玻纖格柵防治瀝青路面反射裂縫技術(shù)研究

常春光

摘 要：作為一種路面增強(qiáng)、老路補(bǔ)強(qiáng)的材料，玻纖格柵用于瀝青路面反射裂縫防治具有良好的應(yīng)用效果。在全面了解反射裂縫形成原因的基礎(chǔ)上，提出了常用的防治措施，并結(jié)合具體案例，提出了玻纖格柵防治方案，以期提高路面的抗裂性能，克服瀝青路面難以增強(qiáng)的難題。

關(guān)鍵詞：玻纖格柵;瀝青路面;反射裂縫;原因

中圖分類號(hào)：U418.66? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2022）09-0010-03

0引言

半剛性基層是我國(guó)高等級(jí)公路路面形式之一，此類路面使用年限在10～15年，但在行車荷載與自然因素的長(zhǎng)期作用下，很多路面通車2～5年內(nèi)便出現(xiàn)了大量病害，其中半剛性基層裂縫最為普遍。若不及時(shí)處理，裂縫處極易產(chǎn)生反射裂縫。通常情況下，反射裂縫對(duì)路面性能影響不會(huì)太大，但在外界因素的共同作用下，裂縫將進(jìn)一步擴(kuò)展，大幅減短瀝青路面的使用性能[1]。為了盡快恢復(fù)路面的使用性能，需根據(jù)工程實(shí)際情況，選擇合理的防治措施。玻纖格柵的應(yīng)用，可以充分發(fā)揮織物的強(qiáng)力作用，改善力學(xué)性能，增強(qiáng)路面的抗拉強(qiáng)度。因此，在路面反射裂縫防治中采取玻纖格柵材料，可以有效增強(qiáng)路面強(qiáng)度，提高路面的抗裂性能，延長(zhǎng)路面的使用壽命。

1 瀝青路面反射裂縫的形成原因

當(dāng)前，在國(guó)內(nèi)外瀝青路面基層病害研究中，不管是病害檢測(cè)，還是病害處治，都取得了一定成績(jī)。按照病害破壞形式，瀝青路面病害可劃分為2類：其一，非結(jié)構(gòu)性破壞，是指瀝青路面半剛性基層結(jié)構(gòu)并未被破壞，仍屬于良好狀態(tài)，可滿足車輛通行需要;一般來(lái)講，此類病害屬于通車短期內(nèi)產(chǎn)生的病害，病害范圍小、不嚴(yán)重，僅通過(guò)小面積銑刨維修處治。其二，結(jié)構(gòu)性破壞，是指半剛性基層破損程度嚴(yán)重，路用性能衰減，這類病害維修處治難度大，且危害性大。為此，在瀝青路面半剛性基層裂縫處治當(dāng)中，需找出病害原因，根據(jù)病害實(shí)際情況，采取有針對(duì)性的處治措施。行車荷載和雨水共同作用下，極易產(chǎn)生強(qiáng)大的動(dòng)水壓力，從而將半剛性基層內(nèi)松散的石料“吸出”，破壞路基結(jié)構(gòu)，降低路面承載力，影響路面行車舒適性和安全。

目前，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者在瀝青路面裂縫類型、成因及裂縫擴(kuò)展機(jī)理等方面進(jìn)行了大量研究，取得了不錯(cuò)的成效[2]。據(jù)研究表明，路面裂縫展現(xiàn)形式直接決定瀝青路面裂縫類型，主要包括3大類，即縱、橫裂縫與網(wǎng)裂。結(jié)合裂縫形成原理，按照裂縫產(chǎn)生原因，又可分為2類，即荷載/非荷載型裂縫。

1.1 施工材料的影響

導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)反射裂縫的原因很多，其中材料是造成瀝青路面反射裂縫出現(xiàn)的主要原因，材料的質(zhì)量是整個(gè)工程質(zhì)量控制的重要內(nèi)容，對(duì)于整個(gè)工程的使用壽命具有重要的意義。若公路路面所應(yīng)用的材料質(zhì)量沒(méi)有達(dá)到工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求，極易形成基層收縮裂縫，從而使裂縫不斷擴(kuò)張，最終形成反射裂縫[3]。因此，必須要加強(qiáng)施工材料的質(zhì)量管理，保證材料的質(zhì)量符合工程要求，避免由于水分蒸發(fā)或流失出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)題，從而形成裂縫，不斷向面層進(jìn)行擴(kuò)張，導(dǎo)致路面形成反射裂縫。

拌和施工及運(yùn)料卸料等環(huán)節(jié)，很容易出現(xiàn)集料集中現(xiàn)象，特別是粗集料，由于結(jié)合料數(shù)量不足，混合料成型難度較大。當(dāng)表面出現(xiàn)粗集料集中現(xiàn)象時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生松散不成型情況。若混合料內(nèi)部出現(xiàn)粗集料集中情況，勢(shì)必會(huì)對(duì)混合料的強(qiáng)度造成不利影響，危害施工質(zhì)量。

1.2 施工環(huán)境因素的影響

我國(guó)國(guó)土資源遼闊，不同地區(qū)具有不同的地質(zhì)特點(diǎn)、氣候環(huán)境，在自然環(huán)境、地理環(huán)境特別惡化的地區(qū)，對(duì)于公路施工質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生不利的影響。路面裂縫的產(chǎn)生主要與溫度有關(guān)，溫度變化會(huì)進(jìn)一步引發(fā)混凝土裂縫和瀝青荷載的變化，使路面出現(xiàn)裂縫。瀝青材料在不同的溫度下具有不同的性能，而且該材料具有良好的應(yīng)力松弛性以及柔韌性[4]。當(dāng)氣溫驟降，瀝青材料會(huì)不斷收縮，當(dāng)收縮拉應(yīng)力超過(guò)路面材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生裂縫。

此外，對(duì)于一些地質(zhì)環(huán)境特別惡劣的地區(qū)，會(huì)由于施工環(huán)境因素的影響，從而產(chǎn)生沉降裂縫。公路經(jīng)常處于露天環(huán)境當(dāng)中，路基面與面層會(huì)受到溫度、方向等不同的應(yīng)力作用，比如，部分地區(qū)在不同季節(jié)或早晚溫差較大，會(huì)對(duì)路面阻力產(chǎn)生不利影響，從而產(chǎn)生不同的應(yīng)力，造成裂縫的產(chǎn)生。

1.3 路基承載力較低

瀝青路面在荷載壓力較大的情況下，將加劇裂縫的產(chǎn)生。隨著時(shí)間的不斷推移，路面受到荷載壓力的長(zhǎng)期作用，并且由于外界等各種因素的影響，會(huì)對(duì)路面造成不同的破壞，進(jìn)一步促使瀝青路面出現(xiàn)反射裂縫。

2 瀝青路面反射裂縫的常用防治措施

2.1 增加瀝青面層厚度

面層材料多選擇瀝青或改性瀝青材料，此類材料應(yīng)具有針入度大、溫度敏感性低、勁度模量大等特點(diǎn)，同時(shí)還需保證集料級(jí)配合理，這樣才能有效提升面層的抗裂能力。在瀝青路面反射裂縫處治當(dāng)中，可通過(guò)增加瀝青路面面層厚度的方式，這樣可以降低舊面層溫度變化，達(dá)到良好的保溫成效，還可以起到減少拉應(yīng)力的作用，減緩裂縫反射時(shí)間，增加瀝青路面的抗疲勞能力。一般來(lái)講，可按15～25 cm設(shè)置瀝青面層厚度，這樣更具經(jīng)濟(jì)效益。若面層較小的情況下，應(yīng)力強(qiáng)度因子變化速率會(huì)增大，若面層厚度過(guò)大，則應(yīng)力強(qiáng)度因子變化速率則會(huì)逐漸降低。為此，若是過(guò)度加大瀝青面層厚度，作用不但不顯著，還不具備經(jīng)濟(jì)性。

2.2 基層預(yù)切縫

在半剛性基層上，按照等間距進(jìn)行裂縫設(shè)置，則被稱作基層預(yù)切縫。該裂縫僅僅在基層上保存，且不會(huì)向面層反射。通過(guò)基層預(yù)切縫方式，可以起到良好的防治瀝青路面反射裂縫的作用。根據(jù)相關(guān)規(guī)定要求，當(dāng)瀝青面層厚度在14 cm以內(nèi)時(shí)，基層抗壓強(qiáng)度在12 MPa以下，這種情況下，基層需進(jìn)行預(yù)切縫施工?；鶎宇A(yù)切縫施工中，為改善基層約束條件，以此起到釋放溫度應(yīng)力的作用，并達(dá)到有效防范裂縫的效果。

2.3 合理設(shè)計(jì)半剛性材料組成

材料類型、級(jí)配組成及含水量等因素是否合理，對(duì)半剛性基層材料的溫縮系數(shù)影響很大，因此，保證半剛性材料組成設(shè)計(jì)合理，才能降低基層彈性模量，有效抑制或延緩反射裂縫產(chǎn)生[5]。為此，在確保路面承載力滿足規(guī)定要求的情況下，需根據(jù)實(shí)際情況，適量減小基層模量，并選擇溫縮系數(shù)較小的基層材料，以降低車轍等病害發(fā)生。為此，在半剛性基層干縮特性條件下，半剛性基層粒料細(xì)度越小，含水量則會(huì)隨之增大，干縮變形也會(huì)越來(lái)越大。為此，在半剛性基層材料選擇時(shí)，保證粒徑大小合理，優(yōu)先較小干縮系數(shù)的基層材料。

2.4 設(shè)置土工合成材料

將土工合成材料鋪設(shè)到土體內(nèi)部或各層土體間，可達(dá)到土體增強(qiáng)的效果。在抑制路面裂縫方面，對(duì)于土工合成材料而言，其作用機(jī)理在于4點(diǎn)：第一，土工合成材料鋪設(shè)之后，由于土工合成材料的隔離作用，基層裂尖的拉應(yīng)力無(wú)法直接向面層傳遞;第二，基層與面層間設(shè)置土工格柵，可改變基層裂尖應(yīng)力方向，由垂直向水平方面轉(zhuǎn)變，從而起到加筋效果，進(jìn)而提高瀝青面層的整體抗拉強(qiáng)度;第三，土體合成材料具有良好的延伸性能，能夠擴(kuò)大基層裂尖的拉應(yīng)力的范圍，從而達(dá)到消能緩沖的效果;第四，瀝青油封閉土工合成材料空隙后，能夠避免路面積水滲入路基層，起到隔水防滲作用，最大限度保護(hù)基層強(qiáng)度。

玻纖格柵是一種高強(qiáng)度、耐高溫的土工合成材料，比普通格柵性能更優(yōu)異。通過(guò)玻纖格柵設(shè)于面層和基層之間，可以承受更大的拉應(yīng)力，避免基層裂縫擴(kuò)展到面層，抑制反射裂縫產(chǎn)生。

3 工程概況

某公路工程通車運(yùn)營(yíng)多年，交通量日益倍增，基于沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，要進(jìn)行道路拓寬改造。在路面病害狀況調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，路面已出現(xiàn)了裂縫、坑槽等病害，其中裂縫居多。經(jīng)鉆芯取樣可知，路面已發(fā)生基層反射裂縫，為了有效延緩及控制半剛性基層反射裂縫，減少對(duì)瀝青路面面層的損害，改善瀝青路面的使用性能，決定采用玻纖格柵進(jìn)行半剛性基層反射裂縫處治。表1為舊路面和設(shè)置玻纖格柵加筋層的新路面結(jié)構(gòu)形式對(duì)比情況。

3.1 玻纖格柵的特點(diǎn)及用途

作為一種新型的優(yōu)質(zhì)土工基材，玻纖格柵是一種無(wú)堿玻璃纖維長(zhǎng)絲材料，其編制工藝獨(dú)特，通過(guò)特殊膠材涂抹及覆蓋后，可構(gòu)成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。布設(shè)玻纖格柵加筋層，可有效防止及抑制基層反射裂縫，其原因在于玻纖格柵具有優(yōu)異的物理化學(xué)特性，其抗拉強(qiáng)度高、延伸率小、無(wú)蠕變，且能夠與瀝青混合料充分融合，具有良好的相容性[6]。同時(shí)，玻纖格柵材料耐高溫及穩(wěn)定性好，因此，在施工應(yīng)用中，能夠改善路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布狀況，均勻進(jìn)行荷載傳遞，改變反射裂縫的應(yīng)力方向。其主要用途如表2所示。

3.2 玻纖格柵施工要點(diǎn)

3.2.1 原路面處理

玻纖格柵的使用效果與路面處理效果息息相關(guān)。在玻纖格柵施工前，需先清理干凈半剛性基層表面，保證鋪設(shè)表面清潔、干燥。

3.2.2 噴灑乳化瀝青

格柵鋪設(shè)前，需噴灑黏層油，即均勻噴灑乳化瀝青，待完全破乳干燥之后，即可鋪設(shè)格柵。

3.2.3 鋪設(shè)及固定玻纖格柵

在鋪設(shè)玻纖格柵時(shí)，保證鋪設(shè)面平整，避免出現(xiàn)縱向傾斜情況。在鋪筑層，按照幅寬大小合理劃線，隨后進(jìn)行鋪筑，并固定好格柵端部。鋪筑時(shí)，格柵由鋪筑設(shè)備緩慢、勻速向前拉鋪，每隔10 m利用人工方式進(jìn)行一次拉緊、調(diào)直處理，直到鋪完整卷格柵。在施工當(dāng)中，主要有兩種玻纖格柵類型，即帶自黏膠、不帶自黏膠，一般來(lái)講，采用帶自黏膠的玻纖格柵，可在平整的基層上直接鋪筑;相反，若采用不帶自黏膠的玻纖格柵，則需要通過(guò)鋼釘進(jìn)行固定[7]。根據(jù)工程實(shí)際情況，本工程采取第二種玻纖格柵，即不帶自黏膠。在固定時(shí)，需要使用固定鐵皮，尺寸為50 mm×50 mm×0.3 mm，保證平整、無(wú)翹腳，周邊處理時(shí)則應(yīng)采取倒角方式。鋼釘為5 cm長(zhǎng)。在固定時(shí)，在灑布黏層瀝青的下層結(jié)構(gòu)上通過(guò)鐵皮、鋼釘固定其一端，隨后縱向拉緊格柵，一段一段固定。

3.2.4 碾壓

在格柵鋪設(shè)及固定后，可選取小型壓路機(jī)進(jìn)行碾壓施工，碾壓遍數(shù)1遍即可。若玻纖格柵鋪設(shè)在中面層或找平層，可通過(guò)鋼輥壓路機(jī)施工;若玻纖格柵鋪設(shè)在混凝土路面上，則采用膠輥壓路機(jī)施工。玻纖格柵鋪設(shè)完成后，要保證其平整，且粘結(jié)牢固。隨后進(jìn)行下封層和瀝青面層施工。

3.3 玻纖格柵抗裂效果

為了檢驗(yàn)玻纖格柵的施工應(yīng)用情況，可進(jìn)行玻纖格柵施工段與普通路段進(jìn)行對(duì)比分析，檢測(cè)道路彎沉值。在道路橫斷面進(jìn)行等間距測(cè)點(diǎn)設(shè)置，共設(shè)10個(gè)測(cè)點(diǎn)，采用貝克曼梁法測(cè)兩種不同路面的彎沉。所得檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

由此可見，普通路段的彎沉值范圍在7.5～13.6，玻纖格柵的彎沉值范圍在2.8～3.3，在玻纖格柵鋪筑后，可大幅減小路面彎沉，降低路面變形，提高路面的抗疲勞性能和承載力，瀝青路面基層抗裂效果良好。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在瀝青路面反射裂縫處治中，采用玻纖格柵材料，可改善路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布情況，有效抑制反射裂縫發(fā)生，降低施工及養(yǎng)護(hù)成本，延長(zhǎng)工程使用壽命。

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