土工格栅在路基路面工程中的应用

白永胜

1 概述

公路运输是陆上运输方式之一，因其灵活机动、迅速方便等特点，使其不仅成为一个独立的运输体系，也成为铁路车站、港口和机场集散物资的重要手段，对于一个国家经济的发展起着重要的基础作用。而路基路面工程是道路工程的重要组成部分，因此使路基和路面能长时期具有良好的性能，具有十分重要的意义。

土工格栅是一种新型的土工合成材料，具有抗拉模量高、强度高、耐高温、耐腐蚀等优点。随着旧路面改造的大范围进行，土工格栅逐渐被应用于沥青加铺层的夹层，国内外的研究表明土工格栅可延缓沥青罩面的反射裂缝。

一般将土工格栅分为塑料土工格栅、钢塑土工格栅、玻璃纤维土工格栅和聚酯纤维经编土工格栅四大类。

1)塑料土工格栅:塑料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，其抗拉强度高，但延伸率却很小;随着抗拉强度的提高，其抗高温性能也提高;在土工格栅中加入炭黑等老化材料，故其耐酸、耐碱、耐腐蚀、抗老化等耐久性较好(见图 1)。2)钢塑土工格栅:钢塑土工格栅以高强钢丝经特殊处理，与聚乙烯，并添加其他助剂，通过挤，使之成为复合型高强抗拉条带，表面有粗糙压纹，其为高强加筋土工带。由此单带，经纵、横按一定间距编制排列，采用特殊强化粘结的熔焊技术焊接其交接点而成型，为加筋土工格栅[1]。其具有强度大、蠕变小、承载力强、抗腐蚀、防老化、摩擦系数大、孔眼均匀、施工方便、使用寿命长等特点。3)玻璃纤维土工格栅:是玻璃纤维编织而成的网状结构材料，因玻璃纤维的主要成分有氧化硅，其具有理化性能稳定，强度大、模量高，耐磨性高，无长期蠕变，热稳定性好等特点。网状结构使集料嵌锁和限制;提高沥青混合料的承重能力。表面涂有特殊的改性沥青使得土工格栅的耐磨性及剪切能力有了很大提高[1](见图 2)。4)聚酯纤维经编土工格栅:选用高强聚酯纤维为原料。采用经编定向结构，其中的经纬向纱线相互间无弯曲状态，在交叉点采用高强纤维长丝捆绑结合起来而形成的网状结构。

2 土工格栅在路基工程中的应用

2.1 在路基中的应用

1)处理半填半挖路基。半填半挖式路基指的是在一个横断面内，部分为路堤、部分为路堑的路基。填挖交界地段路基填方应挖符合要求的台阶并分层填筑，避免因填筑不当，而出现路基纵向裂缝。如果路基填料大部分为高液限粘土，完工后沉降量较大，尤其是半填半挖填挖交界处易产生不均匀沉降，工程中一般采取铺设土工格栅的方法，在每层台阶水平面上铺设土工格栅，利用其自身的立面侧限加筋效应可以控制路基的沉降，或沉降很少。

2)处理不良路基。对于风沙地区的路基修筑采用土工格栅可以对松散填料起到侧限作用，在有限的高度内保障路基具有高的刚度和强度，以承受较大的荷载应力;对于多年冻土地区，为防止由于发生翻浆而导致路堤发生过量沉降。土工格栅特有的立面加筋效应和有效的落实整体侧限性，可以确保在冻土地区的最小填土高度，并使填土具有高品质的强度和刚度;对于湿陷性黄土路基，也可用土工格栅按照承载力要求对路基进行处理;对于盐渍土和膨胀土修筑的高速公路和一级公路，路肩及边坡均采用加固措施，格栅的立面加固效果是所有加固材料中最优异的一种，同时它又具有良好的耐腐蚀性，完全可以满足在盐渍土和膨胀土修筑高等公路的要求。

3)台背路基填土加筋。采用土工格栅可以实现台背加筋的目的，其与填料间可以产生足够的摩擦力，有效减少路基与构造物间的不均匀沉降，最终有效缓解“桥台跳车”病害对桥面的早期冲击破坏。

2.2 施工步骤

施工流程见图 3。土工格栅要在压实平整，无尖刺凸起物的场地上铺设，铺设时格栅的主要受力方向(纵向)应与路堤轴线方向垂直，铺设要平整，无褶皱、扭曲或坑洼，尽量拉紧。土工格栅沿纵向拼接采用搭接法，搭接宽度不小于20 cm。

铺好土工格栅后，人工铺设上层填料，填料应按设计要求选取，除冻结土、沼泽土、生活垃圾、白垩土、硅藻土外均可用作填料。但砾类土和砂类土力学性能稳定，受含水量影响很小，宜优先选用。及时完成碾压，避免长期暴晒。

杜绝一切施工车辆和施工机械行驶或停放在已铺好的土工格栅上，施工中随时检查土工格栅的质量，发现有折损、刺破和撕裂等损坏时，据其破损程度修补或更换。

3 土工格栅在路面工程中的应用

3.1 用于水泥混凝土路面改建复合式路面

近年来，随着公路交通量和汽车载重量的增大，对路面结构的破坏日趋严重，越来越多的旧混凝土路面面临着修复工作。与沥青路面相比，水泥混凝土路面的修复较困难，常采用的有效措施是在旧混凝土路面上加铺沥青罩面层，但在沥青加铺层中出现反射裂缝的问题至今仍无法解决[2]。

经过大量试验研究，最后决定在旧水泥混凝土路面上布置玻纤格栅加筋层，其上再铺筑沥青混凝土面层。玻纤格栅具有高抗拉强度、低延伸率、无蠕变，与沥青混合料的相容性好、物理化学性能稳定、耐高温、嵌锁与限制作用强等特点，其主要作用为均匀传递轴载，并将反射裂缝应力由垂直方向转为水平方向。

3.2 玻璃纤维土工格栅用于沥青混凝土路面

沥青路面面层在轮载范围内受到压力，在轮载边缘以外的区域受到拉力作用，因两处受力区受力性质不同又彼此紧靠，故在长期荷载作用下，在两块受力区域的交界处极易产生疲劳开裂。将玻璃纤维土工格栅置于道路结构层中，可使得上述的拉应力与压应力分散，减小了路面的弯沉量，保证了路面不会发生过度变形[3];在高温条件下，沥青混凝土流动性增加，经车辆的反复碾压便形成了车辙，在路面结构层中放置玻璃纤维土工格栅起到了骨架作用，增加了结构层横向约束力，防止了塑性推移，从而减缓了车辙的产生;在严寒条件下，沥青混凝土面层遇冷收缩产生拉应力，当该力超过沥青混凝土拉伸强度时，就会产生裂纹，在裂纹集中的地方产生裂缝。玻璃纤维土工格栅可抵抗较大的拉应力，从而防止或减缓裂缝的产生[3]。

[1] 郭 勇.土工格栅的分类及其适用范围[J].今日科苑，2009 (6):10-11.

[2] 玻璃纤维格栅在防治反射裂缝中的应用[EB/OL].2010-11-01.

[3] 李壁有.浅谈玻璃纤维土工格栅在沥青路面工程中的应用[J].西部探矿工程，2007(2):168-169.