土工格柵在公路建設中的性能及應用

薛瑞峰

1 概述

土工格柵常用作加筋土結構的筋材或復合材料的筋材。它作為一種新型的合成材料，經試驗和現場應用證實在提高一般填土承受動荷以及路基防護方面均有很大的功效。我國在20世紀90年代初在吸收國外先進經驗的基礎上，開始了土工格柵的開發研究工作，并在道路基床病害整治，固定松散介質的應用方面取得了重大突破。隨著人們對土工格柵特性的進一步了解，已經發現其具有其他土工材料不可替代的優勢，使其在公路建設中有著獨特的應用前景。

2 土工格柵的特點

2.1 塑料類

此類土工格柵是經過拉伸形成的具有方形或矩形的聚合物網材，按其制造時拉伸方向的不同可分為單向拉伸和雙向拉伸兩種。它是在經擠壓制出的聚合物板材(原料多為聚丙烯或高密度聚乙烯)上沖孔，然后在加熱條件下施行定向拉伸。單向拉伸格柵只沿板材長度方向拉伸制成，而雙向拉伸格柵則是繼續將單向拉伸的格柵再在與其長度垂直的方向拉伸制成。由于土工格柵在制造中聚合物的高分子會隨加熱延伸過程而重新排列定向，加強了分子鏈間的聯結力，達到了提高其強度的目的。其延伸率只有原板材的10%～15%。如果在土工格柵中加入炭黑等抗老化材料，可使其具有較好的耐酸、耐堿、耐腐蝕和抗老化等耐久性能。

2.2 玻璃纖維類

此類土工格柵是以高強度玻璃纖維為材質，有時配合自粘感壓膠和表面瀝青浸漬處理，使格柵和瀝青路面緊密結合成一體。由于土石料在土工格柵網格內互鎖力增高，它們之間的摩擦系數顯著增大(可達0.8～1.0)，土工格柵埋入土中的抗拔力，由于格柵與土體間的摩擦咬合力較強而顯著增大，因此它是一種很好的加筋材料。同時土工格柵是一種質量輕，具有一定柔性的平面網材，易于現場裁剪和連接，也可重疊搭接，施工簡便，不需要特殊的施工機械和專業技術人員。

2.3 鋼塑類

鋼塑土工格柵以高強鋼絲(或其他纖維)，經特殊處理，與聚乙烯(PE)，并添加其他助劑，通過擠出使之成為復合型高強抗拉條帶，且表面有粗糙壓紋，則為高強加筋土工帶。由此單帶經縱、橫按一定間距編制或夾合排列，采用特殊強化粘結的熔焊技術焊接其交接點而成型，則為加筋土工格柵。

3 土工格柵的施工工藝技術

土工格柵在平整的下承層上按設計要求的寬度鋪設，其上下層填料無刺壞土工格柵的雜物，鋪設土工格柵時，將強度高的方向垂直于路堤軸線方向布置。土工格柵橫向鋪設，鋪設時繃緊，拉平，避免褶皺、扭曲或坑洼。土工格柵沿縱向拼接采用搭接法，搭接寬度不小于30 cm。

土工格柵施工工藝流程:檢測、清理下承層→人工鋪設土工格柵→搭接、綁扎、固定→攤鋪上層路基土→碾壓→檢測。

鋪好土工格柵后，人工鋪設上層填料，及時完成碾壓，避免長期暴曬。然后采用機械運料、整平、碾壓。機械攤鋪、碾壓從兩邊向中間推進，其壓實度保持達到規范要求。

4 土工格柵在公路建設中的應用

4.1 在軟土地基中的應用

軟土地基容易使基礎層出現沉降、位移、開裂等現象。由于基礎層的變化，會導致路面發生不規則的曲率變化，使路面出現裂縫、起皺等現象。因此，基礎層增強十分重要。采用經特殊處理的玻纖土工格柵，能使基礎層的整體強力大大提高，其作用就像鋼筋增強水泥混凝土一樣。

土與玻纖土工格柵相互作用的加筋機理，在室內進行的大量試驗表明:在土體中合理布置玻纖土工格柵，可使土體的垂直應力、水平應力明顯降低，土體剪應力(土顆粒之間的摩擦作用)明顯提高，土體的抗剪強度得到充分發揮，可以大大提高土體的承載能力，抗變形能力和抗裂能力。玻纖土工格柵在加筋土體中的內聚力效應、隔離效應、波紋效應、拱效應、嵌鎖效應等各種加筋效應，有些是先后依次出現的，有些是重疊交叉作用，這些重疊的復合效應，最終將改變或阻止塑性區的形成和發展。

1)玻纖土工格柵的拉應力作用使界面以下土體的豎向應力減小，從而使土體豎向壓縮變形減小。2)由于預拉和差異沉降導致玻纖土工格柵的變形，這一拉應力由界面剪應力平衡。界面剪應力使基礎沉降區域產生一定大小的隆起變形，這一隆起變形部分抵消了基礎或路基的沉降。3)通過玻纖土工格柵將其上部填料的垂直變形向水平方向擴散，以致其上部填料的抗剪切變形能力得以充分發揮，使得軟土地基表面的承載區大大增強，表面的壓強大大減小，增強地基的強度，提高地基的承載力。

4.2 在防治反射裂縫中的應用

瀝青混凝土加筋能提高路面結構層對裂縫的抑制能力、對橫向剪切破壞的抵抗能力等，達到延長路面結構的疲勞壽命、節省材料、降低費用的目的。格柵加筋具有兩種功能:1)能使應力均勻分布在較大的面積范圍內，大大減輕瀝青結構層的徐變作用，最終達到防止瀝青路面開裂的目的。2)加筋格柵具有減薄瀝青層厚度、防治反射裂縫、減少車轍作用等特點，能夠加強瀝青路面的結構性能，提高道路的使用壽命。

玻纖格柵的使用效果與鋪設路面的處理情況密切相關，在鋪設前必須將路面上可能影響格柵與底層結合強度的物質如油脂、油漆、封層料、水漬、污物等徹底清除干凈，使鋪設表面清潔干燥。玻纖格柵上感壓式背膠屬水溶性物質，如路面有水跡時，應待路面干燥后再進行鋪設。鋪設格柵之前需灑粘層油，粘層油如使用乳化瀝青，需在完全破乳干燥后鋪設格柵。在實際操作過程中，施工的好壞對今后玻纖格柵的使用效果有著很大影響。因此，加強質量監督、提高施工人員技術水平顯得尤為重要。

施工時注意事項如下:

1)玻纖格柵背膠易溶于水，雨天或路面潮濕時不得施工。2)當使用的膠輪壓路機需注水增加重量時，其注水量不能太滿，以防溢流到玻纖格柵上，造成其背膠失去粘性。3)玻纖格柵鋪設過程中，若發現原路面有較小的坑塘沒有預先填平，可在鋪好的格柵上將對應坑塘的部分剪去，以便在鋪上層瀝青混合料時能完全填平坑塘。4)格柵鋪設時，要求路面溫度在5℃～60℃之間。

4.3 在高路堤填筑中的應用

傳統的路堤尤其是高路堤的填筑往往需要超填且路肩邊緣不易壓實，從而導致后期邊坡雨水侵襲，坍塌失穩的現象時有發生，同時需用較緩的邊坡，占地面積大，擋土墻壁也有同樣的問題，采用土工格柵對路堤邊坡或擋土墻進行加固可減少1/2占地面積，延長使用壽命，降低造價20%～50%。

5 結語

與采用粒料類材料作為路面結構層的柔性路面相比，土工格柵具有強度高、承載力高、整體性好、剛性大的優點。采用土工合成材料在處治軟土地基處理、濕陷性黃土地區、高填方路基、填挖連接段、路基加寬及新老路基結合部和防治反射裂縫、減薄瀝青層厚度、加強瀝青路面的結構性能、提高道路的使用壽命中都起到了很好的應用效果。并且在降低造價、縮短工期、環保、生態等方面，具有極大的社會意義和經濟價值。

[1] JTJ 01796，公路軟土地基路堤設計與施工設計技術規范[S].

[2] JTJ/T 01998，公路土工合成材料應用技術規范[S].

[3] 黃曉明，朱 湘.公路土工合成材料應用原理[M].北京:人民交通出版社，2001:795.

[4] 趙東歌.淺談土工格柵在公路工程中的應用[J].山西建筑，2008，34(25):283-284.