土工格柵在公路建設(shè)中的性能及應(yīng)用

薛瑞峰

1 概述

土工格柵常用作加筋土結(jié)構(gòu)的筋材或復(fù)合材料的筋材。它作為一種新型的合成材料，經(jīng)試驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用證實(shí)在提高一般填土承受動荷以及路基防護(hù)方面均有很大的功效。我國在20世紀(jì)90年代初在吸收國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開始了土工格柵的開發(fā)研究工作，并在道路基床病害整治，固定松散介質(zhì)的應(yīng)用方面取得了重大突破。隨著人們對土工格柵特性的進(jìn)一步了解，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其具有其他土工材料不可替代的優(yōu)勢，使其在公路建設(shè)中有著獨(dú)特的應(yīng)用前景。

2 土工格柵的特點(diǎn)

2.1 塑料類

此類土工格柵是經(jīng)過拉伸形成的具有方形或矩形的聚合物網(wǎng)材，按其制造時(shí)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(jīng)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(xù)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(qiáng)了分子鏈間的聯(lián)結(jié)力，達(dá)到了提高其強(qiáng)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(qiáng)度玻璃纖維為材質(zhì)，有時(shí)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(jié)合成一體。由于土石料在土工格柵網(wǎng)格內(nèi)互鎖力增高，它們之間的摩擦系數(shù)顯著增大(可達(dá)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(qiáng)而顯著增大，因此它是一種很好的加筋材料。同時(shí)土工格柵是一種質(zhì)量輕，具有一定柔性的平面網(wǎng)材，易于現(xiàn)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(jī)械和專業(yè)技術(shù)人員。

2.3 鋼塑類

鋼塑土工格柵以高強(qiáng)鋼絲(或其他纖維)，經(jīng)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(fù)合型高強(qiáng)抗拉條帶，且表面有粗糙壓紋，則為高強(qiáng)加筋土工帶。由此單帶經(jīng)縱、橫按一定間距編制或夾合排列，采用特殊強(qiáng)化粘結(jié)的熔焊技術(shù)焊接其交接點(diǎn)而成型，則為加筋土工格柵。

3 土工格柵的施工工藝技術(shù)

土工格柵在平整的下承層上按設(shè)計(jì)要求的寬度鋪設(shè)，其上下層填料無刺壞土工格柵的雜物，鋪設(shè)土工格柵時(shí)，將強(qiáng)度高的方向垂直于路堤軸線方向布置。土工格柵橫向鋪設(shè)，鋪設(shè)時(shí)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(shè)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(shè)上層填料，及時(shí)完成碾壓，避免長期暴曬。然后采用機(jī)械運(yùn)料、整平、碾壓。機(jī)械攤鋪、碾壓從兩邊向中間推進(jìn)，其壓實(shí)度保持達(dá)到規(guī)范要求。

4 土工格柵在公路建設(shè)中的應(yīng)用

4.1 在軟土地基中的應(yīng)用

軟土地基容易使基礎(chǔ)層出現(xiàn)沉降、位移、開裂等現(xiàn)象。由于基礎(chǔ)層的變化，會導(dǎo)致路面發(fā)生不規(guī)則的曲率變化，使路面出現(xiàn)裂縫、起皺等現(xiàn)象。因此，基礎(chǔ)層增強(qiáng)十分重要。采用經(jīng)特殊處理的玻纖土工格柵，能使基礎(chǔ)層的整體強(qiáng)力大大提高，其作用就像鋼筋增強(qiáng)水泥混凝土一樣。

土與玻纖土工格柵相互作用的加筋機(jī)理，在室內(nèi)進(jìn)行的大量試驗(yàn)表明:在土體中合理布置玻纖土工格柵，可使土體的垂直應(yīng)力、水平應(yīng)力明顯降低，土體剪應(yīng)力(土顆粒之間的摩擦作用)明顯提高，土體的抗剪強(qiáng)度得到充分發(fā)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(nèi)聚力效應(yīng)、隔離效應(yīng)、波紋效應(yīng)、拱效應(yīng)、嵌鎖效應(yīng)等各種加筋效應(yīng)，有些是先后依次出現(xiàn)的，有些是重疊交叉作用，這些重疊的復(fù)合效應(yīng)，最終將改變或阻止塑性區(qū)的形成和發(fā)展。

1)玻纖土工格柵的拉應(yīng)力作用使界面以下土體的豎向應(yīng)力減小，從而使土體豎向壓縮變形減小。2)由于預(yù)拉和差異沉降導(dǎo)致玻纖土工格柵的變形，這一拉應(yīng)力由界面剪應(yīng)力平衡。界面剪應(yīng)力使基礎(chǔ)沉降區(qū)域產(chǎn)生一定大小的隆起變形，這一隆起變形部分抵消了基礎(chǔ)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(kuò)散，以致其上部填料的抗剪切變形能力得以充分發(fā)揮，使得軟土地基表面的承載區(qū)大大增強(qiáng)，表面的壓強(qiáng)大大減小，增強(qiáng)地基的強(qiáng)度，提高地基的承載力。

4.2 在防治反射裂縫中的應(yīng)用

瀝青混凝土加筋能提高路面結(jié)構(gòu)層對裂縫的抑制能力、對橫向剪切破壞的抵抗能力等，達(dá)到延長路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命、節(jié)省材料、降低費(fèi)用的目的。格柵加筋具有兩種功能:1)能使應(yīng)力均勻分布在較大的面積范圍內(nèi)，大大減輕瀝青結(jié)構(gòu)層的徐變作用，最終達(dá)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(diǎn)，能夠加強(qiáng)瀝青路面的結(jié)構(gòu)性能，提高道路的使用壽命。

玻纖格柵的使用效果與鋪設(shè)路面的處理情況密切相關(guān)，在鋪設(shè)前必須將路面上可能影響格柵與底層結(jié)合強(qiáng)度的物質(zhì)如油脂、油漆、封層料、水漬、污物等徹底清除干凈，使鋪設(shè)表面清潔干燥。玻纖格柵上感壓式背膠屬水溶性物質(zhì)，如路面有水跡時(shí)，應(yīng)待路面干燥后再進(jìn)行鋪設(shè)。鋪設(shè)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(shè)格柵。在實(shí)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(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督、提高施工人員技術(shù)水平顯得尤為重要。

施工時(shí)注意事項(xiàng)如下:

1)玻纖格柵背膠易溶于水，雨天或路面潮濕時(shí)不得施工。2)當(dāng)使用的膠輪壓路機(jī)需注水增加重量時(shí)，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(shè)過程中，若發(fā)現(xiàn)原路面有較小的坑塘沒有預(yù)先填平，可在鋪好的格柵上將對應(yīng)坑塘的部分剪去，以便在鋪上層瀝青混合料時(shí)能完全填平坑塘。4)格柵鋪設(shè)時(shí)，要求路面溫度在5℃～60℃之間。

4.3 在高路堤填筑中的應(yīng)用

傳統(tǒng)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(shí)，從而導(dǎo)致后期邊坡雨水侵襲，坍塌失穩(wěn)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，同時(shí)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(jìn)行加固可減少1/2占地面積，延長使用壽命，降低造價(jià)20%～50%。

5 結(jié)語

與采用粒料類材料作為路面結(jié)構(gòu)層的柔性路面相比，土工格柵具有強(qiáng)度高、承載力高、整體性好、剛性大的優(yōu)點(diǎn)。采用土工合成材料在處治軟土地基處理、濕陷性黃土地區(qū)、高填方路基、填挖連接段、路基加寬及新老路基結(jié)合部和防治反射裂縫、減薄瀝青層厚度、加強(qiáng)瀝青路面的結(jié)構(gòu)性能、提高道路的使用壽命中都起到了很好的應(yīng)用效果。并且在降低造價(jià)、縮短工期、環(huán)保、生態(tài)等方面，具有極大的社會意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

[1] JTJ 01796，公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JTJ/T 01998，公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 黃曉明，朱 湘.公路土工合成材料應(yīng)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(yīng)用[J].山西建筑，2008，34(25):283-284.