土工格柵在軟基工程中的實(shí)驗(yàn)分析

土工格柵在軟基工程中的實(shí)驗(yàn)分析第一頁，共二十二頁，2022年，8月28日土工格柵在路基工程中的實(shí)踐與分析1.鐵路路基和公路路基的工程特點(diǎn)2.土工格柵及其作用2.1土工格柵的作用2.2土工格柵與土相互作用3.土工格柵及其使用的現(xiàn)狀3.1塑料雙向拉伸格柵和滌綸格柵3.2鋼塑格柵和PP拉伸格柵3.3鎖扣土工格柵3.4立體格柵

4.試驗(yàn)對(duì)比4.1三種格柵的路基碾壓模擬試驗(yàn)4.2鎖扣與焊接格柵的路基碾壓模擬試驗(yàn)4.3格柵節(jié)點(diǎn)的擠壓強(qiáng)度試驗(yàn)4.4工程圖片5結(jié)語第二頁，共二十二頁，2022年，8月28日

鐵路路基和公路路基的工程特點(diǎn)

鐵路公路路基的基本作用是承受路堤重量和路面?zhèn)鱽淼暮奢d以及震蕩造成的影響，確保路面強(qiáng)度與穩(wěn)定性。路基都是由巖土構(gòu)筑而成的復(fù)合地基，其結(jié)構(gòu)形成簡(jiǎn)單，工程數(shù)量很大，由于巖土分布不勻，其強(qiáng)度與穩(wěn)定性受自然因素的影響極大。如果壩基和路基設(shè)計(jì)不當(dāng)，不僅施工難度增加、工程費(fèi)用提高而且路基病害隱患多，難以輕易消除。所以，土工格柵的研究對(duì)路基設(shè)計(jì)理論，剖析路基工程特點(diǎn)，不斷完善其設(shè)計(jì)方法，對(duì)于公路鐵路港口碼頭等交通工程，提高工程質(zhì)量降低工程造價(jià)有著不可忽視的作用。我從力學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)工工格柵的進(jìn)行分析，大大提高路基的抗沉降能力，確保路面強(qiáng)度與穩(wěn)定性。第三頁，共二十二頁，2022年，8月28日

根據(jù)大連理工大學(xué)王海清老師關(guān)于《土工合成材料在試驗(yàn)和應(yīng)用中的若干觀點(diǎn)、理論、方法探討》中土工格柵生產(chǎn)研制過程中應(yīng)考慮幾何結(jié)構(gòu)，形狀及節(jié)（結(jié)）點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度影響，以及加筋材料在土體內(nèi)可能受到循環(huán)拉力作用下的疲勞損傷，由于火車或汽車及波浪等荷載會(huì)使土體內(nèi)的筋材受到多種頻率的循環(huán)次生拉力作用。因此需考慮此種工作狀態(tài)下如何選取安全的筋材拉力強(qiáng)度值，以及結(jié)構(gòu)形狀。能否解決不均勻沉降和工后沉降的問題，是加筋材料研究的方向。據(jù)此而對(duì)我國現(xiàn)有加筋材料進(jìn)行對(duì)比分析，提出新的方法供大家研究參考。第四頁，共二十二頁，2022年，8月28日土工格柵的作用土工格柵是一種合成材料，它具有較高的抗拉強(qiáng)度和低延伸率，能適應(yīng)地基變形，改善地基的性能，同時(shí)具有較高的撕裂強(qiáng)度，頂破強(qiáng)度和沖破強(qiáng)度，能承受較大的沖擊力。土工格柵增強(qiáng)壩基和路基材料性能機(jī)理在于粒料進(jìn)入格柵結(jié)構(gòu)的格孔中產(chǎn)生嵌鎖效應(yīng)，即粒料的側(cè)向移動(dòng)受到限制，粒料土工格柵形成土肋材料復(fù)合體，從而有效地分散路基負(fù)荷，極大增強(qiáng)剪切強(qiáng)度。土工材料的應(yīng)用對(duì)改善路基土的非線性變形，以及土的流變性有明顯提高。目前我國加筋工程中所用加筋土工合成材料是以土工格柵為主，因而它的力學(xué)形狀和與土聯(lián)合工作狀況就成為有關(guān)部門的研究熱點(diǎn)之一。其中有關(guān)土工格柵節(jié)（結(jié)）點(diǎn)的研究也逐漸成為重點(diǎn)之一。第五頁，共二十二頁，2022年，8月28日土工格柵與土相互作用埋在土中的格柵在動(dòng)載作用下，其錨固能力是通過摩阻力和支承阻力獲得的。沿著拉拔荷載方向的縱肋提供摩阻力F1，垂直方向的橫肋提供摩阻力F2和支承阻力F3。縱肋的伸長(zhǎng)率和橫肋抗撓剛度會(huì)影響摩阻力和支承阻力的發(fā)揮。最終的抗拔力(KoernerR.M,1989)為三力之和，因此，增大格柵節(jié)點(diǎn)錨固能力可增大總摩阻力，即增大總抗拔能力。另根據(jù)Desai等(1985)提出的剛度和概念：（1）式中：Ke觸面的等效剪切剛度；Fm=MAt=W/gAt，為通過接觸面?zhèn)鬟f的最大剪力；At為接觸面?zhèn)鬟f的最大加速度；M和W分別為接觸面的質(zhì)量和重量；Sa為接觸面滑動(dòng)位移。這說明，格柵接觸面滑動(dòng)位移越小，路基剪切剛度越大。第六頁，共二十二頁，2022年，8月28日土工格柵及其使用的現(xiàn)狀我國現(xiàn)在已有的土工格柵各有利弊，土工格柵種類很多，應(yīng)用在不同的地區(qū)，現(xiàn)已開發(fā)成功的有塑料拉伸格柵、鋼塑格柵、滌綸格柵、玻纖格柵、PP拉伸組合格柵。各種格柵都有其優(yōu)點(diǎn)，也有其不足。第七頁，共二十二頁，2022年，8月28日塑料雙向拉伸格柵和滌綸格柵我國實(shí)際施工中存在許多不盡人意的地方，只有根據(jù)我國的具體情況設(shè)計(jì)生產(chǎn)符合我國國情的土工格柵，方能達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。塑料雙向拉伸格柵，我國現(xiàn)在生產(chǎn)的從15kN/m至45kN/m，抗拉力小。應(yīng)用于含水量少，粒料小路基變形小的地區(qū)較為理想，塑料格柵格孔距離為38mm×38mm左右,滌綸格柵為25mm×25mm左右，滌綸格柵因其節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度較小，整體性差，在沒有礫石等情況下，上下填土層密度一致，路基加肋作用顯著，但在山區(qū)或填方土中含礫石等硬性雜質(zhì)就不適合用此兩種格柵。一般情況下，壓路機(jī)碾壓過程中，大部分肋條在有礫石的情況下有18%斷裂或更多，都是應(yīng)力集中的充分體現(xiàn),還會(huì)出現(xiàn)上下路基密度不一致現(xiàn)象，滌綸格柵斷率延伸率在15%左右，變形較大，并且摩阻較小,格柵利用率低。第八頁，共二十二頁，2022年，8月28日鋼塑格柵和PP拉伸格柵為了更好地解決格柵斷裂和路基密實(shí)及延伸率大的問題，出現(xiàn)了鋼塑格柵和PP拉伸格柵。鋼塑格柵是以鋼絲作為拉肋材料，外包塑料為保護(hù)層，形成鋼塑帶，PP拉伸格柵是有聚丙烯拉伸帶，通過超聲波焊接而成的土工格柵，格孔距離為10cm至15cm，縱橫向可以任意組合，拉力可達(dá)150kN/m。在滬寧高速擴(kuò)建、沈大公路擴(kuò)建、臺(tái)金高速、省312國道改造中大批量應(yīng)用。雖然鋼塑格柵和PP拉伸格柵改變了原有格柵的不足，解決了碾壓過程中的斷裂問題，也解決了路基密實(shí)問題，滿足了填土粒料材料的要求（格孔較大），并且鋼絲伸長(zhǎng)率小，一般在3%左右，所以都認(rèn)為很好。但我們?cè)谏虼蟾咚?、滬寧高速?12國道等擴(kuò)建施工中發(fā)現(xiàn)了新問題，在受力不均勻時(shí)，即壓路機(jī)在碾壓過程中，節(jié)點(diǎn)可靠性差造成鋼絲外露，縱橫向相互作用力失效，并且縱橫向移位大，格柵整體作用損失較大。國內(nèi)有部分土石壩電廠大壩選用PP拉伸格柵，也是出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)可靠性差。經(jīng)我們分析發(fā)現(xiàn)主要是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)是通過超聲波焊接而成的，節(jié)點(diǎn)靠塑料粘合，其節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度很小，在施工過程中及容易造成節(jié)點(diǎn)分離，所以格柵整體性差，嵌鎖力、摩擦力都不夠理想。第九頁，共二十二頁，2022年，8月28日鎖扣土工格柵我廠積極研究開發(fā)成功專利產(chǎn)品鎖扣式土工格柵（專利號(hào)200620068367.8），高強(qiáng)一體化土工格柵(專利號(hào)200620125023.6)鎖扣土工格柵高強(qiáng)一體化土工格柵是用多根加強(qiáng)鋼絲水平排列周圍注塑成一層PE層的肋帶或聚丙稀拉伸帶，縱橫向肋帶經(jīng)過經(jīng)緯編織成網(wǎng)狀格柵，肋帶交叉節(jié)點(diǎn)用鎖扣通過特殊注塑成型法一次成型，使節(jié)點(diǎn)可靠結(jié)實(shí)，在路基使用過程中，節(jié)點(diǎn)絕對(duì)牢固（節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度比焊接式高二十多倍），節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度的提高對(duì)增加摩擦阻力并且充分保護(hù)鋼絲，縱橫向位移很小，保證了格柵網(wǎng)格對(duì)土體的有效嵌鎖，擴(kuò)大作用荷載的有效半徑，快速分解有效荷載，在實(shí)際應(yīng)用中又調(diào)整結(jié)點(diǎn)厚度大于一公分,以增加摩擦阻力,整體性能特別優(yōu)越，適合各種地質(zhì)條件。鎖扣式土工格柵能使縱橫向筋帶相互作用并充分發(fā)揮，加上其嵌鎖作用和摩擦性能好，使得綜合作用大大提高，很好地解決了工程應(yīng)用中出現(xiàn)的問題，使加筋用土工格柵真正發(fā)揮其作用，具有廣泛的適用性。鎖扣式格柵是國內(nèi)唯一一種免搭接的一體化土工格柵，能降低材料成本,且使格柵的整體利用率提高三至五倍。但還不能做到拉力強(qiáng)度和摩擦阻力相等,下圖力學(xué)分析第十頁，共二十二頁，2022年，8月28日第十一頁，共二十二頁，2022年，8月28日第十二頁，共二十二頁，2022年，8月28日立體土工格柵

我廠根據(jù)土工格柵的應(yīng)用機(jī)理Tandjiria(2002)通過圓弧滑動(dòng)極限平行法，對(duì)軟土路基上加筋路堤的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，開發(fā)出一種立體土工格柵（發(fā)明專利200810100611.8），既有土工格柵的強(qiáng)度特性，又有土工格室的固土特性。立體格柵通過三軸試驗(yàn)，對(duì)加筋材料在不同的圍壓下加筋土的應(yīng)力－應(yīng)變和剪切強(qiáng)度進(jìn)行研究，用對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法證明立體土工格柵優(yōu)于現(xiàn)在國內(nèi)外任何一種土工格柵，由于立體土工格柵的結(jié)構(gòu)不同，產(chǎn)生的摩阻和格柵的拉力幾乎相等，格柵的有效利用率最高，粒料進(jìn)入格柵結(jié)構(gòu)的格孔中產(chǎn)生有效嵌鎖，由于立體格柵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能產(chǎn)生正拱效應(yīng)，回彈模量明顯增加，而平面格柵只能產(chǎn)生反拱效應(yīng)，也就是電桿效應(yīng)。由于立體土工格柵的特殊結(jié)構(gòu)，還可改變受力方向，改變震蕩頻率，可有效地防止震蕩造成的路基沉降，并且有很好的過載效能。第十三頁，共二十二頁，2022年，8月28日立體格柵力學(xué)分析第十四頁，共二十二頁，2022年，8月28日四種格柵的路基碾壓模擬試驗(yàn)

土工格柵碾壓模擬試驗(yàn)利用失效理論第二第三強(qiáng)度理論普通格柵都出現(xiàn)斷裂破壞現(xiàn)象,只有鎖扣式土工格柵附合失效理論要求三種格柵進(jìn)行路基碾壓模擬試驗(yàn)，條件如下：A.用料為粒徑小于7cm的礫石30%，粘土70%；B.壓路機(jī)型號(hào)ZYJ8/10；C.碾壓層厚度22cm,碾壓7次。試驗(yàn)結(jié)果見表1。表1數(shù)據(jù)表明，不同的格柵都有不同程度的施工損傷率。項(xiàng)目塑料格柵滌綸格柵鋼塑格柵立體格柵型號(hào)30-3050-5050-5050-50縱橫向肋數(shù)46根80根20根16根斷裂根數(shù)7根13根無（但接點(diǎn)鋼絲外露）無縱橫向平均強(qiáng)度32.5kN/m54.5kN/m51.5kN/m51.2kN/m縱橫向平均強(qiáng)度（碾壓后3天取出）25.8kN/m42.6kN/m43.8kN/m51.2kN/m強(qiáng)度折損率20.6%21.8%15.0%0第十五頁，共二十二頁，2022年，8月28日鎖扣與焊接格柵的路基碾壓模擬試驗(yàn)對(duì)于普通的焊接型鋼塑格柵與鎖扣型鋼塑格柵也進(jìn)行了與上述相同條件的模擬試驗(yàn)，但碾壓后到取出的時(shí)間更長(zhǎng)一些。結(jié)果見表2。表中數(shù)據(jù)表明，兩種格柵的施工損傷率是不同的。分析原因，可能是鎖扣型格柵的整體性能好，所以碾壓時(shí)的荷載可以分散在較大范圍的格柵上，從而使格柵上實(shí)際承受的荷載相對(duì)要小得多。項(xiàng)目鋼塑格柵鎖扣格柵型號(hào)50-5050-50縱橫向肋數(shù)20根20根斷裂根數(shù)無（但接點(diǎn)鋼絲外露）無縱橫向平均強(qiáng)度51.5kN/m52.6kN/m縱橫向平均強(qiáng)度（碾壓后15天取出）41.1kN/m49.0kN/m拉力折損率20.2%6.8%表2鎖扣與焊接格柵的碾壓折損率第十六頁，共二十二頁，2022年，8月28日格柵節(jié)點(diǎn)的擠壓強(qiáng)度試驗(yàn)

格柵節(jié)點(diǎn)的擠壓強(qiáng)度試驗(yàn)見圖1所示，試驗(yàn)結(jié)果見表3。表3數(shù)據(jù)表明：鎖扣型格柵的擠壓強(qiáng)度要比普通型格柵高六倍。立體土工格柵的擠壓強(qiáng)度要比普通型格柵高十倍。因此，立體土工格柵和鎖扣型格柵的固土能力要強(qiáng)得多。項(xiàng)目塑料格柵滌綸格柵鋼塑格柵鎖扣鋼塑格柵立體格柵型號(hào)30-3050-5050-5050-5050-50格孔距離3.8×3.82.5×2.510.5×10.510.5×10.520×20頂破強(qiáng)度320N150N210N1650N2000N固土能力一般差差強(qiáng)很強(qiáng)第十七頁，共二十二頁，2022年，8月28日格柵結(jié)點(diǎn)試驗(yàn)圖片第十八頁，共二十二頁，2022年，8月28日工程應(yīng)用實(shí)例

第十九頁，共二十二頁，2022年，8月28日結(jié)語在路基中鋪設(shè)土工格柵，是保證路基整體受力的重要技術(shù)措施之一，可改善路基土的非線性變形，以及土的流變性。設(shè)計(jì)使用土工格必然考慮鋪設(shè)碾壓過程附合失效理論要求.鋪設(shè)土工格柵，碾壓過程使土料在格柵網(wǎng)孔中產(chǎn)生嵌擠作用，產(chǎn)生很大的咬合力，格柵本身也承擔(dān)很大一部分荷載，所以大大提高了整體性。所以會(huì)產(chǎn)生如下效果：第一，在垂直方向上抗剪強(qiáng)度明顯增加；第二，荷載擴(kuò)散效果加大，使荷載分布在更大的面積上；第三，改善了局部荷載作用下土體內(nèi)部的受力狀態(tài)，降低了路基的實(shí)際承壓力，從而減少外部荷載對(duì)土體的壓縮沉降。鎖扣式格柵節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度和節(jié)點(diǎn)厚度的提高，保證了格柵網(wǎng)格對(duì)土體的有效嵌鎖，擴(kuò)大作用荷載的有效半徑，快速分解有效荷載，由于強(qiáng)度高，整體性好和碾壓損傷率小，效果更為明顯整體性好和碾壓損傷率小，效果更為明顯。

立體土工格柵除了節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度的提高來提高垂直方向上抗剪強(qiáng)度及以快速擴(kuò)散荷載受力方向，形成拱效應(yīng)，提高路基的回彈模量，并且改變震蕩頻率和方向，減少荷載在震蕩環(huán)境下對(duì)路基造成的沉降，可有效控制路基的工后沉降。土工格柵帶（結(jié)）點(diǎn)剛度是一個(gè)重要的力學(xué)特性指標(biāo)應(yīng)予以足夠的重視。鎖扣式土工格柵結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度的改善滿足失效理論從而引出土工格柵結(jié)構(gòu)形狀的力學(xué)特性，又發(fā)明立體土工格柵，這將對(duì)土工格柵的應(yīng)用產(chǎn)生有力的推動(dòng)作用。第二十頁，共二十二頁，2022年，8月28日立體土工格柵技術(shù)指標(biāo)立體格柵是在國內(nèi)外路基處理實(shí)踐過程中發(fā)明的一種特種加筋材料。是由肋帶豎立交叉編織而成的，接點(diǎn)通過交叉注塑成型，強(qiáng)度特別高。肋帶和路基按45度方向鋪設(shè)，能提高格柵有效利用率。利用接點(diǎn)強(qiáng)度來提高垂直方向向上抗剪強(qiáng)度以及快速擴(kuò)散荷載受力方向，真正形成正拱效應(yīng)，提高路基的回彈模量，并且改變震蕩頻率和震蕩方向，減少荷載在震蕩環(huán)境下對(duì)路基造成的沉降。是所有加筋材料中唯一能產(chǎn)生正拱效應(yīng)和提高抗震級(jí)別的加筋材料。立體土工格柵技術(shù)指標(biāo)：項(xiàng)目指標(biāo)型號(hào)JYGS100材料