土工柵格在道路路基中的應用

巫宏云

鎮江市交通規劃設計院，江蘇鎮江 212003

0 引言

1 土工格柵的工程特性

土工格柵的常規力學特性土工格柵，具有較為明顯的粘彈性，同時多方面因素影響著其力學特性。常規的力學試驗表明，土工格柵的拉伸強度和彈性模量會隨著環境和溫度的變化而變化著。表現為單根格柵在不同環境溫度下荷載與應變的關系圖如圖1所示，不同溫度下單根格柵的抗拉強度如表1所示，單根格柵在不同應變速率下荷載與應變之間的關系則由圖2反映出。

表1 不同溫度下土工格柵的抗拉強度結果統計表

由圖1和表1得出，格柵的彈性模量和抗拉強度會隨著溫度的升高而呈現出明顯的降低，也就是說，格柵的彈性模量和抗拉強度在低溫狀態下將會呈現出明顯的提高。土工格柵的剛度和最大負荷會如果是在同一外界溫度下，則是隨著加荷速率的增大而增大。因土工格柵溫度形變系數較高，如果單獨考慮溫度效應，如發生整體形變則對加筋材料影響不高，但在實際的施工中，局部不均勻形變可能會發生，格柵的路用性能也將嚴重受影響。同時，根據單根格柵的抗拉試驗表明，應變約為15%的情況下格柵開始斷裂，但是在實際工程應用中為考慮一定的安全系數，極限應變10%為通常所取。

圖1 不同溫度下荷載與應變之間的關系

圖2 不同應變速度率下荷載與應變之間的關系

1.1 土工格柵的徐變特性和疲勞韌性

作用在格柵加筋結構上的荷載可以持續許多年，格柵加筋材料將產生徐變，在設計過程中，一般將格柵加筋材料上作用的荷載限制在一定范圍，即為設計荷載，并可以求出允許形變。在實際工程應用中，要保證格柵在設計荷載作用下的允許形變和實際總形變量保持一致。實際工程中我們一般采用蠕變系數法來估算材料的蠕變量，計算公式為：

式中，εt為靜荷載作用下t時間的總應變量；εo為受力開始時的初始應變量；b為蠕變系數；t表示時間。

蠕變系數在不同的應力水平下是不同的，圖3為不同荷載產生的應變-時間關系對比曲線（半對數），其斜率即為不同應力水平下的蠕變系數。同時在施工現場我們進行了交變荷載作用下的土工格柵模擬疲勞試驗，具體做法為：將石灰土鋪在土工格柵上，用平地機整平，采用12、16、20t振動壓路機進行壓實（前振后靜），碾壓1h，間歇半小時為1個周期，共計進行4個周期，然后鏟除灰土重做試驗，與原試驗數據對比，結果如圖4所示。

圖3 不同荷載作用下的應變-時間關系

圖4 壓實前后柵格拉伸性能對比曲線

從圖4可以看出，格柵承受交變荷載周期性作用后，處于工作應變狀態下的材料剛度沒有明顯變化，但一般情況下，材料的極限抗拉強度有所降低，降低的幅度與土壤粒徑有關，在實際應用中一般采用局部安全系數來考慮，一般對于常采用的SR80格柵，局部安全系數為1.1～1.3。土壤粒徑越小，對材料極限抗拉強度影響越小，局部安全系數可適當取低值。

1.2 土工柵格的耐久性

耐久性能由于土工格柵中加入了碳黑等抗老化助劑，因此具備了酸、堿、鹽及酒精、汽油等有機溶劑及抗紫外線的侵蝕。一據有關資料顯示，在常溫和設計允許荷載作用下，土工格柵的使用壽命可達120年。

1.3 土工柵格施工靈活性

施工性能土工格柵重量輕、易搬運、運輸貯存方便，有一定的柔性和韌性，便于現場加工和搭接，施工簡單，無需專用的施工機械和人員，此外，土工格柵強度、變形受溫度影響較大，一般地，溫度越高，其強度越低，變形越大；溫度越低，其強度越高、變形越小。

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2 工程應用

某改建工程，大部分路段都有幫寬現象，施工分段進行一段時間以后，幫寬部位由于沉陷不同出現了縱向裂縫，原路基部分已經固結穩定，沉降量極小，而拓寬部分的路基，即使是壓實度達到了規范要求，但路基土有一個固結穩定的過程，其固結過程可延續很長時間，必然會造成路基不斷沉降，而且其沉降量必然大于原路基。根據土工柵格的工程特性，對拓寬部分采用灰土和二灰碎石基層中加如土工格柵。

土工格柵施工的注意事項：

1）土工格柵的連接

一般采用綁扎作為土工格柵的連接，搭接寬度應該大于l0cm。搭接處需要滿足受力要求，綁扎點一般會每隔隔10cm～15cm；在這個距離內受力方向應有兩個綁扎點，錯縫布置一般應用在多層鋪設時，采用上下層搭接。

2）土工格柵的固定

施工中，土工格柵的設計應按要求張拉、鋪設、搭接、鋪固，做到無摺皺、無扭曲，張緊度盡量高一些，固定時使用U形插釘。

3）土工格柵的填蓋時間

土工格柵填蓋時間在鋪設好之后，時間要及時，采用土料填蓋，一般不超過兩天，紫外線照射較弱的情況下，覆蓋時間可適當延長。

4）土工格柵的填料

土工格柵的填料應按照設計要求來選取。實踐證明除生活垃圾、硅藻土和白堊土、凍結土、沼澤土外均可用做填土。但力學性能穩定的還要屬砂類土和礫類土，受含水量影響偏小，適合優先選用，粒徑要小于15cm，填料級配要稍加注意，以確保壓實質量。

5）填料的攤鋪和壓實

當土工格柵鋪設好后，在兩端攤鋪填料，將土工格柵固定，再向中部推進。碾壓的順序是先兩側后中間。碾壓時壓輪不能直接與土工格柵接觸，壓實的加筋體一般不允許車輛在上面行駛，以免筋材錯位。分層壓實厚度為20cm～30cm。碾壓密實度應達到工程要求。這也是加筋土工格柵工程成敗的關鍵。

3 工程效果檢測

我們對土工柵格在拓寬道路減少路基沉降進行了效應觀測，跟蹤檢測，檢測其處理的效果。

用彎沉檢測處理效果。彎沉檢測點布置在拓寬部分與老路相接處左右各60cm處，縱向距離為10m，路基填筑完成時進行了檢測，檢測數據用數理統計的方法進行處理，結果見表2。

表2 路基彎沉檢測對比表

由表2可以看出，對設有土工柵格材料的路基段的沉降明顯低于單層或未加土工柵格的路段，可見土工柵格對于預防路基沉降，加強路基穩定性有良好的工程效果。

4 結論

通過對土工格柵工程特性的研究試驗分析，我們越來越應該認識到土工格柵這種材料的工程實用性，土工格柵必將更加廣泛地應用于我國的公路改擴建工程中。在施工過程中，應注意土工柵格材料的施工特殊性，嚴格按照土工柵格材料的施工規范，使土工格柵在鋪設中更科學、更合理、更節約、更規范，更能提高工程是經濟效益。

[1]周志剛，鄭健龍著.公路土工合成材料設計原理及工程應用.

[2]張留俊，等著.高速公路軟土地基處理技術.人民交通出版社.

[3]吳進明.土工合成材料防治半剛性路面反射裂縫技術.山西建筑.