改进后的土工格室工程应用研究.pdf

第6 期（总第2 90 期）2023年6 月D01:10.16799/ki.csdqyfh.2023.06.066城市道桥与防洪URBANROADSBRIDGES&FLOODCONTROL成果应用改进后的土工格室工程应用研究刘怀星1，杨晖?,郑召怡11.济南市市政工程设计研究院（集团)有限责任公司，山东济南2 50 0 0 2；2.中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌3 3 0 0 0 0 摘要：土工格室是具有三维空间结构的材料，具有耐磨损、运输便利、可扩展性强、自推进性强、填料选择性大等特点，可用于抢修道路及铺筑简易便道。土工格室作为加固材料铺筑路面时，作用于路面结构的顶部，在受到压力时格室节点处容易断裂。为解决格室存在的问题，通过对土工格室节点改进加固，铺筑试验用段验证其现场适用性。改进后土工格室铺筑道路具有优良的路面性能，道路抢修中，临时道路经过土工格室填充，施工机械才能直接在其上运行。铺设在约5cm顶部的保护层可以达到足够高的道路质量，有效解决甚至消除缺陷，提高交通安全性和舒适性。土工格室在抢险救灾情况下道路铺筑可行性较高，故改进后土工格室有较好的社会经济效益。关键词：土工格室；便道铺筑；性能评价；弹性模量中图分类号：U414文献标志码：B文章编号：10 0 9-7 7 16(2 0 2 3)0 6-0 2 56-0 5的强度主要由焊接节点的剥离强度决定。0引言但在实际工程应用中，土工格室的型式等对其土工格室在我国兴起于2 0 世纪9 0 年代，是一加固效果有一定影响，本文选定合适的土工格室类种通过高分子聚合物宽条带（HDPE）链接而形成的型并对格室改进处理，试验段铺筑验证其现场适用三维网状结构，具有填料选择多样性、伸缩自如、运性，围绕土工格室的节点进行研究，讨论并验证加筋输便捷、材质耐磨损等特点，在工程领域的应用意义结构的安全与稳定性。重大。作为一种新型的三维材料，土工格室被广泛应1工程概况用于处理土方地基、路堤2 、边坡防护3 挡土墙4 等工程建设。与土工织物、土工格栅等比较，土工格室节点相连接，构成空间网状结构，有效对填充物进行侧向约束，道路结构的抗压强度及承载力明显提升，沉降量减少。Liu等5 认为土工格室的节点承担、传递大量道路荷载，若节点受到破坏可能会影响荷载传递，从而导致格室内部部分结构失稳，甚至整体破坏加筋结构。Hanl6和Leshchinskyl7等在室内试验中对实验数据进行模拟计算，验证了影响土工格室性能的重要因素为格室节点。Song等8 分析格室加筋土挡墙的节点破坏模式，以离心模型试验为方法，发现节点处出现连接破坏。Yang等9通过路面加速试验测试，观察到土工格室节点出现失效。高昂等10 通过荷载作用实验得到土工格室节点加筋路堤的力学性能。Ademl、许淋颖等12 对土工格室的节点进行了力学实验验证，如室内直剪、拉拔试验等，证明土工格室收稿日期：2 0 2 2-0 7-2 5作者简介：刘怀星（197 9一），男，工学硕士，高级工程师，从事道路、桥梁设计工作。本试验段选择在现场施工条件接近于抢险条件路段。该项目海拔2 8 0 0 m，年平均气温仅有6，常年持续降雨，极端天气多发。由于极端天气影响且线路主要通行车辆为重载运料车，本标段的翻浆、唧泥现象严重，如图1所示，若管理不善，会对行车安全和舒适性造成严重影响，在施工过程的推广中，本标段被选为试验段的施工对象，并与空白组对照。图1项目工况现状2562023年第6 期刘怀星，等：改进后的土工格室工程应用研究城市道桥与防洪2土工格室改进2.1市场现状通过对现有的土工格室进行调研，发现常见的类型为双向格室与单向高强格室。双向格室节点较均衡，但其片材强度较低、节点指标较差；而单向高强格室虽然伸长率较小、节点处拉裂强度较高，但节点处剪切强度与剥离强度较低，连接节点极易发生位移与断裂。因此，应从节点处对土工格室进行加固。保证其单向高强格室的优点并减少在铺筑过程中对节点的损伤。2.2土工格室改进土工格室通过在节点处进行加强，增强节点的抗剥离破坏能力以达到增强土工格室性能的目的。具体改进方案如下：在节点中插入一片5mm厚、15mm宽的橡胶板，以加强节点,形成棱镜效果。在棱柱结构及增大的焊接表面支撑下，改进后节点的剥离强度、剪切强度和拉裂强度均高于常规格室。改进后土工格室及节点如图2 所示。改进后的土工格室同时具备单向与双向格室二者的优势；棱柱结构大大增强了节点的抗拉、抗压、抗滑能力。在与填料的相互作用下，路基固结形成锚固效应，称为“微桩效应”。表2 改进格室与现有格室节点特征对比格室描述节点型式剥离强度剪切强度拉裂强度传统格室焊接铆、插、拉伸格室缝接改进格室改进3试验段铺筑3.1试验段土工格室通过选择，山东九洲材料有限公司的士工格室符合国家标准的指标，格室壁具有菱形格网状凸起，达到增强格室壁与填料之间摩擦的目的。格室壁设有排水管，为了在突发性降雨情况下进行加固地基排水。格室类型为150 0 mm800mm,Rm150MPa,8小于15%（Rm为抗拉强度，8 为延伸率）。对节点部分改进并做微桩结构处理，如图3 所示。(a）节点类型中中低低高格室双向高强高高(b）改进后的土工格室中双向格室单向高强高格室(c）整幅格室图3 试验段土工格室以一幅土工格室作为试验道路，每条道路的尺寸长为10 m，宽度为6 m，每组道路之间设置缓冲区3 m，路基试验路共设置2 组,并在两组试验段中图2 改进后土工格室示意图间插入空白组。测试部分的设置方式如图4所示。对改进后,对土工格室进行物理性能的测试(见表1)。于施工，制造商需要购买接地砖并自行处理。施工表1改进后土工格室物理指标时，需要选择粒径不超过3 0 mm的填料，且碎石级配检测格室片格室片节点剥离节点剪切节点拉裂项目强度指标120 kN/m10%80 kN/m 80 kN/m 80 kN/m值本文对改进后的土工格室与市场现有的土工格室性能进行验证，发现改进后的土工格室性能有明显的提升（见表2）。(d）格室节点较为均匀或就地取材，就地取材的粒径不宜过大，以伸长率强度强度强度257.实现与土工格室最佳匹配。参照公路工程质量检测评定标准（JTGF80-1一2 0 17)13 1、公路路面基层施工技术细则（JTGTF202015)I4土工格室产品技术标准(JTT5162004)15公路工程技术标准（JTGB012014)16)对试验路段进行铺设与后续的性能测定。城市道桥与防洪刘怀星，等：改进后的土工格室工程应用研究2023年第6 期1000009土工格室试验段缓冲区域空白对比组缓冲区域土工格室试验段图4试验段设置（单位：cm）3.2填料（1)碎石：选取最大粒径小于等于3 0 mm且杂质少的碎石。（2）土：就地选取湿度低、杂物少的土壤进行填筑，如图5所示。30010003001000试验段采用SK300-8小型挖掘机，开挖深度约0.5m，预处理路基下部浆液及渣土碎石。后由YZ12E钢轮压路机进行压实处理，如图6(b)所示，保证下层良好的压实，便于土工格室的铺筑。(2)土工格室中的填充材料使用碎石或试验段的土壤。由于现场获得的材料具有很大的变异性,因此应尽可能避免填料粒径过大，以防止填充和加固路基难以压实；并使用湿度低的填料。(3)在高强度路基横断面方向（铺设时沿焊缝方向)铺设土工格室，不良路段及改进后的土工格室铺筑如图7 所示。(a）开挖压实处理后图7 不良路段处置及改进后土工格室布设图5试验段用填料（4)土工格室拉伸张开至6 0 0 cm1000cm，每在现场对填料进行含水率测试，参考公路工程个格室张开后大致呈正菱形，并用一定数量高度约集料试验规程（JTGE42一2 0 0 5），使用酒精燃烧法50cm的U形钉固定。测量含水率为11.2%，满足要求。(5)由于工件高度太高且松铺系数为1.3 1.4,填3.3机械设备料高出格室高度10 cm左右。应先初步整平填料,压试验段机械设备见表3。路机于保护层厚度之上进行作业。表3 试验段铺筑机械设备（6)采用3 0 t左右YZ12E钢轮压路机对试验路名称规格、标准挖掘机SK300-8装载机YL300自卸汽车金刚3 5T钢轮压路机YZ12E平地机PY220C3.4路段铺筑(1)如果在道路表面直接设置土工格室，会对土工格室性能正常发挥造成一定影响。故对试验段进行预处理,如图6 所示。（a）不良路段开挖处理图6 不良路段预处理(b）开挖后土工格室的布设数量段进行压实处理：a.加固路基，静压2 3 遍整平保证1格室是全被填料覆盖;b.采用激振力较小振幅（15t)1对试验段进行微振压实处理2 3 遍；c.采用机械最大激振力（3 0 t)对试验段压实2 3 次。格室布设后2试验段处置如图8 所示，后测量道路压实度，大于设1计压实度(93%)即可17 。1(a）格室布设后压实图8 格室布设后试验段处置土工格室铺设施工流程图如图9所示。4路段测试结果压实度是工程应用中重要的评价指标，直接影(b）开挖后压实处理响土体的强度，对路基加固具有重要意义。土工格室壁和填料之间的相互作用形成复合受力，承受道路258(b）试验段压实后工况2023年第6 期刘怀星，等：改进后的土工格室工程应用研究城市道桥与防洪行，加固试验段道路无明显破坏现象，未加固试验段场地平整张拉并铺设格室内回挂线整平填料压实铺设复合王工格室填砂砾铺设第二格室内回挂线整平道格室填砂砾格室填料图9土工格室铺设施工流程图上部荷载。如果压实度达不到标准，在车辆荷载下道路出现严重的沉降,影响格室对填料的约束作用，且格室壁与填料间的摩阻力、抗拉强度和焊点强度不能得到充分反映，使路基加固性能大大降低。弹性模量指路基荷载、路面和筑路材料产生的应力与相应弹性变形之间的关系。弹性模量表示地基在垂直荷载作用下，在弹性变形阶段抵抗变形的能力。地基的弹性模量越大，垂直荷载作用下的竖向位移越小；若垂直位移恒定，弹性模量越大，那么地基承受外部荷载的能力越强。因此，采用弹性模量来评价路面质量。由经验推导得到弹性模量计算公式（1）：E=-DxLx(1-M2)4ZL式中：E.为弹性模量,MPa;D为承载板的直径，本试验中所选承载板D=0.3m；Z L,为1mm内实测变形值之和,0.0 1mm；Z P 为对应L下的各级荷载之和，MPa;为碎石泊松比，本试验取值0.2 5。根据公路路基路面现场测试规程（JTG3450一2019)181,对试验段开展压实试验并测试道路弹性模量,并选择四个点。由于现场施工中的许多不可控因素，如填料的分散以及铺设过程中保护层设置的厚度较大，可能会出现填料密封性较差的问题，实测加固路基的模量比实际模量有所减小。测量结果见表4。表4试验段土工格室加固路基弹性模量汇总表各点所测模量E，值格室尺寸/MPa150800棱6059586259.75未加固45从表4可以看出，用于不良路段抢险的改良土工格室加固效果良好，通过控制，空白段与试验段压实度相近,在试验段的土工格室布设中,结构层的弹性模量比未加固路基的弹性模量高12.7 5MPa，提高27.13%，加固效果显著。低压实度下土工格室加固效果较差；随着压实度的提升，填料与土工格室的交互得到体现，加固效果增加。试验段铺设后，检查其平整度，检测通车以及不良路段下土工格室的性能。50 次重载后，加固段与未加固段之间存在明显差异；经过10 0 次重型车辆通格室填料填料压实平均值代表值均值1%5592.3494846土工膜(1)压实度4743道路出现较明显的破坏，如翻浆、车辙现象；加固试验段与未加固试验段的状况如图10 所示。(a）加固试验段(b)空白对照组图10 试验段疲劳分析通过实验结果分析可知，对于简易路面的抢险救灾来说，土工格室具有良好的服役效果，土工格室对于填料的侧向位移有良好的约束效果，提升结构层整体的承载力；在结构层中，改进节点的特殊棱柱结构可以有效支撑与分散上层应力，使得铺筑的简易路面具有良好的行车性能，从而延长道路的使用寿命。5结语通过对现有土工格室市场调研，发现现有土工格室在节点处均较为薄弱。对其节点强度进行改进，并将改进后的土工格室在抢险工况施工现场进行检验,结果如下：(1)通过布置抢险工况试验现场，对改进后的土工格室进行性能验证。通过设置试验段与空白段,对比二者实测得到的弹性模量及倒流压实度，以验证改进后的土工格室对道路性能的提升。在50 辆和100辆重载车辆通过后，以及车辆通过后的第二天，对试验段及空白路段进行检查，以评估改进后的土工格室的路面服役性能。由测试结果可知,加固试验路段未出现明显破坏现象，未经处理的道路出现较明显的破坏,如翻浆、车辙现象。(2)经改进的土工格室支撑后，简单改进的路面92.7具有良好的路用性能，施工车辆可直接沿道路行驶、转弯和掉头；在土工格室上部设置约5cm的填料保护层，即可保证道路质量。参考文献：1 HEGDE A.Geocell reinforced foundation beds-past findings,presenttrends and future prospects:a state-of-the-art reviewJj.Constructionand Building Materials,2017,154:658-674.2赵明华，陈大兴,刘猛，等.考虑土拱效应影响的路堤荷载下土工格室加筋体变形分析J.岩土工程学报，2 0 2 0，42（4)：6 0 1-6 0 9.3 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transformation and upgrading of manyindustries.At present,3D printing technology is widely used in the aerospace,materials,medicaltreatment,automobile,construction and other industries,and has received the good feedback.So theresearchers are looking at whether 3D printing can be combined with traffic engineering.The types andadvantages of 3D printing technology are briefly summarized.The application of 3D printing technology inthe bridge engineering,road engineering and rail transit(mainly railway)is overviewed.The application of3D printing technology in these three aspects is mostly in the stage of exploration.The applicationprospect of 3D printing technology in the traffic engineering is expected.Keywords:3D printing;bridge engineering;road engineering,rail transitApplication of Engineering Application of Improved Geocell LIU Huaixing,YANG Hui,ZHENG Zhaoyi(256)Abstract:Geocell is a material with three-dimensional spatial structure,is the road material with thecharacteristics of wear resistance,convenient transportation,strong expansibility,strong self-propulsionand large filler selectivity,and can be used for the rush repairs of road and the paving of easy roads.Geocell acts on the top of the pavement structure when used as the reinforcement material to pavepavement.The format node is easy to break under pressure.In order to solve the problems existing ingeocell,the geocell nodes are improved and reinforced,and the trial section is paved to verify its in-situapplicability.The improved geocell to pave road has the excellent pavement performance.In the rushrepair of roads,when a temporary road passes the geocell filling,the construction machinery can rundirectly on it.The protective layer laid on the top of about 5 cm can achieve a high enough road quality,which can effectively solve or even eliminate the defects,and improve the traffic safety and comfort.Geocell is more feasible in road paving under the emergency rescue and disaster relief.Therefore,theimproved geocell has the better social and economic benefits.Keywords:geocell;paving of easy road;performance evaluation;elastic modulusFrequency Identification Technology of Stay Cable in Road and Bridge Detection.ZHAO Lin,JIA Pengfei,WU Huayong,MA Minglei,YANG Wei(261)Abstract:The specific application of stay cable frequency identification technology in road and bridgedetection is expounded,and then the principle of vibration frequency method and the correspondingcalculation formula are put forward.Through the test case,it is pointed out that the IBIS-FS system isused to carry out the multi-order frequency identification,and further to analyze the important factorsaffecting the force measurement of the stay cable,mainly including the boundary conditions of stay cable,setting of the bending strength,the accuracy of the spectrum analysis results,the shock absorber device,and the sags of stay cable.In the future,with the development of science and technology,the application ofstay cable frequency identification technology can accurately identify the vibration frequency of the bridge