塑料土工格栅的生产、性能及应用

  单向拉伸塑料土工格栅是一种以高分子聚合物为主要的组成原材料，加入一定的防紫外线助剂、抗老化助剂，经过挤出成板、冲孔、定向拉伸使原来散乱分布的链形高分子重新定向排列呈线性状态的高强度土工材料。生产的基本工艺中，网孔规格、拉伸比、拉伸方式、拉伸温度、拉伸速度是影响塑料土工格栅性能的重要的因素。高洁[2]认为拉伸是土工格栅生产中的重要工艺环节。研究根据结果得出，二次拉伸工艺是提高土工格栅性能很有效的方法。在格栅适宜的拉伸温度范围内格栅拉伸强度随着拉伸温度的降低而增加，断裂延伸率随着拉伸温度的下降而减小。许闻博[3]认为，拉伸过程中的最大应力随着冲孔圆角半径的增大而减小，但同时圆角半径的增大某些特定的程度上会降低材料沿拉伸方向的变形量；拉伸速度对不同位置的材料具备不同影响作用，高速拉伸有利于土工格栅肋部材料的变形，而低速拉伸有利于提高节点区域材料的拉伸量；高拉伸比下的材料在拉伸过程中能够表现出更明显的强化效应。在双向格栅拉伸工艺中，应注意纵、横拉伸比的分配问题。

  塑料土工格栅用于治理水土流失可直接覆盖于新开挖暴露的土坡或风化严重的软质岩坡面上，其作用是固定部分松动土块，减少地表水冲刷，进而达到治理水土流失的目的；采用格栅加筋处理水田湿地[10]，可提高路基的稳定性，节约投资、缩短工期；土工格栅还能用于加筋垫层处理暗渠软基的施工程序、施工工艺和质量控制等过程；尤其是回填土坡的防护，保证道路、河道等不因边坡土的下滑而阻塞。在用格栅防护的边坡上还可种植草木，草木根系和格栅互相交织逐渐增强防护作用，也绿化了环境。

  塑料土工格栅根据高分子聚合物的物理特性，在一定温控条件下作定向拉伸，故在拉伸方向强度很高，抗拉强度可高达100～200mpa，屈服伸长率只有4%～10%，接近低碳钢水平，大大优于传统的或现有的加筋材料，是非常理想的土木工程加固、加筋增强体合成材料。

  塑料土工格栅呈网状结构，孔与孔之间由肋条和节点构成，肋条处是经拉伸取向的高分子材料，具有较高的拉伸强度和较低的伸长率，节点处厚度较大，对土料颗粒具有侧向阻止作用。由于其栅肋较粗、强度高，不易发生网眼断裂，从而能大幅度的提升抗尖石刺破能力；网孔稳定性好，对粗粒土有较强嵌锁作用，增大了土工格栅与填料的剪切阻力。

  塑料土工格栅主要由聚乙烯（聚丙烯）、稳定剂、抗氧剂、紫外光屏蔽剂等构成，从聚乙烯和聚丙烯的微观结构来看，其水蒸气透过率非常低。研究之后发现，两者对酸、碱、盐等都异常稳定，因此，塑料土工格栅具备优秀能力的耐候性和长期稳定性。

  凡是承载力、沉降量不能够满足建筑物要求的杂填土、冲填土地基等均可采用塑料土工格栅做加固。塑料土工格栅加筋土垫层的承载力可达200～400kpa，完全可满足一般建筑物或施工机具对地基承载力的要求[7-9]。用于软地基加固时，塑料土工格栅加筋垫层一般布置于地基表面或浅层区。与砂垫层联合使用可以对地基起加筋补强作用，减少路基底部的差异沉降。

  塑料土工格栅具有较大的取向度和结晶度，因此拉伸后的拉伸强度比未拉伸前可提高5～10倍，而伸长率只为原来的10%～15%。塑料土工格栅的加固在于格栅与土基的相互作用，可归纳为3种情况：（1）格栅表面与土粒的摩擦作用；（2）土粒对格栅筋肋的被动阻抗作用；（3）格栅孔眼对土基的“锁定”作用。这3种作用均能充分约束土粒的侧向位移，从而大幅度提升土体的稳定性，其与格栅隔离作用同时存在可使格栅的加固效果显著提升。在土基中铺设塑料土工格栅形成加筋土后，塑料土工格栅对土基的加固作用主要体现在提高土基承载力、限制土体的侧向位移、扩散应力3个方面[6]。

  路段之间有不同的沉降量是常见的现象，桥台跳车是最典型的工程实例。岩土工程中处理这类问题有多种方法，而用土工合成材料加筋被认为是较为成功的一项新技术。使用塑料土工格栅加强与桥台相邻路面的路基可以大幅度提升路基刚度，显著减小路基的变形，实现不同沉降量基础间的平缓过渡，减少跳车现象，在高速铁路建设中特别的重要。在轨道路基与路桥桥台连接处设过渡段并用塑料土工格栅处理路基，使该段轨道刚度逐渐变化，保证高速列车的安全、平稳与舒适。

  塑料土工格栅的蠕变特性是指在一定时期内，在允许有10%变形量的情况下格栅所能承受恒定载荷的能力。蠕变特性的确定对格栅在工程结构设计计算时预测格栅的长期强度方面有很重要的意义[6]。按照iso 13431-1999测试塑料土工格栅的蠕变特性，结果通常表示为应变与时间对数之间的关系图表，能够得到不同应力水平下的材料蠕变系数；根据试验数据利用外推法计算蠕变极限强度。但是由于蠕变试验周期太长，试验一般至少需要1000h，甚至几十年以上。因此，有人提出了将塑料土工格栅的拉伸蠕变特性和拉伸强度等关联起来，并希望能够通过实验证明其相关性，由此通过短期测试达到预测塑料土工格栅的长期设计强度的目的，此类方法有待进一步研究。

  【摘要】塑料土工格栅是一种土工合成材料，它具有较高的抗拉强度和低延伸率，能适应地基改变形态，改善地基的性能，同时具有较高的撕裂强度、顶破强度和冲破强度，能承受较大的冲击力。目前我国加筋工程中所用加筋土工合成材料以土工格栅为主，因而其力学形状和与土联合工作状况成为研究的热点之一[1]。其中有关土工格栅节（结）点的研究也慢慢的变成为重点之一。本文从塑料土工格栅的生产、性能和应用对我国塑料土工格栅的情况做了综述。

  塑料土工格栅对道路基层的侧限作用能有效地将载荷分布到更宽的底基层上，因此基层的厚度可减少50%，常规使用的寿命可延长3倍。塑料土工格栅还可提高基层承受往复载荷的能力，降低往复载荷对基层和底层所产生的泵吸作用。加固公路路面的塑料土工格栅一般宜铺在面层或基层的下部。

  塑料土工格栅在土中的摩擦作用比其它加筋构件大得多；同时格栅是席垫式形状，可与土体充分接触，产生较大的隔离和加筋效应。因此，塑料土工格栅是加筋挡土墙的理想构件，采用塑料土工格栅修筑加筋挡土墙可使墙面承受的侧向压力减小，从而大大减小墙面的侧向变形，使整个加筋挡土墙更稳定、美观。另外，塑料土工格栅比工带更容易铺设安装，施工速度快，实施工程质量更为容易得到保证。