土工格栅在路基工程中的实践与分析

土工格栅在路基工程中的实践与分析

侯冰

侯冰

中铁六局集团广州工程有限公司

摘要：本文主要论述了坝基和铁路公路路基工程的特点，对土工格栅的作用、土工格栅种类和使用现状进行了简要的论述。通过试验对比分析了几种土工格栅，以分析土工格栅在路基工程中的实践，仅供参考。

关键词：土工格栅；锁扣土工格栅；立体土工格栅；路基

1.坝基和路基的工程特点

坝基是用以承载上游水侧的压力以及承受来自坝体的重量负荷，坝基是水电大坝之基础，其强度和稳定度对保障坝体至关重要。

路基是用以承载来自路面的负荷以及路堤的重量，并减少因震荡带来的影响，以保障路面达到一定的强度和稳定度。

坝基与路基均由岩土筑建，结构简单，工程数量庞大。因岩土的分布不均匀，坝基与路基的强度和稳定度极易受到自然因素的干扰和影响。因此必须设计好坝基与路基，从而确保施工便利、工程费用低廉，病害隐患少。

分析研究土工格栅对完善路基的设计，了解路基工程，提高交通工程的质量，减少造价均有不容忽视的作用。通过力学结构分析土工格栅，以促进路基抗沉降力的提高，保障路面的强度和稳定性。

2.土工格栅概述

格栅是用高分子聚合物热塑、模压制成的二维或三维的网格屏栅。用于土木工程时，即称作土工格栅。土工格栅拥有很高的抗拉强度，延伸率低，能够适应地基的变形，改良地基性能，同时其撕裂强度、顶破强度和冲破强度比较大，可以承受得住比较大的冲击力量。

由于格栅格孔中的粒料可以起到嵌锁的作用，因此土工格栅能够增强坝基与路基的材料性能。限制了粒料向侧移动，有效分担坝体的载荷，增大抗剪切的强度。土工材料的应用极大提高了土的流变性，对坝基与路基的变形起到了改善的作用。

3.土工格栅及其使用的现状

目前，我国已有的土工格栅种类较多，且各有其优缺点，分析如下：

3.1塑料双向拉伸格栅和涤纶格栅

目前我国生产的塑料双向拉伸格栅的整体性能比较好，抗拉能力比较小，延伸率比较大，摩阻系数小，适合在粒料小、含水量少、路基变形较小的地区使用。塑料格栅的格孔的距离直径大约在38毫米左右，而涤纶格栅的格孔的距离直径大约在25毫米左右。涤纶格栅的整体性能较差，节点强度不大，无砾石时上下填土层的密度相同，对路基加肋很起作用。不适合在山区或填方土中含有硬性杂质的地区使用这两种格栅。通常，在碾压中，大多数的肋条遇砾石会有断裂，是应力集中的表现。此外，还会有上下路基密度不相同的现象出现，涤纶格栅也存在些许的断裂。部分产品会以丙纶来替代，使之变形大，摩阻系数小。

3.2钢塑格栅和PP拉伸格栅

钢塑格栅和PP拉伸格栅能够很好地处理格栅断裂和路基密实和延伸率过大的问题。钢塑格栅的拉肋材料为钢丝，在外面包上塑料会产生钢塑带，这样能够起到保护的作用。PP拉伸格栅是借助超声波将聚丙烯拉伸带焊接成土工格栅，格孔距离为10-15厘米，纵横向能够随意组合。PP拉伸格栅的应用范围广，广泛适用于省312国道改造、沈大公路扩、沪宁高速扩建和台金高速公路建设中，并且发挥着重要的作用。上面所说的这两种格栅弥补了原有格栅的劣势，碾压过程中的断裂问题和路基密实问题得到解决，同时符合对填土粒料材料的要求，此外，钢丝的伸长率为3%左右较小，因此，得到一致的好评。但该格栅在工程施工中也存在着一些问题，如压路机在碾压过程中，由于其节能的可靠性能不行，导致钢丝露在外面，纵横向之间没有相互作用力，并且出现很大的移位，造成格栅出现很大的整体损失。我国有些土石坝电厂大坝选用PP拉伸格栅。导致在施工过程中出现节点可靠性能差的问题。研究发现节点可靠性能差，主要是因为节点是借助超声波焊接而成的，这造成节点靠塑料粘合，其节点强度很小，在施工过程中非常容易出现节点分离的情况，最终导致格栅的整体性能不强，摩擦力和嵌锁力不符合要求。

3.3锁扣式土工格栅

锁扣式土工格栅是一种高强一体化的土工格栅，该格栅是用多根加强钢丝水平排列周围注塑成一层PE层的肋带或聚丙稀拉伸带，纵横向肋带经过经纬编织成网状格栅，肋带交叉节点用锁扣通过特殊注塑成型法一次成型，这样有利于确保路基使用中节点的牢固性，节点强度的增加会提高摩擦阻力，同时能够起到保护钢丝的作用，加之纵横向位移小，有利于土体很好地嵌入格栅网格中，作用荷载的有效半径提到不断扩大，有效荷载得到迅速分解，这样有利于增强格栅的整体效果，适用于各种地质状况的路基。锁扣式土工格栅有利于纵横向筋带之间相互作用并有效发挥其效用，同时其具有很好的摩擦性能和嵌锁作用，大大提高了其综合作用，使得工程中出现的问题得到很好地解决，在工程中该种格栅得到很好地应用，其应用范围越来越广泛。扣式格栅是国内唯一一种免搭接的一体化土工格栅，这种格栅不仅能够节约成本，而且有利于格栅整体效果的充分发挥。

3.4立体土工格栅

立体土工格栅的强度与一般土工格栅一样，同时还具有固土特性。采用对比试验分析立体土工格栅的应变-应力及剪切强度，试验发现土工格栅是当前国内外最先进的一种格栅，加之其结构不同，摩阻和格栅的拉力相差不大，这样格栅的利用率会达到最高。结构的不同能够使受力方向和震荡频率发生变化，这样能够降低震荡对路基造成的伤害，能够承受过高的载重。此外，立体格栅因其结构的不同，与平面格栅不同会产生正拱效应，回弹次数显著增加。

4.试验对比

4.1四种格栅的路基碾压模拟试验

普通格栅不符合施工要求，立体土工格栅、锁扣式土工格栅符合。土工格栅进行路基碾压的模拟试验，条件是：用料选三成的颗粒直径小于7厘米的砾石和七成的粘土；型号为ZYJ8/10的压路机；多次碾压，层厚度要达到22厘米。模拟试验的结果表明几种格栅分别有不同程度上的折损率。

4.2锁扣与焊接格栅的路基碾压模拟试验

对焊接型钢塑格栅和锁扣型钢塑格栅进行路基碾压模拟试验，碾压之后需要更长一点时间再取出。结果表明两种格栅的折损率不相同。其原因可能是锁扣型格栅的性能良好，碾压中分散了承载的负荷，从而格栅实际所受的荷载比较小。

4.3格栅节点的挤压强度试验

对格栅节点进行挤压强度上的试验，结果表明立体土工格栅和锁扣型格栅比普通格栅的挤压强度高得多。故立体土工格栅和锁扣型格栅在固土方面更为适合。

5.结语

在坝基和路基中使用土工格栅，能够确保其整体受力，并且改善其非线性变形和土的流变性。在坝基和路基铺设土工格栅，一方面是格栅能够承担相当大的荷载，另一方面是土料与格栅网孔相互作用，产生很大的咬合力，这样格栅整体性能得到很大提升。

本文通过试验对比发现，锁扣式格栅和立体土工格栅适用于坝基和路基工程施工，并且在工程中发挥着重要的作用。锁扣式格栅节点因其强度高、整体性能好和碾压损伤率小，在实际工程中起着良好的效果。立体土工格栅节点强度高，这有利于增强垂直方向上抗剪的强度，并且有利于实现荷载受力方向的多样化，产生拱效应，路基的回弹模量得到提高，此外，震荡频率和方向还会发生变化，这样对路基沉降的作用会大大降低，有利于保护路基。

土工格栅带（结）点强度能够有效衡量力学特性，所以必须引起高度的重视。本文主要是对锁扣式格栅和立体土工格栅的优越性进行论述，期望能够提供一些有价值的建议，从而更好地发挥其在坝基和路基工程中的作用。

参考文献：

[1]《动载作用下土工格栅加筋土计算模型的研究》，张兴强，邓卫东，陈文金，闫澍旺编著，水利学报，2001.

[2]《土工格栅在沈大路改扩建工程中的应用》，沈大高速公路改扩建工程技术论文集，于伯刚，关世通，刘海英等编著，人民交通出版社，2006.