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摘要：土工格柵在公路、鐵路中用于地基加固已非常普遍，現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范中一般以格柵的抗拉強度作為設(shè)計要求的力學(xué)指標(biāo)。實際上，影響加筋效果的因素有多種，國內(nèi)也曾進行過多項試驗來研究不同加筋層數(shù)，墊層厚度等對加筋的影響，但對于格柵由于生產(chǎn)工藝、網(wǎng)孔形狀、網(wǎng)孔大小、肋條形狀等物理性質(zhì)不同而導(dǎo)致加筋效果差異的試驗，國內(nèi)尚鮮有研究。通過原位淺層載荷板試驗，研究了不同類型土工格柵加筋墊層的承載力和變形性能。試驗表明，不同原材料、不同生產(chǎn)工藝、物理、力學(xué)性質(zhì)不同的土工格柵，其加筋墊層的承載力和變形性能等皆不同，應(yīng)力擴散效果也有差別，其中格柵的高強度并不能強化加筋效果。
經(jīng)編滌綸土工格柵(滌綸格柵)，選取用聚酯滌綸纖維為原料。采用經(jīng)編定向結(jié)構(gòu)，織物中的經(jīng)緯向紗線相互間無彎曲狀態(tài)，交叉點用高強纖維長絲***結(jié)合起來，形成牢固的結(jié)合點，充分發(fā)揮其力學(xué)性能，經(jīng)編滌綸土工格柵(滌綸格柵)具有抗拉強度高，延伸力小，抗撕力強度大，縱橫強度差異小，耐紫外線老化、耐磨損、耐腐蝕、質(zhì)輕、與土或碎石嵌鎖力強，對增強土體抗剪及補強提高土體的整體性與荷載力，具有顯著作用。
聚酯經(jīng)編滌綸土工格柵采用高強度滌綸工業(yè)長絲，經(jīng)過經(jīng)編定向織造網(wǎng)格坯布，經(jīng)PVC涂覆加工成土工格柵。應(yīng)用于軟土地基處理和路基、堤壩等工程的加筋增強，以提高工程質(zhì)量降低工程造價。
經(jīng)編滌綸土工格柵特點：
1、具有極高的抗拉強度
2、延伸率較小
3、耐侵蝕、耐老化
4、與基料有較強的咬合力
5、質(zhì)量輕、有排水作用
經(jīng)編滌綸土工格柵用途：
1、經(jīng)編滌綸土工格柵被用于公路、鐵路、市政道路等各種道路軟土路基加筋增強，能有效地提高路基的強度，延緩道路的反射裂縫。
2、經(jīng)編滌綸土工格柵水利工程中的堤壩、河道的加筋、隔離，加固軟土基礎(chǔ)，增強其防護能力，提高基礎(chǔ)的承載力和穩(wěn)定性。
3、經(jīng)編滌綸土工格柵用于路堤邊坡加筋、擋土墻加筋，增強整體強度，公路、鐵路、水利等軟土地基增強加筋。
4、經(jīng)編滌綸土工格柵用于鐵道道渣保護：由于火車震動及風(fēng)吹雨淋，造成道渣流失，用土工格柵包裹住道渣，防止道渣流失，提高路基的穩(wěn)定性；
5、經(jīng)編滌綸土工格柵用于鐵道擋墻：土工格柵用于鐵路邊上的擋墻增強，例如火車站內(nèi)用臺和貨臺，可延長使用壽命，減少維修費用；
6、經(jīng)編滌綸土工格柵用于加筋擋土墻：在公路旁邊和垂直擋墻中加鋪土工格柵，可提高擋墻的承載能力；
7、橋臺地基一般很容易向下沉陷，出現(xiàn)跳車現(xiàn)象，在橋臺地基下鋪設(shè)土工格柵，可提高承載力，穩(wěn)固橋臺。
經(jīng)編滌綸土工格柵施工方法：
格柵應(yīng)鋪于施工路面瀝青層的粗粒石上，原有的路面宜先平整，經(jīng)整理、修整并清理后予施工，用普通格柵需要用特定鋼釘予以固定格柵搭接，接頭橫向大于5cm，縱向大于10cm鋪設(shè)經(jīng)瀝青處理過的土工格柵盡量少灑瀝青粘層油，用自粘式土工格柵施工，經(jīng)膠輪壓路機適度碾壓后，即可攤鋪瀝青混合料并壓實，無需特定鋼釘固定。
土工格柵
1前言
近些年來，土工格柵在公路、鐵路路基方面的應(yīng)用越來越多，格柵用作加固地基，提高承載力，減小墊層厚度等方面的作用很明顯。很多室內(nèi)試驗也探討了加筋層數(shù)、墊層厚度、地基土強度等因素對加筋效果的影響。在我國各種現(xiàn)行的設(shè)計規(guī)范中，對地基加固用土工格柵的選取，還是以抗拉強度作為唯一指標(biāo)，而未考慮不同生產(chǎn)工藝、不同原材料、不同物理、力學(xué)性質(zhì)的土工格柵的不同加筋效果，結(jié)果造成地基加固用的土工格柵的抗拉強度越來越高。實際上，國外早已開始研究影響加筋效果的因素，美國工程兵團⑴⑵在二十世紀九十年代對輕型飛機下柔性路面基層中的格柵做了大量研究，得出影響加筋效果的一些主要因素，格柵的強度沒有位列其中。表1為當(dāng)時得出的加筋影響因素。
表1 影響加筋效果的因素（美國工程兵團 1992）
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土工格柵比較項目
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性能比較項目
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評 定
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肋條
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厚度
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越厚越好
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剛度
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剛度越大越好
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形狀
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正方形或矩形比圓形或曲線形好
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網(wǎng)孔
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大小
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與填土粒料大小有關(guān)
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形狀
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圓形或正方形
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硬度
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越硬越好
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節(jié)點
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強度
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須有最小的節(jié)點強度
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格柵
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割線模量
(ASTM D 4595)
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須有最小的要求割線模量。最優(yōu)值未知
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穩(wěn)定性 (平面抗扭剛度)
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湯姆斯i金力博土(Dr Thomas Kinney)的“格柵網(wǎng)孔平面扭曲穩(wěn)定”實驗研究了格柵對改善道路通車性能的有利作用。在一定扭矩作用下最小網(wǎng)孔抗扭割線模量能較好地反映格柵的這一性能
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荷蘭交通與基礎(chǔ)工程信息中心編寫的CROW157報告是荷蘭道路結(jié)構(gòu)的設(shè)計指南，其第六章和第十一章專門針對土工合成材料，將加筋材料的生產(chǎn)工藝分類，并針對每個類別提出了其加筋性能曲線⑶。從曲線上看出，與其它類型格柵相比，拉伸型格柵的加筋性能相對較好。
坦薩公司的新型三向土工格柵于2007年在歐洲上市，為了研究這種格柵的加筋效果，英國建筑研究中心BRE(Building Research Establishment)專門制作了直徑3米的大型承載力試驗設(shè)備，研究不同類型格柵、不同加筋層數(shù)、不同地基土類型對加筋效果的影響⑷。從模型試驗結(jié)果看，三向格柵由于其獨特的幾何結(jié)構(gòu)，加筋地基的效果更勝一籌。
本文通過載荷板試驗對不同類型格柵加筋墊層開展了現(xiàn)場試驗研究，選取了目前市場上常用的拉伸型、經(jīng)編型、和焊接型雙向格柵，以及坦薩公司的新型專利產(chǎn)品—拉伸型三向格柵等四種材料，比較不同格柵類型加筋墊層的承載能力、變形特性、及荷載擴散特性。
分析
當(dāng)土工格柵用于地基加固時，在其上鋪設(shè)的碎石層會穿過土工格柵網(wǎng)孔并嵌于網(wǎng)孔中。只有當(dāng)碎石層的側(cè)向變形被很好地約束，整個加筋墊層才會形成一個穩(wěn)定的，整體的結(jié)構(gòu)。這時加筋的機理就不能用“張拉膜”理論解釋，而是網(wǎng)孔的嵌鎖作用。而影響嵌鎖作用的因素，實際就是列于表1中影響加筋效果的因素。
1) 從節(jié)點強度看，拉伸型格柵的節(jié)點與網(wǎng)孔是在生產(chǎn)中同時形成，為一個整體；而焊接格柵與經(jīng)編格柵的節(jié)點都是在縱、橫向加筋帶形成后再二次通過焊接、編結(jié)的工藝成型，其節(jié)點強度必然會比拉伸型格柵小。而節(jié)點強度不夠，就會造成網(wǎng)孔的平面抗扭剛度小，無法很好地約束碎石的側(cè)向變形。這應(yīng)該是造成焊接、經(jīng)編格柵加筋性能不如拉伸型格柵的主要原因。
2) 從網(wǎng)孔大小看，焊接格柵網(wǎng)孔最大接近100mm，許多碎石會堆積在網(wǎng)孔內(nèi)，只能靠碎石之間自身的作用相互擠壓，加筋效果不明顯；而經(jīng)編格柵網(wǎng)孔最小，不到15mm，97%以上的碎石粒徑都大于這個值，這使得碎石無法嵌擠進入網(wǎng)孔，只能“浮”于格柵之上，加筋的效果大打折扣。而兩種拉伸型格柵的網(wǎng)孔都正好與碎石粒徑相適應(yīng)，加筋效果自然就會比較明顯。
3) 從網(wǎng)孔形狀看，坦薩三向格柵TX170由于其獨特的三角形網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，就比同為拉伸型格柵的SS30加筋效果好，證明三角形網(wǎng)孔對碎石的嵌鎖能力更強，加筋墊層的性能更好。
結(jié)論
（1）格柵加筋后對地基承載力都有不同程度的提高。而沖孔拉伸型土工格柵的優(yōu)勢較為明顯，尤其是坦薩三向格柵，由于其網(wǎng)孔呈現(xiàn)特殊的三角形，改善程度尤為突出，與不加筋方案相比，極限承載力可以提高35%左右。
（2）加筋墊層的性能除了體現(xiàn)在承載力上面，關(guān)鍵的一點也是要看對地基土的擾動。三向格柵斷面，沉降主要發(fā)生在碎石層內(nèi)，而砂層沉降只占總沉降的30%不到，說明對砂層的擾動極小。而經(jīng)編格柵和焊接格柵斷面，砂層的沉降都很大，尤其是焊接格柵斷面，在荷載作用下，對地基有極大的擾動。
（3）通過公式計算加筋墊層的變形模量得到模量比，三向格柵依然最具優(yōu)勢。
（4）砂層頂面的應(yīng)力主要作用在45度擴散角范圍內(nèi)，這與設(shè)計中采用45度擴散角進行加筋墊層的計算相吻合。
（5）抗拉強度最小的三向格柵，各項數(shù)據(jù)分析，其加筋性能都最優(yōu)，證明加筋的效果與強度關(guān)系不大，這點與美國工程兵團⑴⑵和CROW157⑶的結(jié)果吻合。因此在對格柵選型的時候，設(shè)計師不能簡單地以抗拉強度作為設(shè)計唯一指標(biāo)。
土工格柵市場的蓬勃發(fā)展出乎我們很多人的意料，這種90年代從國外引進的新型建筑材料，今天被廣泛使用在各種路基路面以及高強度要求的土木工程中。隨著市場需求的不斷擴大，生產(chǎn)企業(yè)也如雨后春筍般出現(xiàn)，競爭的激烈導(dǎo)致各種質(zhì)量水平和價格的出現(xiàn)，作為采購者應(yīng)該如何選擇？
堅持用質(zhì)量去開創(chuàng)市場，不與同行搞價格戰(zhàn)，因為價格戰(zhàn)最終的結(jié)局是連敗俱傷，而且客戶最終也成為受害者。價格戰(zhàn)必然會影響產(chǎn)品質(zhì)量，為了減少成本，會用降低原材料標(biāo)準(zhǔn)的方式節(jié)約材料成本，直接導(dǎo)致產(chǎn)品外觀、強度各方面的下降。
土工格柵的價格，根據(jù)不同材質(zhì)與強度大小進行區(qū)分，強度越高價格越貴，沒有經(jīng)過出廠強力實驗的產(chǎn)品，負責(zé)人的廠家是不會出廠或者進行型號降低后出廠。土工格柵的質(zhì)量決定著工程質(zhì)量，土工格柵質(zhì)量只是一個方面，像施工中使用填料的質(zhì)量也會影響土工格柵作用的發(fā)揮。
土工格柵按產(chǎn)品的受力形式分為雙向土工格柵和單向土工格柵、按產(chǎn)品的物質(zhì)構(gòu)成分為玻璃纖維土工格柵，合成纖維土工格柵，聚丙乙烯土工格柵、鋼塑復(fù)合土工格柵。
近幾年聚丙乙烯單向土工格柵在舊路路基施工中應(yīng)用較為普遍，它能夠有效防治路基的不均勻沉降、縱向裂縫和舊路面的裂縫的反射。
PE/PP土工格柵是由高分子聚合物經(jīng)擠出、雙向拉伸而成，拉伸強度大，適用于各種土壤，其各項性能指標(biāo)都優(yōu)于未經(jīng)拉伸的土工網(wǎng)，是目前最理想的加筋加固材料之一。該格柵可廣泛應(yīng)用于高速公路、市政道路、鐵路、飛機跑道等路基增強，公路、鐵路以及江河海岸邊的加筋土擋墻的加筋工程；江河海壩的堤壩增強；礦井加固以及果園、菜地、牲畜、工地圍欄等眾多領(lǐng)域，隨著通佳機械與全球第一煤炭生產(chǎn)企業(yè)神華集團的成功合作，此種產(chǎn)品在礦井加固領(lǐng)域的應(yīng)用得到了大力的推廣。
土工格柵應(yīng)用越來越廣泛。土工格柵由20世紀80年代引入中國，幾年前在工程基地上找個人問：“知道什么是土工格柵嗎？”？”很多人都搖頭。隨著土工格柵生產(chǎn)規(guī)模的壯大，土工格柵生產(chǎn)技術(shù)的提高創(chuàng)新，土工格柵被大量的應(yīng)用的公路、鐵路的修建當(dāng)中，一些濕地、沼澤以及港口等土木工程的處理更加熱衷于使用土工格柵。由于土工格柵的作用和特性，可以大大的減少土木工程的工作量，提高土木工程的工作效率和質(zhì)量，土工格柵系列產(chǎn)品越來越受歡迎。
坦薩公司的新型三向土工格柵于2007年在歐洲上市，為了研究這種格柵的加筋效果，英國建筑研究中心BRE(Building Research Establishment)專門制作了直徑3米的大型承載力試驗設(shè)備，研究不同類型格柵、不同加筋層數(shù)、不同地基土類型對加筋效果的影響⑷。從模型試驗結(jié)果看，三向格柵由于其獨特的幾何結(jié)構(gòu)，加筋地基的效果更勝一籌。
本文通過載荷板試驗對不同類型格柵加筋墊層開展了現(xiàn)場試驗研究，選取了目前市場上常用的拉伸型、經(jīng)編型、和焊接型雙向格柵，以及坦薩公司的新型專利產(chǎn)品—拉伸型三向格柵等四種材料，比較不同格柵類型加筋墊層的承載能力、變形特性、及荷載擴散特性。
