0、 引 言
土工格室是由高强度的HDPE或PP宽带或土工带，经过强力焊接（或扣接）而形成的蜂窝状立体网格结构。它伸缩自如，运输时可缩叠起来，使用时张开并充填土石或混凝土，构成具有强大侧向限制和大刚度的结构体。在岩土工程中与土、砂、石或混凝土等填料共同构成不同视粘聚力、不同加筋强度、不同深度的垫层，这些垫层可以根据工程的要求放置于需要的位置，用以加固公路、铁路的路基与软土地基、边坡防护与绿化结构、修建挡土墙等。其最大特点是可以完成岩土工程中常规方法难以处理的多种疑难问题，如桥头跳车、软基沉陷、翻浆、塌方和沙漠路基等。同时，这种材料施工也很方便。
塑料土工格室源于上世纪70年代，美国陆军工程兵（USACE）率先对三维结构土工格室进行性能研究与野外现场试验。此后英国桑德兰工学院、加拿大皇家军事学院、美国佛罗里达大学、马里兰大学都对此进行了深入研究。美国、英国、日本、瑞士、巴西等国家的铁路部门相继完成了进一步的现场试验。英国在其东海岸沿线铁路率先应用土工格室对许多软弱路基区段进行加固处理。
1993年，该项技术传入中国，率先被华北石油管理局橡胶制品防腐技术研究所等单位开发、应用于沙漠地区石油勘探中的临探路、机场路建设，后又直接用于永久性沙漠石油公路的路基处理，以后又将其用于部分油区的滩涂、沼泽、潮间带筑路，都取得了令人惊喜的工程效果和经济效益。可以说，石油工业为土工格室最先提供了国内应用的宽广试验和应用领域。近几年，随着岩土工程界对这种特殊的土工合成材料的深入认识和理解，已经越来越多的应用于多种工程条件下铁路部门用其治理软土路基、挖填连接段、绿色通道建设、青藏铁路边坡防护。公路部门用其处理软基沉降、松散填料路基加固、高速公路路基挖填连接段、护坡，以及机场建设、输水灌渠堤岸稳固、西气东输管道建设中的挡土墙等都不同程度的使用了土工格室。虽然这方面的理论研究稍稍落后于工程实践，但是国内岩土工程专业院校和科研部门已经开始了对土工格室的特殊原理和性能方面的量化研究，并对施工过程中的各种应用条件进行了深入研究。
努力积极地推广新型的、经济的、具有生命力的工程材料是我国工程界的一贯做法，而我国目前还没有一部正式的国家标准或行业标准。因此，制定土工格室的产品标准，规范化土工格室的产品生产，规范土工格室的市场，有利于土工格室的尽早推广，有利于充分发挥土工格室的使用效果。
本标准的研制是在土工格室大量推广应用的实践中，又在施工安装工艺研究基础上，总结提出土工格室的性能要求、试验方法、检验规则等技术要求，尽量与实际使用状态相符合，便于土工格室按统一标准来检验产品性能、生产质量，使得土工格室的推广应用有了全面而可靠的保障。
1、编制过程
2002年8月经交通部科教司批准成立标准编写组(计划编号：JT2002-141)，并得到了交通部西部交通建设科技项目管理中心的大力支持。编写组开始制定工作计划，开展收集资料及调研，先后收集分析整理了全国多家土工格室生产厂家的企业标准和众多的工程设计、施工和运营情况资料。
2003年2月编写组召集各有关材料的生产厂家，对编写组提出的标准编制大纲进行讨论和学术交流，交通部科教司主管领导到会指导，随后课题组做了一些室内验证实验分析，于2003年4月完成标准讨论稿，2003年6月完成标准征求意见稿及编制说明。2003年9月15日～16日在北京召开了专家论证会，根据专家意见，标准编写最后完成了送审稿。于2003年11月完成了交通部行业标准的报批稿。
2、产品的技术指标的确定
2．1产品分类与结构
塑料土工格室在荷载作用下极限延伸率高，加筋结构物变形大。为了满足公路岩土工程结构物对变形严格控制的要求，公路工程师与材料工程师一道，研发了在荷载作用下极限延伸率低的增强土工格室。增强土工格室是近年我国生产厂家和科技工作人员自主开发的一种新型土工格室，作为加筋使用中已经显示出众多优点。在制定交通部行业标准时我们把这类新型格室纳入标准之中，因此在交通部行业标准（JT/T516-2004）列入了塑料土工格室和增强土工格室两大类。单组土工格室的示意图见图1。
增强土工格室是在塑料片材中加入钢丝、玻璃纤维、碳纤维等筋材组成的复合片材，通过插件或扣件等连接而成，展开后是蜂窝状的立体网格。格室未展开时，在同一条片材的同一侧，相邻两连接处之间的距离为连接距离。增强土工格室的结构见图2和图3。
2．2产品技术要求
2．2．1 力学性能
JT/T516-2004标准中的产品技术指标是结合现在市场上已经被工程广泛采用的产品的技术指标，并参照国内相关企业标准而制定的。目前广泛使用的塑料土工格室的性能指标如表1和表2所示。
表1 A类厂家的塑料土工格室产品性能指标
|
产品型号 |
格室伸长时的宽 度（mm） |
格室伸长时的长 度（mm) |
格室高 |
格室焊点距离（mm) |
格室片厚（mm） |
格室单位 面积质量 （g/mm2） |
焊点剥离强 度(N/mm) |
联接剥离强度(N/mm) |
格 室 片 屈服强度（MPa） |
|
GS-50-400 |
4000 |
5000 |
50 |
400 |
1 |
550 |
10 |
10 |
18 |
|
GS-75-400 |
4000 |
5000 |
75 |
400 |
1 |
850 |
10 |
10 |
18 |
|
GS-100-400 |
4000 |
5000 |
100 |
400 |
1 |
1100 |
10 |
10 |
18 |
|
GS-150-400 |
4000 |
5000 |
150 |
400 |
1 |
1650 |
10 |
10 |
18 |
|
GS-200-400 |
4000 |
5000 |
200 |
400 |
1 |
2200 |
10 |
10 |
18 |
|
备注：产品幅宽可按客户要求随意制作，其他特殊规格按协议或合同执行。 | |||||||||
表2 B类厂家的土工格室产品性能指标
|
规格 |
格室缩叠时的宽度（mm) |
格室缩叠时长（mm） |
格室伸张时的宽度（mm) |
格室伸张时的长度（mm) |
格室高（mm) |
格室焊点距离（mm) |
格室片厚（mm) |
格室单位面积质量（g/mm2) |
格室焊接处结合力（N） |
|
GS-250 |
3400 |
130 |
2470 |
6100 |
250 |
340 |
1±0.05 |
3310±200 |
2560 |
|
GS-200 |
3400 |
130 |
2470 |
6100 |
200 |
340 |
1±0.05 |
2648±200 |
2050 |
|
GS-150 |
3400 |
130 |
2470 |
6100 |
150 |
340 |
1±0.05 |
1986±200 |
1460 |
|
GS-100 |
3400 |
130 |
2470 |
6100 |
100 |
340 |
1±0.05 |
1324±200 |
1023 |
|
GS-75 |
3400 |
130 |
2470 |
6100 |
75 |
340 |
1±0.05 |
993±200 |
864 |
|
GS-50 |
3400 |
130 |
2470 |
6100 |
50 |
340 |
1±0.05 |
6 62±200 |
560 |
|
备注：特殊规格按协议或合同执行。 | |||||||||
我们通过验证实验表明，塑料土工格室能够达到上述标准，且尚有比较大提高空间。
课题组在标准编制过程中，研制了增强土工格室，并由重庆百田塑料建材有限公司生产投入使用，其效果好。增强土工格室的力学性能见表3。
表3 重庆百田增强土工格室的力学性能
|
序号 |
型 号 |
格室片的拉伸 屈服强度，N |
格室片间连接处 连接件的抗剪强度，N |
|
1 |
GC100 |
≥3000 |
≥3000 |
|
2 |
GC150 |
≥4000 |
≥4000 |
|
3 |
GC200 |
≥5000 |
≥5000 |
|
4 |
GC300 |
≥6000 |
≥6000 |
为此，我们在交通部行业标准JT/T516-2004中制定的塑料土工格室和增强土工格室的力学性能分别见表4和表5。
表4 塑料土工格室的力学性能
|
序号 |
测试项目 |
单位 |
材质为PP的 土工格室 |
材质为PE的 土工格室 | |
|
1 |
格室片单位宽度的断裂拉力 |
N/cm |
≥275 |
≥220 | |
|
2 |
格室片的断裂伸长率 |
% |
≤10 |
≤10 | |
|
3 |
焊接处抗拉强度 |
N/cm |
≥100 |
≥100 | |
|
4 |
格室组间连接 处抗拉强度 |
格室片边缘 |
N/cm |
≥120 |
≥120 |
|
5 |
格室片中间 |
N/cm |
≥120 |
≥120 | |
表5 增强土工格室的力学性能
|
序号 |
型 号 |
格室片单位宽度的断裂拉力，N/cm |
格室片的断裂伸长率，% |
格室片间连接处连接件的抗剪切力，N |
|
1 |
GC100 |
≥300 |
≤3 |
≥3000 |
|
2 |
GC150 |
≥4500 | ||
|
3 |
GC200 |
≥6000 | ||
|
4 |
GC300 |
≥9000 |
2．2．2光老化性能
土工格室土工程在一般公路建设中的应用一般都为永久性或半永久性工程，因此对塑料土工格室产品的耐久性按不同的工程等级提出了不同的抗老化要求。
交通部行业标准JT/T 516-2004中对塑料土工格室的光老化等级规定见表6所示。
表6 塑料土工格室的光老化等级
|
光老化等级 |
I |
II |
III |
IV |
|
紫外线辐射强度为550W/m2照射150h，格室片的拉伸屈服强度保持率，%a |
<50 |
50～80 |
80～95 |
>95 |
|
炭黑含量，%b |
—— |
≥2.0±0.5 | ||
|
a．对于高速公路、一级公路的边坡绿化，才需要做紫外线辐射试验。其他情况该指标仅作参考。 b．采用其他抗老化外加剂的土工格室无指标要求。 | ||||
3、试验方法
在试验方法上主要引用了相关行业的试验方法对本标准中产品的指标进行测试，见引用（参考）标准。
对于新型的增强土工格室连接件的抗剪切力检测我们在JT/T516-2004标准中要求按下列步骤进行试验：
3.1试样
在增强土工格室连接处两端两格室片各取150mm，试样的宽度为格室片的宽度（格室的高度）。共五件。
3.2 试验设备
试验用设备包括：
a) 万能试验机
b) 夹具：一对夹持试样的夹具，大于或等于试样的宽度，其钳口面要有一定的约束力，防止试样在钳口内打滑，同时要防止试样在钳口内被破坏。
3.3试验步骤
试验步骤如下：
a）用上夹具夹住试样同一格室片的两端，格室片间应垫一块表面粗糙的垫铁片。
b）下夹具夹持方法与上夹具相同，具体见图4。
c）开动试验机，同时起动记录装置，直到连接处的连接件被剪切破坏为止，方可停机。
d）五个试样测完后，取其算术平均值为此格室连接件的抗剪切力，也即是连接处的抗剪切力。
4、结束语
本标准（JT/T516-2004）已经由交通部正式颁布实施，相信本标准的正式颁布实施，对于土工格室在公路交通建设工程的推广应用起到积极的推动和指导作用，将产生重大的经济效益。另一方面，由于土工格室这种新型土工合成材料在公路工程中应用起步较晚，工程实践不多，加之新型材料更新换代快和编制者收集的资料有限、验证试验数据不多以及编制者水平有限，因此该行业标准的不足自它诞生时就已经存在，条件成熟时必须加快修订。
引用标准
[1] GB/T2828 逐批检查计数抽样程序及抽样表（适用于连续批的检查）
[2] GB/T2918 塑料式样状态调节和实验的标准环境（idt ISO 291）
[3] GB/T4357 碳素弹簧钢丝（neq JIS G3521）
[4] GB/T8170 数字修约规则
[5] GB9344 塑料氙灯光源曝露方法
[6] GB/T1040 塑料拉伸性能实验方法
[7] GB11116 高密度聚乙烯树脂
[8] GB12023 塑料打包带
[9] GB/T13021 聚乙烯管材和管件炭黑含量的测定热失重法（neq ISO 6964：1986）
[10] GB/T16422.1 塑料试验室曝露试验方法－第1部分：通则（eqv ISO 4892.1-1994）
[11] GB/T16422.3 塑料试验室曝露试验方法－第3部分：荧光紫外灯（eqv ISO 4892-3:1994）
[12] GB/T16422.4 塑料试验室曝露试验方法－第4部分：开放式碳弧灯（eqv ISO 4892.4-1994）
[13] GB/T18371 连续玻璃纤维纱
凌天清1、李昌铸2、夏晓霞2、郑智能1、周吉遂3
(1重庆交通学院、2交通部公路科学研究所、3重庆百田塑料建材有限公司)
