土工格柵與粒料的相互作用,你知道多少?
大部分土工格柵皆可使用在道路路面工程的級配粒料層與路基的隔離層,可以增加路面穩定性及改善路基耐久性。土工格柵與粒料的相互作用可提供道路基層結構的強度,土工格柵本身亦可提供過濾與透水的功能使孔隙水壓分散在粒料層而避免道路基層結構因孔隙水壓增加而被破壞。道路路面結構采用土工格柵的功能包含隔離、過濾、排水及加勁。
土工格柵使用在道路路面的優點包括減少路基的應力并防止底層粒料侵入路基,防止底層材料受污染,減少不合適路基材料的厚度,減少維修,減少施工期間路基擾動,增加路基強度及減少路面的差異沉降。由于土工格柵可降低路面的差異性沉降及減少維修,因此亦可延長路面的使用年限。
隔離功能系利用土工格柵將兩種相連的材料分隔,以防止兩種材料混合而造成不穩定。隔離功能的主要機制包含防止下方細料上涌至上方級配料及防止上方級配料侵入下方細料。因上部反復荷載或地下水壓力變化而涌入上方級配層的空隙中,形成下方細料“污染”上方級配層的現象,導致底層的細料逐漸填滿級配層的孔隙,影響級配層原有的排水功能;若在其界面置入土工格柵,則可以有效防止細料的上涌污染。導致級配料下陷,造成路面不均勻沉降形成路面破壞,影響行車安全。若在兩層界面間置入土工格柵,則可以有效改善級配粒料侵入細料層。防止上方級配料侵入下方細料層,稱之為“阻留”;而防止下方細料上涌污染級配層,稱之為“過濾”,這兩項功能都是土工格柵隔離功能的發揮。
土工格柵可鋪筑在級配料底層與路基之間,其功能是可隔離兩種不同材料(路基土體及粒料),防止路面中粒料侵入路基中形成局部承載破壞。土工格柵鋪筑在路基土體與底層級配料間可防止路基受壓破壞。此外,土工格柵亦可當作過濾器防止粒料搬移,在高孔隙水壓發生時,土工格柵可作為排水材料,使土工格柵及路基土體被壓密而獲得強度。
加勁功能亦稱為加強或補強。體加勁是指利用土工格柵或其他材料補強土體,以增加土體的強度。在路面下方底層內設置土工格柵,通過土工格柵的抗張能力,提供底層土體的橫向約束力,減少底層因上方車輪的壓力造成地面的下陷。當路面上方車輪往下傳遞荷載時,會在側向引起向外擴張的移動,此移動會連帶引起底層向兩側移動,而使上方土層產生垂直方向的應變,導致路面下陷形成車轍。若在底層中鋪設土工格柵,則當荷載傳遞到土工格柵時,其側向擴張的荷載拉伸土工格柵,而造成土工格柵產生張力,抵抗因車輪或軌道所產生的側向力,對底層提供約束作用,減少底層的側向移動。單位應力塊受力情況,即土工格柵上下方不同的受力情況,下方應力塊剪應力減少,為土工格柵提供側向約束所致。土工格柵除可以設置在底層與路基的界面外,亦可設置在底層中間。由于土工格柵可提供額外約束,亦即加勁功能,故可有效減少底層厚度并達到原厚度所需的承載力。
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