孫巧云

（中交遠(yuǎn)洲交通科技集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050051）

0 引言

由于土工格柵具有質(zhì)量輕、柔性好、施工方便和造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，其在工程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，是目前運(yùn)用最廣泛的加筋材料。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，土工格柵類型不斷更新，其功能也不斷增強(qiáng)，給土木工程尤其是公路工程帶來了很大方便。

1 土工格柵種類及特性

土工格柵是聚乙（丙）烯、聚氯乙烯或者聚脂等高分子聚合物通過熱塑或模壓而成的二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或具有一定高度的三維立體網(wǎng)格屏柵。相較其他土工合成材料，土工格柵具有自身獨(dú)特的性能和功效，其特殊的制造工藝增強(qiáng)了分子間的連接，使得土工格柵具有很高的抗拉強(qiáng)度并具有一定的延展性和柔性，若在其中加入抗老化材料，可賦予土工格柵抗酸堿、抗腐蝕和耐老化等優(yōu)點(diǎn)。這些特性使土工格柵常用作加筋土結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料的筋材。土工格柵通常分為塑料土工格柵、鋼塑土工格柵、玻璃纖維土工格柵和玻纖聚酯土工格柵四類。

1.1 塑料土工格柵

塑料土工格柵多為方形或矩形聚合物網(wǎng)材，按拉伸方向不同分為單向土工格柵和雙向土工格柵兩種。雙向土工格柵縱橫向均具有很高的拉伸強(qiáng)度，常用于大面積永久性承載地基。單向土工格柵具有很高的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量，應(yīng)用于各種土壤，是目前廣為采用的加筋材料。其抗低溫性還可使其用于特殊地質(zhì)，例如少冰凍土、富冰凍土和高含冰量凍土等不良地質(zhì)。

1.2 鋼塑土工格柵

鋼塑土工格柵是縱橫等間距編制或夾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劑的高強(qiáng)鋼絲或其他纖維擠壓成的表面粗糙有壓紋的復(fù)合型高強(qiáng)抗拉條帶經(jīng)特殊強(qiáng)化粘接的熔焊技術(shù)焊接而成。此類土工格柵強(qiáng)度大、蠕變小，可用于高大擋土墻，表面粗糙壓紋能有效提高與土體間的摩擦，表面所采用的高密度聚乙烯等高分子物質(zhì)可保護(hù)土工格柵免受酸堿、鹽溶液和油類等有害物質(zhì)侵襲，同時(shí)抵抗紫外線輻射損失，增大耐久性，可用于永久性工程，對土體有極強(qiáng)的嵌鎖、咬合作用，能很好的處理軟土地基；較傳統(tǒng)土工格柵，此類土工格柵具有強(qiáng)度更高、承載力更強(qiáng)、壽命長、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，更適用于深海作業(yè)、堤岸加固等腐蝕性不良環(huán)境。

1.3 玻璃纖維土工格柵

玻璃纖維土工格柵是以玻璃纖維為主材質(zhì)編制成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)材料，并經(jīng)特殊涂復(fù)工藝涂以自粘感壓膠和特殊改性瀝青等材料而形成的新型土工基材。玻璃纖維土工格柵綜合玻璃纖維的強(qiáng)度大、蠕變小、模量高、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、耐磨、抗寒性等特點(diǎn)和特殊改性瀝青耐磨、抗侵蝕、與瀝青路面緊密結(jié)合等特點(diǎn)，具有兩重復(fù)合性能。玻璃纖維土工格柵可有效控制、延緩瀝青道路的疲勞開裂、高溫車轍、低溫縮裂及反射裂縫［1］等病害。

1.4 玻纖聚酯土工格柵

玻纖聚酯土工格柵可分為聚酯纖維經(jīng)編土工格柵和經(jīng)編滌綸土工格柵。聚酯纖維經(jīng)編土工格柵以高強(qiáng)聚酯纖維為原料，而經(jīng)編滌綸土工格柵以聚酯滌綸纖維為原料，采用經(jīng)編定向結(jié)構(gòu)，用高強(qiáng)纖維捆綁交叉點(diǎn)，形成牢固結(jié)合點(diǎn)。此類土工格柵抗撕裂性強(qiáng)，抗拉強(qiáng)度高，延伸力小，縱橫強(qiáng)度差異小、耐磨、耐腐蝕，可有效增強(qiáng)土體抗剪性和土體整體性。

自20世紀(jì)80年代初美國Netlon公司開發(fā)出塑料土工格柵并將之運(yùn)用至巖土工程后，新型多功能土工格柵相繼出現(xiàn)，土工格柵領(lǐng)域不斷擴(kuò)寬。同時(shí)土工格柵被大量運(yùn)用于鐵路、公路、水利等工程，取得了巨大成就，可見土工格柵領(lǐng)域有著長足的發(fā)展空間。

2 土工格柵作用原理

土工格柵與土體緊密相連，在筋-土界面形成嵌鎖結(jié)構(gòu)，作用機(jī)理一般分為三種。

2.1 被動(dòng)阻抗作用

土工格柵本身具有較高的抗變形性能，且遠(yuǎn)大于土體的抗變形能力，土工格柵以抗拉構(gòu)件形式彌補(bǔ)了土體抗拉性能的不足，同時(shí)使兩者形成了一個(gè)各向異性的復(fù)合體，增強(qiáng)了土體間的粘聚力，使復(fù)合體強(qiáng)度增強(qiáng)。兩者相互作用，既發(fā)揮了各自不同的優(yōu)點(diǎn)又彌補(bǔ)了填料抗拉性能的不足。

2.2 摩擦作用

土工格柵與土體間的相互摩擦作用對土體有側(cè)向約束作用，可錨固土體，增強(qiáng)土體的抗剪強(qiáng)度，形成一個(gè)具有較大彎拉剛度與抗剪強(qiáng)度的復(fù)合體［2］，充分發(fā)揮土體的抗壓性與土工格柵的抗拉性，還可避免鋼筋從土體中被拉出，增強(qiáng)土體整體性和土體內(nèi)部強(qiáng)度，彌補(bǔ)土體整體性連續(xù)性差等不足。

2.3 鎖定作用

土工格柵上的孔眼對填料具有鎖定作用。土工格柵獨(dú)特的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對填料形成網(wǎng)兜效應(yīng)，使土體很好地嵌入土工格柵孔眼，可阻礙填料下陷，提高土體整體的穩(wěn)定性。

三種作用原理使土工格柵和土體成為一個(gè)功能互補(bǔ)的整體，既能增強(qiáng)土體功能，又能充分發(fā)揮土工格柵的功能。

3 土工格柵在公路工程中的應(yīng)用

土工格柵亦柔亦鋼的特性使其在公路工程得到了廣泛應(yīng)用。土工格柵應(yīng)用于瀝青混凝土路面，可抑制瀝青路面開裂病害的發(fā)生，提高道路的使用壽命；應(yīng)用于路基，可有效解決路基失穩(wěn)等問題帶來的一系列病害；應(yīng)用于路基改擴(kuò)建，可解決新老路結(jié)合處處理不利問題，給工程帶來施工便利。

3.1 土工格柵在瀝青混凝土路面的應(yīng)用

瀝青高溫易軟化、低溫易脆化、沖擊易疲勞和日曬易老化等自身缺陷導(dǎo)致瀝青混凝土路面極易開裂，因此路面開裂是瀝青混凝土路面需解決的主要病害之一。

土工格柵表面經(jīng)特殊處理能與瀝青相容，且融合自身熱穩(wěn)定性與網(wǎng)格嵌鎖骨料特性，可明顯增強(qiáng)瀝青混凝土面層下部或底面抗變形能力，改變?yōu)r青層受力狀態(tài)，避免應(yīng)力集中現(xiàn)象減小并延緩裂縫的產(chǎn)生；土工格柵鋪設(shè)面積一般較大，且具有傳遞應(yīng)力的作用，增強(qiáng)路面整體穩(wěn)定性和剛度，從而提高面層抗疲勞強(qiáng)度，減少微裂縫的產(chǎn)生，增加瀝青路面的抗疲勞壽命；土工格柵能使瀝青混合料移動(dòng)位移均勻，保證混合料骨架的穩(wěn)定性，增強(qiáng)抗車轍及鼓包能力；同時(shí)使用土工格柵可減薄瀝青層厚度（即厚度效應(yīng)），提高瀝青層抗疲勞特性，延遲裂縫的發(fā)展［3］。例如，路面工程中常運(yùn)用強(qiáng)度高、剛度大的塑料土工格柵和玻纖土工格柵，可有效控制原路面伸縮變形和反射性裂縫。

3.2 土工格柵在路基中的應(yīng)用

路基穩(wěn)定問題是造成路面開裂、車輛震動(dòng)等情況的主要原因。大量工程實(shí)踐證明將土工格柵應(yīng)用于路基施工中，能有效解決路基失穩(wěn)問題。由于土工格柵的變形模量遠(yuǎn)大于土體，發(fā)生荷載作用時(shí)，土工格柵對土體發(fā)揮側(cè)向約束作用能提高路堤剛度，降低路堤的均勻沉降。而土工格柵的網(wǎng)兜效應(yīng)能將地基應(yīng)力均勻分布，改變地基的應(yīng)力場，有效避免不均勻沉降。尤其是近年來，土工格柵加筋墊層復(fù)合地基越來越多地應(yīng)用于軟度路基的處理。土工格柵與CFG樁結(jié)合既連接各樁，使其共同承擔(dān)上部荷載和側(cè)向應(yīng)力作用，又使土體應(yīng)力均化，有效地控制路基的不均勻沉降。

3.3 土工格柵在路基改擴(kuò)建中的應(yīng)用

改擴(kuò)建路基破壞主要表現(xiàn)在失穩(wěn)和不均勻沉降［4］。新路基處鋪設(shè)土工格柵能有效擴(kuò)散壓力，提高填料抗剪變形能力和路基的穩(wěn)定性，有效減少新老路基的不均勻沉降；路基結(jié)合處鋪設(shè)土工格柵可增強(qiáng)與土顆粒的摩擦與咬合，限制土體側(cè)向滑動(dòng)變形，避免結(jié)合處裂縫產(chǎn)生；基底墊層的土工格柵能充分滲水，消散地基孔隙水壓力。改擴(kuò)建工程中經(jīng)常使用玻璃纖維土工格柵以有效避免不均勻沉降，避免新老路結(jié)合處裂縫產(chǎn)生。

4 結(jié)語

土工格柵作為一種優(yōu)良性能的土工合成材料，越來越廣泛地應(yīng)用于土工方面，尤其是公路方面，并與傳統(tǒng)土工材料相得益彰取得了令人滿意的效果。隨著社會(huì)高速發(fā)展，對工程節(jié)能、環(huán)保等問題提出了更高要求，因此迫切需要性能更好的土工格柵材料，同時(shí)對土工格柵的施工工藝的簡潔化、科學(xué)化提出了更高要求，土工格柵技術(shù)的完善還有很長的路要走。

［1］喬鵬.玻璃纖維土工格柵作用機(jī)理研究［J］.華東公路，2012，（2）：89-91.

［2］謝璧鋒.土工格柵在路基不均勻沉降中的應(yīng)用［J］.材料研究與應(yīng)用，2012，（6）：11-12.

［3］張挺.土工格柵在瀝青混凝土路面中的應(yīng)用［J］.民營科技，2012，（3）：231.

［4］魯洪強(qiáng)，周明輝，鄒淑國.土工格柵在道路拓寬工程中的應(yīng)用研究［J］.山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，18（3）：62-65.