土工格栅在公路中的应用
摘要：文章在论述了三种土工格栅的基础上，提出了它们在高速公路工程中的应用范围，并具体针对土工格栅在公路软基处理、防治反射裂缝、高路堤填筑中的应用进行探讨。
关键词：土工格栅；公路；应用
近年来，我国高速公路在蓬勃发展的同时也暴露了许多问题，路面破坏、路基沉降等不但影响到行车安全和舒适，也影响到行驶车辆本身的使用寿命。土工格栅是一种新型的土工合成材料，具有抗拉弧度高、体积小、施工简便等特点，近几年在高速公路的建设中得到了广泛的应用，尤其是在高速公路的软基处理、路基加筋、台背回填、新老路相拼接、过滤排水、路基防护等方面应用普遍，它结合本身的材料特点，通过加筋、防护、过滤、排水、隔离等基本功能，有效的起到了加固路基，保证路基的稳定性的作用。
1、土工格栅分类
1.1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，按其制造时拉伸方向的不同可为单向拉伸和双向拉伸两种。它是在经挤压制出的聚合物板材(原料多为聚丙烯或高密度聚乙烯)上冲孔，然后在加热条件下施行定向拉伸。单向拉伸格栅只沿板材长度方向拉伸制成，而双向拉伸格栅是继续将单向拉伸的格栅再在与其长度垂直的方向拉伸制成。
1.2玻璃纤维土工格栅
玻璃纤维土工格栅是以玻璃纤维为材质，采用一定的编织工艺制成的网状结构材料，为保护玻璃纤维、提高整体使用性能，经过特殊的涂复处理工艺而成的土工复合材料。因表面涂有特殊的改性沥青使其具有两重的复合性能，极大地提高了土工格栅的耐磨性及剪切能力。
玻纤格栅是选用优质增强型无碱玻纤纱，利用国外先进经编机织成基材，采用经编定向结构，充分利用织物中纱线的强力，改善其力学性能，使其具有良好的抗拉强度，抗撕裂强度和耐蠕变的性能，并经过优质改性沥青涂覆处理而成的平面网络状材料。其因循相似相容原理，重点突出其与沥青混合料的复合性能，并充分保护玻纤基材，极大提高了基材的耐磨性及抗剪切能力，从而得以使用于路面增强，抵抗裂缝车辙等公路工程领域，结束了沥青路面难以增强的难题。
产品有强度高、伸长率低、耐高温、模量高、重量轻、韧性好、耐腐蚀、寿命长等特点、可广泛应用于旧的水泥路面、机场跑道的维修、堤坝、河岸、边坡防护、道桥路面增强处理等工程领域，可给路面增强、补强，防止路面车辙疲劳裂纹，热冷伸缩裂纹和下面的反射裂纹，并能将路面承载应力分散，延长路面适用寿命，高抗拉强度低延伸率，无长期蠕变，物理化学稳定性好，抗疲劳开裂，耐高温车辙，抗低温缩裂，延缓减少反射裂缝。
1.3经编土工格栅
经编格栅是近十年才发展起来的，是以高强度纤维或涤纶为原料，经纬双轴向经编机织成双轴向经编网格，再经PVC浸渍涂层加工制成的一种土工格栅。双轴向经编网格是经编土工格栅的骨架。经编土工格栅有着优良的工程性能：抗拉强度很高(大于60KN/M ) ；延伸率较小( 10%左右)；抗撕裂强度大；纵、横向强度差异小，变形均匀。
涤纶土工格栅（又称：聚酯纤维经编土工格栅）选取用高强聚酯纤维为原料。采用经编定向结构，织物中的经纬向纱线相互间无弯曲状态，交叉点用高强纤维长丝捆绑结合起来，形成牢固的结合点，充分发挥其力学性能，高强聚酯纤维经编土工格栅具有抗拉强度高，延伸力小，抗撕力强度大，纵横强度差异小，耐紫外线老化、耐磨损、耐腐蚀、质轻、与土或碎石嵌锁力强，对增强土体抗剪及补强提高土体的整体性与荷载力，具有显著作用。
2三种土工格栅在公路工程中的应用范围
2.1塑料土工格栅的应用范围
塑料格栅分为单向塑料土工格栅和双向塑料土工格栅。两种两种塑料土工格栅的应用范围分别如下：单向土工格栅适用于公路路基、路堤、边坡加筋，各类挡墙加筋，并广泛应用于各类加筋挡土墙；双向格栅适用于公路路基、路堤加筋，浅层基础加筋，防治沥青混凝土路面反射裂缝等。
2.2玻纤土工格栅的应用范围
玻纤格栅适用于沥青和混凝土路面加筋、路面反射裂缝防治及新旧路面的衔接等变形量不是很大的场合。玻纤格栅用于沥青道路时发挥的作用有：抗疲劳开裂、抗低温收缩、耐高温车辙和延缓路面反射裂缝。
产品用途：
1. 旧沥青砼路面，加筋增强沥青面层，防止病害；
2. 水泥砼路面改建复合式路面，抑制板块收缩等引起反射裂；
3. 道路拓改工程，防止新老结合部级不均匀沉降而造成裂纹；
4. 软土基加筋处理，利用软土析水固结，有效抑制沉降，均匀应力分布，增强路基整体强度；
5. 新建道路半钢性基层产生收缩裂缝，加筋增强防止基础裂纹反射而引起的路面裂缝。2.3经编土工格栅的应用范围
经编土工格栅的应用范围为：软土上的地基、堤坝加筋，用以提高基底稳定，调整沉降，减少不均匀沉降和提高承载力；路基边坡加筋，用以提高斜坡稳定性；加筋桥台，用以提高桥台的整体性和强度，防止桥头跳车；防治沥青混凝土路面反射裂缝，用以增强路面基层的强度。
3土工格栅在公路中的具体应用探讨
3.1在软土地基中的应用
软土地基易使基础层出现沉降、位移、开裂等现象，因此，基础层增强十分重要。采用经特殊处理的玻纤土工格栅，能使基础层的整体强力大大提高。土与玻纤土工格栅相互作用的加筋机理，在室内进行的大量试验表明：在土体中合理布置玻纤土工格栅，可使土体的垂直应力、水平应力明显降低，土体剪应力(土颗粒之间的摩擦作用)明显提高，土体的抗剪强度得到充分发挥，可以大大提高土体的承载能力，抗变形能力和抗裂能力。玻纤土工格栅在加筋土体中的内聚力效应、隔离效应、波纹效应、拱效应、嵌锁效应等各种加筋效应，有些是先后依次出现的，有些是重叠交叉作用，这些重叠的复合效应，最终将改变或阻止塑性区的形成和发展：1)玻纤土工格栅的拉应力作用使界面以下土体的竖向应力减小，从而使土体竖向压缩变形减小。2)由于预拉和差异沉降导致玻纤土工格栅的变形，这一拉应力由界面剪应力平衡。界面剪应力使基础沉降区域产生一定大小的隆起变形，这一隆起变形部分抵消了基础或路基的沉降。3)通过玻纤土工格栅将其上部填料的垂直变形向水平方向扩散，以致其上部填料的抗剪切变形能力得以充分发挥，使得软土地基表面的承载区大大增强，表面的压强大大减小，增强地基的强度，提高地基的承载力。
3.2在防治反射裂缝中的应用
沥青混凝土加筋能提高路面结构层对裂缝的抑制能力、对横向剪切破坏的抵抗能力等，达到延长路面结构的疲劳寿命、节省材料、降低费用的目的。格栅加筋具有两种功能：1)能使应力均匀分布在较大的面积范围内，大大减轻沥青结构层的徐变作用，最终达到防止沥青路面开裂的目的。2)加筋格栅具有减薄沥青层厚度、防治反射裂缝、减少车辙作用等特点，能够加强沥青路面的结构性能，提高道路的使用寿命。玻纤格栅的使用效果与铺设路面的处理情况密切相关，在铺设前必须将路面上可能影响格栅与底层结合强度的物质如油脂、油漆、封层料、水渍、污物等彻底清除干净，使铺设表面清洁干燥。玻纤格栅上感压式背胶属水溶性物质，如路面有水迹时，应待路面干燥后再进行铺设。铺设格栅之前需洒粘层油，粘层油如使用乳化沥青，需在完全破乳干燥后铺设格栅。
反射裂缝是由于旧混凝土面层在接缝或裂缝附近的较大位移引起其上方沥青加铺层内出现应力集中所造成的，它包括因温度和湿度变化而产生的水平位移，以及因交通荷载作用而产生的竖向剪切位移。前者导致接缝或裂缝上方的沥青加铺层内出现较集中的拉应力；后者则使接缝上方的沥青加铺层经受较大的弯拉应力和剪切应力。
由于土工格栅的模量很大，达到67Gpa，作为刚度大的硬夹层应用在沥青罩面层中，其作用是抑制应力，释放应变，同时作为沥青混凝土加筋材料，提高加铺层结构的抗拉和抗剪能力，从而达到减少裂缝的目的。实践表明，一条改变了方向的水平裂缝的对应裂缝能量可从其起点移动0.6米，1.5米以上宽度的加筋材料有助于确保能量在裂缝两侧完全消散。
3.3在高路堤填筑中的应用
传统的路堤尤其是高路堤的填筑往往需要超填且路肩边缘不易压实，从而导致后期边坡雨水侵袭，坍塌失稳的现象时有发生，同时需用较缓的边坡，占地面积大，挡土墙壁也有同样的问题，采用土工格栅对路堤边坡或挡土墙进行加固可减少1/2占地面积，延长使用寿命，降低造价20%～50%。
