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土工合成材料在改扩建路基工程中的应用

发布时间:2019-06-07 11:08   阅读:次   字号:  

土工合成材料是一种新型的岩土工程材料,它以人工合成的聚合物,如塑料、化纤、合成橡胶等为原料,制成各种类型的产品,置于土体内部、表面或各层土体之间,以发挥、加强或保护土体的作用。近些年来,随着路面加宽工程的增加,土工合成材料在这方面的应用也日益广泛。目前在公路上常用的是土工布、土工格栅、土工格室。

土工格栅具有多孔结构,不同于金属带和土工织物等片状加筋材料,其锚固能力是通过摩阻力和支承阻力合成的。而用土工格室加固饱和粘性土地基,则是一种新的加固方法,现场实测和有限元分析结果表明,使用土工合成材料可以有效地加强新路基与既有路基的整体性,提高地基的承载力和解决路基的不均匀沉降问题,有效地防止路面开裂。

在土工合成材料的应用上,一般采用土工格栅进行加筋,近年来土工格室也得到了广泛的应用。

两者的性能分别如下:

1、土工格栅

土工格栅是一种以高强度聚内烯和高密度聚乙烯等高分子聚合物为原料的片材,在一定的温度条件下,经过挤板压延、冲孔、定位拉伸、冷却定型后形成的片网状结构物,它具有变形模量大、抗拉强度高、耐腐蚀、抗老化、与土颗粒之间的摩擦系数大、连锁作用强的特点,加筋效果强于土工布等材料。

土工格室是八十年代在国际上开发的一种特种土工合成材料,它适于在工程领域用作加筋材料,是一种新型的立体加筋材料。这是一种有高分子聚合物经强力焊接而成的,三维网状结构,它伸缩自如,运输时可以折叠,使用时张开并在格室中填充砂石土等填料构成一种立体的蜂窝状结构,它在工程施工中与土砂石等材料共同构成了具有不同粘合力、不同加筋强度、不同深度的垫层,这些垫层可根据工程需要放置于不同的位置,用以处理软土路基等疑难问题,

同其他类型的土工合成材料一样土工格室具有性能优良应用范围广泛等特点;

○1耐老化性能:土工格室以聚烯烃为基质材料,加入特殊添加剂,具有优良的耐老化性能,可选用不同的基材配方,使用温度范围在-40摄氏度到80摄氏度之间,经热氧化试验后,在70摄氏度状态下,拉伸屈服强度下降至70%,使用寿命可达49年;

○2抗化学腐蚀性能:年酸碱能力很强适用于不同的填筑材料;

○3良好的力学性能:土工格室应用范围十分广泛,既可用于加固软土路基又可用于边坡防护、挡土墙工程等,还可以用于河道治理、堤坝防护、支撑城市排水管道工程等。

1、土工格栅加固机理

土工格栅对土的加固机理存在土于格栅之间的相互作用,在高速公路扩建工程新老路基结合部采用土工格栅可以有效的预防差异沉降的产生,这是因为;

①由于土工格栅与土接触面的摩擦作用,降低了加宽处土的垂直应力,使土体承载能力得以提高,减少了不均匀沉降;②土工格栅堆土体具有锁定作用,使土体抗剪能力得以充分地发挥,约束了土体的侧向变形;③由于水平铺设的土工格栅具有弹性,在反复荷载的作用下,不会产生变形的积累;④土工格栅具有一定的张力和延展性,能使路基与土工格栅形成一个连续柔性整体结构,使得更多范围内的土体参与承受荷载和抵抗变形,从而改善可能反映到路表的差异沉降。

2、土工格室加固机理

○1土工格室可使填料的表观间距离成倍提高,对其中的填料提供了强大的侧限,该侧壁也对填料产生了竖向的摩擦约束,与材料形成了双面摩擦力(即横向阻力),有效地限制了因荷载而产生的横向移动趋势;○2格式填料复合结构可以看做是一个具有一定抗弯刚度的柔性筏基,于是土工格室结构不仅能承担路堤对地基的侧向推力,而且还能有效地降低地基的竖向附加应力;○3土工格室加筋层起到了扩散竖向应力的作用,保证了上部结构的安全、正常使用,土工格室置于地基表面还限制了软土的侧向隆起,使得土的滑移剪切面向更深的区域发展,类似于深基础的效果,也大大地增强了地基的稳定性。
在目前我国改扩建高速公路中,应用较多的土工合成材料是土工格栅和土工格室。而且实践应用和相关文献表明,加筋比不加筋时的效果明显,能明显降低新旧路基的差异沉降,提高路基的整体稳定性。
土工合成材料用在公路加工过程当中,主要是利用土工合成材料的高强度、韧性等力学性能,可改善土体、或作为加筋土以及各种复合土工结构,随着近年来旧路加宽工程的增多,土工合成材料在公路工程的应用越来越广泛,其研究内容会越来越丰富,将在道路工程领域起到越来越显著的作用,使道路工程的发展进入到一个崭新的阶段。

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