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荷蘭交通與基礎工程信息中心編寫的CROW157報告是荷蘭道路結構的設計指南,其第六***和第十一***專門針對土工合成材料,將加筋材料的生產工藝分類,并針對每個類別提出了其加筋性能曲線⑶。從曲線上看出,與其它類型格柵相比,拉伸型格柵的加筋性能相對較好。
坦薩公司的新型三向土工格柵于2007年在歐洲上市,為了研究這種格柵的加筋效果,英國建筑研究中心BRE(Building Research Establishment)專門制作了直徑3米的大型承載力試驗設備,研究不同類型格柵、不同加筋層數、不同地基土類型對加筋效果的影響⑷。從模型試驗結果看,三向格柵由于其獨特的幾何結構,加筋地基的效果更勝一籌。
本文通過載荷板試驗對不同類型格柵加筋墊層開展了現場試驗研究,選取了目前市場上常用的拉伸型、經編型、和焊接型雙向格柵,以及坦薩公司的新型專利產品—拉伸型三向格柵等四種材料,比較不同格柵類型加筋墊層的承載能力、變形特性、及荷載擴散特性。
分析
當土工格柵用于地基加固時,在其上鋪設的碎石層會穿過土工格柵網孔并嵌于網孔中。只有當碎石層的側向變形被很好地約束,整個加筋墊層才會形成一個穩定的,整體的結構。這時加筋的機理就不能用“張拉膜”理論解釋,而是網孔的嵌鎖作用。而影響嵌鎖作用的因素,實際就是列于表1中影響加筋效果的因素。
1) 從節點強度看,拉伸型格柵的節點與網孔是在生產中同時形成,為一個整體;而焊接格柵與經編格柵的節點都是在縱、橫向加筋帶形成后再二次通過焊接、編結的工藝成型,其節點強度必然會比拉伸型格柵小。而節點強度不夠,就會造成網孔的平面抗扭剛度小,無法很好地約束碎石的側向變形。這應該是造成焊接、經編格柵加筋性能不如拉伸型格柵的主要原因。
2) 從網孔大小看,焊接格柵網孔最大接近100mm,許多碎石會堆積在網孔內,只能靠碎石之間自身的作用相互擠壓,加筋效果不明顯;而經編格柵網孔最小,不到15mm,97%以上的碎石粒徑都大于這個值,這使得碎石無法嵌擠進入網孔,只能“浮”于格柵之上,加筋的效果大打折扣。而兩種拉伸型格柵的網孔都正好與碎石粒徑相適應,加筋效果自然就會比較明顯。
3) 從網孔形狀看,坦薩三向格柵TX170由于其獨特的三角形網孔結構,就比同為拉伸型格柵的SS30加筋效果好,證明三角形網孔對碎石的嵌鎖能力更強,加筋墊層的性能更好。
天水優質土工格柵的結論
(1)格柵加筋后對地基承載力都有不同程度的提高。而沖孔拉伸型土工格柵的優勢較為明顯,尤其是坦薩三向格柵,由于其網孔呈現特殊的三角形,改善程度尤為突出,與不加筋方案相比,極限承載力可以提高35%左右。
(2)加筋墊層的性能除了體現在承載力上面,關鍵的一點也是要看對地基土的擾動。三向格柵斷面,沉降主要發生在碎石層內,而砂層沉降只占總沉降的30%不到,說明對砂層的擾動極小。而經編格柵和焊接格柵斷面,砂層的沉降都很大,尤其是焊接格柵斷面,在荷載作用下,對地基有極大的擾動。
(3)通過公式計算加筋墊層的變形模量得到模量比,三向格柵依然最具優勢。
(4)砂層頂面的應力主要作用在45度擴散角范圍內,這與設計中采用45度擴散角進行加筋墊層的計算相吻合。