土工格室應用于公路建設的基本原理

　　土工格室之所以具有卓越功效而受到工程界的關(guān)注，還應從其基本原理說(shuō)起。國外文獻中在描述其原理時(shí)稱(chēng)其為“一種蜂窩狀三維限制系統，可以在很大范圍內顯著(zhù)提高普通填充材料在承載和蟲(chóng)蝕控制應用中的性能。”它的關(guān)鍵原理就是三維限制。大家都知道，當汽車(chē)行駛在沙漠上時(shí)，就會(huì )壓出兩道深深的轍印，被壓部分深深下陷，車(chē)轍兩側會(huì )高高隆起。后面的車(chē)輛如果繼續沿著(zhù)車(chē)轍前進(jìn)，沉陷部分會(huì )進(jìn)一步下沉、隆起部分會(huì )進(jìn)一步隆起，直到隆起部分蹭到了車(chē)底盤(pán)、沉陷的車(chē)轍埋沒(méi)了大半個(gè)輪子，進(jìn)而無(wú)法前進(jìn)。之所以如此，就是因為當外荷作用于地基表面時(shí)，依據普朗特爾理論和泰勒理論可知：在集中荷載的作用下，主動(dòng)區1受壓下沉，并將力向兩側分解傳遞給過(guò)渡區2，過(guò)度區2又傳給被動(dòng)區3，被動(dòng)區就會(huì )毫無(wú)限制地發(fā)生形變而隆起。也就是說(shuō)，載荷一旦作用干路基，在載荷的下方就會(huì )形成起契狀的主動(dòng)區域，它又通過(guò)過(guò)渡區域進(jìn)行擠壓，從而使被動(dòng)區域發(fā)生隆起。也就是說(shuō)，通過(guò)沿滑移線(xiàn)的剪切力和移動(dòng)主動(dòng)、過(guò)渡、被動(dòng)三個(gè)區域的力決定了地基的承載能力。不僅在沙基地上可以十分明顯的體會(huì )到以上原理的真實(shí)過(guò)程，在軟基公路上也會(huì )找到這種的樣板，只不過(guò)其形成的速率較之在砂上的變化慢些罷了即使較好的路基材料也仍然無(wú)法避免其橫向移動(dòng)。一般的高速公路路基都高出地面好幾米，吸水翻漿不太容易，但長(cháng)期沉降依然存在。究其原因，雨水透、材料流失、基地下沉是其中部分原因，路基路面在車(chē)輪荷載長(cháng)期碾壓、振動(dòng)力的作用下，材料向路基斷面兩側橫向位移不可否認是另外一個(gè)十分重要的原因。

　　工程中常規處理路基的方法無(wú)需贅述，其目的就是提高地基材料的抗剪力和摩擦力。減少或延緩地基材料在荷載的壓力或震動(dòng)作用下發(fā)生移動(dòng)的能力，因而工程中對材料的要求必然有許多苛刻的限制，如果不能就近獲取所需材料，就需要外購這些材料，購買(mǎi)材料的費用和運輸費用占去整個(gè)工程成本的很大部分。而使用土工格室就可以就地或就近取材，甚至可以使用在常規情況下不能使用的材料，從而大幅度減少材料購置費用和運輸費用。為什么會(huì )這樣呢?土工格室承載情況示意：在集中載荷作用下，受力的主動(dòng)區1依然會(huì )把所受的力傳遞給過(guò)渡區2，但由于格室壁的側向限制和相鄰格室的反作用力，以及填料與格室壁的摩擦力所形成橫向阻力，抑制了過(guò)渡區2和被動(dòng)區3的橫向移動(dòng)傾向，從而使路基的承載能力得以提高。經(jīng)過(guò)試驗，在格室的限制作用下，中密砂的表觀(guān)粘聚力可以增加三十幾倍。很顯然，如果能增加路基材料的抗剪力或抑制三個(gè)區域移動(dòng)就可以取得提高地基承載力的效果，這就是土工格室的限制原理。

　　大多情況下格室內充填砂礫或碎石等非粘性材料，因此，土工格室加固層又是一個(gè)水平排水通道，可加快飽和土固結過(guò)程中空隙水壓力消散速度，從而加速土體的固結?？傊?，土工格室具有墊層、加筋、排水、調節應力及變形，提高土體抗滲能力的綜合功效。