【摘要】对塑料土工格栅、经编土工格栅和玻纤土工格栅的不同性能进行比较,并介绍了三种土工格栅的适用范围。

【关键词】土工合成材料　加筋　软基  

1　概述

随着加筋技术的发展和土工合成材料加筋理论的不断完善,新型的土工加筋材料不断研制出来。20世纪70年代末,出现了塑料土工格栅,近几年又研制出经编土工格栅和玻纤土工格栅。这三种土工格栅的出现,给土木工程等领域注入了新鲜的血液。在土工产品多样化、选择材料的余地更加广阔的今天,我们对材料的选择更应该慎重,因为不同材料的性能各异,一旦选择不当,将会给工程带来不可挽回的损失。

2　三种格栅的性能比较

塑料土工格栅、经编土工格栅和玻纤土工格栅虽然都属于格栅类产品,但它们的生产工艺、制造原料及物理力学性质指标各不相同。

2•1　塑料土工格栅性能分析和种类塑料土工格栅是目前应用最广泛的一种格栅产品,分为单、双向格栅。在经挤压制出的聚合物板材上冲孔,然后纵向(沿板材方向)拉伸便制成单向格栅;在此基础上,再在其长度垂直方向拉伸便制成双向格栅。塑料土工格栅的规格品种较丰富,其基本性质如下:(1)塑料土工格栅的性能①　力学性能:由于在制造过程中,经过了定向拉伸,使聚合物分子沿拉伸方向定向排列,加强了分子链间的联结力,大大提高了其抗拉强度,甚至比软钢强度还大,但延伸率却很小。土石料在网格内互锁力增高,它们之间的摩擦系数也显著增大。②　抗温度性能:由于拉伸作用,提高了其抗高温性能。③　耐久性能:由于土工格栅中加入炭黑等老化材料,使它具备较好的耐酸、耐碱、耐腐蚀、抗老化等性能。④　施工性能:土工格栅是一种重量轻并具有一定柔性的塑料平面网材,易于现场裁剪和连接(可用聚乙烯绳或连接棒连接),也可重叠搭接,并可在现场组装成所需的形状。由于土工格栅在施工过程中折曲影响小,所以施工简单,不需要特殊的施工机械和专业技术人员。(2)单向土工格栅单向土工格栅在拉伸方向具有很高的强度(>100kN/m)和拉伸模量,是一种较理想的加筋材料。由于单向格栅在成型时只能轴向被拉伸,故只能在轴向受力。其工程性能表现在以下方面:①增强路基,有效分配载荷,增强土体受力性能,提高路基稳定性和承载力及使用寿命。②约束路基侧向变形与路基材料流失造成的整体或局部变形,减少不均匀沉降,有效防止路体的断裂。③适用于加筋挡土墙,可提高墙体稳定性。④适用于各种土质,无需异地取材,省工省时。(3)双向土工格栅双向土工格栅在纵向和横向上都具有较大的拉伸强度(能达到30 kN/m),与单向格栅比,双向都能受力。用于加筋时,能将力均匀分布于各个方向,整体性更好。变形率适当,适应于填料土的变形要求。

2•2　经编土工格栅性能分析经编格栅是近十几年才发展起来的,它是以高强度纤维或涤纶为原料,经衬纬双轴向经编机织成双轴向经编网格,再经PVC浸渍涂层加工制成的一种土工格栅。双轴向经编网格是经编土工格栅的骨架,它的性能很大程度上影响着经编格栅的性能。经编土工格栅具有优良的工程性能:抗拉强度很高(>60 kN/m);延伸率较小(10 %左右);抗撕裂强度大;纵横向强度差异小、变形均匀;与土或碎石咬合力强;抗酸碱、耐腐蚀、耐老化;具有柔性、质轻和易施工的特性。

2•3　玻纤土工格栅性能分析玻璃纤维土工格栅是以玻璃纤维为原料、采用纤维长丝双面涂覆而制成的网状结构材料。严格来说,玻纤格栅是经编格栅的一种,但由于所采用纤维性质的独特性而把它单独归为一类。其优良工程性能包括:(1)抗拉强度极高,延伸率很低:抗拉强度能达到100 kN/m,断裂延伸率为3 %左右;(2)没有长期蠕变性:玻纤格栅不发生蠕变,可保证产品能够长期使用;(3)高温稳定性:玻纤格栅的熔点在1 000℃以上,对160℃热铺沥青混凝土不受任何影响。(4)与路面混合料具有很好的相容性:玻璃纤维土工格栅经表面有机涂层处理以后与混凝土混合料的有机物具有很好的相容性(与沥青材料的相容性特别好),从而改善了玻纤土工格栅不耐磨、不耐折的缺点。(5)化学稳定性:经过特殊处理后,玻纤格栅能防止各类化学侵蚀,抵抗生物侵蚀和气候变化。(6)嵌锁和限制作用:沥青混凝土混合料穿过玻璃纤维土工格栅结构,形成了一复合嵌锁结构。这种限制能够阻止混凝土混合料的运动,使沥青混凝土混合料可以得到更好的压实,获取更大的承载力,达到提高传递荷载能力、减少变形、增强沥青混凝土路面的目的。这样做犹如混凝土中加入钢筋一样,使其变为一整体结构,在道路罩面中起到骨架作用。

2•4　三种格栅性能比较上面分析了三种格栅的性能,我们再对它们的一些重要的工程性质进行比较,比较结果见表1。

表1　三种不同格栅性能比较格栅类型极限抗拉强度极限

延伸率接点强度耐温性蠕变性刚度塑料格栅一般≥10 %高一般大大经编格栅高10 %左右低较好较大一般玻纤格栅很高3 %左右低很好无一般　　

 

从表1中不难得出以下结论:(1)土工格栅的极限抗拉强度从高到低排列依次是玻纤格栅、经编格栅、塑料格栅,而极限延伸率从高到低排列依次是经编格栅、塑料格栅(经编格栅的延伸率视原材料有较大变化范围,有的可能比塑料格栅的小)、玻纤格栅。玻纤格栅没有蠕变性。(2)玻纤格栅耐温性明显较其它格栅好,经编格栅由于经过涂层浸渍,耐温性有所提高。(3)塑料格栅的纵横向接点是直接成型的,故强度和纵横向肋条的强度相当,而经编、玻纤格栅接点为编织而成,故强度较本身材料强度低得多。

3　三种格栅在工程中的不同应用

决定一种筋材是否能用于加筋的关键性指标为筋材强度(短期和长期强度)和延伸率(短期延伸率和长期延伸率即蠕变)。强度为控制筋材能否满足工程所需增强要求的指标,延伸率为控制筋材能否满足工程变形要求的指标。各种格栅的应用范围如下:

3•1　塑料格栅的应用塑料格栅的应用分单双向应用:(1)单向格栅:单向土工格栅适应于公路及铁路路基、路堤、边坡加筋、各类挡墙加筋、江河海坝的加筋及堆场加筋、桥台加筋、较浅层基础的加筋,广泛应用于各类加筋挡土墙。(2)双向格栅:双向格栅适用于公路及铁路路基、路堤加筋、浅层基础加筋,大型广场、车场、码头货场、堆场等永久性能承载地基的增强,以及河道路基加筋、沥青路面反射裂缝等,广泛应用于路基、路堤加筋和浅层基础加筋。

3•2　经编格栅的应用经编土工格栅应用范围为:用于软土地基、堤坝加筋,以均化应力,提高基底稳定性,调整沉降,减少不均匀沉降,提高承载力;用于路堤边坡加筋,提高斜坡稳定性;用于加筋桥台,提高桥台的整体性和强度,防止桥头跳车;由于沥青路面反射裂缝,增强路面基层的强度。因此,以高强纤维为原料的经编土工格栅成为最具发展前途的产品。由于目前经编格栅的接点由纵横向肋条编织而成,在受力后常会发生滑动,实际控制筋材强度的是筋材的接点强度而不是肋条的强度,因此在设计中应特别注意筋材强度的取值问题。

3•3　玻纤格栅的应用玻纤格栅适用于沥青和混凝土路面的加筋、路面反射裂缝的防治以及新旧路面的衔接等变形量不是很大的地方。玻纤格栅用于沥青道路时发挥的作用有:抗疲劳开裂、抗低温收缩、耐高温车辙和延缓反射裂缝。

4　一些有争议问题的分析

4•1　塑料格栅是否能用于路面加筋与反射裂缝塑料格栅用于路面加筋与反射裂缝始于20世纪80年代中期,诺丁汉大学的布朗等经过4年研究,于1985年发表报告指出塑料格栅可延长沥青路面的使用寿命,之后又进行了不同格栅用于路面反射裂缝的比较试验。试验结果表明,采用玻纤格栅的路面在修完14个月后,出现一些短的发丝裂缝,32个月后出现少量类似发丝裂缝。而采用塑料土工格栅的路面在修完9个月后出现发丝裂缝,随后裂缝增多,14个月后许多沥青混合料向上隆起。由上面的分析可知:塑料土工格栅能用于路面加筋与反射裂缝,但效果不是很理想,分析原因可能有下面几种:①本身不耐高温,在与热沥青熔合时可能产生材料破坏;②与沥青粘接效果较差,在反复荷载及冷热温差作用下,易与沥青脱离,水的渗入所产生的向上水压更加快了恶化的速度。

4•2　玻纤格栅是否能用于软基处理玻纤格栅用于软基处理的试验很少,工程上应用不多。然而玻纤格栅到底能否用于软基处理呢?下面从材料本身的性质和软土的性质进行分析。我们知道玻纤的强度很高,这对于加筋来说是非常有利的。然而,玻纤格栅的极限延伸率很小(3 %左右),又具有很大的脆性,如果用于地面起状不平或有弯折的地方,在施工期间和完工受载后易发生折断破坏。一般来说,处理后的软基都会发生一定变形,且变形量超过3 %。若采用玻纤格栅加筋处理,就可能造成玻纤格栅受力过大而发生拉断破坏。同时,玻纤格栅材料的整体性与刚度都不如塑料格栅,所以,应尽量不采用玻纤格栅进行软基处理。

5　结论

根据不同的加筋情况选择不同的加筋材料是工程应用成功的关键。在选择材料时,应多参考同类型工程的应用情况,同时多注重工程对筋材强度和延伸率的要求,切勿仅从某一角度考虑,这样才会更有利于土工合成材料和加筋技术的合理运用。