/MPuASTM[)638-912223弯曲弹性模M/MPaASTMD639-85600800冲击强度/MPaASTMD256-929080低温脆化温度/*ASTMD746-87-50-23负荷下的热变形温度/YASTM1)648-8270100耐环境应力开裂时间/hASTMD1693-70M1000M1000常温剥离强度/GB8808-198

8、89.99.9kN•m1低温剥离强度/kN•m"1GB8808-1988M9.9悬臂梁缺口冲击强度/J・m"ASTMD256-92250(较链断裂)128*1土工格2力学性能指标2土工格室的作用机理土工格室可将传统的受力方式变为一定程度的立体受力。如图3所示，在荷载作用下土工格室侧向相对变形极小，对室内填料的横向变形起到约束作用，相当于增强了横向主应力，同时室内的土体与其上下填土形成很好的连结，从而提高了稳定性和刚度，在较大范围内分散了荷载，减小了变形。土工格室的作用机理主要包括侧向约束作用、网兜效应厂侧向约東力

9、二頁Jt工格室嫁擦力侧向压力田3土工格室作用机理示意图和摩擦作用⑶。其侧向约束作用主要是通过两种方式来实现的:一是对格室外土体产生摩阻效应;二是对格网单元内土体产生紧箍作用。同时由于土工格室对填料较大的侧向约束作用，对填料产生向上的摩擦力，从而形成一个具有较大弯拉刚度与剪切强度的复合体。该复合体一方面够隔离应力和位移的传递，协调半填半挖路基顶面的沉降，另一方