土工格栅在改扩建工程中的应用

土工格栅是一种新型的土工合成材料，经定向拉伸后，形成具有开孔的网格，常用作加筋土或复合材料的筋材。该材料不仅抗拉强度大，而且柔性、延展性良好，在道路工程中应用广泛。以下结合实践和案例， 探讨了土工格栅的具体应用。

1、土工格栅的作用原理和应用优势

1.1 作用原理

( 1 ) 加筋作用。土工格栅的抗拉强度大、张拉模量大，可以实现大面积范围内荷载、应力的均匀分布。在软弱地基或土层中，应用土工格栅能降低并分散上部荷载对软基的集中应力; 在沥青结构层中， 可以减弱沥青的徐变作用，避免沥青层开裂。

( 2 ) 压实作用。土工格栅的网孔形状相同，上层颗粒、下层颗粒的剪切阻力不会受到影响。在刚度、抗拉强度、网孔嵌锁作用下，能避免荷载压实引起的变形位移，提高颗粒压实效果。

( 3 ) 抗变形作用。外力不均匀作用在格栅上，网孔由于收到横向拉应力会发生变形，从而显现出约束作用，对非均匀分布的荷载具有较强的适应性。

( 4 ) 抗剪切作用,土工格栅的抗摩阻力较高，作为筋材使用时，可以增强结构层的抗剪切强度，提高整体稳定性。

1.2 应用优势

在道路工程中应用土工格栅，优势如下: 

( 1 ) 增加路基整体性,提高路基承载力,延长其使用寿命。

( 2 ) 防止路面结构开裂、塌陷,确保行车安全。

( 3 ) 施工作业简单,不仅省事省力,而且工期短。

( 4 ) 作为路基边坡植草网垫使用,可以美化环境。

( 5 ) 代替金属网使用,可用于煤矿井下假顶网。

2、土工格栅在道路改扩建工程中的应用

2.1 在软土地基的应用

在软土高填方工程中，在30-50cm 碎石层中间铺设土工格栅，能形成土工格栅- 碎石垫层，能充分发挥出土工格栅的加筋作用。一方面，土工格栅的抗剪能力强，能有效阻止碎石陷入软基中，促使格栅与碎石嵌固紧密，形成一个稳定的整体。另一方面，土工格栅在排水方面会形成水平面，可作为排水通道使用，路基成型后能有效降低土体含水量。其三，土工格栅铺设在软基上方，会产生隔离效果，既方便施工，又能抑制地基侧向变形，减少不均匀沉降。其四，增加土体的抗剪力，改变软基的物理力学性能。

2.2 在填方路段的应用

路基填方施工中，如果使用松散的填料，会影响路基放坡施工，造成土地浪费，增加施工成本，也不利于后期碾压作业。在边坡上铺设土工格栅，可以提高边坡稳定性，实现压实度指标; 在道路改扩建工程中， 应用土工格栅，能促使老路基、新路基紧密结合，提高路基的整体性，保证荷载均匀分布，避免应力集中引起的变形。

2.3 在路面施工的应用

路面施工过程中，在基层与沥青层之间铺设土工格栅，促使沥青碎石与格栅有机结合，可以充分发挥其嵌固优势，增强面层的抗疲劳能力，降低出现反射裂缝的机会。此外，格栅具有良好的延伸性，能抑制荷载变化对路面造成的破坏，从而延长路面的使用寿命。

2.4 在台背填土的应用

刚性桥台和半刚性填土路基在刚度方面存在较大差异，导致桥梁、路基沉降不均匀，从而出现桥头跳车现象。台背填土施工中，铺设土工格栅，可以形成锚固力、嵌锁力、摩阻力，促使结构物、回填土形成一个整体，有效降低沉降差，提高行车舒适性。

3、土工格栅的施工技术要点

3.1 平整场地

施工准备阶段，对施工原地面或填土路基进行平整、压实。然后测量放出路基边坡线，每侧加宽0、5 m ; 整平基底土后，使用振动压路机、轮胎压路机进行压实，并对不平整区域进行人工整平。

3.2 格栅铺设

土工格栅铺设作业时，要求受力方向垂直于路基的轴线方向，保证平整、拉紧、无隆起、按设计宽度搭接。首先使用U 型铆钉固定，格栅的主要受力方向，尽量保证通长无接头，将搭接宽度控制在2 0 c m以上; 幅与幅之间的连接，一般采用人工绑扎搭接法，将搭接宽度控制在10cm以上; 如果使用两层或多层格栅，上层和下层之间要错缝连接。大面积铺设完成后，对平直度进行调整; 尽量缩短格栅裸露时

间，填盖一层土后，在没有碾压前，应该再次张紧格栅，确保格栅处于绷直受力状态。

3.3 填料选择

填料的选择是否合适，直接影响施工质量。结合以往实践，冻结土、沼泽土、白垩土、硅藻土、生活垃圾，不宜作为填料使用。砾类土、砂类土具有稳定的力学性能，而且受地下水位的影响小，推荐优先选用。在粒径大小上，一般控制在15cm以内， 并采用良好级配，为压实作业打下坚实基础。

3.4 填料摊铺

路基整平压实经检测合格后，及时铺设土工格栅并按设计要求定位，锚固后及时填土覆盖，尽量缩短其裸露时间。如有必要，可以在铺设格栅的同时进行回填，以提高摊铺效率。具体操作上，首先在两端摊铺填料，固定格栅后，逐渐向中部推进。碾压作业时，遵循先两侧、后中间的碾压顺序，压轮不能和格栅直接接触，不能在未压实的加筋体上行驶。分层压实期间，每层厚度控制在20-30cm，并且及时检测压实度、平整度等指标，以满足设计要求。

3.5 防排水处理

路基填筑完成后，要及时修整边坡，完善防护结构。另一方面要对填方边坡护脚墙等墙体内外进行排水处理; 主要是设置滤水、排水措施; 必要时设置土工布、透水管、盲沟等方案。值得注意的是，疏导排水施工后，还应加强监测，避免因疏水通道堵塞而引起工程隐患。

4、工程案例分析

4.1防治反射裂缝

反射裂缝指的是水泥混凝土板上的接缝或裂缝，影响原因是车辆荷载、温度、湿度等，会导致路基结构出现位移，继而产生拉应力。对此，可以对铺层结构进行加厚处理，但缺点是会提高工程造价，且夏季高温时会出现车辙。相比之下，铺设土工格栅，可以产生加筋、嵌锁、增韧作用，从而防治反射裂缝。以某公路工程为例，线路总长度为2.8km，其中K1+130至K 1 + 237区段，因路面破坏导致严重开裂现象。现场调查显示，水泥板块的整体性较好，为了预防反射裂缝出现，决定在水泥混凝土面板、沥青混凝土层之间，铺设土工格栅，兼具环保性和经济性。具体施工中，首先对裂缝进行扩大、清理、充填， 对破坏区域进行切割和更换，清除混凝土板上的杂质; 然后洒上一层粘层油，铺设土工格栅，宽度控制在4m以内，既保证交叠宽度达标，又有足够的消散应力。

4.2不均匀沉降处理

城市化进程加快，原有道路的交通条件不满新的需求，或者到达设计年限，必须进行改建和扩建。在改扩建工程中，老旧道路的路基沉降、变形已趋于完成，因此整体性能参数比较稳定; 而新改扩建道路沉降、变形较明显，从而导致新旧道路的交界处出现不均匀沉降。随着拉应力的增加，路基、路面出现纵向裂缝的概率加大，会极大影响行车的安全性。

对此，使用土工格栅的作用如下: 

( 1 )格栅刚度强， 有利于荷载扩散，增强路基的承载力，促使新旧道路的变形趋于一致。

( 2 )格栅的抗拉强度大，可以增强土基的横向抗拉力，减少形变，从而提高路基整体稳定性，避免出现纵向裂缝。

( 3 ) 格栅网眼可以抑制土颗粒水平移动，从而增强路基的抗剪能力。以某公路工程为例，原有道路的路基宽度为35.5 m ，路面宽度为28.5m，为了满足不断增加的交通需求，决定左右侧各加宽1个车道，宽度设计为3.75 m。施工期间，为了保证新旧道路交接处的沉降量一致，减小后期新建路基沉降， 进行挖台阶处理，台阶宽为2m ，并铺设土工格栅。土工格栅宽度为5.5 m 。

4.3、路基软基加固

山区公路多属于高填方路段，如果路肩、填方边坡的压实不到位，在雨水侵蚀下就会降低土体的抗剪强度， 继而出现滑动、失稳、崩塌等现象。施工期间利用土工格栅，将其铺设在路基边坡内，可以产生较高的应力，促使网格和路基土颗粒产生互锁、啮合作用，增强对土体变形的约束力，避免滑坡、坍塌。此外，在海滨地区建设公路，常会遇到软土地基现象，一般采用强夯法、换填土层法等。但是，如此处理不仅造价高，而且工期长，路基强度的增长有限。使用土工格栅，既能保证路基稳定性，又能减少不均匀沉降，增强公路基层的抗拉强度。以某公路工程为例，线路全长约10.6 km，其中K2+ 350至K2 +570区段，处于山体坡面上，右侧是山谷泄洪沟。为了满足泄洪要求，线路设计标高比较高，填方高度在8- 20m之间。为了减小填方后的沉降量，保证路基陡坡的稳定性，避免发生滑坡、坍塌事故，采用土工格栅挡墙和砌石路堤挡墙加固边坡。

4.4 新老结合部位补强

新老道路的结合部位，常见问题有两个: 一是设计不全面，存在较多施工技术难点; 二是老路强度不足， 补强层厚度薄。使用土工格栅，可以弥补设计和施工的不足之处，提高新老结合部位的紧密性。以某公路工程为例，路面原宽度为9m，现扩建为15m，路面结构层自上而下是: AC-13 沥青混凝土层、AC-20沥青混凝土层、水泥稳定碎石层、级配碎石层。使用玻璃纤维土工格栅材料，断裂强力≥50kN/m，断裂伸长率≥3%，网格大小为25.4mm×25.4mm，幅宽为5m。施工完成后，线路顺畅通行，外观、质量均优于老路面结构;相比于换填级配碎石法，使用土工格栅不仅造价降低，而且能节约养护费用，可见社会效益、经济效益良好。

5 结语

综上所述，土工格栅是一种新型合成材料，具有诸多技术优势。文中介绍了土工格栅在软土地基、填方路段、路面施工、台背填土中的应用，指出施工技术要点， 并结合工程案例进行分析。希望为类似工程提供经验借鉴，提高公路工程的施工质量，获得经济效益和社会效益。