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土工格室在路基拓宽中的分析计算和应用研究摘要：土工格室是立体的土工合成材料，通过ansys软件对土工格室在路基拓宽中的模型进行分析计算，得出土工格室在路基拓宽中的具体作用。
关键词：路基拓宽土工格室有限元1 概述随着我国经济的迅速发展，一些营运量大的公路已经呈现出交通量饱和的态势，使得公路本身所应具有的高速、快捷、畅通的服务优势大打折扣。
为满足日益增长的交通需求，对已有的公路加宽已成必然。
由于旧路路基已沉降多年基本趋于稳定，而新路路基沉降时间短，新旧路基结合处必将产生不均匀沉降，从而产生纵向裂缝，导致水泥混凝土面板在荷载作用下产生断板，沥青混凝土路面产生反射裂缝，对行车质量带来很大影响。
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。
土工格室(geocell)它是一种新型的立体加筋材料，这是一种由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，运输时可以折叠起来，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。
组间使用特殊连接方式，组成任意尺寸规格的土工格室材料。
同其它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：同时土工格室具有耐老化性能、抗化学腐蚀性能和良好的力学性能，既可用于加固软土地基，又可用于边坡防护、挡土墙工程、旧路拓宽工程等，还可用于河道治理、堤坝工程、支撑城市排水管道工程等。
土工格室如图1、图2所示。
图1土工格室的铺设图2土工格室的锚固2加固机理（1）土工格室可使填料的表观粘聚力成倍提高，对其中的填料提供了强大的侧限，格室侧壁也对填料产生了竖向的摩擦约束，与材料形成双面磨擦力(即横向阻力)，有效地限制了因荷载而产生的横向移动趋势。
其格室与格室之间的反作用力，更加抵消了部分因荷载而产生的横向位移的趋势；（2）其格室与格室之间的反作用力，更加抵消了部分因荷载而产生的横向位移的趋势。
格室-填料复合结构可以看作是一个具有一定抗弯刚度的柔性筏基。
浅谈土工格室在路基不均匀沉降中的应用关键词：土工格室；路基不均匀沉降；力学性能1引言路基不均匀沉降是公路常见的病害之一，它可导致路面产生较大的横向和纵向开裂，甚至错台、坍塌，严重影响道路的使用性能和效劳水平【1】。
土工格室作为一种新型的合成材料，在上世纪80年代末90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成效。
我国在90年代初在吸收国外先进经验的根底上，开始了土工格室的开发研究工作，并在路基病害整治，固定松散介质的应用方面取得了重大突破【2】。
随着人们对土工格室的进一步了解，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。
2土工格室及其力学性能土工格室是20世纪80年代初在国际上出现的一种新型土工合成材料，具有立体网状结构。
它伸缩自如，运输方便，使用时张开并填充土石或混凝土料，构成具有强大侧向限制和大刚度的结构体【3】。
广泛应用于土木工程各个领域，取得了良好的社会经济效益。
它既可用于加固软土地基，又可用于边坡防护、挡土墙，还可用于河道治理、堤坝工程、城市排水道支撑工程等。
虽然土工格室可由多种合成材料制成，但最常用的仅有两类。
一类是由土工格栅装配构成；另一类是由高强度条带聚合物构成。
土工格室的耐热老化性能很高，经热氧化试验后，在70℃状态下拉伸屈服强度下降至70%，使用寿命可达49年。
土工格室材料还具有稳定的抗化学腐蚀性能，耐酸碱能力很强，适合于不同填筑材料。
土工格室同样具有良好的力学性能。
3土工格室的加筋机理土工格室加固地基是一种机械式的土体加固方式，因为它并没有改变填料的颗粒成分和相互连接等根本性状。
土工格室主要是通过与固体两者的相互作用来到达加固的目的，其相互作用主要包括三个方面:土工格室的侧向约束作用，土工格室的网兜效应以及土工格室的摩擦作用。
如图1所示侧向约束与竖向摩擦示意图。
土工格室对其中的填料提供了强大的侧限，格室侧壁也对填料产生了竖向的摩擦约束，格室-填料复合结构可以看作是一个具有一定抗弯刚度的柔性筏基。
土工格室用途嘿，朋友们！今天咱来聊聊土工格室这玩意儿，它的用途可多了去啦！你说这土工格室像不像一个神奇的魔法盒子呀？它能在各种场景中发挥大作用呢！比如说在道路建设中，它就像是道路的坚强卫士。
你想想，那些来来往往的车辆，对路面的压力多大呀，但有了土工格室在下面撑着，就好像给路面加了一层坚固的铠甲，能让道路更稳固，更耐用，减少那些坑坑洼洼的出现，这多厉害呀！在边坡防护上，土工格室也毫不含糊。
它就像是给边坡请了一群忠诚的卫士，紧紧地拉住土壤，防止土石滑落。
就好比我们盖房子要打牢固的地基一样，土工格室让边坡变得稳稳当当的，保障我们的安全呢。
还有啊，在一些软弱地基的处理上，它也能大显身手。
土工格室能把那些松软的地基变得结实起来，就好像给它们注入了力量，让它们能承受更大的重量。
这难道不神奇吗？在园林绿化中，它也能帮忙呢！可以用来固定土壤，让那些花草树木能更好地扎根生长。
不然一阵风刮来，花草都被吹跑了，那多可惜呀！在一些河岸边坡上，土工格室也是重要角色呀。
它能防止河水的冲刷，保护岸边的土地不被冲走。
这就好像给河岸穿上了一件防护衣，多可靠呀！你看，小小的土工格室，却有着这么多大大的用途。
它在我们生活中的各个角落默默奉献着，让我们的生活更安全、更美好。
我们真应该好好感谢它呀！难道不是吗？它就像是一个低调的英雄，不声不响地做着重要的事情。
所以呀，可别小瞧了这土工格室，它虽然看起来不起眼，但作用可真是不容小觑呢！它就像是我们生活中的小助手，随时准备为我们排忧解难。
不管是在道路上，还是在边坡边，或者是在园林里，它都能发挥出自己独特的价值。
我们应该好好认识它，了解它，让它更好地为我们服务呀！。
土工格室产品介绍及其工程应用
土工格室133/2527/7066是目前国内外较为流行的一种新型的高强度土工合成材料，是按照GB/T 19274-2003执行标准，将强化的HDPE 片材经高强力超声波焊接而形成的一种三维网状格室结构。
可伸缩自如，运输可折叠，施工时张拉成网状，展开成蜂窝状的立体网格，填入泥土、碎石、混凝土等松散物料，构成具有强大侧向限制和大刚度的结构体。
用途
1、用于稳固铁路路基；
2、用于稳固公路路基；
3、用于承受载重的堤防、挡墙；
4、用于浅水河道治理；
5、用于支撑管路及下水道；
6、用于防止滑坡的受载重力的混合式挡墙；
7、用于独立墙、码头、防波堤等；
8、用于沙漠、海滩和河床、河岸的治理。
土工格室的工程应用一、什么是土工格室土工格室是用于土壤加强、稳定和改良的一种地下结构，通常由高密度聚乙烯(HDPE)或聚丙烯(PP)制成的空心塑料模块组成。
这些模块可以组成各种形状和大小的结构，如墙壁、地面、屋顶等。
其主要目的是增加土壤的结构强度和稳定性，减少侵蚀和沉降，并提供各种形式的水资源管理。
二、土工格室的特点与传统的土工材料相比，土工格室具有以下几个主要特点：1. 轻便易搬运土工格室由轻质塑料制成，便于搬运和架设。
因此，可以在减少人工和机械设备使用的同时快速安装，提高工作效率。
2. 结构坚固土工格室内部结构坚固，能够承受较大的压力和荷载。
大多数格室是空心的，以最大限度地减少质量和成本，并在内部添加对流水进行控制的管道。
3. 具有较长使用寿命土工格室材料寿命长达50年，并且不会受到腐朽、霉变或虫害等自然因素的侵害。
其长寿命可以降低维护和更换成本，使其具有出色的经济性。
4. 易于定型和修切土工格室的模块可以根据需要进行切割，弯曲或定型，这使得其能够适应各种地形和区域。
5. 环保健康相比于其他传统的土工材料，土工格室可以使用回收的材料来生产，这降低了对环境的影响。
此外，土工格室不含有害物质，是一种比较环保的建材。
三、土工格室的工程应用1. 道路和铁路基础构筑物土工格室可用于道路和铁路的涵道渠、人行道、停车场、桥墩等基础构筑物的加固，底部通常采用轻质砾石或混凝土进行填充。
2. 挡土墙作为一种护坡结构，土工格室不仅能够有效地抵御侵蚀、波浪冲击等自然因素的影响，还可以为保护植被提供良好的生长环境。
当用于建造沿海区域的护岸时，它可以在潮汐、波浪和风的作用下保持不变。
3. 垃圾填埋场土工格室被广泛应用于垃圾填埋场。
格室系统可以有效地支撑废物的重量，消耗废物产生的气体和液体，在保持填埋场稳定的同时，防止排放有害的气体和溶解物。
4. 屋顶绿化建筑物屋顶绿化不仅能够为城市提供良好的空气环境和美丽的景观，而且还可以调节环境温度和湿度，减少建筑物对环境的影响。
浅析土工格室技术在工程方面的应用摘要：软土在我国广泛分布，新疆地区也有不同程度的存在。
需要在软土地基上进行工程建设时，软土地基承载力低、由工程建设时荷载增加引起的沉降、变形大，因此在软土地基上进行工程建设时进行地基处理十分必要。
关键词：土工格室技术；工程方面；具体应用1土工格室技术概述土工格室作为一种新型的三维土工合成材料，具有质轻、耐磨、运输方便等特点，当在土工格室中加入填充砂、黏土、砾石等材料时，就会形成具有超强的侧向与大刚度的柔性结构层，其广泛应用于岩土工程、市政道路工程、水利工程等。
在路基工程中铺设土工格室，可将荷载扩散、动应力水平降低、路基刚度提高。
土工格室技术最早出现于20世纪80年代，是美国开发的新型三维土工合成材料，常用于道路、铁路路基以及边坡加固。
该技术研究了土工格室加筋砂垫层、土工格室碎石垫层和未加固的道路、铁路路基在静载和循环动荷载下基础表面的沉降变形规律，对比分析了格室形状、格室尺寸、格室刚度、格室层数、基础表面距格室表面的距离、基床刚度等因素对提高地基承载力的影响规律。
2土工格室在软土地基浅层处理中的作用机理土工格室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。
使用时在格室中充填砂、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，它可以用来作为垫层，提高软弱地基承载力。
铺设土工格室按其作用机理是属于稳定处理的方法。
软土地基如不加处理在荷载作用下的破坏模式，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。
3土工格室技术在高速公路路基施工中的应用策略该高速公路路基施工中，为顺利完成施工任务，保证路基稳定可靠，提高工程质量和效益，施工单位从以下方面采取措施，让土工格室技术取得更好应用效果。
土工格室工程案例
土工格室是一种结构独特的土木工程材料，由高强度聚乙烯材料制成。
其独特的蜂窝状三维结构可以有效地提高土体的承载能力和稳定性，广泛应用于公路、铁路、水利、环保等工程领域。
以下是一个土工格室工程案例：
某高速公路路段存在严重的滑坡问题，给行车安全带来了极大的隐患。
为了解决这一问题，工程采用了土工格室进行滑坡治理。
具体措施如下：
1. 在滑坡体表面铺设一层防滑网，以防止滑坡体进一步滑动。
2. 在防滑网下方铺设一层土工格室，以提高滑坡体的承载能力和稳定性。
3. 在土工格室内填充石料等材料，进一步增强滑坡体的整体性和稳定性。
通过以上措施，该路段滑坡问题得到了有效治理，行车安全得到了保障。
同时，土工格室的使用也提高了工程的经济效益和社会效益。
总的来说，土工格室作为一种新型的土木工程材料，具有广泛的应用前景。
随着其技术的不断完善和应用的不断深入，相信未来土工格室在工程建设中将会发挥更加重要的作用。
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 产品形态与规格
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。
在铁路路基施工铺设土工格室时,通常情况下,其基床软土的挖除深度只需相当于格室的高度部分即可,也无需加深侧沟,可使软土的挖除量减少,施工难度大大降低,缩短工期、节省投资,参见图5。
4.2 应用于高速公路、堆场、仓库地面地基处理
在软土地基上修建高速公路时,采用砂石置换软土层的地基处理方法容易产生沉降变形,且投资大、工期长,改用土工格室处理地基,不仅改善了路面的承载性能,而且可大大减轻劳动强度,减少路基厚度,从而降低成本。
参见图6。
同理,土工格室可用于处理堆场地基、仓库地基及其他需进行浅层处理的地基。
4.3 用于边坡的防护
用于边坡防护时,展开后的格室形成一层层挡墙,可大大缓解水流流速,避免坡面径流的形成。
格室内可填充土壤,上面可以植草和灌木,在原始坡面无法形成植被的情况下,同样可获得理想的绿化效果,具有不可估量的环保价值。
另外,土工格室因具有整体性和一定的柔性,大
大弥补了片石骨架防护具有的松动、塌陷、架空等缺陷,且施工快捷、造价低,是一种理想的护坡用土工合成材料。
见图7(a)、(b)。
图7 土工格室用于边坡防护工程
4.4 用于挡土墙及江湖围堰
采用土工格室建造挡土墙,结构稳定性好,可防止陡坡表面被雨水冲蚀,与混凝土墙体相比,造价降低50%以上同时,表面可种花草,美化环境。
参见图8。
图8 土工格室构筑挡土墙示意图
4.5 用于沙漠地区筑路
由于探矿、采油等工作需要,常需要在沙漠地区筑路,砂漠中往往地基松软,且荒无人烟,常用筑路材料匮乏,因此筑路困难,成本很高。
使用土工格室可解决这一难题。
先将土工格室拉开,直接固定在沙基上,然后就地取材填入砂石,操作简单、效率极高。
施工后的路面可满足各种重型卡车长期使用。
参见图9。
图9 沙漠地区修筑公路
4.6 用于管道或下水管的支撑结构
土工格室可替代石料作为管道或下水管的支撑结构,格室材料可就地取材,形成一坚固耐久的整体板块结构,土工格室具有一定的刚度,可减少管道的长期微量下沉,对长距离大型运输管道,特别是在缺乏石料的地区使用,更为经济实用。
4.7 在潮间带道路上应用
海滩潮间带筑路费工费料,是一项移山填海式大型工程,而采用土
工格室联合土工织物的方法,则变得轻而易举。
先将无纺土工织物平铺在海滩上,再在织物上设置土工格室,展开、固定后,在格室中置入砂石料,经压实而成一条永久性的道路。
即使潮水淹没,也不影响道路的强度,见图10。
图10 潮间带筑路
5 施工
土工格室施工简单，步骤如下:
(1)场地整平,挖除相当于格室高度的表层软土;
(2)将格室产品出厂片用联接件联接成施工单元片,将叠合的格室拉开(格室下是否需铺土工织物或其他毡垫材料,视地基情况和使用要求而定);
(3)固定已拉开的格室:可采用土钉法或以伸张器框支护的方法固定;
(4)用人工或装载机采用逐步推进法往格室内充填粒状材料,直到充满并超越格室顶部,然后进行振动或碾压,至此土工格室施工即完成。
注意事项：
a.充填材料可选用碎石、砂或土,以就地取材,降低成本,同时能满足使用要求为准。
b.土工格室顶部应有不小于5cm的砂垫层。
(5)此时格室系统能支撑起各种施工机械,可在其上直接施工，并按常规方法完成面层施工。
6 技术经济效益分析
(1)与土工织物、土工格栅和土工网等其他平面型土工合成材料相比,土工格室为立体结构,通过改变格室高度或格室板块的组合型式,可获得刚性、半刚性等性质完全不同的板块。
这种多元选择手段为解决工程难题提供了更大的空间。
(2)土工格室具有最佳的承载性能和抗冲性能。
在较大的静载、动载及循环荷载作用下,一般不会影响格室的性能。
(3)采用土工格室作浅层地基处理,在劳动强度、施工进度、处理后的地基技术性状等方面较之于常规浅层地基处理方法有优越之处,省时、省力、且能大大降低工程造价。
(4)土工格室用于公路工程路基处理,可做到就地取材,快速高效,此点在筑路材料匮乏地区尤为重要。
(5)土工格室用作沙漠临探路时,除了可靠、适用、快速、高效外,格室材料还可重复使用,此处用过之后取出还可用于他处。
(6)土工格室可叠合,仓储、运输都很方便。
(7)土工格室用于边坡防护时,除施工快捷、造价低廉外,同时可绿化环境,改善自然景观。
(8)在西部开发中,会遇到如软土、湿陷性黄土、沙漠筑路等问题,土工格室将会发挥更大的作用。
