土工格柵在路基工程中的實踐與分析

中鐵六局集團廣州工程有限公司

摘要：本文主要論述了壩基和鐵路公路路基工程的特點，對土工格柵的作用、土工格柵種類和使用現狀進行了簡要的論述。通過試驗對比分析了幾種土工格柵，以分析土工格柵在路基工程中的實踐，僅供參考。

關鍵詞：土工格柵；鎖扣土工格柵；立體土工格柵；路基

1.壩基和路基的工程特點

壩基是用以承載上游水側的壓力以及承受來自壩體的重量負荷，壩基是水電大壩之基礎，其強度和穩定度對保障壩體至關重要。

路基是用以承載來自路面的負荷以及路堤的重量，并減少因震蕩帶來的影響，以保障路面達到一定的強度和穩定度。

壩基與路基均由巖土筑建，結構簡單，工程數量龐大。因巖土的分布不均勻，壩基與路基的強度和穩定度極易受到自然因素的干擾和影響。因此必須設計好壩基與路基，從而確保施工便利、工程費用低廉，病害隱患少。

分析研究土工格柵對完善路基的設計，了解路基工程，提高交通工程的質量，減少造價均有不容忽視的作用。通過力學結構分析土工格柵，以促進路基抗沉降力的提高，保障路面的強度和穩定性。

2.土工格柵概述

格柵是用高分子聚合物熱塑、模壓制成的二維或三維的網格屏柵。用于土木工程時，即稱作土工格柵。土工格柵擁有很高的抗拉強度，延伸率低，能夠適應地基的變形，改良地基性能，同時其撕裂強度、頂破強度和沖破強度比較大，可以承受得住比較大的沖擊力量。

由于格柵格孔中的粒料可以起到嵌鎖的作用，因此土工格柵能夠增強壩基與路基的材料性能。限制了粒料向側移動，有效分擔壩體的載荷，增大抗剪切的強度。土工材料的應用極大提高了土的流變性，對壩基與路基的變形起到了改善的作用。

3.土工格柵及其使用的現狀

目前，我國已有的土工格柵種類較多，且各有其優缺點，分析如下：

3.1 塑料雙向拉伸格柵和滌綸格柵

目前我國生產的塑料雙向拉伸格柵的整體性能比較好，抗拉能力比較小，延伸率比較大，摩阻系數小，適合在粒料小、含水量少、路基變形較小的地區使用。塑料格柵的格孔的距離直徑大約在38毫米左右，而滌綸格柵的格孔的距離直徑大約在25毫米左右。滌綸格柵的整體性能較差，節點強度不大，無礫石時上下填土層的密度相同，對路基加肋很起作用。不適合在山區或填方土中含有硬性雜質的地區使用這兩種格柵。通常，在碾壓中，大多數的肋條遇礫石會有斷裂，是應力集中的表現。此外，還會有上下路基密度不相同的現象出現，滌綸格柵也存在些許的斷裂。部分產品會以丙綸來替代，使之變形大，摩阻系數小。

3.2 鋼塑格柵和PP拉伸格柵

鋼塑格柵和PP拉伸格柵能夠很好地處理格柵斷裂和路基密實和延伸率過大的問題。鋼塑格柵的拉肋材料為鋼絲，在外面包上塑料會產生鋼塑帶，這樣能夠起到保護的作用。PP拉伸格柵是借助超聲波將聚丙烯拉伸帶焊接成土工格柵，格孔距離為10-15厘米，縱橫向能夠隨意組合。PP拉伸格柵的應用范圍廣，廣泛適用于省312國道改造、沈大公路擴、滬寧高速擴建和臺金高速公路建設中，并且發揮著重要的作用。上面所說的這兩種格柵彌補了原有格柵的劣勢，碾壓過程中的斷裂問題和路基密實問題得到解決，同時符合對填土粒料材料的要求，此外，鋼絲的伸長率為3%左右較小，因此，得到一致的好評。但該格柵在工程施工中也存在著一些問題，如壓路機在碾壓過程中，由于其節能的可靠性能不行，導致鋼絲露在外面，縱橫向之間沒有相互作用力，并且出現很大的移位，造成格柵出現很大的整體損失。我國有些土石壩電廠大壩選用PP拉伸格柵。導致在施工過程中出現節點可靠性能差的問題。研究發現節點可靠性能差，主要是因為節點是借助超聲波焊接而成的，這造成節點靠塑料粘合，其節點強度很小，在施工過程中非常容易出現節點分離的情況，最終導致格柵的整體性能不強，摩擦力和嵌鎖力不符合要求。

3.3 鎖扣式土工格柵

鎖扣式土工格柵是一種高強一體化的土工格柵，該格柵是用多根加強鋼絲水平排列周圍注塑成一層PE層的肋帶或聚丙稀拉伸帶，縱橫向肋帶經過經緯編織成網狀格柵，肋帶交叉節點用鎖扣通過特殊注塑成型法一次成型，這樣有利于確保路基使用中節點的牢固性，節點強度的增加會提高摩擦阻力，同時能夠起到保護鋼絲的作用，加之縱橫向位移小，有利于土體很好地嵌入格柵網格中，作用荷載的有效半徑提到不斷擴大，有效荷載得到迅速分解，這樣有利于增強格柵的整體效果，適用于各種地質狀況的路基。鎖扣式土工格柵有利于縱橫向筋帶之間相互作用并有效發揮其效用，同時其具有很好的摩擦性能和嵌鎖作用，大大提高了其綜合作用，使得工程中出現的問題得到很好地解決，在工程中該種格柵得到很好地應用，其應用范圍越來越廣泛。扣式格柵是國內唯一一種免搭接的一體化土工格柵，這種格柵不僅能夠節約成本，而且有利于格柵整體效果的充分發揮。

3.4 立體土工格柵

立體土工格柵的強度與一般土工格柵一樣，同時還具有固土特性。采用對比試驗分析立體土工格柵的應變-應力及剪切強度，試驗發現土工格柵是當前國內外最先進的一種格柵，加之其結構不同，摩阻和格柵的拉力相差不大，這樣格柵的利用率會達到最高。結構的不同能夠使受力方向和震蕩頻率發生變化，這樣能夠降低震蕩對路基造成的傷害，能夠承受過高的載重。此外，立體格柵因其結構的不同，與平面格柵不同會產生正拱效應，回彈次數顯著增加。

4.試驗對比

4.1 四種格柵的路基碾壓模擬試驗

普通格柵不符合施工要求，立體土工格柵、鎖扣式土工格柵符合。土工格柵進行路基碾壓的模擬試驗，條件是：用料選三成的顆粒直徑小于7厘米的礫石和七成的粘土；型號為ZYJ8/10的壓路機；多次碾壓，層厚度要達到22厘米。模擬試驗的結果表明幾種格柵分別有不同程度上的折損率。

4.2 鎖扣與焊接格柵的路基碾壓模擬試驗

對焊接型鋼塑格柵和鎖扣型鋼塑格柵進行路基碾壓模擬試驗，碾壓之后需要更長一點時間再取出。結果表明兩種格柵的折損率不相同。其原因可能是鎖扣型格柵的性能良好，碾壓中分散了承載的負荷，從而格柵實際所受的荷載比較小。

4.3 格柵節點的擠壓強度試驗

對格柵節點進行擠壓強度上的試驗，結果表明立體土工格柵和鎖扣型格柵比普通格柵的擠壓強度高得多。故立體土工格柵和鎖扣型格柵在固土方面更為適合。

5.結語

在壩基和路基中使用土工格柵，能夠確保其整體受力，并且改善其非線性變形和土的流變性。在壩基和路基鋪設土工格柵，一方面是格柵能夠承擔相當大的荷載，另一方面是土料與格柵網孔相互作用，產生很大的咬合力，這樣格柵整體性能得到很大提升。

本文通過試驗對比發現，鎖扣式格柵和立體土工格柵適用于壩基和路基工程施工，并且在工程中發揮著重要的作用。鎖扣式格柵節點因其強度高、整體性能好和碾壓損傷率小，在實際工程中起著良好的效果。立體土工格柵節點強度高，這有利于增強垂直方向上抗剪的強度，并且有利于實現荷載受力方向的多樣化，產生拱效應，路基的回彈模量得到提高，此外，震蕩頻率和方向還會發生變化，這樣對路基沉降的作用會大大降低，有利于保護路基。

土工格柵帶（結）點強度能夠有效衡量力學特性，所以必須引起高度的重視。本文主要是對鎖扣式格柵和立體土工格柵的優越性進行論述，期望能夠提供一些有價值的建議，從而更好地發揮其在壩基和路基工程中的作用。

參考文獻：

[1]《動載作用下土工格柵加筋土計算模型的研究》，張興強，鄧衛東，陳文金，閆澍旺編著，水利學報，2001.

[2]《土工格柵在沈大路改擴建工程中的應用》，沈大高速公路改擴建工程技術論文集，于伯剛，關世通，劉海英等編著，人民交通出版社，2006.