论土工格栅及其在公路工程中的应用

孙巧云

（中交远洲交通科技集团有限公司，河北 石家庄 050051）

0 引言

由于土工格栅具有质量轻、柔性好、施工方便和造价低等优点，其在工程中得到了越来越广泛的应用，是目前运用最广泛的加筋材料。随着技术的不断进步，土工格栅类型不断更新，其功能也不断增强，给土木工程尤其是公路工程带来了很大方便。

1 土工格栅种类及特性

土工格栅是聚乙（丙）烯、聚氯乙烯或者聚脂等高分子聚合物通过热塑或模压而成的二维网状结构或具有一定高度的三维立体网格屏栅。相较其他土工合成材料，土工格栅具有自身独特的性能和功效，其特殊的制造工艺增强了分子间的连接，使得土工格栅具有很高的抗拉强度并具有一定的延展性和柔性，若在其中加入抗老化材料，可赋予土工格栅抗酸碱、抗腐蚀和耐老化等优点。这些特性使土工格栅常用作加筋土结构或复合材料的筋材。土工格栅通常分为塑料土工格栅、钢塑土工格栅、玻璃纤维土工格栅和玻纤聚酯土工格栅四类。

1.1 塑料土工格栅

塑料土工格栅多为方形或矩形聚合物网材，按拉伸方向不同分为单向土工格栅和双向土工格栅两种。双向土工格栅纵横向均具有很高的拉伸强度，常用于大面积永久性承载地基。单向土工格栅具有很高的拉伸强度和拉伸模量，应用于各种土壤，是目前广为采用的加筋材料。其抗低温性还可使其用于特殊地质，例如少冰冻土、富冰冻土和高含冰量冻土等不良地质。

1.2 钢塑土工格栅

钢塑土工格栅是纵横等间距编制或夹合排列的特殊土工合成材料，由添加聚乙烯或聚丙烯及其他助剂的高强钢丝或其他纤维挤压成的表面粗糙有压纹的复合型高强抗拉条带经特殊强化粘接的熔焊技术焊接而成。此类土工格栅强度大、蠕变小，可用于高大挡土墙，表面粗糙压纹能有效提高与土体间的摩擦，表面所采用的高密度聚乙烯等高分子物质可保护土工格栅免受酸碱、盐溶液和油类等有害物质侵袭，同时抵抗紫外线辐射损失，增大耐久性，可用于永久性工程，对土体有极强的嵌锁、咬合作用，能很好的处理软土地基；较传统土工格栅，此类土工格栅具有强度更高、承载力更强、寿命长、施工方便等优点，更适用于深海作业、堤岸加固等腐蚀性不良环境。

1.3 玻璃纤维土工格栅

玻璃纤维土工格栅是以玻璃纤维为主材质编制成网状结构材料，并经特殊涂复工艺涂以自粘感压胶和特殊改性沥青等材料而形成的新型土工基材。玻璃纤维土工格栅综合玻璃纤维的强度大、蠕变小、模量高、热稳定性强、耐磨、抗寒性等特点和特殊改性沥青耐磨、抗侵蚀、与沥青路面紧密结合等特点，具有两重复合性能。玻璃纤维土工格栅可有效控制、延缓沥青道路的疲劳开裂、高温车辙、低温缩裂及反射裂缝［1］等病害。

1.4 玻纤聚酯土工格栅

玻纤聚酯土工格栅可分为聚酯纤维经编土工格栅和经编涤纶土工格栅。聚酯纤维经编土工格栅以高强聚酯纤维为原料，而经编涤纶土工格栅以聚酯涤纶纤维为原料，采用经编定向结构，用高强纤维捆绑交叉点，形成牢固结合点。此类土工格栅抗撕裂性强，抗拉强度高，延伸力小，纵横强度差异小、耐磨、耐腐蚀，可有效增强土体抗剪性和土体整体性。

自20世纪80年代初美国Netlon公司开发出塑料土工格栅并将之运用至岩土工程后，新型多功能土工格栅相继出现，土工格栅领域不断扩宽。同时土工格栅被大量运用于铁路、公路、水利等工程，取得了巨大成就，可见土工格栅领域有着长足的发展空间。

2 土工格栅作用原理

土工格栅与土体紧密相连，在筋-土界面形成嵌锁结构，作用机理一般分为三种。

2.1 被动阻抗作用

土工格栅本身具有较高的抗变形性能，且远大于土体的抗变形能力，土工格栅以抗拉构件形式弥补了土体抗拉性能的不足，同时使两者形成了一个各向异性的复合体，增强了土体间的粘聚力，使复合体强度增强。两者相互作用，既发挥了各自不同的优点又弥补了填料抗拉性能的不足。

2.2 摩擦作用

土工格栅与土体间的相互摩擦作用对土体有侧向约束作用，可锚固土体，增强土体的抗剪强度，形成一个具有较大弯拉刚度与抗剪强度的复合体［2］，充分发挥土体的抗压性与土工格栅的抗拉性，还可避免钢筋从土体中被拉出，增强土体整体性和土体内部强度，弥补土体整体性连续性差等不足。

2.3 锁定作用

土工格栅上的孔眼对填料具有锁定作用。土工格栅独特的网状结构对填料形成网兜效应，使土体很好地嵌入土工格栅孔眼，可阻碍填料下陷，提高土体整体的稳定性。

三种作用原理使土工格栅和土体成为一个功能互补的整体，既能增强土体功能，又能充分发挥土工格栅的功能。

3 土工格栅在公路工程中的应用

土工格栅亦柔亦钢的特性使其在公路工程得到了广泛应用。土工格栅应用于沥青混凝土路面，可抑制沥青路面开裂病害的发生，提高道路的使用寿命；应用于路基，可有效解决路基失稳等问题带来的一系列病害；应用于路基改扩建，可解决新老路结合处处理不利问题，给工程带来施工便利。

3.1 土工格栅在沥青混凝土路面的应用

沥青高温易软化、低温易脆化、冲击易疲劳和日晒易老化等自身缺陷导致沥青混凝土路面极易开裂，因此路面开裂是沥青混凝土路面需解决的主要病害之一。

土工格栅表面经特殊处理能与沥青相容，且融合自身热稳定性与网格嵌锁骨料特性，可明显增强沥青混凝土面层下部或底面抗变形能力，改变沥青层受力状态，避免应力集中现象减小并延缓裂缝的产生；土工格栅铺设面积一般较大，且具有传递应力的作用，增强路面整体稳定性和刚度，从而提高面层抗疲劳强度，减少微裂缝的产生，增加沥青路面的抗疲劳寿命；土工格栅能使沥青混合料移动位移均匀，保证混合料骨架的稳定性，增强抗车辙及鼓包能力；同时使用土工格栅可减薄沥青层厚度（即厚度效应），提高沥青层抗疲劳特性，延迟裂缝的发展［3］。例如，路面工程中常运用强度高、刚度大的塑料土工格栅和玻纤土工格栅，可有效控制原路面伸缩变形和反射性裂缝。

3.2 土工格栅在路基中的应用

路基稳定问题是造成路面开裂、车辆震动等情况的主要原因。大量工程实践证明将土工格栅应用于路基施工中，能有效解决路基失稳问题。由于土工格栅的变形模量远大于土体，发生荷载作用时，土工格栅对土体发挥侧向约束作用能提高路堤刚度，降低路堤的均匀沉降。而土工格栅的网兜效应能将地基应力均匀分布，改变地基的应力场，有效避免不均匀沉降。尤其是近年来，土工格栅加筋垫层复合地基越来越多地应用于软度路基的处理。土工格栅与CFG桩结合既连接各桩，使其共同承担上部荷载和侧向应力作用，又使土体应力均化，有效地控制路基的不均匀沉降。

3.3 土工格栅在路基改扩建中的应用

改扩建路基破坏主要表现在失稳和不均匀沉降［4］。新路基处铺设土工格栅能有效扩散压力，提高填料抗剪变形能力和路基的稳定性，有效减少新老路基的不均匀沉降；路基结合处铺设土工格栅可增强与土颗粒的摩擦与咬合，限制土体侧向滑动变形，避免结合处裂缝产生；基底垫层的土工格栅能充分渗水，消散地基孔隙水压力。改扩建工程中经常使用玻璃纤维土工格栅以有效避免不均匀沉降，避免新老路结合处裂缝产生。

4 结语

土工格栅作为一种优良性能的土工合成材料，越来越广泛地应用于土工方面，尤其是公路方面，并与传统土工材料相得益彰取得了令人满意的效果。随着社会高速发展，对工程节能、环保等问题提出了更高要求，因此迫切需要性能更好的土工格栅材料，同时对土工格栅的施工工艺的简洁化、科学化提出了更高要求，土工格栅技术的完善还有很长的路要走。

［1］乔鹏.玻璃纤维土工格栅作用机理研究［J］.华东公路，2012，（2）：89-91.

［2］谢璧锋.土工格栅在路基不均匀沉降中的应用［J］.材料研究与应用，2012，（6）：11-12.

［3］张挺.土工格栅在沥青混凝土路面中的应用［J］.民营科技，2012，（3）：231.

［4］鲁洪强，周明辉，邹淑国.土工格栅在道路拓宽工程中的应用研究［J］.山东交通学院学报，2010，18（3）：62-65.