土工格栅加筋技术综述
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第３３卷第２５期 ２ ０ ０ ７年９月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖ０１．３３ ＮＯ．２５ Ｓｅｐ．２００７ ・１８９・
文章编号：１００９．６８２５（２００７）２５．０１８９ ０２
土工格栅加筋技术综述
丁小河
摘要：根据土工格栅的发展现状，对土工格栅的受力模式、加筋功能、应用范围等进行了阐述，为广大工程技术人员进
一步了解和使用土工格栅加筋技术提供一些理论参考。
关键词：土工格栅，加筋技术，应用范围 中图分类号：ＴＵ５３１．７ 文献标识码：Ａ
１ 土工格栅发展历程
土工格栅（ｇｅｏｇｒｉｄ）是英国在１９７９年开始研制出来的。由于
试验和应用实践证明，土工格栅的加筋作用大大优于条带土工 带。因此，获得了迅速发展。近３０年来，聚合物格栅作为一种性 能独特的材料广泛用于公路、铁路、水利、房建等土建工程，它在
我国的应用时间不长，但发展很快。文中对其力学性质、受力模 式、功能、应用范围等进行了系统的介绍，为使广大工程技术人员 进一步了解和使用土工格栅加筋技术提供了一些理论参考。
台湾学者Ｒ－Ｈ－Ｃｈｅｎ（１９９４年）提出，埋置于土体中的土工格 栅的拉拔阻力主要由两部分组成：１）土与土工格栅之间的摩擦； ２）土体反作用于土工格栅横肋上的被动阻力，并通过埋置于砂和 砂砾石中三种格栅４０ ｃｒｎ×２５ ｅｉｎ拉拔试验结果表明：土工格栅
与土之间的摩擦较之土体自身的被动阻力更为重要。刚性格栅 的极限拉拔阻力高于柔性格栅的极限拉拔阻力，且拉拔阻力中摩
擦部分明显大于被动阻力部分，但随着垂直应力的增加，后者的 贡献更大。Ｗｉｓｏｎ．Ｆａｈｒｎｙ（１９９４年）通过大型试验又提出更为可靠 而全面的说法，即最终拉拔阻力由三部分组成Ｆ＝Ｆ ＋Ｆ２＋Ｆ３，见 图１。
图１ 土工格栅的拉拔阻力组成 其中，Ｆ１为所有纵肋上的最终摩擦阻力（顶面和底面）；Ｆ２为 所有横肋上的最终摩擦阻力（顶面和底面）；Ｆ３为所有横肋上的
最终承载力。 Ｌｔ本学者根据试验观测结果得出大部分拉拔阻力由横肋所
承担，并指出随正应力的增加摩阻系数逐渐递减。 在研究阻力组成的同时，许多学者开始注意对拉拔破坏阶段 的分析，Ａｕｒｉｃｉｃｉｏ－Ａｂｒａｍｃｎｔｏ（１９９５年）在详细研究平面加筋土拉 拔试验的基础上提出拉拔中的受力可分为四个阶段：１）最初线性
阶段，靠层间摩阻传递荷载；２）非线性荷载——伸长阶段，最前段 出现滑移并伴随应力集中；３）层面前后整体开始滑动，出现峰值 拉拔阻力；４）拉拔阻力后继衰减阶段，且对不同阶段的拉拔阻力
提出数学表达式，以利于做进一步的研究。可见破坏阶段的组成 不能仅限于宏观观察，应更多地注意微观及实测。
不管破坏阶段如何划分，拉拔中格栅的破坏模式已取得较一 致的看法，即网片拔出、拉断破坏、连接破坏等。随着埋置长度的 增加或限压的增大，破坏模式由拔出破坏转换为拉断破坏模式。
土工格栅具有粘弹性的力学特性，即随着试验速度和温度的 变化，强度一变形的关系也发生变化。因而土工格栅的补强效果 在作为半永久性的情况下，应根据徐变试验得出的值作为设计强 度，目前日本根据单向拉伸材料的徐变试验结果，采用抗拉试验
强度的４０％作为设计值。 在加筋土结构设计时，为掌握土与土工格栅间的力学作用，
需做土工格栅在土中的单剪试验或拔出试验。土对处于拉拔状 态格栅的阻力由两部分组成：土与格栅的表面摩阻力以及土对横 肋的阻力，其发挥程度与格栅变形的大小有关。摩阻力在较小的
于５℃。混凝土的运输必须采取切实有效的防冻保温措施，做好 工序之间的衔接工作，尽量缩短浇筑施工的时间。每盘混凝土宜
在１５ ｍｉｎ内浇筑结束，否则应采取相应措施保证混凝土的工作性。 ３）所施工的混凝土构件浇筑结束后，应立即用塑料薄膜 １００％裹覆，然后采用暖棚蒸汽养护，养护时间不少于同条件试件
强度达到设计强度８０％所需的时间。 综上所述，只有从各种原材料进场使用至混凝土在施工过程 中各个环节严格控制，才能保证混凝土最终强度达到设计要求。 参考文献： ［１］ＪＴＪ ０４１—２０００，公路桥涵施工技术规范［ｓ］， ［２］卞国炎，公路施工试验与检测［Ｍ］，北京：人民交通出版社，
２０００． ［３］熊广忠．公路工程施工质量监理手册［Ｍ］、北京：中国水利水 电出版社，２０００．
Ｉｎ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ
ＹＵＥＷｅｉ－ｍｉｎ ＤＯＮＧＹａ－ｑｕｎ ＺＨＯＵＸｉｎ－ｆｅｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｃｈ ｔｏ ｍｕｃｈ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｔｈｉｎｇｓ ｉｎ ｆｒｅｅｗａｙ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｏ ａｓｓｕｒｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔｓ，ｉｔ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｄａｐｔ ｒａｔｉｏ ａｎｄ
ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｅｘｐｅｃｔｓ ｉｔ ｃａｎ ｇｕｉｌｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｈｅ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ
收稿日期：２００７—０３—３０． 作者简介：丁小河（１９６４ ），男，工程师，湖南省怀化市公路勘察设计院，湖南怀化
４１８０００ 维普资讯 http://www.cqvip.com ．１９０． 荤 背 山 －Ｎ 建 筑
变形时即已达到峰值，此后横肋阻力随格栅变形的进一步增加而 逐渐占主导地位，承担着９０％左右的荷载。 土工格栅在抗化学药品性、耐腐蚀性等方面虽比钢材好，但
受紫外线照射易老化或有受温度的限制（一５０℃～＋８０℃）等问 题。当在材料中掺入了炭黑，可提高它的耐候性，并在工程应用中
有填土或采用植物等表面保护措施后，可提高材料的抗老化性能。
２土工格栅的功能
２．１ 加筋作用
土工格栅具有较高的抗拉强度和张拉模量。因此，能将荷载
或应力均匀地扩散在较大的面积范围。对于软弱地基而言，可大 大地减少作用于软基础上的压力；对于沥青结构层而言，可大大
减少沥青结构层产生的徐变作用，最终达到防止沥青路面开裂的 目的。由于土工格栅对压力具有均匀扩散性，因而铺于沥青面层 中可大大减小面层的车辙深度。
２．２压实作用
由于格栅约束层的网孔具有同一形状，这样上下层颗粒之间
剪切阻力不受影响，且格栅的刚度、抗拉强度、网孔的钳锁作用三 者相互复杂作用，阻止了因荷载的压实而引起的局部位移变形，
从而加强了颗粒材料的压实作用。 ２．３抗变形作用
当非均布的局部外力作用于格栅时，网孔就会相应变形，其 约束作用也显现出来，因而土工格栅对非均匀布设在的适应性较
好并将其均匀传递。
２．４其他作用
可以组织不同路面材料相互掺杂或原地基与路基材料的相 互掺杂。土工格栅的网状结构可使孔隙水压力更快的消散，这对 于加固软粘土地基是非常重要的。凭借网面层的高摩阻力而产
生的高抗拉强度增加结构层材料的剪切强度和整体性。
３土工格栅的主要应用范围
３．１加固地基和路基
土工格栅的刚性和弹性使得荷载的分布范围扩大，从而减小 路基的下沉。当受力区的材料被挤压而向侧向挤出时，由于格栅 的约束作用使得格栅与土之间产生大的剪切作用，限制了土的横
向位移。格栅的这一作用不单可以减小路堤的下沉量，而且可以 提高路堤的压实作用。日本住友建筑有限公司在从川口至岩视 高速公路的东北主要路段中长４．７５ ｋｍ软基上布设了土工格栅， 并进行了大量的试验和测试工作，其结果见表１。 表１格栅加筋效果对比
铺土工格栅 未铺土工格栅 测试结果 路床厚／ｃｍ ３０ ６０ ３０ ６０ 车辙／ｃｍ ９～１５ ６～８ 行车困难 ９～１２ 最大变形值／ｍｍ ８．７ １５ 永久变形值／ｍｍ １．９ ２．５ 最大压实度／％ ８０～８５ ８５～８９ ６０～７０ ７８ 注：路床厚３０ Ｅ１ＴＩ时，卡车驶过次数为２５次；路床厚６０ Ｅ１ＴＩ时，卡车驶过次数为 ９０次 表１中结果表明，铺设土工格栅可减少车辙深度３３％，最大
变形值４２％，永久变形值２４％，增大压实度１４％～３３％。日本道 路公司的试验结果表明，土工格栅的承载力相当于３０∞～５０∞ 厚路床的效果。因此铺设土工格栅可大大减小路堤的高度。在
日本千叶县１６号国家高速公路所做的试验结果表明，聚合物格 栅具有网的作用，能使孔隙水压力迅速消散，其效果大大优于维 尼龙布，这一点对于软粘土地基是非常重要的。
３．２加固路堤边坡
１）路堤加筋。当土工格栅置于土中，其相互之间的钳锁作用 和应力传递机理对路堤的构筑很有用，它能加快路堤中孔隙水压 力的消散，使路堤强度迅速增长。由于土工格栅的强度，使得压
实机械可以在填土层的路堤安全运行，从而使堤内和边坡上可以 得到相同的压实度。对于那些因在路堤边缘压实不够造成小的 侵入而影响其强度参数的回填土来说，这一点尤为重要。如果从 安全系数的角度考虑，水平设置的土工格栅的横向阻力限制了土
颗粒的横向位移和剪切位移。土工格栅的锚固作用大大增加了 抗滑力矩，因而提高了路堤边坡稳定性的安全系数。
２）边坡坡面的加固。土工格栅网格式的构造不但可以保护 边坡而且可以保护植被育苗少受风雨的冲蚀。网格象天然托载 物一样将植物的根部牢牢吸附住。植物和网格相互纠结作用可
使边坡得到永久性保护。
３．３道路陡坡加固补强
坡率在１：１．５～１：０．５时，视填土和路基高度，坡面要采取适 当护坡措施并与土工格栅连接。近于垂直时，在边坡填土体内水 平铺设土工格栅于边坡面处。应将土工格栅卷入土内。如此反复
进行，不用墙面材料进行陡坡填土，常只作临时性支护。 这种方法由于边坡表面的局部稳定或改缓坡为陡坡时其整 体稳定性会降低，所以设计和处理方法很重要。
３．４垂直补强挡土墙法 补强挡土墙法是依靠预制墙面与水平铺设在填土内的多层
补强材料连接而形成墙体结构的。它始于ｖｉｄａｌ的加筋土法 （１９６３年）。根据墙面与补强体不同材料的组合，有各种各样的工
法，本工法只是采用土工格栅作为补强材料。墙面的形状以及与 土工格栅的连接方法有好几种，墙面有块式、纵板式和主桩横板 桩式。国外也有土工格栅用于路堑边坡滑坍修复工程中的。
４结语
文中主要根据土工格栅的发展与使用现状对土工格栅加筋 技术的原理、应用范围等进行了综合阐述。实际上土工格栅在实
践中的应用是一个不断发展和完善的过程，只有在总结已有成果 的基础上才能不断地推陈出新。 参考文献：
［１］田小革，应荣华，张起森．应用土工格栅处理软土地基上的桥 头跳车问题［Ｊ］．岩土工程学报。２０００，２２（６）：７４３—７４５． ［２］土工合成材料工程应用手册编委会．土工合成材料工程应用 手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，１９９４．
