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土工格室
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土工格室在公路建设中的应用
发布时间: 2019-06-10 14:59:58
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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(土工布、土工膜、土工格栅、土工模袋、土工网等)不可替代的优势,使其在诸多领域有着独特的应用前景。 

土工格室在公路建设中的应用

1 沙漠筑路应用

早在1994年,西安公路学院与华北石油管理局筑路工程公司合作,使用华北石油管理局橡胶制品暨防腐技术研究所研制的土工格室,进行了沙漠筑路应用研究,重点研究了土工格室填充塔克拉玛干沙漠筑路的主要设计参数------抗压回弹模量。研究结果证明,所获得的抗压回弹模量达190210MPa,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。1995年应用此项研究在塔里木沙漠永主性石油公路塔中四民丰南段10Km的线路上全面使用土工格室填沙法构筑路基垫层。所测得的路表弯沉值为4964,均小于允许弯沉值(允许弯沉值为80),回弹模量为206.19273.97MPa,平均值为239.58MPa,说明格室固沙所获得的整体强度明显大于级配砂砾层的强度,而且所有层位的压实度检测都满足规范要求。所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

1997年,辽河油田勘察设计院海洋工程研究院,在滩海潮间带临探道路进行了土工格室筑路试验,更进一步证明了土工格室在解决沉降方面的独到功效。该地区黄海高程1m以上,涨潮水深近1m,地基承载力仅110MPa,上有10cm以上的淤泥。他们采用华北石油管理局橡胶制品暨防腐技术研究所生产的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15t30t)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。从他们在这次试验中所作的土工格室筑路与常规使用山皮石填海筑路两种方案的经济效益和社会效益分析中可知:使用山皮石筑路每公里造价在400500万元之间,工期3040天,每公里需要3600个运输台班,每公里占地20万m2 。而用土工格室(双层)筑路,造价在100130万元,工期7天左右,每公里运输台班310个,每公里占地近7000m2。两者差距之大令人惊叹。减少车辆行驶污染、减少石料用量、减少填料对海洋的污染,特别是具有养殖价格的滩涂地区,其环保、经济效益更为可观。

3 湿陷性黄土地区、高填方路基填挖连接段

与其它地域相比,我省公路方面应用此项新材料、新工艺相对落后。可喜的是2000年在连霍国道馋兰高速公路、国道109线白兰高速公路的施工中,为了克服高填方路堤湿陷性黄土固结沉降从而引起填挖结合部出现的裂缝,采取在填挖结合部强夯加铺土工格室的处理措施,解决挖填连接段路基不同速率沉降层的衔接问题。经过实践证明,其效果非常明显。2002年,兰临高速公路、尹中高速公路均属粉性土壤,干旱缺水,因此,均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,效果明显。可见,土工格室在公路中的应用范围很广,应用前景很好。

4 处理桥头跳车  

2001年,我省交通厅与长安大学公路学院合作完成科研项目,在连霍国道古浪至永昌高速公路全线桥梁均采用土工格室制作差异沉降过渡段,专门治理“桥头跳车”的通病。由于全线粉性土、砂性土居多,使用了10cm(高)×40cm土工格室,每个桥头处理面积需600800m2不等(桥的高低、图纸、坡的长短不同),每平方米造价为2630元(使用土工格室规格不同)。使用土工格室可以省去大量灰土,工程综合造价与常规方法处理桥头跳车的造价相当,但效果和使用寿命成倍提高。

5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。

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