浅谈玻璃纤维土工格栅的运用

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［摘要］本文针对老路改造中新建路基出现不均匀沉降问题及随着沥青层使用时间的增长，将会逐步出现各种病害，如疲劳开裂、车辙、低温收缩开裂、由下卧层接缝或裂缝引发的反射裂缝等而引起的纵、横向裂缝等病害及新老路基结合部位的处理进行分析研究，并通过老路改造中的应用实例，提出了采用玻璃纤维土工格栅对沥青路面进行加筋增强处理的方法。

［关键词］老路改造；玻璃纤维土工格栅；路基沉降；反射裂缝

［中图分类号］TU721.5　［文献标识码］A　［文章编号］1727-5123(2011)03-077-02

1　工程概况

工程为城区的一条主干道，全长3041.51m，道路两侧密集了政府职能部门、住宅小区、银行及商品门面房，是人们工作、生活休闲的重要场所。现状道路路面破损严重，交通组织较为混乱。

2　新建路基及新老路基结合部位病害原因分析

在新建路基可能出现不均匀沉降的原因：①工程是城区主干道不能完全全封闭施工，只能是半幅半幅的施工，而且由于交通量较大，东、西半幅施工时最多只能封闭整个道路宽度的一半，所以导致在做路基结构层时东西半幅的搭接宽度不够；②本工程的工期较短，前前后后只有4个月的工期，各结构层的养护期不够，而且半幅施工完就立刻开放交通；⑧工期紧而且遇到连日的阴雨天气，且又在冬季，所以灰土、二灰碎石的含水量偏大，难以压实到理想的状态；④各个道口施工更是只有几天的施工时间就得开放交通；⑤原有路基下管线较多，纵横交错，部分段落道路结构层无法正常施工。在新老路基结合部，路基和路面结构层厚度、强度不一，一侧为新建路基，一侧为原有必然会产生一定的沉降差异，特别是新填路基沉降量较大，而老路基已完成大部分的工后沉降，这样不可避免地在新老路基结合部产生一个沉降差值突变点，成为道路产生裂缝的主要原因i新老路基结合部位工艺较复杂，施工难度较大，往往在此易产生人为的质量问题，如密实度达不到设计标准等，也是产生裂缝的原因之一。

3　玻璃纤维土工格栅特性

玻璃纤维土工格栅是以玻璃纤维为材质，采用一定的编织工艺制成的网状结构材料，为保护玻璃纤维、提高整体使用性能，经过特殊的涂复处理工艺而成的土工复合材料。玻璃纤维的主要成份是：氧化硅、是无机材料，其理化性能极具稳定，并具有强度大、模量高，很高的耐磨性和优异的抗寒性，无长期蠕变；热稳定性好；网状结构使集料嵌锁和限制；提高沥青混合料的承重能力。因表面涂有特殊的改性沥青使其具有两重的复合性能，极大地提高了土工格栅的耐磨性及剪切能力。

有时配合自粘感压胶和表面沥青浸渍处理，使格栅和沥青路面紧密结合成一体。由于土石料在土工格栅网格内互锁力增高，它们之间的摩擦系数显著增大(可达08～10)，土工格栅埋入土中的抗拔力，由于格栅与土体间的摩擦咬合力较强而显著增大，因此它是一种很好的加筋材料。同时土工格栅是一种质量轻，具有一定柔性的塑料平面网材，易于现场裁剪和连接，也可重叠搭接，施工简便，不需要特殊的施工机械和专业技术人员。①高抗拉强度、低延伸率――玻纤格栅是以玻璃纤维为原料，而玻璃纤维的强度较高，超过了其它纤维和金属。同时它的模量很高，具有很高的抗变形能力，断裂延伸率小于3％。②无长期蠕变――作为增强材料，具备在长期荷载的情况下抵抗变形的能力即抗蠕变性是极为重要的，玻璃纤维不会发生蠕变，这保证产品能够长期保持性能。⑧热稳定性――玻璃纤维的熔化温度在1000℃以上，这确保了玻纤格栅在摊铺作业中承受热的稳定性。④与沥青混合的相容性――玻纤格栅在后处理工艺中涂覆的材料是针对沥青混合料设计的，每根纤维都被充分涂覆，与沥青具有很高的相容性，从而确保了玻纤格栅在沥青层中不会与沥青混合料产生隔离，而是牢固的结合在一起。⑤物理化学稳定性――经过特殊后处理剂进行涂覆处理，玻纤格栅能够抵抗各类物理磨损和化学侵蚀，还能抵御生物侵蚀和气候变化，保证其性能不受影响。⑥集料嵌锁和限制――由于玻纤格栅是网状结构，沥青混凝土中的集料可以贯穿其中，这样就形成了机械嵌锁。这种限制阻碍了集料的运动，使沥青混合料在受荷载的情况下能够达到更好的压实状态，更高的承重能力，更好的荷载传递性能及较小的变形。

4　玻璃纤维土工格栅作用机理

玻璃纤维土工格栅具有上述特点，当它应用于沥青面层时，可以在以下几方面发挥重要作用：

4.1　减缓反射裂缝。防止和控制反射裂缝是沥青面层施工的重点。本文将以二灰碎石东西半幅不同时施工及结构层施工搭接不够等原因可能造成不均匀沉降等病害为例，谈谈玻纤格栅减缓反射裂缝的作用机理。

反射裂缝是由于二灰碎石在接缝(纵向和横向)附近的较大位移引起其上方沥青出现应力集中所造成的，它包括因温度和湿度变化而产生的水平位移，以及因交通荷载作用而产生的竖向剪切位移。前者导致接缝或裂缝上方的沥青出现较集中的拉应力；后者则使接缝上方的沥青加铺层经受较大的弯拉应力和剪切应力。因此，控制反射裂缝应主要采用降低接缝处的弯沉量和弯沉差以及增加加铺层弯拉强度和剪切强度的措施。

由于玻璃纤维土工格栅的模量很大，达到67Gpa，作为刚度大的硬夹层应用在沥青面层中，其作用是抑制应力，释放应变，同时作为沥青混凝土加筋材料，提高加铺层结构的抗拉和抗剪能力，从而达到减少裂缝的目的。实践表明，一条改变了方向的水平裂缝的对应裂缝能量可从其起点移动0.6米，1.5米以上宽度的加筋材料有助于确保能量在裂缝两侧完全消散。

4.2　抗疲劳开裂。我们对沥青混凝土路面上的沥青受荷情况做受力分析：当受到荷载作用时，路表将发生弯沉。在直接与车轮接触的沥青面层受到压力，在轮载边缘以外的区域，面层受到拉力作用，由于两处受力区域所受力性质不同，而又彼此紧靠，因此在两块受力区域的交界处即力的突变处容易发生破坏。在长期荷载的作用下，发生疲劳开裂。

玻璃纤维土工格栅在沥青面层中，能够将上述的压应力与拉应力分散，在两块受力区域之间形成缓冲带，在这里应力逐步变化而不是突变，减少了应力突变对沥青罩面层的破坏。同时玻璃纤维土工格栅的低延伸率减小了路面的弯沉量，保证了路面不会发生过渡变形。

4.3　耐高温车辙。沥青混凝土在高温时具有流变性，具体表现在：夏季沥青道路面层发软、发粘；在车辆荷载作用下，受力区域产生凹陷，车辆荷载撤除后沥青面层无法完全恢复至受荷前的状况，即产生了塑性变形；在车辆的反复碾压的作用下塑性变形不断积累，形成车辙。我们对沥青面层结构进行分析后，可以知道由于高温下沥青混凝土具有流变性，而在受到荷载时，面层中没有任何可以约束沥青混凝土中集料运动的机制，造成沥青面层的推移，这就是形成车辙的主要原因。

在沥青面层中使用玻璃纤维土工格栅，其在沥青面层中起到骨架作用。沥青混凝土中集料贯穿于格栅间，形成复合力学嵌锁体系，限制集料运动，增加了沥青罩面层中的横向约束力，沥青面层中各部分彼此牵制，防止了沥青面层的推移，从而起到抵抗车辙的作用。

4.4　抗低温收缩开裂。严寒地区的沥青道路，冬季面层温度接近于气温，在这样的温度条件下，沥青混凝土遇冷收缩，产生拉应力。当拉应力超过沥青混凝土拉伸强度时，产生裂纹，在裂纹集中的地方产生裂缝，形成病害。从裂纹的成因看，如何使沥青混凝土强度抵抗住拉应力是解决问题的关键。

玻璃纤维土工格栅在沥青面层中的应用，使得沥青混凝土的拉伸强度大大提高，可以抵抗住较大的拉应力而不致发生破坏。另外，即使因为局部区域产生裂纹，使裂纹发生处的应力过于集中，但经玻纤格栅的传递而逐渐消失，裂纹不再会发展成裂缝。

5　玻纤格栅性能指标

玻璃纤维土工格栅的产品规格及产品代号应符合建材行业标准《玻璃纤维土工格栅第1立B分沥青路面用玻璃纤维土工格栅》JC839.1―1998的规定。

玻璃纤维土工格栅应采用无碱玻璃纤维，其碱金属氧化物的含量不大于0.8％。

在选用玻纤格栅时，除其性能指标应符合上表规定之外，还应特别注意保证其幅宽不小于1.5m，以满足其作为控制反射裂缝夹层时有足够的横截面积来充分消散裂缝能量；同时，其网眼尺寸宜为其上沥青面层材料最大粒径的0.5～1.0倍，这样有助于达到最佳剪切胶粘性，促进集料嵌锁与限制。

6　施工质量的控制

运料车应避免在已摊铺并张紧定位好的玻璃纤维土工格栅上直接碾压，以免对玻璃纤维土工格栅产生推移或破坏，从而影响施工质量。铺设玻璃纤维土工格栅的关键是保证连续性，避免产生扭曲、褶皱、重叠，要特别注意避免过量拉伸，以防止超过其抗拉强度和变形极限而发生破坏和撕裂。

7　结束语

本段在沥青面层全宽度内满铺玻璃纤维土工格栅，处理后可以加强新建道路沥青面层及新老路面沥青面层的结合强度，减小不均匀沉降，与其他工程措施相比较，经济效益较好，且效果明显。