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摘要：土工格栅在公路、铁路中用于地基加固已非常普遍，现行设计规范中一般以格栅的抗拉强度作为设计要求的力学指标。实际上，影响加筋效果的因素有多种，国内也曾进行过多项试验来研究不同加筋层数，垫层厚度等对加筋的影响，但对于格栅由于生产工艺、网孔形状、网孔大小、肋条形状等物理性质不同而导致加筋效果差异的试验，国内尚鲜有研究。通过原位浅层载荷板试验，研究了不同类型土工格栅加筋垫层的承载力和变形性能。试验表明，不同原材料、不同生产工艺、物理、力学性质不同的土工格栅，其加筋垫层的承载力和变形性能等皆不同，应力扩散效果也有差别，其中格栅的高强度并不能强化加筋效果。
土工格栅
1前言
近些年来，土工格栅在公路、铁路路基方面的应用越来越多，格栅用作加固地基，提高承载力，减小垫层厚度等方面的作用很明显。很多室内试验也探讨了加筋层数、垫层厚度、地基土强度等因素对加筋效果的影响。在我国各种现行的设计规范中，对地基加固用土工格栅的选取，还是以抗拉强度作为唯一指标，而未考虑不同生产工艺、不同原材料、不同物理、力学性质的土工格栅的不同加筋效果，结果造成地基加固用的土工格栅的抗拉强度越来越高。实际上，国外早已开始研究影响加筋效果的因素，美国工程兵团⑴⑵在二十世纪九十年代对轻型飞机下柔性路面基层中的格栅做了大量研究，得出影响加筋效果的一些主要因素，格栅的强度没有位列其中。表1为当时得出的加筋影响因素。
表1 影响加筋效果的因素（美国工程兵团 1992）
土工格栅比较项目
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性能比较项目
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评 定
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肋条
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厚度
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越厚越好
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刚度
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刚度越大越好
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形状
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正方形或矩形比圆形或曲线形好
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网孔
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大小
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与填土粒料大小有关
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形状
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圆形或正方形
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硬度
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越硬越好
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节点
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强度
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须有最小的节点强度
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格栅
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割线模量
(ASTM D 4595)
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须有最小的要求割线模量。最优值未知
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稳定性 (平面抗扭刚度)
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汤姆斯i金力博土(Dr Thomas Kinney)的“格栅网孔平面扭曲稳定”实验研究了格栅对改善道路通车性能的有利作用。在一定扭矩作用下最小网孔抗扭割线模量能较好地反映格栅的这一性能
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荷兰交通与基础工程信息中心编写的CROW157报告是荷兰道路结构的设计指南，其第六***和第十一***专门针对土工合成材料，将加筋材料的生产工艺分类，并针对每个类别提出了其加筋性能曲线⑶。从曲线上看出，与其它类型格栅相比，拉伸型格栅的加筋性能相对较好。
坦萨公司的新型三向土工格栅于2007年在欧洲上市，为了研究这种格栅的加筋效果，英国建筑研究中心BRE(Building Research Establishment)专门制作了直径3米的大型承载力试验设备，研究不同类型格栅、不同加筋层数、不同地基土类型对加筋效果的影响⑷。从模型试验结果看，三向格栅由于其独特的几何结构，加筋地基的效果更胜一筹。
本文通过载荷板试验对不同类型格栅加筋垫层开展了现场试验研究，选取了目前市场上常用的拉伸型、经编型、和焊接型双向格栅，以及坦萨公司的新型专利产品—拉伸型三向格栅等四种材料，比较不同格栅类型加筋垫层的承载能力、变形特性、及荷载扩散特性。
分析 当土工格栅用于地基加固时，在其上铺设的碎石层会穿过土工格栅网孔并嵌于网孔中。只有当碎石层的侧向变形被很好地约束，整个加筋垫层才会形成一个稳定的，整体的结构。这时加筋的机理就不能用“张拉膜”理论解释，而是网孔的嵌锁作用。而影响嵌锁作用的因素，实际就是列于表1中影响加筋效果的因素。
1) 从节点强度看，拉伸型格栅的节点与网孔是在生产中同时形成，为一个整体；而焊接格栅与经编格栅的节点都是在纵、横向加筋带形成后再二次通过焊接、编结的工艺成型，其节点强度必然会比拉伸型格栅小。而节点强度不够，就会造成网孔的平面抗扭刚度小，无法很好地约束碎石的侧向变形。这应该是造成焊接、经编格栅加筋性能不如拉伸型格栅的主要原因。
2) 从网孔大小看，焊接格栅网孔最大接近100mm，许多碎石会堆积在网孔内，只能靠碎石之间自身的作用相互挤压，加筋效果不明显；而经编格栅网孔最小，不到15mm，97%以上的碎石粒径都大于这个值，这使得碎石无法嵌挤进入网孔，只能“浮”于格栅之上，加筋的效果大打折扣。而两种拉伸型格栅的网孔都正好与碎石粒径相适应，加筋效果自然就会比较明显。
3) 从网孔形状看，坦萨三向格栅TX170由于其独特的三角形网孔结构，就比同为拉伸型格栅的SS30加筋效果好，证明三角形网孔对碎石的嵌锁能力更强，加筋垫层的性能更好。
结论 （1）格栅加筋后对地基承载力都有不同程度的提高。而冲孔拉伸型土工格栅的优势较为明显，尤其是坦萨三向格栅，由于其网孔呈现特殊的三角形，改善程度尤为突出，与不加筋方案相比，极限承载力可以提高35%左右。
（2）加筋垫层的性能除了体现在承载力上面，关键的一点也是要看对地基土的扰动。三向格栅断面，沉降主要发生在碎石层内，而砂层沉降只占总沉降的30%不到，说明对砂层的扰动极小。而经编格栅和焊接格栅断面，砂层的沉降都很大，尤其是焊接格栅断面，在荷载作用下，对地基有极大的扰动。
（3）通过公式计算加筋垫层的变形模量得到模量比，三向格栅依然最具优势。
（4）砂层顶面的应力主要作用在45度扩散角范围内，这与设计中采用45度扩散角进行加筋垫层的计算相吻合。
（5）抗拉强度最小的三向格栅，各项数据分析，其加筋性能都最优，证明加筋的效果与强度关系不大，这点与美国工程兵团⑴⑵和CROW157⑶的结果吻合。因此在对格栅选型的时候，设计师不能简单地以抗拉强度作为设计唯一指标。
土工格栅市场的蓬勃发展出乎我们很多人的意料，这种90年代从国外引进的新型建筑材料，今天被广泛使用在各种路基路面以及高强度要求的土木工程中。随着市场需求的不断扩大，生产企业也如雨后春笋般出现，竞争的激烈导致各种质量水平和价格的出现，作为采购者应该如何选择？
坚持用质量去开创市场，不与同行搞价格战，因为价格战最终的结局是连败俱伤，而且客户最终也成为受害者。价格战必然会影响产品质量，为了减少成本，会用降低原材料标准的方式节约材料成本，直接导致产品外观、强度各方面的下降。
土工格栅的价格，根据不同材质与强度大小进行区分，强度越高价格越贵，没有经过出厂强力实验的产品，负责人的厂家是不会出厂或者进行型号降低后出厂。土工格栅的质量决定着工程质量，土工格栅质量只是一个方面，像施工中使用填料的质量也会影响土工格栅作用的发挥。
土工格栅按产品的受力形式分为双向土工格栅和单向土工格栅、按产品的物质构成分为玻璃纤维土工格栅，合成纤维土工格栅，聚丙乙烯土工格栅、钢塑复合土工格栅。
近几年聚丙乙烯单向土工格栅在旧路路基施工中应用较为普遍，它能够有效防治路基的不均匀沉降、纵向裂缝和旧路面的裂缝的反射。
PE/PP土工格栅是由高分子聚合物经挤出、双向拉伸而成，拉伸强度大，适用于各种土壤，其各项性能指标都优于未经拉伸的土工网，是目前最理想的加筋加固材料之一。该格栅可广泛应用于高速公路、市政道路、铁路、飞机跑道等路基增强，公路、铁路以及江河海岸边的加筋土挡墙的加筋工程；江河海坝的堤坝增强；矿井加固以及果园、菜地、牲畜、工地围栏等众多领域，随着通佳机械与全球第一煤炭生产企业神华集团的成功合作，此种产品在矿井加固领域的应用得到了大力的推广。
土工格栅应用越来越广泛。土工格栅由20世纪80年代引入中国，几年前在工程基地上找个人问：“知道什么是土工格栅吗？”？”很多人都摇头。随着土工格栅生产规模的壮大，土工格栅生产技术的提高创新，土工格栅被大量的应用的公路、铁路的修建当中，一些湿地、沼泽以及港口等土木工程的处理更加热衷于使用土工格栅。由于土工格栅的作用和特性，可以大大的减少土木工程的工作量，提高土木工程的工作效率和质量，土工格栅系列产品越来越受欢迎。
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