土工格栅 - 单/双向拉伸塑料和钢塑，结构设计合理

2023-06-20 理论教育版权反馈

【摘要】：产品分为单向拉伸塑料土工格栅和双向拉伸塑料土工格栅，为整体拉伸成型的平面网格结构。钢塑土工格栅采用整体熔焊成型工艺，筋带连结点极限分离力大于600N，较超声波焊接工艺提高20倍以上。中国工程院郑颖人院士研究表明土工格栅70%的开孔率比较合适。永固整体钢塑土工格栅常用规格网孔尺寸为115mm×180mm，开孔率为72%，产品结构设计合理。

（一）塑料土工格栅

1.产品介绍

该产品选自青岛旭域土工材料股份有限公司，生产设备有供料挤出装置、板材冲孔装置、纵横向拉伸装置、收卷装置等。产品原料采用高密度聚乙烯（HDPE）、聚丙烯（PP）及抗紫外抗氧化母料。产品中含有不低于2%的耐候级炭黑，具有优异的抗紫外线破坏能力，经加速抗紫外线暴露试验，抗紫外强度保持率在90%以上。

产品分为单向拉伸塑料土工格栅和双向拉伸塑料土工格栅，为整体拉伸成型的平面网格结构。产品的技术性能指标根据企业标准或工程要求设计，性能指标包括拉伸强度、2%与5%应变强度、标称伸长率、节点强度等，另外计算设计强度所需要的折减系数也需要满足工程设计的要求，如：蠕变折减系数、施工损伤系数、老化折减系数等。

2.产品性能

（1）高密度聚乙烯单向格栅

高密度聚乙烯单向格栅以专用的高密度聚乙烯树脂及功能母料为原料，经挤出、冲孔及拉伸制得，具有优异的抗蠕变、耐老化、耐酸碱和耐微生物等性能。各项性能指标见表11-3-14。

表11-3-14 高密度聚乙烯单向格栅性能

（2）聚丙烯高强单向格栅

聚丙烯高强单向格栅是以专用的聚丙烯树脂及功能母料为原料，经挤出、冲孔及拉伸制成。具有高强度、高模量、耐老化、耐酸碱和耐微生物等特点。各项性能指标间表11-3-15。

表11-3-15 聚丙烯单向格栅性能

（3）双向格栅

双向格栅是以专用的聚丙烯树脂及功能母料为原料，经挤出、冲孔及拉伸制得的产品。孔型设计特殊，能与土体紧密咬合，整体性能优良，同时具有优异的抗老化、耐酸碱和耐微生物等性能。各项性能指标见表11-3-16。

表11-3-16 双向格栅性能

（4）格栅的抗施工损伤性

旭域格栅开孔面积率高，网孔结构科学，具有优异的抗施工损伤性。单向格栅在细级配填料中的折减系数为1.05，在粗级配填料中的折减系数1.15；双向格栅在细级配填料中的折减系数为1.01，在粗级配填料中的折减系数为1.05。

（5）旭域格栅的耐温性

旭域格栅对温度适用范围比较广，且具有优异的耐低温和抗冻融循环性能：在-45～50℃，冻融循环200次，其拉伸强度衰减仅3%左右。

3.产品评价

从上述性能指标看出，该类产品技术指标满足或优于国家标准GB/T 17689—2008、行业标准Q/CR 549.2—2016中的要求，在国内外交通、电力、水利、矿山、市政、厂区等工程中广泛应用。旭域的格栅产品和解决方案在青藏铁路（如图11-3-12所示）、京沪高铁、蒙华铁路、吕梁机场、云南水麻高速、锦屏电站、南水北调、赤峪煤矿、莱芜钢厂等国内工程和比利时铁路、阿曼机场、英格兰剑桥郡A—47公路、温哥华MANN曼恩港地铁联络线公路、菲律宾厂区挡墙、澳洲固体废弃物处理项目等全球建设工程中得到广泛应用，帮助客户降低工程造价，减少工程占地，提升工程环保效能，与客户实现价值共赢，取得了良好的社会和经济效益，产品质量处于国内领先和国际先进水平。应用工程案例如图11-3-16至图11-3-21所示。

图11-3-16 土工格栅EG90R、EG130R在青藏铁路工程中的应用

图11-3-17 土工格栅EG80R在福建连江公路工程中的应用

图11-3-18 土工格栅EG3030在上海洋山港工程中的应用

图11-3-19 土工格栅EG170R、EG130R、EG90R在锦屏国家一级水电站工程中的应用

图11-3-20 土工格栅EG3030在宁夏地区黄河护岸治理工程中的应用

图11-3-21 土工格栅EG3030在加拿大ALBERTA壳牌石油地基工程中的应用

（二）钢塑土工格栅

1.产品介绍

该产品选自重庆永固建筑科技发展有限公司，制造设备由永固公司自主研发、改造。

钢塑土工格栅是以冷拉碳素弹簧钢丝、聚乙烯等高分子聚合物为主要原料，加入一定量的抗紫外线、防老化助剂及其他增强改性物质，经挤出、复合的钢塑复合条带经向、纬向整体加工成型的加筋材料。钢塑土工格栅采用整体熔焊成型工艺，筋带连结点极限分离力大于600N，较超声波焊接工艺提高20倍以上。

2.产品性能

（1）整体钢塑土工格栅的耐久性

光老化指标：在氙灯老化条件下150h，每延米极限抗拉强度保持95%以上。

耐碱指标：在2.5g/L氢氧化钙悬浮液浸泡72h后，每延米极限抗拉强度保持95%以上。

耐酸指标：在0.025mol/L硫酸浸泡72h后，每延米极限抗拉强度保持95%以上。

炭黑含量：外裹聚乙烯塑料炭黑含量不小于2%。

（2）整体钢塑土工格栅（双向）物理力学性能

见表11-3-17。

表11-3-17 钢塑土工格栅技术参数

（3）永固异型整体钢塑土工格栅物理力学性能

见表11-3-18。

表11-3-18 异型钢塑土工格栅技术参数

（4）永固整体钢塑土工格栅的面积开孔率

土工格栅网眼的存在制约了土的横向移动，形成良好的嵌锁作用，使土体具有较好的整体抗剪能力。土工格栅有一定的刚度使上面的负荷得到扩散提高了地基的承载力。中国工程院郑颖人院士研究表明土工格栅70%的开孔率比较合适。永固整体钢塑土工格栅常用规格网孔尺寸为115mm×180mm，开孔率为72%，产品结构设计合理。

3.产品评价

从以上各项技术指标可以看出，产品各项技术指标完全符合《JT/T 925.1—2014公路工程土工合成材料土工格栅第1部分：钢塑格栅》产品标准要求。同时，连接点极限分离力指标较标准有大幅提高，较超声波焊接工艺提高20倍以上，产品合理的开孔率设计能较大地提高土体抗剪能力，增强整体加筋效果，处于国内领先水平。20年来，永固自主开发的整体钢塑土工格栅等一系列拥有专利技术的土工合成材料产品符合国家及相关行业标准，产品市场足迹遍及全国及海外市场，在公路、铁路、港口、河（海）护岸、堤坝、堆场、建筑、矿山、电力等领域的岩土工程中应用广泛。应用工程案例如图11-3-22至图11-3-25所示。

图11-3-22 整体钢塑土工格栅在广西河池金城江民用机场（墙高60m）工程中的应用

图11-3-23 整体钢塑土工格栅在福建三明水舞半山郡（墙高46m）工程中的应用

图11-3-24 整体钢塑土工格栅在刚果（金）SICOMINES铜钴矿（墙高17m）工程中的应用

图11-3-25 整体钢塑土工格栅在重庆江北嘴CBD大剧院周边路网工程中的应用

（三）经编土工格栅

1.产品介绍

该产品为煤矿井下用高强聚酯纤维经编支护格栅，由浩珂科技有限公司制造。该产品为在普通涤纶经编格栅的基础原理之上，根据煤炭行业生产与安全的特殊行业需求加工制造。产品通过加捻机、分段整经机、全幅衬纬双轴向经编机（德国KARL MAYER）、卧式涂胶机涂层、自动配胶供料计量系统和环保处理装置等主要制造设备加工。

产品采用高强度、高模量、低蠕变的聚酯纤维长丝作为基布原料。经编编织方法采用全幅衬纬经平组织和编链组织进行基布加工，通过特殊的阻燃、抗静电P VC树脂涂层处理，实现产品强度增强和满足煤矿井下产品特殊的燃烧性能要求。依照煤矿井下支护材料强度选型与计算标准，对煤矿井下用支护用高强聚酯纤维经编支护格栅强度的需求一般为100～1200kN/m，且均需要为双向强度。

双轴向经编织物是在织物的横向和纵向同时衬入纱线，因此，双轴向经编织物具有三个系统的纱线，即衬经（0°）、衬纬（90°）和编织纱（也叫捆绑纱），衬经和衬纬平行伸直排列，形成两个纱线层，并相互垂直，由地组织绑缚在一起，形成一个稳定的整体结构。结构形式由编链+经平组织编织煤矿特殊要求的支护格栅的经编结构，如图11-3-26所示。

图11-3-26 聚酯纤维经编支护格栅产品及经编结构

A，B—经纬向内孔尺寸 C，D—经纬向网格尺寸 a—捆绑节点 1—捆绑纱1 3—捆绑纱2 11—经纱 21—纬纱

2.产品性能

产品性能指标见表11-3-19。

表11-3-19 聚酯纤维经编支护格栅产品性能

注：产品编号按照煤炭行业标准，表格中做了简写。规格举例：JD PET 400∗400 MS（其中JD表示假顶，PET表示主要原材料为聚酯涤纶工业长丝，400∗400表示经、纬向强度为400kN/m，MS表示阻燃抗静电性能）。

3.产品评价

该产品为浩珂科技有限公司为中国煤矿井下支护行业首创的产品，符合MT141煤矿井下用塑料网假顶带和MT113—1995煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电性标准要求，强度和阻燃抗静电指标超过了标准要求，且产品经纬向拉伸强度大，远远超过普通经编土工格栅强度指标。该产品处于国际先进水平。且已在国内煤矿井下众多支护现场使用，主要应用于煤矿综采工作面安全高效回撤和采煤巷道锚网支护方面，取得了良好的经济效益和安全效益。

（四）焊接土工格栅

1.产品介绍

聚酯（PET）焊接土工格栅选用湖北力特土工材料有限公司的产品，由企业自行设计整合的生产设备生产，一般分为单向焊接土工格栅和双向焊接土工格栅，主要用于工程建设中的土体加筋或加固材料。其中，单向焊接土工格栅适用于挡墙、陡坡、路堤、桥台以及塌方修复等工程的加筋材料，双向焊接土工格栅适用于公路、铁路、机场、码头等的软基处理和边坡、堤坝、护岸、道路拓宽、公路路面、机场道面等工程的加固材料。

原料采用聚对苯二甲酸乙二酯（PET）。聚对苯二甲酸乙二酯是具有高度对称芳环结构的线性大分子，大分子链上的官能团排列整齐，没有支链，易于取向和结晶，具有较高的强度及良好的成纤性和成膜性。

产品结构按使用受力的方向分两类：

PET单向焊接土工格栅，形状见图11-3-27，代号为HDG；PET双向焊接土工格栅，形状见图11-3-28，代号为HSG。

图11-3-27 PET单向焊接土工格栅

图11-3-28 PET双向焊接土工格栅

2.产品性能

产品性能标准见表11-3-20、表11-3-21，产品HSG40—40经第三方检测机构测试，实测性能指标见表11-3-22。

表11-3-20 PET单向焊接土工格栅

表11-3-21 PET双向焊接土工格栅

注：表中未列出规格的指标，可用相邻两个规格指标以线性内插。

表11-3-22 HSG40-40性能指标测试结果表

3.产品评价