1）土工格室沙路面结构
（1）路面结构组合。
路面结构组合包括结构层的选择和安排。目的是使路面结构能承受行车荷载和自然因素的作用，同时又能充分发挥各结构层的最大效用。路面结构组合设计的基本原则是：
①能适应行车荷载的作用。
②在各种自然因素作用下具有较好的稳定性。
③各结构层之间相互协调，具有整体性和结构的稳定性。
土工格室沙路面结构组合的设计并无例外，因此土工格室沙路面结构组合的选取与其他路面没有本质上的差别。只是由于目前的实际是土工格室沙主要应用于沙漠腹地的石油公路，这就使得结构组合设计具有了一些特殊性，有了更多的制约因素，也出现了更多的困难。此外，由于土工格室沙结构层自身的特点，在结构组合上也需要予以专门考虑。
首先，沙漠腹地的自然条件和工程条件严重制约路面结构层的选择。这种制约作用表现在各个方面：
①材料方面。当地材料只有风积沙，基础材料单一，且工程性质差。若考虑外运材料，则所有外运材料都是远运材料，运距至少在数百千米以上。因此可供选择的余地不大，充分利用当地材料具有特别重要的意义。
②在工程用水方面。要求路面结构层对水的依赖少，用水量尽可能小，尤其对水质的要求要低，如要求大量使用饮用水标准的淡水，则工程几乎是无法实施的。
③在沙漠腹地，结构层养生困难，要长期保持结构层湿润更是不易。因此结构层不可有严格的养生要求，养生期应尽可能短。尤其是基层和底基层，问题就更为突出。
④对结合料加固风积沙结构层，必须充分考虑风积沙级配不佳、比表面大、表面活性低等特点，这些不利因素的直接后果便是结合料剂量大，加固效果差，收缩严重。
⑤路面的面层还必须有足够的抵御风蚀和防止沙埋的能力。抵御风蚀要求使用高强度、耐磨的优质材料，防止沙埋要求表面平整光洁。
⑥由于沙漠腹地恶劣的自然条件，要维持施工队伍的正常作业，后勤保障困难且昂贵。因此路面结构组合必须选工艺简单、成型期短、强度增长快、能尽早开放交通、经济实用的结构层。
因此切合实际的路面基础材料只有沙漠中的风积沙和沙漠周边戈壁滩中的砂砾。并且只能优先选用以机械加固方法形成的结构层，只有在道路等级高、交通量大、机械加固无法满足时，才考虑引入无机结合料加固的砂砾基层。这样可考虑两种类型的结构组合，如图7-37所示。
图7-37 结构组合
其次，在进行结构组合设计时，也必须考虑结构层的特点。土工格室沙结构层中，沙仍然是松散的，并且在干燥状态下（采用干压实法），表面不可避免地存在一些浮沙，当沥青类结构层与其直接接触时，将无法形成稳定的结合，这就要求在沥青类结构层与土工格室沙之间设置连接层。图7-37的两种结构组合，结构形式Ⅱ不存在此类问题，或者说已经具备连接层。结构形式Ⅰ需设置连接层。连接层的设置需解决两个问题：一是材料选择，二是厚度确定。
关于连接层的材料，从沙漠公路的工程实际出发，只能是砂砾或无机结合料稳定砂砾。由于连接层总处于道路等级不高、交通量不大的条件下的路面结构中，按整体强度设计，图7-37的结构形式Ⅰ已能满足设计要求，连接层的设置完全出于结构稳定的需要，加之尽量减少远运材料用量，充分利用当地材料的设计思路，连接层宜采用薄层级配砾石。
至于级配砾石连接厚度的确定，需顾及几方面的因素。单就连接作用而言，可将连接层做得很薄，只要能碾压成型即可。关于这一点，在室内模型试验中，专门进行了一组试验。试验采用的路面结构如图7-38所示。薄层砂砾的厚度参照了磨耗层的厚度，按3～4cm控制，考虑到砂砾将不同程度地压入格室之中（按模型试验多次挖验的经验，砂砾与沙的界线不是很清楚，压入厚度在0～2cm），故在模型施工时，砂砾的厚度按4～5cm取用，松铺系数1.4，碾压成型后挖验结果见表7-15，表列厚度含压入格室的厚度，为格室单元中心处的砂砾层厚。从表7-15中回弹模量的测定结果可以看出，砂砾层的回弹模量与表7-10的结果相近，因此可以认为砂砾层的厚度按4～5cm（净厚度不低于3cm）控制是可以成型的。不过由于砂砾层很薄，表7-15所列的砂砾模量会显著高于实际值，因此可能薄层砂砾的模量已低于表7-9所列的结果。此外，从模型施工过程看，薄层砂砾的碾压已略有困难（试槽尺寸小是一个客观因素），压路机不能在压实层上启动、刹车，更不能转向，否则便无法压实成型。
图7-38 薄层砂砾试验模型试验结构
表7-15 薄层砂砾试验测试结果
注：测点4、5未经CA25振动压路机碾压，仅用蛙式打夯机夯击两遍。
与连接层厚度确定有关的另一个问题是对下述可能性的一种疑虑。土工室沙由蜂窝状的格室和松散的沙组成，这种特殊的结构形式在行车荷载的反复作用下，蜂窝状格室的变形、沙的下沉可能导致沥青面层产生变形形成蜂窝状开裂。这类似于半刚性路面中的反射裂缝的形成机制。虽然经室内模型应力应变试验测试，可知土工格室的应变是很小的，但并不能推断在行车荷载反复作用下的结果。试验只能表明这种可能性不大而不能断定没有这种可能性。因此只能在做进一步研究之后再下定论，而目前还需考虑这种可能性对路面的不利影响，适当加厚连接层，使其具有过渡层的作用。
在确定连接层厚度时，还需顾及沙漠腹地的实际条件，若将砾石连接层取得过厚，势必加大远运材料的用量，这是不可取的。此外，砾石连接层的模量低于土工格室沙的模量，从强度上考虑，连接层太厚也不可取。因此综合各方因素，结合沙漠公路的实际工程条件，在目前研究尚不透彻的情况下，砾石连接层的厚度拟取为6～8cm。关于这方面的研究，有待继续进行。故图7-37中结构形式Ⅰ修正为结构形式Ⅲ，如图7-39所示。
图7-39 结构形式Ⅲ
（2）路面结构厚度计算。
研究的目的之一是试图将土工格室沙路面的设计纳入现行规范设计方法之中，因此路面结构的厚度计算可参照《公路沥青路面设计规范》进行。(www.xing528.com)
对结构形式Ⅱ（图7-37）可以直接按多层体系计算，求得土工格室沙层的厚度。对结构形式Ⅰ（图7-37）宜分两种情况分别处理。当采用结构形式Ⅲ（图7-39）时，即引入薄层砾石连接层时，可按结构形式Ⅰ计算土工格室沙的厚度，并按当量厚度法处理连接层厚度而不将连接层作为独立结构层。当级配砾石层厚度大于8cm时，宜直接按多层体系计算。
至于土工布，均归入沙基之中，即沙基模量应是“沙基+土工布”的模量。
这样，土工格室沙路面结构厚度便可直接按弹性层状体系理论计算。如图7-39所示的结构形式Ⅲ，这也是塔里木沙漠石油公路土工格室沙永久性试验路的路面结构组合形式，有关文献给出的最终设计（施工图设计）如图7-40所示，厚度计算的主要参数见表7-16。
表7-16 土工格室沙路面结构厚度计算主要参数
注：网格固沙即土工格室加固沙。
根据表列参数及图7-40，按多层体系直接求解可知，级配砂砾层仅需4.10cm。显然图7-40的设计是考虑到沙漠石油公路的重要性而套用了规范规定的最小厚度，并没有将级配砂砾层作为连接层处理，就给定的计算条件而言，路面结构整体强度有所富余。但这是相对的，若级配砂砾模量取174MPa，土工格室沙模量取200MPa（表7-13），则图7-40的路面结构厚度不足，以级配砂砾层作为计算层，则其厚度不得小于25cm。当然，过多地使用运距远、模量低的材料是不可取的，结合塔里木沙漠石油公路既有的成功经验，按照尽可能减少远运材料用量的指导思想，又兼顾重要公路对保证安全畅通的特殊要求，可折中地按图7-41的结构形式设计。经计算，土工格室沙结构层厚度见表7-17。
图7-40 永久性试验路路面结构
图7-41 比较结构
表7-17 土工格室沙结构层厚度
结构层厚度20～25cm可一层铺筑，用重型振动压路机碾压，也能保证土工格室沙的压实度。因此计算结构是较为合理的。
2）土工格室沙路面施工工艺
沙漠地区土工格室沙路面施工在两个方面具有特殊性：一是沙漠地区的自然条件和工程条件特殊：二是土工格室沙是一个新的工程材料。由于这些主要差异，在路面施工的工艺上也将产生不同于其他地区和其他路面类型的困难和要求。
沙漠地区的自然条件和工程条件影响所有路面结构层的施工。主要引起两类问题：一是路基用土全部是风积沙，即路基是沙基；二是对常规路面结构层（如砂砾结构层、结合料稳定类结构层、沥青面层等施工工艺成熟的结构层）的施工产生了新的要求。关于第二点，只需对施工过程增加一些新的要求，并不改变施工工艺的本质。由于沙漠中十分干燥，施工中水分蒸发和下渗很快，水分损失大，对砂砾结构层、结合料稳定类结构层等需保持湿度的结构层，要保证水量（由于沙漠中的不利条件，根据试验路施工期间的观察，这也是施工中的困难环节）、及时碾压、保持湿度，尤其是养生期间，更要及时洒水，也可用沙覆盖，减少水分蒸发。另一方面，基层表面极易积沙，这对路面的施工质量产生严重影响，是塔里木现有沙漠公路路面早期破坏的主要原因之一。为加强面层和基层的良好结合，严格要求基层表面的清洁程度是必要的，施工中基层表面清理与面层混合料摊铺应紧密衔接，并且大风天气应停止施工。
至于沙基的施工，与一般土路基相比，在工艺上有本质的差异。根本原因是沙的压实特性与一般土不同，其击实曲线是下凹的，即在干燥时或接近饱和时达到最大干密度。这给沙基干压实提供了一个物理基础。并且从有关文献关于试验路施工经验的总结可知，沙基振动干压实是一种经济实用的工艺，沙基的施工可按如图7-42所示的工艺流程进行。要求沙的含水量在1.0%～1.5%，否则无法达到最佳干压实效果，沙漠表层0～1.5m范围内，天然含水量一般不超过1%，这是一个有利条件。而土工布的铺设，关键是两点，一是铺平，二是保证搭接宽度，纵向不小于0.5m，横向不小于0.3m。
图7-42 沙基土工布施工工艺流程
土工格室沙结构层的施工，工艺上并不复杂，对机械要求也不高。流程如图7-43所示。
图7-43 土工格室沙施工工艺流程
①土工格室安装。土工格室安装可由人工完成。为获得顺直的边线，可在边桩上挂线。安装过程非常简单，由10～12名工人一组进行作业，8名工人分左右将土工格室张开，2人调整纵向接头，待格室到位后两端用钢钎（或竹钎）固定，至此安装作业就可转入下一块土工格室的安装。为了重复利用固定用的钢钎，可由2名工人将格室两端各两排格室单元用填料填满，将格室固定，便可拔出固定钢杆。
②机械灌沙。灌沙机械为装载机，视沙源的远近可配备铲运机等短距离土方机械。装载机数量应根据路面宽度和运距的不同而不同，路面宽，往返距离远，宜多配，反之则可少配。一般情况下，对7～10m宽的结构层，路线两侧可直接取沙时，要与土工格室安装进度相适应，需配备两台装载机，每台机械配两名工人补填机械作业遗漏的边角及摊开堆得过厚的沙。
装载机灌沙时，应沿纵向从一端顺次作业，且灌沙应从一块土工格室的中央开始，在倾倒沙的同时，料斗顺势向回收，将沙铺开，同时也避免沙倾入的冲击作用拉开两块格室的纵向接头。当然，整个过程机手操作必须熟练。此时，机手决不可试图用料斗推平格室上的沙堆，否则极易撕坏格室。
③推土机初平。这一工序主要是清除灌沙后土工格室沙表面过多的浮沙，为振动压路机充分压实结构层创造条件，若第二步工作做得很好，表面浮沙在4～8cm（视土工格室沙层厚度及松铺系数的不同而做适当调整）且基本平整（如用人工灌沙，可自然满足要求），可省略这一工序。
推土机清沙时，一要保证清后表面平整，浮沙厚度满足压实的需要；二要防止推土机刀口挂起或撕坏土工格室造成返工。
④振动压实。振动压实应采用12t以上的振动压路机。这一作业十分重要，一是保证结构层及沙基表面的压实度；二是使土工格室单元充分膨胀。压实作业与其他结构层相似，只是在碾压顺序上有差别，碾压土工格室沙结构层宜从中到边进行。当碾压结构层边缘时，必须有路肩保护土工格室，否则禁止作业。
⑤机械或人工细平。这一工序主要是为后续结构层施工做准备，宜在后续工序开工前进行，目的是清除土工格室沙表面浮沙，使层间结合紧密。而对于临时建路，完成第四步便可通行载重车及其他车辆。
土工格室沙表面平整度是自动保证的（由路槽平整度决定），该工序主要作业是人工或平地机清沙。当用平地机清沙时，刀片应向外倾斜以刮去浮沙，但操作需谨慎，以免破坏土工格室。
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