論土工格柵及其在公路工程中的應用

孫巧云

（中交遠洲交通科技集團有限公司，河北 石家莊 050051）

0 引言

由于土工格柵具有質量輕、柔性好、施工方便和造價低等優點，其在工程中得到了越來越廣泛的應用，是目前運用最廣泛的加筋材料。隨著技術的不斷進步，土工格柵類型不斷更新，其功能也不斷增強，給土木工程尤其是公路工程帶來了很大方便。

1 土工格柵種類及特性

土工格柵是聚乙（丙）烯、聚氯乙烯或者聚脂等高分子聚合物通過熱塑或模壓而成的二維網狀結構或具有一定高度的三維立體網格屏柵。相較其他土工合成材料，土工格柵具有自身獨特的性能和功效，其特殊的制造工藝增強了分子間的連接，使得土工格柵具有很高的抗拉強度并具有一定的延展性和柔性，若在其中加入抗老化材料，可賦予土工格柵抗酸堿、抗腐蝕和耐老化等優點。這些特性使土工格柵常用作加筋土結構或復合材料的筋材。土工格柵通常分為塑料土工格柵、鋼塑土工格柵、玻璃纖維土工格柵和玻纖聚酯土工格柵四類。

1.1 塑料土工格柵

塑料土工格柵多為方形或矩形聚合物網材，按拉伸方向不同分為單向土工格柵和雙向土工格柵兩種。雙向土工格柵縱橫向均具有很高的拉伸強度，常用于大面積永久性承載地基。單向土工格柵具有很高的拉伸強度和拉伸模量，應用于各種土壤，是目前廣為采用的加筋材料。其抗低溫性還可使其用于特殊地質，例如少冰凍土、富冰凍土和高含冰量凍土等不良地質。

1.2 鋼塑土工格柵

鋼塑土工格柵是縱橫等間距編制或夾合排列的特殊土工合成材料，由添加聚乙烯或聚丙烯及其他助劑的高強鋼絲或其他纖維擠壓成的表面粗糙有壓紋的復合型高強抗拉條帶經特殊強化粘接的熔焊技術焊接而成。此類土工格柵強度大、蠕變小，可用于高大擋土墻，表面粗糙壓紋能有效提高與土體間的摩擦，表面所采用的高密度聚乙烯等高分子物質可保護土工格柵免受酸堿、鹽溶液和油類等有害物質侵襲，同時抵抗紫外線輻射損失，增大耐久性，可用于永久性工程，對土體有極強的嵌鎖、咬合作用，能很好的處理軟土地基；較傳統土工格柵，此類土工格柵具有強度更高、承載力更強、壽命長、施工方便等優點，更適用于深海作業、堤岸加固等腐蝕性不良環境。

1.3 玻璃纖維土工格柵

玻璃纖維土工格柵是以玻璃纖維為主材質編制成網狀結構材料，并經特殊涂復工藝涂以自粘感壓膠和特殊改性瀝青等材料而形成的新型土工基材。玻璃纖維土工格柵綜合玻璃纖維的強度大、蠕變小、模量高、熱穩定性強、耐磨、抗寒性等特點和特殊改性瀝青耐磨、抗侵蝕、與瀝青路面緊密結合等特點，具有兩重復合性能。玻璃纖維土工格柵可有效控制、延緩瀝青道路的疲勞開裂、高溫車轍、低溫縮裂及反射裂縫［1］等病害。

1.4 玻纖聚酯土工格柵

玻纖聚酯土工格柵可分為聚酯纖維經編土工格柵和經編滌綸土工格柵。聚酯纖維經編土工格柵以高強聚酯纖維為原料，而經編滌綸土工格柵以聚酯滌綸纖維為原料，采用經編定向結構，用高強纖維捆綁交叉點，形成牢固結合點。此類土工格柵抗撕裂性強，抗拉強度高，延伸力小，縱橫強度差異小、耐磨、耐腐蝕，可有效增強土體抗剪性和土體整體性。

自20世紀80年代初美國Netlon公司開發出塑料土工格柵并將之運用至巖土工程后，新型多功能土工格柵相繼出現，土工格柵領域不斷擴寬。同時土工格柵被大量運用于鐵路、公路、水利等工程，取得了巨大成就，可見土工格柵領域有著長足的發展空間。

2 土工格柵作用原理

土工格柵與土體緊密相連，在筋-土界面形成嵌鎖結構，作用機理一般分為三種。

2.1 被動阻抗作用

土工格柵本身具有較高的抗變形性能，且遠大于土體的抗變形能力，土工格柵以抗拉構件形式彌補了土體抗拉性能的不足，同時使兩者形成了一個各向異性的復合體，增強了土體間的粘聚力，使復合體強度增強。兩者相互作用，既發揮了各自不同的優點又彌補了填料抗拉性能的不足。

2.2 摩擦作用

土工格柵與土體間的相互摩擦作用對土體有側向約束作用，可錨固土體，增強土體的抗剪強度，形成一個具有較大彎拉剛度與抗剪強度的復合體［2］，充分發揮土體的抗壓性與土工格柵的抗拉性，還可避免鋼筋從土體中被拉出，增強土體整體性和土體內部強度，彌補土體整體性連續性差等不足。

2.3 鎖定作用

土工格柵上的孔眼對填料具有鎖定作用。土工格柵獨特的網狀結構對填料形成網兜效應，使土體很好地嵌入土工格柵孔眼，可阻礙填料下陷，提高土體整體的穩定性。

三種作用原理使土工格柵和土體成為一個功能互補的整體，既能增強土體功能，又能充分發揮土工格柵的功能。

3 土工格柵在公路工程中的應用

土工格柵亦柔亦鋼的特性使其在公路工程得到了廣泛應用。土工格柵應用于瀝青混凝土路面，可抑制瀝青路面開裂病害的發生，提高道路的使用壽命；應用于路基，可有效解決路基失穩等問題帶來的一系列病害；應用于路基改擴建，可解決新老路結合處處理不利問題，給工程帶來施工便利。

3.1 土工格柵在瀝青混凝土路面的應用

瀝青高溫易軟化、低溫易脆化、沖擊易疲勞和日曬易老化等自身缺陷導致瀝青混凝土路面極易開裂，因此路面開裂是瀝青混凝土路面需解決的主要病害之一。

土工格柵表面經特殊處理能與瀝青相容，且融合自身熱穩定性與網格嵌鎖骨料特性，可明顯增強瀝青混凝土面層下部或底面抗變形能力，改變瀝青層受力狀態，避免應力集中現象減小并延緩裂縫的產生；土工格柵鋪設面積一般較大，且具有傳遞應力的作用，增強路面整體穩定性和剛度，從而提高面層抗疲勞強度，減少微裂縫的產生，增加瀝青路面的抗疲勞壽命；土工格柵能使瀝青混合料移動位移均勻，保證混合料骨架的穩定性，增強抗車轍及鼓包能力；同時使用土工格柵可減薄瀝青層厚度（即厚度效應），提高瀝青層抗疲勞特性，延遲裂縫的發展［3］。例如，路面工程中常運用強度高、剛度大的塑料土工格柵和玻纖土工格柵，可有效控制原路面伸縮變形和反射性裂縫。

3.2 土工格柵在路基中的應用

路基穩定問題是造成路面開裂、車輛震動等情況的主要原因。大量工程實踐證明將土工格柵應用于路基施工中，能有效解決路基失穩問題。由于土工格柵的變形模量遠大于土體，發生荷載作用時，土工格柵對土體發揮側向約束作用能提高路堤剛度，降低路堤的均勻沉降。而土工格柵的網兜效應能將地基應力均勻分布，改變地基的應力場，有效避免不均勻沉降。尤其是近年來，土工格柵加筋墊層復合地基越來越多地應用于軟度路基的處理。土工格柵與CFG樁結合既連接各樁，使其共同承擔上部荷載和側向應力作用，又使土體應力均化，有效地控制路基的不均勻沉降。

3.3 土工格柵在路基改擴建中的應用

改擴建路基破壞主要表現在失穩和不均勻沉降［4］。新路基處鋪設土工格柵能有效擴散壓力，提高填料抗剪變形能力和路基的穩定性，有效減少新老路基的不均勻沉降；路基結合處鋪設土工格柵可增強與土顆粒的摩擦與咬合，限制土體側向滑動變形，避免結合處裂縫產生；基底墊層的土工格柵能充分滲水，消散地基孔隙水壓力。改擴建工程中經常使用玻璃纖維土工格柵以有效避免不均勻沉降，避免新老路結合處裂縫產生。

4 結語

土工格柵作為一種優良性能的土工合成材料，越來越廣泛地應用于土工方面，尤其是公路方面，并與傳統土工材料相得益彰取得了令人滿意的效果。隨著社會高速發展，對工程節能、環保等問題提出了更高要求，因此迫切需要性能更好的土工格柵材料，同時對土工格柵的施工工藝的簡潔化、科學化提出了更高要求，土工格柵技術的完善還有很長的路要走。

［1］喬鵬.玻璃纖維土工格柵作用機理研究［J］.華東公路，2012，（2）：89-91.

［2］謝璧鋒.土工格柵在路基不均勻沉降中的應用［J］.材料研究與應用，2012，（6）：11-12.

［3］張挺.土工格柵在瀝青混凝土路面中的應用［J］.民營科技，2012，（3）：231.

［4］魯洪強，周明輝，鄒淑國.土工格柵在道路拓寬工程中的應用研究［J］.山東交通學院學報，2010，18（3）：62-65.