土工格室應(yīng)用于公路建設(shè)的基本原理

 土工格室應(yīng)用于公路建設(shè)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關(guān)注，還應(yīng)從其基本原理說起。國外文獻(xiàn)中在描述其原理時稱其為“一種蜂窩狀三維限制系統(tǒng)，可以在很大范圍內(nèi)顯著提高普通填充材料在承載和蟲蝕控制應(yīng)用中的性能。”它的關(guān)鍵原理就是三維限制。大家都知道，當(dāng)汽車行駛在沙漠上時，就會壓出兩道深深的轍印，被壓部分深深下陷，車轍兩側(cè)會高高隆起。后面的車輛如果繼續(xù)沿著車轍前進(jìn)，沉陷部分會進(jìn)一步下沉、隆起部分會進(jìn)一步隆起，直到隆起部分蹭到了車底盤、沉陷的車轍埋沒了大半個輪子，進(jìn)而無法前進(jìn)。之所以如此，就是因為當(dāng)外荷作用于地基表面時，依據(jù)普朗特爾理論和泰勒理論可知：在集中荷載的作用下，主動區(qū)1受壓下沉，并將力向兩側(cè)分解傳遞給過渡區(qū)2，過度區(qū)2又傳給被動區(qū)3，被動區(qū)就會毫無限制地發(fā)生形變而隆起。也就是說，載荷一旦作用干路基，在載荷的下方就會形成起契狀的主動區(qū)域，它又通過過渡區(qū)域進(jìn)行擠壓，從而使被動區(qū)域發(fā)生隆起。也就是說，通過沿滑移線的剪切力和移動主動、過渡、被動三個區(qū)域的力決定了地基的承載能力。不僅在沙基地上可以十分明顯的體會到以上原理的真實過程，在軟基公路上也會找到這種的樣板，只不過其形成的速率較之在砂上的變化慢些罷了即使較好的路基材料也仍然無法避免其橫向移動。一般的高速公路路基都高出地面好幾米，吸水翻漿不太容易，但長期沉降依然存在。究其原因，雨水透、材料流失、基地下沉是其中部分原因，路基路面在車輪荷載長期碾壓、振動力的作用下，材料向路基斷面兩側(cè)橫向位移不可否認(rèn)是另外一個十分重要的原因。

　　工程中常規(guī)處理路基的方法無需贅述，其目的就是提高地基材料的抗剪力和摩擦力。減少或延緩地基材料在荷載的壓力或震動作用下發(fā)生移動的能力，因而工程中對材料的要求必然有許多苛刻的限制，如果不能就近獲取所需材料，就需要外購這些材料，購買材料的費(fèi)用和運(yùn)輸費(fèi)用占去整個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，甚至可以使用在常規(guī)情況下不能使用的材料，從而大幅度減少材料購置費(fèi)用和運(yùn)輸費(fèi)用。為什么會這樣呢?土工格室承載情況示意：在集中載荷作用下，受力的主動區(qū)1依然會把所受的力傳遞給過渡區(qū)2，但由于格室壁的側(cè)向限制和相鄰格室的反作用力，以及填料與格室壁的摩擦力所形成橫向阻力，抑制了過渡區(qū)2和被動區(qū)3的橫向移動傾向，從而使路基的承載能力得以提高。經(jīng)過試驗，在格室的限制作用下，中密砂的表觀粘聚力可以增加三十幾倍。很顯然，如果能增加路基材料的抗剪力或抑制三個區(qū)域移動就可以取得提高地基承載力的效果，這就是土工格室的限制原理。

　　大多情況下格室內(nèi)充填砂礫或碎石等非粘性材料，因此，土工格室加固層又是一個水平排水通道，可加快飽和土固結(jié)過程中空隙水壓力消散速度，從而加速土體的固結(jié)。總之，土工格室具有墊層、加筋、排水、調(diào)節(jié)應(yīng)力及變形，提高土體抗?jié)B能力的綜合功效。