土工格栅在公路建设中的性能及应用

薛瑞峰

1 概述

土工格栅常用作加筋土结构的筋材或复合材料的筋材。它作为一种新型的合成材料，经试验和现场应用证实在提高一般填土承受动荷以及路基防护方面均有很大的功效。我国在20世纪90年代初在吸收国外先进经验的基础上，开始了土工格栅的开发研究工作，并在道路基床病害整治，固定松散介质的应用方面取得了重大突破。随着人们对土工格栅特性的进一步了解，已经发现其具有其他土工材料不可替代的优势，使其在公路建设中有着独特的应用前景。

2 土工格栅的特点

2.1 塑料类

此类土工格栅是经过拉伸形成的具有方形或矩形的聚合物网材，按其制造时拉伸方向的不同可分为单向拉伸和双向拉伸两种。它是在经挤压制出的聚合物板材(原料多为聚丙烯或高密度聚乙烯)上冲孔，然后在加热条件下施行定向拉伸。单向拉伸格栅只沿板材长度方向拉伸制成，而双向拉伸格栅则是继续将单向拉伸的格栅再在与其长度垂直的方向拉伸制成。由于土工格栅在制造中聚合物的高分子会随加热延伸过程而重新排列定向，加强了分子链间的联结力，达到了提高其强度的目的。其延伸率只有原板材的10%～15%。如果在土工格栅中加入炭黑等抗老化材料，可使其具有较好的耐酸、耐碱、耐腐蚀和抗老化等耐久性能。

2.2 玻璃纤维类

此类土工格栅是以高强度玻璃纤维为材质，有时配合自粘感压胶和表面沥青浸渍处理，使格栅和沥青路面紧密结合成一体。由于土石料在土工格栅网格内互锁力增高，它们之间的摩擦系数显著增大(可达0.8～1.0)，土工格栅埋入土中的抗拔力，由于格栅与土体间的摩擦咬合力较强而显著增大，因此它是一种很好的加筋材料。同时土工格栅是一种质量轻，具有一定柔性的平面网材，易于现场裁剪和连接，也可重叠搭接，施工简便，不需要特殊的施工机械和专业技术人员。

2.3 钢塑类

钢塑土工格栅以高强钢丝(或其他纤维)，经特殊处理，与聚乙烯(PE)，并添加其他助剂，通过挤出使之成为复合型高强抗拉条带，且表面有粗糙压纹，则为高强加筋土工带。由此单带经纵、横按一定间距编制或夹合排列，采用特殊强化粘结的熔焊技术焊接其交接点而成型，则为加筋土工格栅。

3 土工格栅的施工工艺技术

土工格栅在平整的下承层上按设计要求的宽度铺设，其上下层填料无刺坏土工格栅的杂物，铺设土工格栅时，将强度高的方向垂直于路堤轴线方向布置。土工格栅横向铺设，铺设时绷紧，拉平，避免褶皱、扭曲或坑洼。土工格栅沿纵向拼接采用搭接法，搭接宽度不小于30 cm。

土工格栅施工工艺流程:检测、清理下承层→人工铺设土工格栅→搭接、绑扎、固定→摊铺上层路基土→碾压→检测。

铺好土工格栅后，人工铺设上层填料，及时完成碾压，避免长期暴晒。然后采用机械运料、整平、碾压。机械摊铺、碾压从两边向中间推进，其压实度保持达到规范要求。

4 土工格栅在公路建设中的应用

4.1 在软土地基中的应用

软土地基容易使基础层出现沉降、位移、开裂等现象。由于基础层的变化，会导致路面发生不规则的曲率变化，使路面出现裂缝、起皱等现象。因此，基础层增强十分重要。采用经特殊处理的玻纤土工格栅，能使基础层的整体强力大大提高，其作用就像钢筋增强水泥混凝土一样。

土与玻纤土工格栅相互作用的加筋机理，在室内进行的大量试验表明:在土体中合理布置玻纤土工格栅，可使土体的垂直应力、水平应力明显降低，土体剪应力(土颗粒之间的摩擦作用)明显提高，土体的抗剪强度得到充分发挥，可以大大提高土体的承载能力，抗变形能力和抗裂能力。玻纤土工格栅在加筋土体中的内聚力效应、隔离效应、波纹效应、拱效应、嵌锁效应等各种加筋效应，有些是先后依次出现的，有些是重叠交叉作用，这些重叠的复合效应，最终将改变或阻止塑性区的形成和发展。

1)玻纤土工格栅的拉应力作用使界面以下土体的竖向应力减小，从而使土体竖向压缩变形减小。2)由于预拉和差异沉降导致玻纤土工格栅的变形，这一拉应力由界面剪应力平衡。界面剪应力使基础沉降区域产生一定大小的隆起变形，这一隆起变形部分抵消了基础或路基的沉降。3)通过玻纤土工格栅将其上部填料的垂直变形向水平方向扩散，以致其上部填料的抗剪切变形能力得以充分发挥，使得软土地基表面的承载区大大增强，表面的压强大大减小，增强地基的强度，提高地基的承载力。

4.2 在防治反射裂缝中的应用

沥青混凝土加筋能提高路面结构层对裂缝的抑制能力、对横向剪切破坏的抵抗能力等，达到延长路面结构的疲劳寿命、节省材料、降低费用的目的。格栅加筋具有两种功能:1)能使应力均匀分布在较大的面积范围内，大大减轻沥青结构层的徐变作用，最终达到防止沥青路面开裂的目的。2)加筋格栅具有减薄沥青层厚度、防治反射裂缝、减少车辙作用等特点，能够加强沥青路面的结构性能，提高道路的使用寿命。

玻纤格栅的使用效果与铺设路面的处理情况密切相关，在铺设前必须将路面上可能影响格栅与底层结合强度的物质如油脂、油漆、封层料、水渍、污物等彻底清除干净，使铺设表面清洁干燥。玻纤格栅上感压式背胶属水溶性物质，如路面有水迹时，应待路面干燥后再进行铺设。铺设格栅之前需洒粘层油，粘层油如使用乳化沥青，需在完全破乳干燥后铺设格栅。在实际操作过程中，施工的好坏对今后玻纤格栅的使用效果有着很大影响。因此，加强质量监督、提高施工人员技术水平显得尤为重要。

施工时注意事项如下:

1)玻纤格栅背胶易溶于水，雨天或路面潮湿时不得施工。2)当使用的胶轮压路机需注水增加重量时，其注水量不能太满，以防溢流到玻纤格栅上，造成其背胶失去粘性。3)玻纤格栅铺设过程中，若发现原路面有较小的坑塘没有预先填平，可在铺好的格栅上将对应坑塘的部分剪去，以便在铺上层沥青混合料时能完全填平坑塘。4)格栅铺设时，要求路面温度在5℃～60℃之间。

4.3 在高路堤填筑中的应用

传统的路堤尤其是高路堤的填筑往往需要超填且路肩边缘不易压实，从而导致后期边坡雨水侵袭，坍塌失稳的现象时有发生，同时需用较缓的边坡，占地面积大，挡土墙壁也有同样的问题，采用土工格栅对路堤边坡或挡土墙进行加固可减少1/2占地面积，延长使用寿命，降低造价20%～50%。

5 结语

与采用粒料类材料作为路面结构层的柔性路面相比，土工格栅具有强度高、承载力高、整体性好、刚性大的优点。采用土工合成材料在处治软土地基处理、湿陷性黄土地区、高填方路基、填挖连接段、路基加宽及新老路基结合部和防治反射裂缝、减薄沥青层厚度、加强沥青路面的结构性能、提高道路的使用寿命中都起到了很好的应用效果。并且在降低造价、缩短工期、环保、生态等方面，具有极大的社会意义和经济价值。

[1] JTJ 01796，公路软土地基路堤设计与施工设计技术规范[S].

[2] JTJ/T 01998，公路土工合成材料应用技术规范[S].

[3] 黄晓明，朱 湘.公路土工合成材料应用原理[M].北京:人民交通出版社，2001:795.

[4] 赵东歌.浅谈土工格栅在公路工程中的应用[J].山西建筑，2008，34(25):283-284.