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(chǎng)應(yīng)用證實(shí)在提高一般填土承受動(dòng)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(duì)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(shì)，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(huì)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(chǎng)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(cè)、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(cè)。

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(huì)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(duì)裂縫的抑制能力、對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(huì)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.