淺談玻璃纖維土工格柵復合土工布在道路工程中的應用

劉 磊

(新疆兵團勘測設(shè)計院建院（石）市政所，石河子市 832000)

淺談玻璃纖維土工格柵復合土工布在道路工程中的應用

劉 磊

(新疆兵團勘測設(shè)計院建院（石）市政所，石河子市 832000)

土工布是一種用于路面增強、老路補強，加固路基及軟土基的優(yōu)良土工合成材料。具有經(jīng)、緯雙向很高的抗拉強度和較低的延伸率，并具有耐高溫、耐低寒、抗老化、耐腐蝕等優(yōu)良性能，廣泛應用于瀝青路面、水泥路面及路基的增強和鐵路路基、堤壩護坡、機場跑道、防沙治沙等工程項目。

玻纖復合土工布、玻璃纖維土工格柵復合土工布、土工布

土工布具有質(zhì)輕防腐、耐酸、耐堿、耐老化、不蛀蟲、低脹縮及無污染等優(yōu)點；高抗拉力、抗扯力、抗穿刺和抗頂破等力學性能；同時還具有很高的透水性，用其針孔進行過濾或反濾，能將不同質(zhì)地的材料進行分離、隔離，能起到分擔和載或加筋作用；而且還具有工廠化批量生產(chǎn)，穩(wěn)定的質(zhì)量和現(xiàn)場施工簡易、工期短、投資省等優(yōu)越性。因此已經(jīng)被廣泛用于土木工程的各個領(lǐng)域。在路面工程中，土工布主要用于舊路面罩面，防止路面反射裂縫，延遲反射裂縫的發(fā)生和發(fā)展。在路基工程中用來處理軟土地基，加速地基的固結(jié)，提高地基承載力。

1、減緩反射裂縫

反射裂縫是由于舊混凝土面層在接縫或裂縫附近的較大位移引起其上方瀝青加鋪層內(nèi)出現(xiàn)應力集中所造成的，它包括因溫度和濕度變化而產(chǎn)生的水平位移，以及因交通荷載作用而產(chǎn)生的豎向剪切位移。前者導致接縫或裂縫上方的瀝青加鋪層內(nèi)出現(xiàn)較集中的拉應力；后者則使接縫上方的瀝青加鋪層經(jīng)受較大的彎拉應力和剪切應力。

由于土工格柵的模量很大，達到 67Gpa，作為剛度大的硬夾層應用在瀝青罩面層中，其作用是抑制應力，釋放應變，同時作為瀝青混凝土加筋材料，提高加鋪層結(jié)構(gòu)的抗拉和抗剪能力，從而達到減少裂縫的目的。實踐表明，一條改變了方向的水平裂縫的對應裂縫能量可從其起點移動0.6米，1.5米以上寬度的加筋材料有助于確保能量在裂縫兩側(cè)完全消散。

2、抗疲勞開裂

在舊水泥混凝土路面上的瀝青加鋪層，其主要作用是提高路面的使用功能，對承載作用則貢獻不大，加鋪層下的剛性混凝土路面仍起關(guān)鍵的承載作用。而在舊瀝青混凝土路面上進行瀝青罩面則不同，瀝青加鋪層將與舊瀝青混凝土路面一起承載。因此，在瀝青混凝土路面上進行瀝青罩面，除了會出現(xiàn)反射裂縫，同時還會因為荷載的長期作用而出現(xiàn)疲勞開裂。我們對舊瀝青混凝土路面上的瀝青加鋪層受荷情況做受力分析：由于瀝青罩面層下為與瀝青罩面層同一性質(zhì)的柔性面層，當受到荷載作用時，路表將發(fā)生彎沉。在直接與車輪接觸的瀝青罩面層受到壓力，在輪載邊緣以外的區(qū)域，面層受到拉力作用，由于兩處受力區(qū)域所受力性質(zhì)不同，而又彼此緊靠，因此在兩塊受力區(qū)域的交界處即力的突變處容易發(fā)生破壞。在長期荷載的作用下，發(fā)生疲勞開裂。

土工布在瀝青罩面層中，能夠?qū)⑸鲜龅膲簯εc拉應力分散，在兩塊受力區(qū)域之間形成緩沖帶，在這里應力逐步變化而不是突變，減少了應力突變對瀝青罩面層的破壞。同時土工布的低延伸率減小了路面的彎沉量，保證了路面不會發(fā)生過渡變形。

3、耐高溫車轍

瀝青混凝土在高溫時具有流變性，具體表現(xiàn)在：夏季瀝青道路面層發(fā)軟、發(fā)粘；在車輛荷載作用下，受力區(qū)域產(chǎn)生凹陷，車輛荷載撤除后瀝青面層無法完全恢復至受荷前的狀況，即產(chǎn)生了塑性變形；在車輛的反復碾壓的作用下塑性變形不斷積累，形成車轍。我們對瀝青面層結(jié)構(gòu)進行分析后，可以知道由于高溫下瀝青混凝土具有流變性，而在受到荷載時，面層中沒有任何可以約束瀝青混凝土中集料運動的機制，造成瀝青面層的推移，這就是形成車轍的主要原因。

在瀝青罩面層中使用土工布，其在瀝青面層中起到骨架作用。瀝青混凝土中集料貫穿于格柵間，形成復合力學嵌鎖體系，限制集料運動，增加了瀝青罩面層中的橫向約束力，瀝青面層中各部分彼此牽制，防止了瀝青面層的推移，從而起到抵抗車轍的作用。

4、抗低溫收縮開裂

嚴寒地區(qū)的瀝青道路，冬季面層溫度接近于氣溫，在這樣的溫度條件下，瀝青混凝土遇冷收縮，產(chǎn)生拉應力。當拉應力超過瀝青混凝土拉伸強度時，產(chǎn)生裂紋，在裂紋集中的地方產(chǎn)生裂縫，形成病害。從裂紋的成因看，如何使瀝青混凝土強度抵抗住拉應力是解決問題的關(guān)鍵。

土工布在瀝青罩面層中的應用，使得瀝青混凝土的拉伸強度大大提高，可以抵抗住較大的拉應力而不致發(fā)生破壞。另外，即使因為局部區(qū)域產(chǎn)生裂紋，使裂紋發(fā)生處的應力過于集中，但經(jīng)土工布的傳遞而逐漸消失，裂紋不再會發(fā)展成裂縫。在選用土工布時，除其性能指標應符合上表規(guī)定之外，還應特別注意保證其幅寬不小于1.5m，以滿足其作為控制反射裂縫夾層時有足夠的橫截面積來充分消散裂縫能量；同時，其網(wǎng)眼尺寸宜為其上瀝青面層材料最大粒徑的0.5～1.0倍，這樣有助于達到最佳剪切膠粘性，促進集料嵌鎖與限制。

5、主要用途

（1）舊瀝青砼路面，加筋增強瀝青面層，防治病害。

（2）水泥砼路面改建復合式路面，抑制板塊收縮等引起反射裂縫。

（3）道路拓改工程，防治新老結(jié)合部及不均勻沉降而造成裂紋。

（4）軟土基加筋處理，利于軟土析水固結(jié)，有效抑制沉降，均勻應力分布，增強路基整體強度。

（5）新建道路半鋼性基層產(chǎn)生收縮裂縫，加筋增強防止基礎(chǔ)裂紋反射而引起的路面裂縫。

土工布近段時間來發(fā)展迅速，并廣泛應用于瀝青路面，尤其是用在瀝青罩面層用來減緩反射裂縫。加拿大AM大學的Texas交通學院用其特有的罩面試驗儀對土工布加筋罩面做了大量的模擬溫度循環(huán)效果的疲勞試驗，試驗表明，加筋的瀝青試件其抗裂能力要比未加筋的試件高二倍以上。

在一些發(fā)達國家，如德國、美國、加拿大、澳大利亞及日本等，玻纖格柵的應用已有十多年時間，在高等級公路、市政道路及機場道面等要求較高的領(lǐng)域應用相當廣泛，對其作用機理也作了大量系統(tǒng)研究，制定了一些相應的設(shè)計應用規(guī)范。

在我國，土工布的應用相對較晚，1995～1996年的滬寧高速公路建設(shè)率先采用土工布用于瀝青路面中防止面基層裂縫而引起的瀝青面層反射裂縫的產(chǎn)生，經(jīng)多年來的觀察，效果明顯，故在1997年至2002年滬寧高速公路的維修工程中，仍采用土工布，用于原路面洗刨后的新罩面層中，以增強罩面層強度，防止反射裂縫產(chǎn)生。

6、特點

產(chǎn)品有強度高、伸長率低、耐高溫、模量高、重量輕、韌性好、耐腐蝕、壽命長等特點，可廣泛應用于舊的水泥路面、機場跑道的維修、堤壩、河岸、邊坡防護、道橋路面增強處理等工程領(lǐng)域，可給路面增強、補強，防止路面車轍疲勞裂紋，熱冷伸縮裂紋和下面的反射裂紋，并能將路面承載應力分散，延長路面使用壽命，高抗拉強度低延伸率，無長期蠕變，物理化學穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，抗疲勞開裂，耐高溫車轍，抗低溫縮裂，延緩減少反射裂縫。

瀝青路面中加鋪玻纖土工格柵是一種物理改性瀝青混合料，相當于對瀝青混合料加鋼筋，對路面結(jié)構(gòu)的抗拉、抗剪和抗彎強度得以提高，并且約束了瀝青混合料的變形，提高了穩(wěn)定性，延遲面層反射裂縫，且耐受住瀝青鋪設(shè)的高溫，作為纖維型網(wǎng)格，從施工的角度來講具有輕作業(yè)性。從成本的角度看，鋪設(shè)土工布可延長瀝青路面使用壽命，降低日常維修費用，并且可適當減薄瀝青面層厚度，減少材料費用和施工運輸?shù)荣M用，采用后在不提高道路建設(shè)和維護的綜合成本的前提下，延長使用壽命。

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1007-6344（2015）09-0309-01