塑料土工格栅

摘要

以聚丙烯（PP）或高密度聚乙烯（HDPE）等为主要原料，加入抗紫外线等助剂，经挤出板材、冲孔、拉伸（纵向或横向）成型的土工格栅。 塑料土工格栅涉及的标准有：国家标准《GB/T 17689—2008土工合成材料 塑料土工格栅》；行业标准《JT/T 480—2002交通工程土工合成材料 土工格栅》；铁路标准《Q/CR 549.2—2016铁路工程土工合成材料 第2部分：土工格栅》。

基本信息

英文：plastic geogrid

材质：HDPE/PP

形式：单向、双向、三向、多向

强度：30kn-200kn

工艺：拉伸、经编、焊接

产品分类

按使用的原材料可分为：聚丙烯土工格栅和高密度聚乙烯土工格栅。

按成型时的拉伸方向可分为：单向拉伸塑料土工格栅和双向拉伸塑料土工格栅。

按产品的结构形式可分为：单向塑料土工格栅和双向塑料土工格栅、三向土工格栅、多向土工格栅等。

执行标准

在《GB/T 17689—2008土工合成材料 塑料土工格栅》中，主要规定了格栅的一般性能，包括产品类型：分为单向或双向拉伸塑料土工格栅、外观尺寸、原料类型（分为聚丙烯和高密度聚乙烯单拉塑料格栅、聚丙烯双拉塑料格栅）、力学性能（拉伸强度及标称伸长率、2%和5%伸长率时的拉伸强度）、炭黑含量。这些性能指标均可以通过短期检测来加以确定和判断，同时也为设计人员提供了比较简明的选择参考。此外还有蠕变性能，要求蠕变折算系数RFcr应满足工程设计年限的要求。

此外在《Q/CR 549.2—2016铁路工程土工合成材料 第2部分：土工格栅》中规定了拉伸塑料土工格栅的性能及在铁路工程中的应用。产品性能除国家标准规定外，还包括耐久性（包括炭黑含量及分布、抗紫外线强度保留率、HDP E单向拉伸塑料土工格栅的蠕变折减系数）等。其应用范围为：单向拉伸塑料土工格栅（HDPE）适用于支档结构，单向拉伸塑料土工格栅（PP）适用于地基处理，双向拉伸塑料土工格栅适用于路堤边坡、地基处理。

产品命名

根据拉伸的工序不同，分为单向拉伸塑料土工格栅和双向拉伸塑料土工格栅。只通过纵向拉伸而成的产品为单向拉伸塑料土工格栅（国标代号TGDG，铁标代号GGR/US），经过纵向拉伸和横向拉伸而成的产品为双向拉伸塑料土工格栅（国标代号TGSG，铁标代号GGR/BS）。产品的命名如下：

GB/T 17689—2008产品的命名为：□□□

1、材质

2、标称拉伸强度（双拉塑料格栅前两位表示纵向标称强度，后两位表示横向标称强度）

3、产品类型：

单拉塑料格栅，代号TGDG；双拉塑料格栅，代号TGSG

示例1：标称拉伸强度为120kN/m的高密度聚乙烯单拉塑料格栅，表示为：TGDG120HDPE。

示例2：标称拉伸强度纵、横向为30kN/m的聚丙烯双拉塑料格栅，表示为：TGSG3030PP。

铁标Q/CR 549.2—2016产品的命名为：□/□/□ □—□

1、产品代号：土工格栅GGR

2、原料标识符：HDPE PP PET

3、产品结构形状：U——单向 B——双向

4、生产工艺：S-拉伸 K-经编 W-焊接

5、产品标称抗拉强度，单位kn/m

示例1：GGR/HDPE/US80表示：原材料为高密度聚乙烯（HDP E），标称抗拉强度为80kN/m的单向拉伸塑料土工格栅。

示例2：GGR/PP/US120表示：原材料为聚丙烯（PP），标称抗拉强度为120kN/m的单向拉伸塑料土工格栅。

示例3：GGR/PP/BS50—50表示：原材料为聚丙烯（PP），纵横向标称抗拉强度为50kN/m的双向拉伸塑料土工格栅。

性能参数

1、国家标准规定产品规格及力学性能参数

聚丙烯单拉塑料格栅性能参数

产品规格	拉伸强度/(kN/m	2%伸长率时的拉伸强度/(kN/m	5%伸长率时的拉伸强度/(kN/m	标称伸长率/%
TG DG 35	≥35.0	≥10.0	≥22.0	≤10.0
TG DG 50	≥50.0	≥12.0	≥28.0
TG DG 80	≥80.0	≥26.0	≥48.0
TG DG 120	≥120.0	≥36.0	≥72.0
TG DG 160	≥160.0	≥45.0	≥90.0
TG DG 200	≥200.0	≥56.0	≥112.0

高密度聚乙烯单拉塑料格栅性能参数

产品规格	拉伸强度/(kN/m)	2%伸长率时的拉伸强度/(kN/m)	5%伸长率时的拉伸强度/(kN/m)	标称伸长率/%
TG DG 35	≥35.0	≥7.5	≥21.5	≤11.5
TG DG 50	≥50.0	≥12.0	≥23.0
TG DG 80	≥80.0	≥21.0	≥40.0
TG DG 120	≥120.0	≥33.0	≥65.0
TG DG 160	≥160.0	≥47.0	≥93.0

聚丙烯双拉塑料格栅性能参数

产品规格	纵/横向拉伸强度	纵/横向2%伸长率时的拉伸强度	纵/横向5%伸长率时的拉伸强度	纵/横向标称伸长率
TGSG 1515	≥15.0	≥5.0	≥7.0	≤15.0/13.0
TGSG 2020	≥20.0	≥7.0	≥14.0
TGSG 2525	≥25.0	≥9.0	≥17.0
TGSG 3030	≥30.0	≥10.5	≥21.0
TGSG 3535	≥35.0	≥12.0	≥24.0
TGSG 4040	≥40.0	≥14.0	≥28.0
TGSG 4545	≥45.0	≥16.0	≥32.0
TGSG 5050	≥50	≥17.5	≥35.0

2、铁标规定铁路工程需求

Q/CR 549.2—2016，为了满足铁路工程需求，选择合适的土工格栅产品，对铁路工程土工格栅产品应用进行了分类，且规定：

①用于铁路路基加筋土挡墙或加筋土陡坡中，通过筋材拉力和筋土界面作用提高结构稳定性的土工格栅主要采用单向拉伸塑料土工格栅（HDPE）。

②用于铁路路堤边坡分层填筑压实、防止溜塌的土工格栅主要采用双向拉伸塑料土工格栅或双向经编涤纶土工格栅。

③用于铁路工程地基处理中，协调受力与变形的土工格栅主要采用单（双）向拉伸塑料土工格栅（PP），双向经编涤纶土工格栅或双向焊接聚酯土工格栅。

产品类型	适用结构	产品规格范围
单向拉伸塑料土工格栅(HDPE)	支挡结构	GGR/HDPE/US 80~GGR/HDPE/US 180
单向拉伸塑料土工格栅(PP)	地基处理	GGR/PP/US 80~GGR/PP/US 200
双向拉伸塑料土工格栅	路堤边坡、地基处理	GGR/PP/BS 30-30~GGR/PP/BS 50-50
双向经编涤纶土工格栅	路堤边坡	GGR/PET/BK 30-30~GGR/PET/BK 50-50
	地基处理	GGR/PET/BK 30-30~CGR/PET/BK 200-200
双向焊接聚酯土工格栅	地基处理	GGR/PET/BW 30-30~GGR/PET/BW 80-80

注：a—双向经编涤纶土工格栅应埋置于4≤pH≤9的土体中；

b—双向焊接聚酯土工格栅应埋置于4≤pH≤9的土体中。

单向拉伸塑料土工格栅（HDPE）的性能指标

项目	规格	GGR/HDPE/US 80	GGR/HDPE/US 120	GGR/HDPE/US 160	GGR/HDPE/US 180
外观尺寸	单位面积质量/(g/m2)	≥350	≥500	≥650	≥750
内孔尺寸		A≤320、12≤B≤30
横肋宽度/mm		≥16
幅宽/m		1~1.5
力学性能	纵向抗拉强度/(kN/m)	≥80	≥120	≥160	≥180
	纵向2%伸长率时的拉伸强度/(kN/m)	≥21	≥33	≥47	≥52
	纵向5%伸长率时的拉伸强度/(kN/m)	≥40	≥65	≥93	≥103
	纵向标称伸长率	≤11.5%
格栅连接强度	不小于标称抗拉强度的90%
耐久性能	炭黑含量与分布	炭黑含量≥2.0%，灰分≤1.0%，炭黑分布应均匀，分散表观等级不低于B级
	蠕变折减系数	2.2~3.0
	抗紫外线强度保持率	≥90%

注：

a.A为土工格栅内孔长度，B为土工格栅内孔宽度。

b.土工格栅连接采用扁形HDPE连接棒。

c.环境温度20℃条件下，100年设计使用年限的指标。蠕变实测时间不少于10000h，并按照附录H推导蠕变折减系数。

单向拉伸塑料土工格栅（PP）的性能指标

项目	规格	GGR/PP/US 80	GGR/PP/US 120	GGR/PP/US 160	GGR/PP/US 200
外观尺寸	单位面积质量/(g/m2)	≥250	≥350	≥450	≥550
内孔尺寸/mm		A≤450、B≤30
横肋宽度/mm		≥16
幅宽/m		≥3.0
力学性能	纵向抗拉强度/(kN/m)	≥80	≥120	≥160	≥200
	纵向2%伸长率时的拉伸强度/(kN/m)	≥28	≥42	≥56	≥70
	纵向5%伸长率时的拉伸强度/(kN/m)	≥56	≥84	≥112	≥140
	纵向标称伸长率	≤10%
耐久性能	炭黑含量与分布	炭黑含量≥2.0%，灰分≤1.0%，炭黑分布应均匀，分散表观等级不低于B级
	抗紫外线强度保持率	≥90%

注：a.A为土工格栅内孔长度，B为土工格栅内孔宽度。

双向拉伸塑料土工格栅（PP）的性能指标

项目	规格	GGR/PP/BS30-30	GGR/PP/BS 40-40	GGR/PP/BS 50-50
外观尺寸	单位面积质量/(g/m2)	≥260	≥400	≥500
	内孔尺寸/mm	20≤A≤50、20≤B≤50
	幅宽/m	3.0~6.0
力学性能	纵横向抗拉强度/(kN/m	≥30	≥40	≥50
	纵横向2%伸长率时的拉伸强度/(kN/m)	≥10.5	≥14	≥17.5
	纵横向5%伸长率时的拉伸强度/(kN/m)	≥21	≥28	≥35
	纵/横向标称伸长率	≤15.0%/≤13.0%
耐久性能	炭黑含量与分布	炭黑含量≥2.0%，灰分≤1.0%，炭黑分布应均匀，分散表观等级不低于B级
	抗紫外线强度保持率	≥90%

注：a.A为土工格栅内孔长度，B为土工格栅内孔宽度。

产品设计

1、塑料土工格栅外观尺寸

国标中对塑料土工格栅产品的网孔均匀性和产品宽度偏差做了要求。铁标中对塑料土工格栅产品的单位面积质量、内孔尺寸和幅宽规格要求。

2、塑料土工格栅原料类型

塑料土工格栅所使用的原材料主要是聚丙烯（PP）和高密度聚乙烯（HDPE）。采用两种材料，并同时编入国家标准，其目的是给设计人员提示，使用两种材料生产的格栅，其性能有差别：聚丙烯土工格栅拉伸强度高，伸长率小；高密度聚乙烯土工格栅拉伸强度小，伸长率大，但聚丙烯的蠕变强度比高密度聚乙烯的要差些。设计人员可根据具体工程需要来选择土工格栅的原料类型。

3、塑料土工格栅拉伸强度和标称伸长率

这是生产和工程应用单位比较重视的指标。为方便选择，同时列出了三种拉伸强度：拉伸强度、2%伸长率时的拉伸强度、5%伸长率时的拉伸强度。前一个指标是指导生产质量控制的主要指标，而后两个指标体现了材料在低应变下的抗拉性能。标称伸长率，体现了产品达到标称强度时对应的延伸率。

4、塑料土工格栅炭黑含量、分布及抗紫外线强度保留率

由于聚烯烃材料暴露在室外时，太阳光中的紫外线会使聚烯烃材料中大分子链的断裂，从而造成材料力学性能的下降。为了保障产品具有良好的耐候性，需要在材料中添加抗紫外助剂，炭黑是一种优异的抗紫外助剂，而且价格低廉。当材料中的炭黑含量达到一定含量且分布均匀时，产品具有良好的抗紫外性能。衡量产品耐候性的指标是材料的抗紫外线强度保留率：将产品在紫外老化仪中暴露一段时间的辐照样与对照样（未辐照）的拉伸强度比值。

5、塑料土工格栅蠕变性能

蠕变是材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。这种变形的快慢和蠕变的破坏与材料本身的性能及外界的温度、加载有关。为了保障长期受力的加筋土结构的稳定性，蠕变性能是需要考虑的重要因素之一。

制造方法

塑料土工格栅制造方法主要有两种，一种是聚合物树脂（聚丙烯或高密度聚乙烯）经挤出连续的板材，在板材上进行规则地冲孔，然后对冲孔的板材进行加热、拉伸（单向或先单向后双向）。另一种方法是聚合物树脂（聚丙烯或高密度聚乙烯）直接挤出成型网板，经加热进行拉伸。

拉伸取向过程，使原来散乱分布的分子链、链段或微晶沿拉伸方向重新定向排列。从而使材料的拉伸强度大大增加，拉伸应变和蠕变应变均明显降低，显著提高了材料的力学性能。

应用范围

在科研人员和工程技术人员的努力下，塑料土工格栅生产和应用技术在国内也得到了长足发展，各行业中一批有标志性的加筋土结构应运而生。云南水麻高速公路的山区加筋挡墙；国内首座高速铁路加筋土挡墙已于2014年在青荣城际铁路建成通车；青藏铁路修建了长约4.7km的多年冻土区加筋土挡墙；成昆铁路加筋挡墙成为高铁加筋挡墙示范项目；京沪高铁采用格栅进行地基增强处理；承德机场修建了40m高的加筋土挡墙；南水北调工程修建了20m的双级加筋挡墙；格栅石笼在宁夏黄河段河岸治理工程中得到广泛应用；云广特高压工程楚雄换流站修建了28m高加筋土边坡、锦屏电站工程修建了66m高的加筋陡坡；山西赤峪煤矿修建了高度16m的加筋边坡工程；湖南株洲垃圾填埋场工程修建了高度超过20m的加筋挡墙；上海国际航运中心洋山深水港区大面积采用格栅控制不均匀沉降；工业园区的加筋挡墙、软土地基处理；城市道路翻新拓宽、城市道路边坡绿化，等等。这些塑料土工格栅的加筋土结构在公路、铁路、机场、水利、电力、港口、煤矿、垃圾填埋厂、工业园区、市政等领域已取得了显著的社会、经济和环保效益。自20世纪80年代开始至今，塑料土工格栅优越的工程应用性能在国内外多个研究机构的工程应用试验中得到验证，并在全世界范围内得到越来越广泛的应用。

产品发展史

1961年，为提高加筋效率，解决经编或焊接工艺引起的网格交叉点处性能薄弱的问题，从而实现在加筋土工程应用中通过网格和节点载荷的有效传递和应力分散，研发出一种以冲孔的平面聚合物板为开始，然后在受控的加热设备中进行拉伸的生产工艺，该生产工艺从生产一开始该产品本身就具有整体性节点构造，生产出来的格栅节点是成品整体的一部分，它具有几何结构与分子结构对称特性，这是产品生产一致性、载荷传递有效性的关键。利用该生产工艺，坦萨（TENSAR）土工格栅取得专利权，发明人Dr.Mercer，是英国耐特龙集团有限公司（THE NETLON GROUPLIMITED）的创始人。20世纪70年代后期，英国耐特龙集团有限公司率先推出坦萨塑料土工格栅。这些新型产品不仅满足了市场对材料更新、更高的要求，而且为工程带来了更加经济、科学的工程解决方案。

1984年，在英国南部TYNE河岸边用坦萨土工格栅建造成加筋土挡墙。该墙高12m，是英国重点挡墙护岸工程。工程在满足最低安全系数2.3的前提下，整个工程的最终造价仅为采用传统方法设计造价的60%。该工程使用到现在依然完好无损。1984年秋季在德国德尔文韶拦水堰（Derwenthough Barrage）工程中建造的塑料土工格栅加筋挡墙工程比传统钢板桩挡墙工程造价节省40%左右。自从20世纪80年代初拉伸塑料土工格栅引入加筋土工程后，仅1983—1990年美国就修建了300多座土工合成材料加筋土挡土墙（Geosynthetics Reinforced Soil Walls，GRSW）和加筋土陡坡（Geosynthetics Reinforced Soil Slopes，GRSS）。由于土工格栅这种具有网孔结构的新型土工合成材料依靠其特有的网孔对土的嵌固作用与咬合作用，加筋效果更加明显，在加筋土挡墙和加筋土陡坡中的应用比例日益增加。

20世纪90年代，由于塑料土工格栅生产加工复杂，设备造价高，投资大，英国耐特龙公司的专利保护，故除耐特龙集团有限公司外，只有意大利泰利斯（TENAX）公司、美国坦萨（TENSAR）公司、日本三井石化公司拥有三条生产线，而且，美国和日本的生产线也是由英国耐特龙公司提供的，其生产和销售均受到耐特龙公司生产许可证制度的严格限制。

1998年6月，我国山东省泰安塑料一厂的工程技术人员历经一年的技术攻关和试验，最终制造出中国第一条单向拉伸土工格栅生产线，并开始生产多种规格的土工格栅产品并投放中国市场。同年12月，山东省泰安塑料一厂又研制生产出中国第一条双向拉伸土工格栅生产线，同时生产多种规格的双向土工格栅，迅速提供给国内许多重大工程建设项目中。塑料土工格栅产品及设备研制项目，于1999年5月和1999年12月，由山东省泰安塑料一厂组织通过了山东省第二轻工总会和山东省科委的技术鉴定。

2002年4月，青岛旭域土工材料股份有限公司（原青岛颐中格栅股份有限公司），通过与国外专家合作，共同研发和进口关键设备，建成了国内外第一条整线P LC控制的高性能塑料土工格栅生产线，于同年5月通过了国家经贸委的“塑料土工格栅及生产技术”鉴定和青岛市科委的“科技成果”鉴定，与会专家一致认为该公司的塑料土工格栅产品及其生产技术在总体上达到国际先进水平，部分国际领先。

2003年，英国坦萨国际有限公司申请了三向格栅的专利，产品网孔外观呈三角形。后来国内又出现了多向格栅。三向格栅或多向格栅，均为经纵向和横向拉伸而成的格栅。