土工格栅在公路工程建设中的应用
摘要：介绍了土工格栅的含义及其功能，对土工格栅的性能指标进行了归类，并按原材料及成型过程对土工格栅进行了分类，分析了土工格栅的性能指标并突出了格栅材料的泊松比，最后，对土工格栅的一般施工工艺流程及其应用作了进一步的阐述。
关键词：土工格栅,新建路面,旧路改建,延伸率,泊松比
半刚性基层沥青路面具有良好的力学均衡和行车舒适性，因而得到广泛应用，成为现代高等级公路路面的主要类型。
由于交通量的日异增大重载车辆的不断增多，在荷载重复作用下半刚性基层显示出脆性大、抗变性能力差的缺点。特别是我国早期修建的公路，多位二级公路，随着服役时间的增加，汽车荷载和环境因素的综合作用尤其实超载、超重车辆增多，导致许多路况出现严重的路面病害。例如有些路面的裂缝、坑槽等病害经不强、翻修后对原路面又很快产生影响，原因主要是对老路面的病害处理不够彻底。为了解决这些问题，国内外已经有许多工程采用加筋技术来提高路面的性能，其中，采用国产土工格栅，加筋路面结构层，基本能够起到减少或延缓路面病害的发生和发展的作用。
1 土工格栅
“土工格栅(geogrid)”，是聚合物材料经过定向拉伸形成的具有开孔网格，较高强度的平面网状材料。它以聚丙烯、高密度聚乙烯或者其他高分之聚合物为原料，加入一定量的抗紫外线辅助剂，经热熔，挤出拉伸等新工艺生产而成。土工隔扇在制造过程中经过定向拉伸，使聚合物分子沿拉伸方向排列，加强了分子间的联结力。它与其它土工合成材料相比，具有重量轻、变形小、抗拉强度高、延伸率低的优点。同时它具有较好的耐酸、耐碱、耐腐蚀和抗老化等耐久性能。
2 土工格栅的功能
①加筋作用
土工格栅具有较高的抗拉强度和张拉模量，因此能将荷载和应力均匀的扩散在较大的面积范围内。对软弱地基而言，可以大大减少作用于软基上的荷载压力;对沥青结构层而言，可以大大减轻沥青结构层产生的徐变作用，最终达到防止沥青面层开裂的作用。由于土工格栅对压力具有均匀扩散的作用，因此铺于沥青面层中能大大减小面层的车辙深度。
②压实作用
由于土工格栅约束层的网孔具有同一形状，这样上下层颗粒之间剪切阻力不受影响，且格栅的刚度、抗拉强度、网孔的嵌锁作用三者相互复杂作用，阻止了因荷载的压实而引起的局部位移变形，从而加强了颗粒材料的压实作用。
③抗变形作用
当非均布的局部外力作用于格栅时，网孔就会相应变形，其约束作用也显示出来，因此土工格栅对非均布荷载的适应性较好并将其均匀传递。
④可以阻止不同路面
材料相互掺杂或原路基于地基材料的相互掺杂。
⑤凭借网面层的高摩阻力而产生的高抗拉强度增加结构层材料的剪切强度和整体性。
土工格栅常用作加筋土结构的筋材或土工复合材料筋材等，广泛应用于土木工程、建筑工程、水利工程等领域。
3 土工格栅的分类
土工格栅按原材料可分为塑料类、玻璃纤维类、涤纶纤维土工格栅等。按成型过程，分为单向拉伸和双向拉伸的土工格栅。单向土工格栅是只经过纵向拉伸而形成的格栅，单向具有较高的抗拉强度;双向土工格栅是经过纵横两个方向拉伸而形成的格栅，两个方向都具有较高的抗拉强度。双向土工格栅网孔形状有矩形、菱形、六边形等多种，且网格尺寸大小不一，强度大小也不一样。
4 土工格栅的性能指标
随着土工格栅在土木工程中的广泛应用，我国己经建立几十个土工格栅生产厂家。经收集大量的国内厂家的格栅生产资料，对比各厂家格栅的生产工艺技力学参数指标，总结如下表所示：
在归类分析中发现各个厂家生产的土工格栅都具有较高的强度，较低的延伸率。但各个厂家生产的格栅的力学参数存在差异，而且由于土工格栅的不同用途，加入的聚合物不同，网格尺寸不同，每种材料的主要性能指标要求是根据其在实际应用中所起的主要作用所决定的，因此在进行科学研究及工程应用前有必要对其物理力学性能进行测试。
5 格栅材料泊松比的提出
由于土工格栅材料是一种新开发的材料，所以它的一些力学行为并未得到完全的了解，可以引用复合材料力学对二维薄片纤维材料泊松比的取值方法得到格栅的泊松比计算公式如下所示：
式中：
εx ---------------受力方向的变形;
εy ---------------水平垂直方向的变形。
网材泊松比的范围一般在0.15～0.36之间，它反应的是两个垂直方向的变形情况，取土工格栅网材的泊松比值与路面材料的泊松比相同才是比较科学合理的。
6 施工工艺流程：
土工格栅施工工艺流程一般为：检测、清理下承层→人工铺设土工格栅→搭接、绑扎、固定→摊铺上层路基土→碾压→检测。
土工格栅在平整的下承层上按设计要求的宽度铺设，其上下层填料无刺坏土工格栅的杂物，铺设土工格栅时，将强度高的方向垂直于路堤轴线方向布置。土工格栅横向铺设。铺设时绷紧，拉挺，避免折皱、扭曲或坑洼。土工格栅沿纵向拼接采用搭接法，搭接宽度不小于30cm。铺好土工格栅后，人工铺设上层填料，及时完成碾压，避免长期暴晒。然后采用机械运料、整平、碾压。机械摊铺、碾压从两边向中间推进，碾压自两边向中间进行，其压实度保持达到规范要求。杜绝一切施工车辆和施工机械行驶或停放在已铺好的土工格栅上，施工中随时检查土工格栅的质量，发现有折损、刺破、撕裂等损坏时，根据破坏程度不同进行修补或更换。
7 结束语
土工格栅用于新建路面结构，可达到减薄基层或面层、防止反射裂缝和减少车辙的目的。例如将土工格栅放在沥青路面下面层上部可减少温度裂缝;放在下部可防止反射裂缝;放在基层底部可增加半刚性材料整体抗弯能力，提高基层的疲劳寿命。在旧路改建过程中，使用土工格栅可以起到提高路面承载能力、减小基层底面拉应力、减薄路面结构层厚度。防止旧路裂缝扩展、延长路面使用寿命的作用。但是，在路面设计中什么情况下使用土工格栅，在施工中怎么进行铺设，使用什么样的检测手段验证路面使用性能，是路面改建过程中要解决的主要问题。
