塑料土工格栅在路基工程的应用

塑料土工格栅在路基工程的应用（福建农林大学交通学院，福州353000）摘要介绍土工格栅在路基加固中的作用机理、性能特点、材料要求、施工工艺及其在路基工程的应用及施工注意事项。关键词塑料土工格栅作用机理性能特点施工工艺1引言塑料土工格栅是一种以高分子聚合物为主要原料，经过拉伸形成的具有方形成矩形的聚合物网材。一般分为单向拉伸土工格栅（TGDG系列）和双向拉伸土工格栅（TGSG系列），主要用于公路路基加固、滑坡、塌方的修复及治理水土流失等工程。浦南高速公路浦城段A1标段K0+000~K1+180、K1+430~+K2+600两段陡坡路堤路基施工即采用了土工格栅加固，本文就该两段的施工心得作初步探讨。2作用机理土工格栅埋设在土壤、沥青、泥沙等介质时，土工格栅各节点及肋条为荷载的传递提供了一系列的承载点和锚固点。当土工格栅受到介质的作用时，土工格栅通过微小位移即可获得足够大的应力而不仅仅只依靠土工格栅表面与介质间的摩擦作用，而且还通过网格与介质之间的互相啮合及互锁作用来获得更大的应力。由此构成一个高效应力传递与反应机制，从而发挥了土工格栅最大的加筋效果，同时也将锚定长度减至最小。3性能特点土工格栅主要具有以下性能特点：（1）整体结构性强，节点强度高。（2）高抗拉弹性模量确保土工格栅在低应变时即可发挥高抗拉强度。（3）长时间持续荷载作用下不变形，耐蠕变性能好。（4）摩擦系数大（大多在0.8左右），和石块、泥沙、混凝土等作用力强，有利于防止滑脱。（5）化学性质稳定，耐酸、碱、盐溶液，或汽油、柴油等有机溶剂的侵蚀，不能被水分解，抗环境应力碎裂和微生物的侵害；（6）质轻，便于运输，施工简捷方便，维护费用低；耐老化，承受荷载使用寿命可达120年以上；（7）用途广泛，可用于路基、挡墙堤坝、建筑物地基、飞行跑道等。4规格及技术指标（1）单向拉伸土工格栅。单向拉伸土工格栅是由高分子聚合物加入一定的防紫外线、抗老化助剂后，经挤出压成薄板，打上精密而规则的网孔，然后缓慢加热、拉伸而成。土工格栅经高度拉伸取向，拉伸强度可达到100~200MPa，屈服伸长率只有4~10％，接近低碳钢的水平，是比较理想的土木工程加固、加筋增强体合成材料。各种规格单向土工格栅技术指标见表1。表1单向拉伸高密度聚乙烯土工格栅规格技技术指标TGDG25TGDG35TGDG50TGDG80TGDG110每延米拉伸屈服力（kN/m）≥25355080100屈服伸长率（%）≤122％伸长率时的拉伸力（kN/m）≥691023305％伸长率时的拉伸力（kN/m）≥1218254460双向拉伸土工格栅是一种在制造过程中对分子结构沿纵、横向重新排列的高强度结构材料，其纵横向均具备相当大的拉伸强度。主要用于加强、加固软弱及复杂土层之上的粒性基层、面层和铁道道床。各种规格双向土工格栅技术指标见下表：表2双向拉伸高密度聚丙烯土工格栅TGSG15-15TGSG20-20TGSG30-30TGSG40-40TGSG45-45每延米纵向拉伸屈服力（kN/m）≥1520304045每延米横向拉伸屈服力（kN/m）≥1520304045纵向屈服伸长率（%）≤13横向屈服伸长率（%）≤16纵向2％伸长率时的拉伸力（kN/m）≥58111316横向2％伸长率时的拉伸力（kN/m）≥710131520纵向5％伸长率时的拉伸力（kN/m）≥810151625横向5％伸长率时的拉伸力（kN/m）≥10131520225土工格栅在路基加固中的应用5.1土工格栅在软土地基施工中的应用浦南高速公路浦城段A1合同段K0+000~+K1+180处，路基填筑高度23m，属软土地基上高填方、高陡坡路堤，淤泥沉积厚度5～6m，为了提高地基承载力和减少工后沉降，在填筑厚度8m、16m、20m处即采用基床式（如图1）土工格栅（单向拉伸高密度聚乙烯土工格栅TGDG110）处理，以确保路基的稳定性。图1一般基床式土工格铺设示意图（1）填料要求。①透水性要较好的填料，且内摩擦角￠≮30。，必要时进行现场土工试验。图1一般基床式土工格栅铺设示意图②填料中有尖锐棱角等有损塑料土工筋带的部分不得大于总量的15％。③填料最大粒径不得大于100mm。（2）开挖基床。一般基床式施工工艺如图2所示。基床开挖应不小于设计要求，同时做好基坑的防水、排水措施。（3）铺设砂砾垫层。基床开挖平整压实后铺设30cm砂砾垫层，砂砾垫层表面铺设后应及时找平，表面局部允许高度差不大于10cm。（4）铺设土工格栅。在砂砾垫层上，按设计要求裁剪出底层加筋格栅，按规定位置铺设，并在坡面外预留出格栅反包所需的长度。同时注意土工格栅的纵轴向必须与主要受力（即路堤横断面方向）一致。土工格栅沿主要受力方向（纵轴向）不宜设置接头缝。图2一般基床式施工工艺框图（5）连接固定土工格栅。土工格栅按图纸上要求的位置、长度及方向铺设时，顺路线方向的搭接宽度不小于10cm，按适当距离，以“U”型钉将土工格栅固定，防止填土时位移；土工格栅沿非主要受力方向（横轴向）的接缝采用HDPE尼龙绳扎接好，无需搭接，帮扎间距1m。（具体连接见图3）。（6）回填土料。已铺设好的土工格栅应及时回填，防止土工格栅日晒老化，回填土料的粒径不得大于碾压层距的1/2；填土顺序应先填好土工格栅两端，并形成纵向站台或交通道，然后依次扩大回填范围；回填过程中，所有施工机动车辆的不得直接在已铺设好的土工格栅上行走。图3土工格栅纵横向连接大样图（7）回填料找平。回填料的表面应用机械或人工找平，局部高差不大于5cm。（8）回填料碾压。碾压顺序应先由两端向路中心碾压，严禁出现反向顺序，压路机应顺路堤纵向行驶，严禁横向行驶碾压，每个碾压层都应抽查压实度，压实度按路堤一般要求控制。5.2土工格栅在陡坡路堤施工中的应用由于受场地限制，在陡坡路堤中，可沿堤身在坡体内或整个土堤内成层铺设土工格栅加筋层，形成加筋土堤或加筋土坡。浦南高速A1合同段K1+430~K2+600段由于受场地限制，填筑高度15m，属半填半挖高陡坡路堤，为保证路基整体稳定性和设计安全要求，该段路基即采用斜坡式（见图4）土工格栅（单向高密度聚乙烯TGDG50和TGDG80以及双向高密度聚丙烯TGSG20-20（SS20）处理边坡。图4一般斜坡式土工格栅铺设示意一般斜坡式加筋陡坡路堤施工工艺：（见施工工艺框图－图5）要求如下：（1）填料要求。填料粒径不得大于100mm，且透水性要求较高，内摩擦角度应大于30。,必要时进行现场土工试验，若不满足设计要求，应及时反馈设计部门处理。（2）开挖台阶。地面纵横向坡度陡于1:5时，开挖台阶，台阶宽度不小于米，而且台阶挖成向内倾斜2～4％的横坡。基床挖至设计标高后，将基床平整压实，同时检验地基承载力（若小于200kPa，应于设计部门反馈，及时处理）。（3）铺设砂砾垫层。台阶开挖平整压实后铺设30cm砂砾垫层，砂砾垫层表面铺设后应及时找平，表面局部允许高度差不大于10cm。图5一般斜坡式土工格栅施工工艺框图（4）铺放第一层土工格栅。在已铺设好的砂砾垫层上，按要求裁剪出底层土工格栅，按规定位置铺设，并在坡面外预留出格栅反包所需的长度。同时注意土工格栅的纵轴向必须与主要受力（即路堤横断面方向）一致。土工格栅沿主要受力方向（纵轴向）不宜设置接头缝。土工格栅沿坡高成层水平铺设，其水平长度可等长，也可不等长，由设计确定等长一般为2～10m；格栅层的竖向间距，等长时为0.3～0.5m，不等长时，视坡高由设计确定，土工格栅在坡面处一般应回折包裹端头，然后对坡面进行绿化或防护处理。（5）连接固定土工格栅。土工格栅按规定方式连接，其连接方式同图3。（6）在坡面一端堆码草（砂）袋。草（砂）袋堆码一般采用丁顺方式，草（砂）袋堆码应平稳，袋间间隙用土填平，砂袋装砂率约为70%～80%；草（砂）袋坡面堆码目的主要是挡土和加固坡面作用。草（砂）袋堆码参见图6。图6草（砂）袋堆码图（7）在筋材上铺土压实。先在土工格栅两端填铺一定量的土，形成纵向站台或通道，然后依次扩大回填范围，按规定层厚铺土；当填土高度达到2/3层高时，即可将土工格栅反包住草（砂）袋回折固定，然后继续填土，将回折端埋入土中，坡面端土工格栅回折的横向长度约1.5～2.0m。裁剪并按要求定位铺放加筋格栅，用设计要求的土工连接棒将这层主加筋格栅与反包格栅连接在一起。连接示意图参见图7。（8）碾压及检测压实度。碾压设备沿路堤纵向行驶，由两端向路中心碾压，严禁出现反向顺序和横向行驶碾压，每个碾压层都抽检压实度，直到合格为止；重复上述步骤，直至完成设计要求的全部填土。（9）坡面防护。根据设计要求对坡面进行绿化或防护措施。6、施工中的注意事项（1）筋材的保管。土工格栅是一种土工合成材料，遇紫外线易老化，故筋材应堆放在通风遮光的室内；筋材堆放的时间累计不超过3个月，否则必须重新检测；铺设时应注意缩短太阳光直接照射的时间，施工时暴露的总时间以一个台班为宜，同时做好防火工作；不同型号的塑料土工格栅应分开堆放，并应在筋材上标上各自不同的明显标记，以防止混用。（2）筋材的质量管理。在选择原材料时，必须严格按设计要求采用；进入现场的筋材，必须进行现场检测，各性能指标均合格后方可施工；一般应选择有正规资质的大型土工格栅厂家，同时要求厂家提供筋材长期蠕变断裂强度指标（包括10℃、20℃、30℃下60年、120年的长期蠕变断裂强度）、比较具体的抗老化性能指标、最小炭黑含量（不小于2％），以及权威机构的合格鉴定。（3）筋材的施工。为避免格栅在施工中受到损伤，机械履带与土工格栅之间应保持有15cm厚的填土层；在邻近结构面的2m范围内，建议用总质量不大于1000kg的压实机或碾压机压实填土；填土过程中应防止筋材移动，必要时用张拉梁通过格栅网孔对筋材施以5kN的预应力，以抵消土体压缩位移的影响。7结束语总之严格控制压实度是保证加筋陡坡路堤成功的关键，填筑时应严格按设计规定、《公路路基施工技术规范》、《公路土工合成材料应用技术规范》施工，保证路基的碾压遍数，使路基有较好的压实度，最好用冲击压路机冲碾20遍。施工时应根据实地情况采取合理措施确保水能及时顺利排出，以防止积水危及路堤稳定；加筋陡坡范围内的排水构造物的出口流水应有专门的急流槽引出路基外，不允许在加筋陡坡路堤坡面形成冲刷或漫流。陡坡路堤与相临路段路堤之间坡率不一致时，渐变长度不小于10m，按一定渐变率平顺过渡，筋材铺设应延伸入正常段2m。参考文献[１]公路土工试验规程（JTJE40-2007）[２]公路路基设计规范（JTGD30-2004[S]）[３]公路路基施工技术规范（JTGF10-2006[S]）[４]公路土工合成材料应用技术规范（JTJ/T019-98[S]）[５]公路土工合成材料试验规范（JTGE50-2006[S]）[６]邓学钧，路基路面工程，北京：人民交通出版社，1999[7]土工合成材料.塑料土工格栅（GB/T17689-1999）