土工格柵在公路工程建設(shè)中的應(yīng)用

 土工格柵在公路工程建設(shè)中的應(yīng)用

　　摘要：介紹了土工格柵的含義及其功能，對(duì)土工格柵的性能指標(biāo)進(jìn)行了歸類，并按原材料及成型過程對(duì)土工格柵進(jìn)行了分類，分析了土工格柵的性能指標(biāo)并突出了格柵材料的泊松比，最后，對(duì)土工格柵的一般施工工藝流程及其應(yīng)用作了進(jìn)一步的闡述。

　　關(guān)鍵詞：土工格柵,新建路面,舊路改建,延伸率,泊松比

　　半剛性基層瀝青路面具有良好的力學(xué)均衡和行車舒適性，因而得到廣泛應(yīng)用，成為現(xiàn)代高等級(jí)公路路面的主要類型。

　　由于交通量的日異增大重載車輛的不斷增多，在荷載重復(fù)作用下半剛性基層顯示出脆性大、抗變性能力差的缺點(diǎn)。特別是我國(guó)早期修建的公路，多位二級(jí)公路，隨著服役時(shí)間的增加，汽車荷載和環(huán)境因素的綜合作用尤其實(shí)超載、超重車輛增多，導(dǎo)致許多路況出現(xiàn)嚴(yán)重的路面病害。例如有些路面的裂縫、坑槽等病害經(jīng)不強(qiáng)、翻修后對(duì)原路面又很快產(chǎn)生影響，原因主要是對(duì)老路面的病害處理不夠徹底。為了解決這些問題，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有許多工程采用加筋技術(shù)來提高路面的性能，其中，采用國(guó)產(chǎn)土工格柵，加筋路面結(jié)構(gòu)層，基本能夠起到減少或延緩路面病害的發(fā)生和發(fā)展的作用。

　　1 土工格柵

　　“土工格柵(geogrid)”，是聚合物材料經(jīng)過定向拉伸形成的具有開孔網(wǎng)格，較高強(qiáng)度的平面網(wǎng)狀材料。它以聚丙烯、高密度聚乙烯或者其他高分之聚合物為原料，加入一定量的抗紫外線輔助劑，經(jīng)熱熔，擠出拉伸等新工藝生產(chǎn)而成。土工隔扇在制造過程中經(jīng)過定向拉伸，使聚合物分子沿拉伸方向排列，加強(qiáng)了分子間的聯(lián)結(jié)力。它與其它土工合成材料相比，具有重量輕、變形小、抗拉強(qiáng)度高、延伸率低的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)它具有較好的耐酸、耐堿、耐腐蝕和抗老化等耐久性能。

　　2 土工格柵的功能

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　　土工格柵具有較高的抗拉強(qiáng)度和張拉模量，因此能將荷載和應(yīng)力均勻的擴(kuò)散在較大的面積范圍內(nèi)。對(duì)軟弱地基而言，可以大大減少作用于軟基上的荷載壓力;對(duì)瀝青結(jié)構(gòu)層而言，可以大大減輕瀝青結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生的徐變作用，最終達(dá)到防止瀝青面層開裂的作用。由于土工格柵對(duì)壓力具有均勻擴(kuò)散的作用，因此鋪于瀝青面層中能大大減小面層的車轍深度。

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　　由于土工格柵約束層的網(wǎng)孔具有同一形狀，這樣上下層顆粒之間剪切阻力不受影響，且格柵的剛度、抗拉強(qiáng)度、網(wǎng)孔的嵌鎖作用三者相互復(fù)雜作用，阻止了因荷載的壓實(shí)而引起的局部位移變形，從而加強(qiáng)了顆粒材料的壓實(shí)作用。

　　③抗變形作用

　　當(dāng)非均布的局部外力作用于格柵時(shí)，網(wǎng)孔就會(huì)相應(yīng)變形，其約束作用也顯示出來，因此土工格柵對(duì)非均布荷載的適應(yīng)性較好并將其均勻傳遞。

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　　材料相互摻雜或原路基于地基材料的相互摻雜。

　�、輵{借網(wǎng)面層的高摩阻力而產(chǎn)生的高抗拉強(qiáng)度增加結(jié)構(gòu)層材料的剪切強(qiáng)度和整體性。

　　土工格柵常用作加筋土結(jié)構(gòu)的筋材或土工復(fù)合材料筋材等，廣泛應(yīng)用于土木工程、建筑工程、水利工程等領(lǐng)域。

　　3 土工格柵的分類

　　土工格柵按原材料可分為塑料類、玻璃纖維類、滌綸纖維土工格柵等。按成型過程，分為單向拉伸和雙向拉伸的土工格柵。單向土工格柵是只經(jīng)過縱向拉伸而形成的格柵，單向具有較高的抗拉強(qiáng)度;雙向土工格柵是經(jīng)過縱橫兩個(gè)方向拉伸而形成的格柵，兩個(gè)方向都具有較高的抗拉強(qiáng)度。雙向土工格柵網(wǎng)孔形狀有矩形、菱形、六邊形等多種，且網(wǎng)格尺寸大小不一，強(qiáng)度大小也不一樣。

　　4 土工格柵的性能指標(biāo)

　　隨著土工格柵在土木工程中的廣泛應(yīng)用，我國(guó)己經(jīng)建立幾十個(gè)土工格柵生產(chǎn)廠家。經(jīng)收集大量的國(guó)內(nèi)廠家的格柵生產(chǎn)資料，對(duì)比各廠家格柵的生產(chǎn)工藝技力學(xué)參數(shù)指標(biāo)，總結(jié)如下表所示：

　　在歸類分析中發(fā)現(xiàn)各個(gè)廠家生產(chǎn)的土工格柵都具有較高的強(qiáng)度，較低的延伸率。但各個(gè)廠家生產(chǎn)的格柵的力學(xué)參數(shù)存在差異，而且由于土工格柵的不同用途，加入的聚合物不同，網(wǎng)格尺寸不同，每種材料的主要性能指標(biāo)要求是根據(jù)其在實(shí)際應(yīng)用中所起的主要作用所決定的，因此在進(jìn)行科學(xué)研究及工程應(yīng)用前有必要對(duì)其物理力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。

　　5 格柵材料泊松比的提出

　　由于土工格柵材料是一種新開發(fā)的材料，所以它的一些力學(xué)行為并未得到完全的了解，可以引用復(fù)合材料力學(xué)對(duì)二維薄片纖維材料泊松比的取值方法得到格柵的泊松比計(jì)算公式如下所示：

　　 式中：

　　εx ---------------受力方向的變形;

　　εy ---------------水平垂直方向的變形。

　　網(wǎng)材泊松比的范圍一般在0.15～0.36之間，它反應(yīng)的是兩個(gè)垂直方向的變形情況，取土工格柵網(wǎng)材的泊松比值與路面材料的泊松比相同才是比較科學(xué)合理的。

　　6 施工工藝流程：

　　土工格柵施工工藝流程一般為：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)。

　　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，拉挺，避免折皺、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30cm。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(zhǎng)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)，碾壓自兩邊向中間進(jìn)行，其壓實(shí)度保持達(dá)到規(guī)范要求。杜絕一切施工車輛和施工機(jī)械行駛或停放在已鋪好的土工格柵上，施工中隨時(shí)檢查土工格柵的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)有折損、刺破、撕裂等損壞時(shí)，根據(jù)破壞程度不同進(jìn)行修補(bǔ)或更換。

　　7 結(jié)束語(yǔ)

　　土工格柵用于新建路面結(jié)構(gòu)，可達(dá)到減薄基層或面層、防止反射裂縫和減少車轍的目的。例如將土工格柵放在瀝青路面下面層上部可減少溫度裂縫;放在下部可防止反射裂縫;放在基層底部可增加半剛性材料整體抗彎能力，提高基層的疲勞壽命。在舊路改建過程中，使用土工格柵可以起到提高路面承載能力、減小基層底面拉應(yīng)力、減薄路面結(jié)構(gòu)層厚度。防止舊路裂縫擴(kuò)展、延長(zhǎng)路面使用壽命的作用。但是，在路面設(shè)計(jì)中什么情況下使用土工格柵，在施工中怎么進(jìn)行鋪設(shè)，使用什么樣的檢測(cè)手段驗(yàn)證路面使用性能，是路面改建過程中要解決的主要問題。