塑料土工格柵在路基工程的應(yīng)用

1、塑料土工格柵在路基工程的應(yīng)用（福建農(nóng)林大學(xué)交通學(xué)院，福州353000） 摘要 介紹土工格柵在路基加固中的作用機(jī)理、性能特點(diǎn)、材料要求、施工工藝及其在路基工程的應(yīng)用及施工注意事項(xiàng)。關(guān)鍵詞 塑料土工格柵 作用機(jī)理 性能特點(diǎn) 施工工藝 塑料土工格柵是一種以高分子聚合物為主要原料，經(jīng)過(guò)拉伸形成的具有方形成矩形的聚合物網(wǎng)材。一般分為單向拉伸土工格柵（TGDG系列）和雙向拉伸土工格柵（TGSG系列），主要用于公路路基加固、滑坡、塌方的修復(fù)及治理水土流失等工程。浦南高速公路浦城段A1標(biāo)段K0+000K1+180、K1+430+ K2+600兩段陡坡路堤路基施工即采用了土工格柵加固，本文就該兩段的施

2、工心得作初步探討。2作用機(jī)理 土工格柵埋設(shè)在土壤、瀝青、泥沙等介質(zhì)時(shí)，土工格柵各節(jié)點(diǎn)及肋條為荷載的傳遞提供了一系列的承載點(diǎn)和錨固點(diǎn)。當(dāng)土工格柵受到介質(zhì)的作用時(shí)，土工格柵通過(guò)微小位移即可獲得足夠大的應(yīng)力而不僅僅只依靠土工格柵表面與介質(zhì)間的摩擦作用，而且還通過(guò)網(wǎng)格與介質(zhì)之間的互相嚙合及互鎖作用來(lái)獲得更大的應(yīng)力。由此構(gòu)成一個(gè)高效應(yīng)力傳遞與反應(yīng)機(jī)制，從而發(fā)揮了土工格柵最大的加筋效果，同時(shí)也將錨定長(zhǎng)度減至最小。3性能特點(diǎn) 土工格柵主要具有以下性能特點(diǎn)：（1）整體結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度高。（2）高抗拉彈性模量確保土工格柵在低應(yīng)變時(shí)即可發(fā)揮高抗拉強(qiáng)度。（3）長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)荷載作用下不變形，耐蠕變性能好。（4）摩擦系

3、數(shù)大（大多在0.8左右），和石塊、泥沙、混凝土等作用力強(qiáng)，有利于防止滑脫。（5）化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸、堿、鹽溶液，或汽油、柴油等有機(jī)溶劑的侵蝕，不能被水分解，抗環(huán)境應(yīng)力碎裂和微生物的侵害；（6）質(zhì)輕，便于運(yùn)輸，施工簡(jiǎn)捷方便，維護(hù)費(fèi)用低；耐老化，承受荷載使用壽命可達(dá)120年以上；（7）用途廣泛，可用于路基、擋墻堤壩、建筑物地基、飛行跑道等。4 規(guī)格及技術(shù)指標(biāo) （1）單向拉伸土工格柵。單向拉伸土工格柵是由高分子聚合物加入一定的防紫外線、抗老化助劑后，經(jīng)擠出壓成薄板，打上精密而規(guī)則的網(wǎng)孔，然后緩慢加熱、拉伸而成。土工格柵經(jīng)高度拉伸取向，拉伸強(qiáng)度可達(dá)到100200MPa，屈服伸長(zhǎng)率只有410，接近低碳鋼

4、的水平，是比較理想的土木工程加固、加筋增強(qiáng)體合成材料。各種規(guī)格單向土工格柵技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。 表1 單向拉伸高密度聚乙烯土工格柵 規(guī)格技技術(shù)指標(biāo)TGDG25TGDG35TGDG50TGDG80TGDG110每延米拉伸屈服力（kN/m）25355080100屈服伸長(zhǎng)率（%）122伸長(zhǎng)率時(shí)的拉伸力（kN/m）691023305伸長(zhǎng)率時(shí)的拉伸力（kN/m）1218254460雙向拉伸土工格柵是一種在制造過(guò)程中對(duì)分子結(jié)構(gòu)沿縱、橫向重新排列的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料，其縱橫向均具備相當(dāng)大的拉伸強(qiáng)度。主要用于加強(qiáng)、加固軟弱及復(fù)雜土層之上的粒性基層、面層和鐵道道床。各種規(guī)格雙向土工格柵技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)下表：表2雙向拉伸高密度

5、聚丙烯土工格柵 TGSG15-15TGSG20-20TGSG30-30TGSG40-40TGSG45-45每延米縱向拉伸屈服力（kN/m）1520304045每延米橫向拉伸屈服力（kN/m）1520304045縱向屈服伸長(zhǎng)率（%）13橫向屈服伸長(zhǎng)率（%）16縱向2伸長(zhǎng)率時(shí)的拉伸力（kN/m）58111316橫向2伸長(zhǎng)率時(shí)的拉伸力（kN/m）710131520縱向5伸長(zhǎng)率時(shí)的拉伸力（kN/m）810151625橫向5伸長(zhǎng)率時(shí)的拉伸力（kN/m）10131520225 土工格柵在路基加固中的應(yīng)用5.1土工格柵在軟土地基施工中的應(yīng)用浦南高速公路浦城段A1合同段K0+000+ K1+180處，路基填筑

6、高度23m，屬軟土地基上高填方、高陡坡路堤，淤泥沉積厚度56m，為了提高地基承載力和減少工后沉降，在填筑厚度8m、16m、20m處即采用基床式（如圖1）土工格柵（單向拉伸高密度聚乙烯土工格柵TGDG110）處理，以確保路基的穩(wěn)定性。圖1 一般基床式土工格鋪設(shè)示意圖（1）填料要求。透水性要較好的填料，且內(nèi)摩擦角30。，必要時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)土工試驗(yàn)。圖1 一般基床式土工格柵鋪設(shè)示意圖填料中有尖銳棱角等有損塑料土工筋帶的部分不得大于總量的15。填料最大粒徑不得大于100mm。（2）開(kāi)挖基床。一般基床式施工工藝如圖2所示。 基床開(kāi)挖應(yīng)不小于設(shè)計(jì)要求，同時(shí)做好基坑的防水、排水措施。（3）鋪設(shè)砂礫墊層。基床開(kāi)挖

7、平整壓實(shí)后鋪設(shè)30cm砂礫墊層，砂礫墊層表面鋪設(shè)后應(yīng)及時(shí)找平，表面局部允許高度差不大于10cm。（4）鋪設(shè)土工格柵。在砂礫墊層上，按設(shè)計(jì)要求裁剪出底層加筋格柵，按規(guī)定位置鋪設(shè)，并在坡面外預(yù)留出格柵反包所需的長(zhǎng)度。同時(shí)注意土工格柵的縱軸向必須與主要受力（即路堤橫斷面方向）一致。土工格柵沿主要受力方向（縱軸向）不宜設(shè)置接頭縫。圖2 一般基床式施工工藝框圖 （5）連接固定土工格柵。土工格柵按圖紙上要求的位置、長(zhǎng)度及方向鋪設(shè)時(shí)，順路線方向的搭接寬度不小于10cm，按適當(dāng)距離，以“U”型釘將土工格柵固定，防止填土?xí)r位移；土工格柵沿非主要受力方向（橫軸向）的接縫采用HDPE尼龍繩扎接好，無(wú)需搭接，幫扎間距

8、1m。（具體連接見(jiàn)圖3）。（6）回填土料。已鋪設(shè)好的土工格柵應(yīng)及時(shí)回填，防止土工格柵日曬老化，回填土料的粒徑不得大于碾壓層距的1/2；填土順序應(yīng)先填好土工格柵兩端，并形成縱向站臺(tái)或交通道，然后依次擴(kuò)大回填范圍；回填過(guò)程中，所有施工機(jī)動(dòng)車輛的不得直接在已鋪設(shè)好的土工格柵上行走。圖3 土工格柵縱橫向連接大樣圖（7）回填料找平。回填料的表面應(yīng)用機(jī)械或人工找平，局部高差不大于5cm。（8）回填料碾壓。碾壓順序應(yīng)先由兩端向路中心碾壓，嚴(yán)禁出現(xiàn)反向順序，壓路機(jī)應(yīng)順路堤縱向行駛，嚴(yán)禁橫向行駛碾壓，每個(gè)碾壓層都應(yīng)抽查壓實(shí)度，壓實(shí)度按路堤一般要求控制。5.2土工格柵在陡坡路堤施工中的應(yīng)用 由于受場(chǎng)地限制，在陡坡

9、路堤中，可沿堤身在坡體內(nèi)或整個(gè)土堤內(nèi)成層鋪設(shè)土工格柵加筋層，形成加筋土堤或加筋土坡。浦南高速A1合同段K1+430 K2+600段由于受場(chǎng)地限制，填筑高度15m，屬半填半挖高陡坡路堤，為保證路基整體穩(wěn)定性和設(shè)計(jì)安全要求，該段路基即采用斜坡式（見(jiàn)圖4）土工格柵（單向高密度聚乙烯TGDG50和TGDG80以及雙向高密度聚丙烯TGSG20-20（SS20）處理邊坡。圖4 一般斜坡式土工格柵鋪設(shè)示意 一般斜坡式加筋陡坡路堤施工工藝：（見(jiàn)施工工藝框圖圖5）要求如下：（1）填料要求。填料粒徑不得大于100mm，且透水性要求較高，內(nèi)摩擦角度應(yīng)大于30。,必要時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)土工試驗(yàn)，若不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)

10、及時(shí)反饋設(shè)計(jì)部門(mén)處理。 （2）開(kāi)挖臺(tái)階。地面縱橫向坡度陡于1:5時(shí)，開(kāi)挖臺(tái)階，臺(tái)階寬度不小于米，而且臺(tái)階挖成向內(nèi)傾斜24的橫坡。基床挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，將基床平整壓實(shí)，同時(shí)檢驗(yàn)地基承載力（若小于200kPa，應(yīng)于設(shè)計(jì)部門(mén)反饋，及時(shí)處理）。（3）鋪設(shè)砂礫墊層。臺(tái)階開(kāi)挖平整壓實(shí)后鋪設(shè)30cm砂礫墊層，砂礫墊層表面鋪設(shè)后應(yīng)及時(shí)找平，表面局部允許高度差不大于10cm。圖5 一般斜坡式土工格柵施工工藝框圖 （4） 鋪放第一層土工格柵。在已鋪設(shè)好的砂礫墊層上，按要求裁剪出底層土工格柵，按規(guī)定位置鋪設(shè)，并在坡面外預(yù)留出格柵反包所需的長(zhǎng)度。同時(shí)注意土工格柵的縱軸向必須與主要受力（即路堤橫斷面方向）一致。

11、土工格柵沿主要受力方向（縱軸向）不宜設(shè)置接頭縫。土工格柵沿坡高成層水平鋪設(shè)，其水平長(zhǎng)度可等長(zhǎng)，也可不等長(zhǎng)，由設(shè)計(jì)確定等長(zhǎng)一般為210m；格柵層的豎向間距，等長(zhǎng)時(shí)為0.30.5m，不等長(zhǎng)時(shí)，視坡高由設(shè)計(jì)確定，土工格柵在坡面處一般應(yīng)回折包裹端頭，然后對(duì)坡面進(jìn)行綠化或防護(hù)處理。（5） 連接固定土工格柵。 土工格柵按規(guī)定方式連接，其連接方式同圖3。（6） 在坡面一端堆碼草（砂）袋。草（砂）袋堆碼一般采用丁順?lè)绞?，草（砂）袋堆碼應(yīng)平穩(wěn)，袋間間隙用土填平，砂袋裝砂率約為70%80%；草（砂）袋坡面堆碼目的主要是擋土和加固坡面作用。草（砂）袋堆碼參見(jiàn)圖6。圖6 草（砂）袋堆碼圖 （7）在筋材上鋪土

12、壓實(shí)。先在土工格柵兩端填鋪一定量的土，形成縱向站臺(tái)或通道，然后依次擴(kuò)大回填范圍，按規(guī)定層厚鋪土；當(dāng)填土高度達(dá)到2/3層高時(shí)，即可將土工格柵反包住草（砂）袋回折固定，然后繼續(xù)填土，將回折端埋入土中，坡面端土工格柵回折的橫向長(zhǎng)度約1.52.0m。裁剪并按要求定位鋪放加筋格柵，用設(shè)計(jì)要求的土工連接棒將這層主加筋格柵與反包格柵連接在一起。連接示意圖參見(jiàn)圖7。（8）碾壓及檢測(cè)壓實(shí)度。碾壓設(shè)備沿路堤縱向行駛，由兩端向路中心碾壓，嚴(yán)禁出現(xiàn)反向順序和橫向行駛碾壓，每個(gè)碾壓層都抽檢壓實(shí)度，直到合格為止；重復(fù)上述步驟，直至完成設(shè)計(jì)要求的全部填土。（9）坡面防護(hù)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)坡面進(jìn)行綠化或防護(hù)措施。6、施工中的注

13、意事項(xiàng)（1）筋材的保管。土工格柵是一種土工合成材料，遇紫外線易老化，故筋材應(yīng)堆放在通風(fēng)遮光的室內(nèi)；筋材堆放的時(shí)間累計(jì)不超過(guò)3個(gè)月，否則必須重新檢測(cè)；鋪設(shè)時(shí)應(yīng)注意縮短太陽(yáng)光直接照射的時(shí)間，施工時(shí)暴露的總時(shí)間以一個(gè)臺(tái)班為宜，同時(shí)做好防火工作；不同型號(hào)的塑料土工格柵應(yīng)分開(kāi)堆放，并應(yīng)在筋材上標(biāo)上各自不同的明顯標(biāo)記，以防止混用。（2）筋材的質(zhì)量管理。 在選擇原材料時(shí)，必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求采用；進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的筋材，必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，各性能指標(biāo)均合格后方可施工；一般應(yīng)選擇有正規(guī)資質(zhì)的大型土工格柵廠家，同時(shí)要求廠家提供筋材長(zhǎng)期蠕變斷裂強(qiáng)度指標(biāo)（包括10、20、30下60年、120年的長(zhǎng)期蠕變斷裂強(qiáng)度）、比較具體的抗

14、老化性能指標(biāo)、最小炭黑含量（不小于2），以及權(quán)威機(jī)構(gòu)的合格鑒定。（3）筋材的施工。為避免格柵在施工中受到損傷，機(jī)械履帶與土工格柵之間應(yīng)保持有15cm厚的填土層；在鄰近結(jié)構(gòu)面的2m范圍內(nèi)，建議用總質(zhì)量不大于1000kg的壓實(shí)機(jī)或碾壓機(jī)壓實(shí)填土；填土過(guò)程中應(yīng)防止筋材移動(dòng)，必要時(shí)用張拉梁通過(guò)格柵網(wǎng)孔對(duì)筋材施以5kN的預(yù)應(yīng)力，以抵消土體壓縮位移的影響。7 結(jié)束語(yǔ) 總之嚴(yán)格控制壓實(shí)度是保證加筋陡坡路堤成功的關(guān)鍵，填筑時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)規(guī)定、公路路基施工技術(shù)規(guī)范、公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范施工，保證路基的碾壓遍數(shù)，使路基有較好的壓實(shí)度，最好用沖擊壓路機(jī)沖碾20遍。施工時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)地情況采取合理措施確保水能及時(shí)順利排出，以防止積水危及路堤穩(wěn)定；加筋陡坡范圍內(nèi)的排水構(gòu)造物的出口流水應(yīng)有專門(mén)的急流槽引出路基外，不允許在加筋陡坡路堤坡面形成沖刷或漫流。陡坡路堤與相臨路段路堤之間坡率不一致