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1、<p> 土工合成材料鋪設(shè)損傷現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究</p><p> 摘 要:土工合成材料的鋪設(shè)損傷是工程中廣泛關(guān)注的問(wèn)題,文章總結(jié)了國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀和國(guó)外研究成果,并結(jié)合工地現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出了結(jié)論:鋪設(shè)過(guò)程的機(jī)械損傷是導(dǎo)致土工合成材料強(qiáng)度降低的主要原因,針對(duì)鋪設(shè)損傷所造成的強(qiáng)度降低指標(biāo)的研究具有重要實(shí)用價(jià)值。 </p><p> 關(guān)鍵詞:土工合成材料;鋪設(shè)損傷;強(qiáng)度折減系數(shù);現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) <
2、;/p><p> 土工合成材料鋪設(shè)損傷是加筋土工程中廣為關(guān)注的問(wèn)題,國(guó)外研究結(jié)果表明:在路堤加筋工程中,壓實(shí)機(jī)械的碾壓是導(dǎo)致土工合成材料強(qiáng)度降低的主要因素之一,相對(duì)于國(guó)外的深入研究,國(guó)內(nèi)對(duì)該領(lǐng)域的研究工作較少,用于指導(dǎo)工程實(shí)踐的研究成果更為缺乏,而隨著國(guó)內(nèi)高等級(jí)公路建設(shè)的不斷深入,公路穿越的不良地基也越來(lái)越復(fù)雜,導(dǎo)致土工合成材料用量急劇增加。因此,對(duì)土工合成材料鋪設(shè)損傷進(jìn)行研究,已成為工程建設(shè)的一項(xiàng)迫切需求。本文依
3、托某高速公路擴(kuò)建工程,對(duì)土工合成材料鋪設(shè)損傷進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究,從而為土工合成材料鋪設(shè)損傷研究提供了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)依據(jù),對(duì)于進(jìn)一步深入研究以及工程實(shí)踐,都具有重要的實(shí)際意義和參考價(jià)值。 </p><p> 1 工程概況及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) </p><p> 在某高速公路施工現(xiàn)場(chǎng)選擇一塊15m×4.5m的平坦的場(chǎng)地,去除表層雜草及腐殖土,用施工機(jī)械整平并用重型壓路機(jī)(本試驗(yàn)采用徐州工程機(jī)械廠
4、生產(chǎn)的18t光輪壓路機(jī))碾壓4~6遍,以前后兩次的碾壓不再出現(xiàn)明顯輪跡為止。 </p><p> 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)路堤施工所確定的松鋪系數(shù),在壓實(shí)好的場(chǎng)地上用路基填筑材料鋪筑一定厚度的填料并壓實(shí)至30cm厚的下臥層,然后用壓路機(jī)進(jìn)行碾壓,在碾壓初始不斷用人工來(lái)找平,下臥層的施工完全按照現(xiàn)行《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF10-2006)進(jìn)行。 </p><p> 將事先裁好的土工布和土工格柵
5、按試驗(yàn)方案要求平鋪在已碾壓好的下臥層上,試樣的裁剪嚴(yán)格按照現(xiàn)行《公路土工合成材料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E50-2006)進(jìn)行。并用人工在上面鋪筑一定厚度的同一種填料,不同厚度之間保留0.5m的過(guò)度段,試驗(yàn)段兩側(cè)填料各寬出土工合成材料1m,以保證合成材料上面填料的壓實(shí)度。本試驗(yàn)采用壓實(shí)后10cm、20cm和30cm的不同對(duì)比厚度。鋪筑完畢后進(jìn)行壓實(shí),然后用灌砂法測(cè)定碾壓后的壓實(shí)度,所有的碾壓和試驗(yàn)方法皆按現(xiàn)行有關(guān)公路技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。除地基外,
6、下臥層及上層填料的壓實(shí)度皆保證93%且最低碾壓次數(shù)不低于10次。 </p><p> 圖1 現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)試驗(yàn)路段碾壓前照片 </p><p> 本次試驗(yàn)共用兩種填料,分別為礫類土(粗顆粒為花崗巖)和砂類土(粗顆粒為砂巖)。每種填料各做了壓實(shí)后10cm、20cm、30cm三種不同鋪設(shè)厚度的對(duì)比試驗(yàn),共做了5個(gè)不同廠家的 12塊試樣。除土工織物的每塊尺寸均為1.2m×1.2m外,其他
7、幾種土工格柵的鋪設(shè)用試樣尺寸分別為:A土工格柵0.8m×1.6m,B土工格柵的尺寸約為1m×1.8m,C土工格柵的尺寸為2.4m×3.6m。 </p><p> 圖2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)路段碾壓后情況 </p><p><b> 2 試驗(yàn)結(jié)果分析 </b></p><p> 為了解碾壓后土體顆粒粒徑變化,用四分法取試驗(yàn)
8、前后不同碾壓厚度的礫類土各100kg左右進(jìn)行篩分試驗(yàn),表1給出了砂巖砂類土的物理指標(biāo),表2給出了花崗巖礫類土篩分后D50的變化值,圖3則給出了花崗巖礫類土未碾壓前及碾壓后的篩分曲線。 </p><p> 圖3 花崗巖礫類土篩分試驗(yàn)曲線 </p><p> 由表2可以看出花崗巖礫類土經(jīng)碾壓后D50迅速降低,鋪設(shè)厚度越小,D50降低的也越小,30厚填料經(jīng)碾壓后,D50下降了近一半,由此可以
9、看出,土工合成材料在碾壓過(guò)程中所承受損傷也將相當(dāng)嚴(yán)重,圖4為試驗(yàn)后塑料土工格柵照片。 </p><p> 圖4 30cm花崗巖礫類土下B土工格柵 </p><p> 壓實(shí)后10cm厚礫類土下的塑料土工格柵,掘出后共有7根斷肋,占整個(gè)肋數(shù)的21.8%,并有超過(guò)一半的粘結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)滑動(dòng)脫落;壓實(shí)后20cm厚花崗巖礫類土下的塑料土工格柵,亦有近一半的接點(diǎn)遭到破壞,但未發(fā)現(xiàn)斷肋,這說(shuō)明20cm以上
10、礫類土的填筑厚度對(duì)土工格柵有較好的保護(hù)作用,但由此造成的損傷仍很明顯;壓實(shí)后30cm厚礫類土填料下的塑料土工格柵,亦未發(fā)現(xiàn)因碾壓而造成的斷肋現(xiàn)象,但遭到破壞的接點(diǎn)數(shù)亦近1/3,在此種填料和厚度下鋪設(shè)的兩塊土工織物,上層表面明顯的搓松起毛,特別是規(guī)格為250g/m2的土工織物,上表面破壞更為明顯,粗估其強(qiáng)度降低有一半左右,但與下臥層相接觸的下表面卻仍非常光滑,幾乎未有什么改變,由此可見(jiàn)下臥層的光滑和平整對(duì)于土工合成材料的鋪設(shè)損傷具有一定影
11、響。同時(shí),這兩塊土工織物經(jīng)鋪設(shè)碾壓后各有多處孔洞,比較嚴(yán)重的一塊有明顯10多處較大的孔洞。在30cm厚砂巖砂類土下鋪設(shè)的塑料土工格柵,外表無(wú)明顯變化,既無(wú)斷肋也無(wú)結(jié)點(diǎn)破壞。在該類填料下鋪設(shè)的兩塊土工織物,其下表面變化不大,但上表面亦被搓動(dòng)起毛,這顯然會(huì)對(duì)土工織物的強(qiáng)度造成影響。由此可見(jiàn),即便在土工合成材料上面鋪筑30cm厚的砂類土,其損</p><p> 將鋪設(shè)前后的土工合成材料進(jìn)行寬條樣拉伸,其中塑料土工格柵
12、亦應(yīng)用20cm的夾具,所得拉伸試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。 </p><p> 注:強(qiáng)度折減系數(shù)為原始試樣最大拉伸強(qiáng)度與鋪設(shè)損傷后試樣的最大拉伸強(qiáng)度比值。 </p><p> 由表3可以看出,兩種土工織物在砂巖砂類土下的強(qiáng)度折減系數(shù)都在1.5左右,而在花崗巖礫類土下的強(qiáng)度折減系數(shù)都大于2.0,亦即鋪設(shè)后最大拉伸強(qiáng)度損失了50%以上,由此可見(jiàn),鋪設(shè)損傷對(duì)土工合成材料強(qiáng)度降低的影響非常顯著。 <
13、/p><p> 針對(duì)單向粘結(jié)式C塑料土工格柵CATTDG40,現(xiàn)場(chǎng)還用花崗巖礫類土和砂巖砂類土做了壓實(shí)后10cm、20cm和30cm三種不同厚度的對(duì)比試驗(yàn),試驗(yàn)所得的強(qiáng)度折減系數(shù)見(jiàn)表4。 </p><p> 由上表可以看出,當(dāng)填料壓實(shí)后厚度為10cm時(shí),試驗(yàn)用土工合成材料強(qiáng)度降低極為明顯,這說(shuō)明過(guò)薄的填料鋪設(shè)厚度會(huì)對(duì)土工合成材料產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p傷,國(guó)外研究結(jié)果表明:土工合成材料上面覆蓋15cm厚
14、的填料松鋪厚度是施工時(shí)的最低鋪設(shè)厚度,虛鋪厚度低于此值,土工合成材料鋪設(shè)損傷后強(qiáng)度將急劇下降。本次現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)用18t重型振動(dòng)壓路機(jī),對(duì)以上兩種填料的有效壓實(shí)厚度皆在30cm左右,故當(dāng)填料的鋪設(shè)厚度在20cm左右時(shí),塑料土工格柵仍承受了較大的鋪設(shè)損傷。由此可見(jiàn):在路堤加筋工程中,當(dāng)填料的鋪設(shè)厚度在壓實(shí)機(jī)械有效壓實(shí)厚度附近時(shí),不僅可有效利用壓實(shí)機(jī)械,而且對(duì)降低土工合成材料的鋪設(shè)損傷具有重要意義,過(guò)薄的碾壓層厚不僅會(huì)導(dǎo)致施工機(jī)械的浪費(fèi),而且對(duì)土
15、工合成材料的強(qiáng)度保持也不利。 </p><p><b> 3 結(jié)語(yǔ) </b></p><p> 通過(guò)土工合成材料鋪設(shè)損傷現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),驗(yàn)證了室內(nèi)模擬試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和可重復(fù)性,也證明本文所得出的土工合成材料鋪設(shè)損傷折減系數(shù)建議值獲得了工程實(shí)踐驗(yàn)證,該系數(shù)具有可推廣性和工程實(shí)用性。同時(shí)通過(guò)對(duì)不同鋪設(shè)厚度的現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)損傷試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析表明,過(guò)薄的填料鋪設(shè)厚度會(huì)對(duì)土工合成材
16、料造成過(guò)大鋪設(shè)損傷,在加筋土工程施工中,根據(jù)填料和壓實(shí)機(jī)具類型合理確定出填料的有效攤鋪厚度,不僅可充分發(fā)揮壓實(shí)機(jī)具的有效性能,而且對(duì)于避免土工合成材料遭受過(guò)大的鋪設(shè)損傷具有重要意義。 </p><p> 在路堤加筋工程中,壓實(shí)機(jī)械的碾壓是導(dǎo)致土工合成材料強(qiáng)度降低的主要因素之一,歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),土工合成材料的最不利狀態(tài)是在施工鋪設(shè)階段,如果土工合成材料經(jīng)受得了施工鋪設(shè)過(guò)程中引起的應(yīng)力,那么也就能經(jīng)受使
17、用階段的應(yīng)力。由此可以看出鋪設(shè)損傷對(duì)土工合成材料工程應(yīng)用有著重要的影響。試驗(yàn)結(jié)果不僅證明了鋪設(shè)損傷是導(dǎo)致土工合成材料強(qiáng)度降低的一個(gè)主要影響因素,同時(shí)也土工鋪設(shè)損傷的研究提供了重要的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)依據(jù)。 </p><p><b> 參考文獻(xiàn) </b></p><p> [1] 包承綱.土工合成材料應(yīng)用原理與工程實(shí)踐[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2008. </p
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