土工格柵在路基路面工程中的應用

白永勝

1 概述

公路運輸是陸上運輸方式之一，因其靈活機動、迅速方便等特點，使其不僅成為一個獨立的運輸體系，也成為鐵路車站、港口和機場集散物資的重要手段，對于一個國家經濟的發展起著重要的基礎作用。而路基路面工程是道路工程的重要組成部分，因此使路基和路面能長時期具有良好的性能，具有十分重要的意義。

土工格柵是一種新型的土工合成材料，具有抗拉模量高、強度高、耐高溫、耐腐蝕等優點。隨著舊路面改造的大范圍進行，土工格柵逐漸被應用于瀝青加鋪層的夾層，國內外的研究表明土工格柵可延緩瀝青罩面的反射裂縫。

一般將土工格柵分為塑料土工格柵、鋼塑土工格柵、玻璃纖維土工格柵和聚酯纖維經編土工格柵四大類。

1)塑料土工格柵:塑料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，其抗拉強度高，但延伸率卻很小;隨著抗拉強度的提高，其抗高溫性能也提高;在土工格柵中加入炭黑等老化材料，故其耐酸、耐堿、耐腐蝕、抗老化等耐久性較好(見圖 1)。2)鋼塑土工格柵:鋼塑土工格柵以高強鋼絲經特殊處理，與聚乙烯，并添加其他助劑，通過擠，使之成為復合型高強抗拉條帶，表面有粗糙壓紋，其為高強加筋土工帶。由此單帶，經縱、橫按一定間距編制排列，采用特殊強化粘結的熔焊技術焊接其交接點而成型，為加筋土工格柵[1]。其具有強度大、蠕變小、承載力強、抗腐蝕、防老化、摩擦系數大、孔眼均勻、施工方便、使用壽命長等特點。3)玻璃纖維土工格柵:是玻璃纖維編織而成的網狀結構材料，因玻璃纖維的主要成分有氧化硅，其具有理化性能穩定，強度大、模量高，耐磨性高，無長期蠕變，熱穩定性好等特點。網狀結構使集料嵌鎖和限制;提高瀝青混合料的承重能力。表面涂有特殊的改性瀝青使得土工格柵的耐磨性及剪切能力有了很大提高[1](見圖 2)。4)聚酯纖維經編土工格柵:選用高強聚酯纖維為原料。采用經編定向結構，其中的經緯向紗線相互間無彎曲狀態，在交叉點采用高強纖維長絲捆綁結合起來而形成的網狀結構。

2 土工格柵在路基工程中的應用

2.1 在路基中的應用

1)處理半填半挖路基。半填半挖式路基指的是在一個橫斷面內，部分為路堤、部分為路塹的路基。填挖交界地段路基填方應挖符合要求的臺階并分層填筑，避免因填筑不當，而出現路基縱向裂縫。如果路基填料大部分為高液限粘土，完工后沉降量較大，尤其是半填半挖填挖交界處易產生不均勻沉降，工程中一般采取鋪設土工格柵的方法，在每層臺階水平面上鋪設土工格柵，利用其自身的立面側限加筋效應可以控制路基的沉降，或沉降很少。

2)處理不良路基。對于風沙地區的路基修筑采用土工格柵可以對松散填料起到側限作用，在有限的高度內保障路基具有高的剛度和強度，以承受較大的荷載應力;對于多年凍土地區，為防止由于發生翻漿而導致路堤發生過量沉降。土工格柵特有的立面加筋效應和有效的落實整體側限性，可以確保在凍土地區的最小填土高度，并使填土具有高品質的強度和剛度;對于濕陷性黃土路基，也可用土工格柵按照承載力要求對路基進行處理;對于鹽漬土和膨脹土修筑的高速公路和一級公路，路肩及邊坡均采用加固措施，格柵的立面加固效果是所有加固材料中最優異的一種，同時它又具有良好的耐腐蝕性，完全可以滿足在鹽漬土和膨脹土修筑高等公路的要求。

3)臺背路基填土加筋。采用土工格柵可以實現臺背加筋的目的，其與填料間可以產生足夠的摩擦力，有效減少路基與構造物間的不均勻沉降，最終有效緩解“橋臺跳車”病害對橋面的早期沖擊破壞。

2.2 施工步驟

施工流程見圖 3。土工格柵要在壓實平整，無尖刺凸起物的場地上鋪設，鋪設時格柵的主要受力方向(縱向)應與路堤軸線方向垂直，鋪設要平整，無褶皺、扭曲或坑洼，盡量拉緊。土工格柵沿縱向拼接采用搭接法，搭接寬度不小于20 cm。

鋪好土工格柵后，人工鋪設上層填料，填料應按設計要求選取，除凍結土、沼澤土、生活垃圾、白堊土、硅藻土外均可用作填料。但礫類土和砂類土力學性能穩定，受含水量影響很小，宜優先選用。及時完成碾壓，避免長期暴曬。

杜絕一切施工車輛和施工機械行駛或停放在已鋪好的土工格柵上，施工中隨時檢查土工格柵的質量，發現有折損、刺破和撕裂等損壞時，據其破損程度修補或更換。

3 土工格柵在路面工程中的應用

3.1 用于水泥混凝土路面改建復合式路面

近年來，隨著公路交通量和汽車載重量的增大，對路面結構的破壞日趨嚴重，越來越多的舊混凝土路面面臨著修復工作。與瀝青路面相比，水泥混凝土路面的修復較困難，常采用的有效措施是在舊混凝土路面上加鋪瀝青罩面層，但在瀝青加鋪層中出現反射裂縫的問題至今仍無法解決[2]。

經過大量試驗研究，最后決定在舊水泥混凝土路面上布置玻纖格柵加筋層，其上再鋪筑瀝青混凝土面層。玻纖格柵具有高抗拉強度、低延伸率、無蠕變，與瀝青混合料的相容性好、物理化學性能穩定、耐高溫、嵌鎖與限制作用強等特點，其主要作用為均勻傳遞軸載，并將反射裂縫應力由垂直方向轉為水平方向。

3.2 玻璃纖維土工格柵用于瀝青混凝土路面

瀝青路面面層在輪載范圍內受到壓力，在輪載邊緣以外的區域受到拉力作用，因兩處受力區受力性質不同又彼此緊靠，故在長期荷載作用下，在兩塊受力區域的交界處極易產生疲勞開裂。將玻璃纖維土工格柵置于道路結構層中，可使得上述的拉應力與壓應力分散，減小了路面的彎沉量，保證了路面不會發生過度變形[3];在高溫條件下，瀝青混凝土流動性增加，經車輛的反復碾壓便形成了車轍，在路面結構層中放置玻璃纖維土工格柵起到了骨架作用，增加了結構層橫向約束力，防止了塑性推移，從而減緩了車轍的產生;在嚴寒條件下，瀝青混凝土面層遇冷收縮產生拉應力，當該力超過瀝青混凝土拉伸強度時，就會產生裂紋，在裂紋集中的地方產生裂縫。玻璃纖維土工格柵可抵抗較大的拉應力，從而防止或減緩裂縫的產生[3]。

[1] 郭 勇.土工格柵的分類及其適用范圍[J].今日科苑，2009 (6):10-11.

[2] 玻璃纖維格柵在防治反射裂縫中的應用[EB/OL].2010-11-01.

[3] 李壁有.淺談玻璃纖維土工格柵在瀝青路面工程中的應用[J].西部探礦工程，2007(2):168-169.