土工格栅在软基工程中的分析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,土工格栅在路基工程中的,实验与分析,宜兴市鑫泰土工材料有限公司,土工格栅在路基工程中的实践与分析,1.,铁路路基和公路路基的工程特点,2.,土工格栅及其作用,2.1,土工格栅的作用,2.2,土工格栅与土相互作用,3 .,土工格栅及其使用的现状,3.1,塑料双向拉伸格栅和涤纶格栅,3.2,钢塑格栅和,PP,拉伸格栅,3.3,锁扣土工格栅,3.4,立体格栅,4.,试验对比,4.1,三种格栅的路基碾压模拟试验,4.2,锁扣与焊接格栅的路基碾压模拟试验,4.3,格栅节点的挤压强度试验,4.4,工程图片,5,结语,铁路路基和公路路基的工程特点,铁路公路路基的基本作用是承受路堤重量和路面传来的荷载以及震荡造成的影响，确保路面强度与稳定性。路基都是由岩土构筑而成的复合地基，其结构形成简单，工程数量很大，由于岩土分布不匀，其强度与稳定性受自然因素的影响极大。如果坝基和路基设计不当，不仅施工难度增加、工程费用提高而且路基病害隐患多，难以轻易消除。所以，土工格栅的研究对路基设计理论，剖析路基工程特点，不断完善其设计方法，对于公路铁路港口码头等交通工程，提高工程质量降低工程造价有着不可忽视的作用。我从力学结构对工工格栅的进行分析，大大提高路基的抗沉降能力，确保路面强度与稳定性。,根据大连理工大学王海清老师关于,土工合成材料在试验和应用中的若干观点、理论、方法探讨,中土工格栅生产研制过程中应考虑几何结构，形状及节（结）点转动刚度影响，以及加筋材料在土体内可能受到循环拉力作用下的疲劳损伤，由于火车或汽车及波浪等荷载会使土体内的筋材受到多种频率的循环次生拉力作用。因此需考虑此种工作状态下如何选取安全的筋材拉力强度值，以及结构形状。能否解决不均匀沉降和工后沉降的问题，是加筋材料研究的方向。据此而对我国现有加筋材料进行对比分析，提出新的方法供大家研究参考。,土工格栅的作用,土工格栅是一种合成材料，它具有较高的抗拉强度和低延伸率，能适应地基变形，改善地基的性能，同时具有较高的撕裂强度，顶破强度和冲破强度，能承受较大的冲击力。土工格栅增强坝基和路基材料性能机理在于粒料进入格栅结构的格孔中产生嵌锁效应，即粒料的侧向移动受到限制，粒料土工格栅形成土肋材料复合体，从而有效地分散路基负荷，极大增强剪切强度。土工材料的应用对改善路基土的非线性变形，以及土的流变性有明显提高。,目前我国加筋工程中所用加筋土工合成材料是以土工格栅为主，因而它的力学形状和与土联合工作状况就成为有关部门的研究热点之一。其中有关土工格栅节（结）点的研究也逐渐成为重点之一。,土工格栅与土相互作用,埋在土中的格栅在动载作用下，其锚固能力是通过摩阻力和支承阻力获得的。沿着拉拔荷载方向的纵肋提供摩阻力,F1,，垂直方向的横肋提供摩阻力,F2,和支承阻力,F3,。纵肋的伸长率和横肋抗挠刚度会影响摩阻力和支承阻力的发挥。最终的抗拔力,(Koerner R.M,1989),为三力之和，因此，增大格栅节点锚固能力可增大总摩阻力，即增大总抗拔能力。,另根据,Desai,等,(1985),提出的刚度和概念：,（,1,）,式中：,Ke,触面的等效剪切刚度；,Fm=MAt=W/gAt,，为通过接触面传递的最大剪力；,At,为接触面传递的最大加速度；,M,和,W,分别为接触面的质量和重量；,Sa,为接触面滑动位移。,这说明，格栅接触面滑动位移越小，路基剪切刚度越大。,土工格栅及其使用的现状,我国现在已有的土工格栅各有利弊，土工格栅种类很多，应用在不同的地区，现已开发成功的有塑料拉伸格栅、钢塑格栅、涤纶格栅、玻纤格栅、,PP,拉伸组合格栅。各种格栅都有其优点，也有其不足。,塑料双向拉伸格栅和涤纶格栅,我国实际施工中存在许多不尽人意的地方，只有根据我国的具体情况设计生产符合我国国情的土工格栅，方能达到预期的设计要求。塑料双向拉伸格栅，我国现在生产的从,15kN/m,至,45kN/m,，抗拉力小。应用于含水量少，粒料小路基变形小的地区较为理想，塑料格栅格孔距离为,38mm38mm,左右,涤纶格栅为,25mm25mm,左右，涤纶格栅因其节点强度较小，整体性差，在没有砾石等情况下，上下填土层密度一致，路基加肋作用显著，但在山区或填方土中含砾石等硬性杂质就不适合用此两种格栅。一般情况下，压路机碾压过程中，大部分肋条在有砾石的情况下有,18%,断裂或更多，都是应力集中的充分体现,还会出现上下路基密度不一致现象，涤纶格栅断率延伸率在,15%,左右，变形较大，并且摩阻较小,格栅利用率低。,钢塑格栅和,PP,拉伸格栅,为了更好地解决格栅断裂和路基密实及延伸率大的问题，出现了钢塑格栅和,PP,拉伸格栅。钢塑格栅是以钢丝作为拉肋材料，外包塑料为保护层，形成钢塑带，,PP,拉伸格栅是有聚丙烯拉伸带，通过超声波焊接而成的土工格栅，格孔距离为,10cm,至,15cm,，纵横向可以任意组合，拉力可达,150kN/m,。在沪宁高速扩建、沈大公路扩建、台金高速、省,312,国道改造中大批量应用。虽然钢塑格栅和,PP,拉伸格栅改变了原有格栅的不足，解决了碾压过程中的断裂问题，也解决了路基密实问题，满足了填土粒料材料的要求（格孔较大），并且钢丝伸长率小，一般在,3%,左右，所以都认为很好。但我们在沈大高速、沪宁高速、,312,国道等扩建施工中发现了新问题，在受力不均匀时，即压路机在碾压过程中，节点可靠性差造成钢丝外露，纵横向相互作用力失效，并且纵横向移位大，格栅整体作用损失较大。国内有部分土石坝电厂大坝选用,PP,拉伸格栅，也是出现节点可靠性差。经我们分析发现主要是因为节点是通过超声波焊接而成的，节点靠塑料粘合，其节点强度很小，在施工过程中及容易造成节点分离，所以格栅整体性差，嵌锁力、摩擦力都不够理想。,锁扣土工格栅,我厂积极研究开发成功专利产品锁扣式土工格栅（专利号,200620068367.8,），高强一体化土工格栅,(,专利号,200620125023.6),锁扣土工格栅高强一体化土工格栅是用多根加强钢丝水平排列周围注塑成一层,PE,层的肋带或聚丙稀拉伸带，纵横向肋带经过经纬编织成网状格栅，肋带交叉节点用锁扣通过特殊注塑成型法一次成型，使节点可靠结实，在路基使用过程中，节点绝对牢固（节点强度比焊接式高二十多倍），节点强度的提高对增加摩擦阻力并且充分保护钢丝，纵横向位移很小，保证了格栅网格对土体的有效嵌锁，扩大作用荷载的有效半径，快速分解有效荷载，在实际应用中又调整结点厚度大于一公分,以增加摩擦阻力,整体性能特别优越，适合各种地质条件。锁扣式土工格栅能使纵横向筋带相互作用并充分发挥，加上其嵌锁作用和摩擦性能好，使得综合作用大大提高，很好地解决了工程应用中出现的问题，使加筋用土工格栅真正发挥其作用，具有广泛的适用性。,锁扣式格栅,是国内唯一一种免搭接的一体化土工格栅，能降低材料成本,且使格栅的整体利用率提高三至五倍。但还不能做到拉力强度和摩擦阻力相等,下图 力学分析,立体土工格栅,我厂根据土工格栅的应用机理,Tandjiria(2002),通过圆弧滑动极限平行法，对软土路基上加筋路堤的稳定性进行分析，开发出一种立体土工格栅（发明专利,200810100611.8,），既有土工格栅的强度特性，又有土工格室的固土特性。立体格栅通过三轴试验，对加筋材料在不同的围压下加筋土的应力应变和剪切强度进行研究，用对比实验的方法证明立体土工格栅优于现在国内外任何一种土工格栅，由于立体土工格栅的结构不同，产生的摩阻和格栅的拉力几乎相等，格栅的有效利用率最高，粒料进入格栅结构的格孔中产生有效嵌锁，由于立体格栅的结构特点，能产生正拱效应，回弹模量明显增加，而平面格栅只能产生反拱效应，也就是电杆效应。由于,立体土工格栅,的特殊结构，还可改变受力方向，改变震荡频率，可有效地防止震荡造成的路基沉降，并且有很好的过载效能。,立体格栅力学分析,四,种格栅的路基碾压模拟试验,土工格栅碾压模拟试验利用失效理论第二第三强度理论普通格栅都出现断裂破坏现象,只有锁扣式土工格栅附合失效理论要求,三种格栅进行路基碾压模拟试验，条件如下：,A.,用料为粒径小于,7cm,的砾石,30%,，粘土,70%,；,B.,压路机型号,ZYJ8/10,；,C.,碾压层厚度,22cm,碾压,7,次。,试验结果见表,1,。表,1,数据表明，不同的格栅都有不同程度的施工损伤率。,项目,塑料格栅,涤纶格栅,钢塑格栅,立体格栅,型号,30-30,50-50,50-50,50-50,纵横向肋数,46,根,80,根,20,根,16,根,断裂根数,7,根,13,根,无（但接点钢丝外露）,无,纵横向平均强度,32.5kN/m,54.5 kN/m,51.5 kN/m,51.2 kN/m,纵横向平均强度,（碾压后,3,天取出）,25.8 kN/m,42.6kN/m,43.8 kN/m,51.2 kN/m,强度折损率,20.6%,21.8%,15.0%,0,锁扣与焊接格栅的路基碾压模拟试验,对于普通的焊接型钢塑格栅与锁扣型钢塑格栅也进行了与上述相同条件的模拟试验，但碾压后到取出的时间更长一些。结果见表,2,。表中数据表明，两种格栅的施工损伤率是不同的。分析原因，可能是锁扣型格栅的整体性能好，所以碾压时的荷载可以分散在较大范围的格栅上，从而使格栅上实际承受的荷载相对要小得多。,项目,钢塑格栅,锁扣格栅,型号,50-50,50-50,纵横向肋数,20,根,20,根,断裂根数,无（但接点钢丝外露）,无,纵横向平均强度,51.5 kN/m,52.6 kN/m,纵横向平均强度,（碾压后,15,天取出）,41.1 kN/m,49.0 kN/m,拉力折损率,20.2%,6.8%,表,2,锁扣与焊接格栅的碾压折损率,格栅节点的挤压强度试验,格栅节点的挤压强度试验见图,1,所示，试验结果见表,3,。表,3,数据表明：锁扣型格栅的挤压强度要比普通型格栅高六倍。立体土工格栅的挤压强度要比普通型格栅高十倍。因此，,立体土工格栅,和,锁扣型格栅,的固土能力要强得多。,项目,塑料格栅,涤纶格栅,钢塑格栅,锁扣钢塑格栅,立体格栅,型号,30-30,50-50,50-50,50-50,50-50,格孔距离,3.83.8,2.52.5,10.510.5,10.510.5,2020,顶破强度,320N,150N,210N,1650N,2000N,固土能力,一般,差,差,强,很强,格栅结点试验图片,工程应用实例,结 语,在路基中铺设土工格栅，是保证路基整体受力的重要技术措施之一，可改善路基土的非线性变形，以及土的流变性。,设计使用土工格必然考虑铺设碾压过程附合失效理论要求,.,铺设土工格栅，碾压过程使土料在格栅网孔中产生嵌挤作用，产生很大的咬合力，格栅本身也承担很大一部分荷载，所以大大提高了整体性。所以会产生如下效果：,第一，在垂直方向上抗剪强度明显增加；,第二，荷载扩散效果加大，使荷载分布在更大的面积上；,第三，改善了局部荷载作用下土体内部的受力状态，降低了路基的实际承压力，从而减少外部荷载对土体的压缩沉降。,锁扣式格栅,节点强度和节点厚度的提高，保证了格栅网格对土体的有效嵌锁，扩大作用荷载的有效半径，快速分解有效荷载，由于强度高，整体性好和碾压损伤率小，效果更为明显整体性好和碾压损伤率小，效果更为明显。,立体土工格栅,除了节点强度的提高来提高垂直方向上抗剪强度及以快速扩散荷载受力方向，形成拱效应，提高路基的回弹模量，并且改变震荡频率和方向，减少荷载在震荡环境下对路基造成的沉降，可有效控制路基的,工后沉降,。,土工格栅带（结）点刚度是一个重要的力学特性指标应予以足够的重视。,锁扣式土工格栅,结点强度的改善满足失效理论从而引出土工格栅结构形状的力学特性，又发明,立体土工格栅,，这将对土工格栅的应用产生有力的推动作用。,立体土工格栅技术指标,立体格栅是在国内外路基处理实践过程中发明的一种特种加筋材