浅谈玻璃纤维土工格栅复合土工布在道路工程中的应用

刘 磊

(新疆兵团勘测设计院建院（石）市政所，石河子市 832000)

浅谈玻璃纤维土工格栅复合土工布在道路工程中的应用

刘 磊

(新疆兵团勘测设计院建院（石）市政所，石河子市 832000)

土工布是一种用于路面增强、老路补强，加固路基及软土基的优良土工合成材料。具有经、纬双向很高的抗拉强度和较低的延伸率，并具有耐高温、耐低寒、抗老化、耐腐蚀等优良性能，广泛应用于沥青路面、水泥路面及路基的增强和铁路路基、堤坝护坡、机场跑道、防沙治沙等工程项目。

玻纤复合土工布、玻璃纤维土工格栅复合土工布、土工布

土工布具有质轻防腐、耐酸、耐碱、耐老化、不蛀虫、低胀缩及无污染等优点；高抗拉力、抗扯力、抗穿刺和抗顶破等力学性能；同时还具有很高的透水性，用其针孔进行过滤或反滤，能将不同质地的材料进行分离、隔离，能起到分担和载或加筋作用；而且还具有工厂化批量生产，稳定的质量和现场施工简易、工期短、投资省等优越性。因此已经被广泛用于土木工程的各个领域。在路面工程中，土工布主要用于旧路面罩面，防止路面反射裂缝，延迟反射裂缝的发生和发展。在路基工程中用来处理软土地基，加速地基的固结，提高地基承载力。

1、减缓反射裂缝

反射裂缝是由于旧混凝土面层在接缝或裂缝附近的较大位移引起其上方沥青加铺层内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加铺层内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。

由于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罩面层中，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。

2、抗疲劳开裂

在旧水泥混凝土路面上的沥青加铺层，其主要作用是提高路面的使用功能，对承载作用则贡献不大，加铺层下的刚性混凝土路面仍起关键的承载作用。而在旧沥青混凝土路面上进行沥青罩面则不同，沥青加铺层将与旧沥青混凝土路面一起承载。因此，在沥青混凝土路面上进行沥青罩面，除了会出现反射裂缝，同时还会因为荷载的长期作用而出现疲劳开裂。我们对旧沥青混凝土路面上的沥青加铺层受荷情况做受力分析：由于沥青罩面层下为与沥青罩面层同一性质的柔性面层，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罩面层受到压力，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。

土工布在沥青罩面层中，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。同时土工布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。

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。

在沥青罩面层中使用土工布，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、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。

土工布在沥青罩面层中的应用，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，但经土工布的传递而逐渐消失，裂纹不再会发展成裂缝。在选用土工布时，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。

5、主要用途

（1）旧沥青砼路面，加筋增强沥青面层，防治病害。

（2）水泥砼路面改建复合式路面，抑制板块收缩等引起反射裂缝。

（3）道路拓改工程，防治新老结合部及不均匀沉降而造成裂纹。

（4）软土基加筋处理，利于软土析水固结，有效抑制沉降，均匀应力分布，增强路基整体强度。

（5）新建道路半钢性基层产生收缩裂缝，加筋增强防止基础裂纹反射而引起的路面裂缝。

土工布近段时间来发展迅速，并广泛应用于沥青路面，尤其是用在沥青罩面层用来减缓反射裂缝。加拿大AM大学的Texas交通学院用其特有的罩面试验仪对土工布加筋罩面做了大量的模拟温度循环效果的疲劳试验，试验表明，加筋的沥青试件其抗裂能力要比未加筋的试件高二倍以上。

在一些发达国家，如德国、美国、加拿大、澳大利亚及日本等，玻纤格栅的应用已有十多年时间，在高等级公路、市政道路及机场道面等要求较高的领域应用相当广泛，对其作用机理也作了大量系统研究，制定了一些相应的设计应用规范。

在我国，土工布的应用相对较晚，1995～1996年的沪宁高速公路建设率先采用土工布用于沥青路面中防止面基层裂缝而引起的沥青面层反射裂缝的产生，经多年来的观察，效果明显，故在1997年至2002年沪宁高速公路的维修工程中，仍采用土工布，用于原路面洗刨后的新罩面层中，以增强罩面层强度，防止反射裂缝产生。

6、特点

产品有强度高、伸长率低、耐高温、模量高、重量轻、韧性好、耐腐蚀、寿命长等特点，可广泛应用于旧的水泥路面、机场跑道的维修、堤坝、河岸、边坡防护、道桥路面增强处理等工程领域，可给路面增强、补强，防止路面车辙疲劳裂纹，热冷伸缩裂纹和下面的反射裂纹，并能将路面承载应力分散，延长路面使用寿命，高抗拉强度低延伸率，无长期蠕变，物理化学稳定性好，热稳定性好，抗疲劳开裂，耐高温车辙，抗低温缩裂，延缓减少反射裂缝。

沥青路面中加铺玻纤土工格栅是一种物理改性沥青混合料，相当于对沥青混合料加钢筋，对路面结构的抗拉、抗剪和抗弯强度得以提高，并且约束了沥青混合料的变形，提高了稳定性，延迟面层反射裂缝，且耐受住沥青铺设的高温，作为纤维型网格，从施工的角度来讲具有轻作业性。从成本的角度看，铺设土工布可延长沥青路面使用寿命，降低日常维修费用，并且可适当减薄沥青面层厚度，减少材料费用和施工运输等费用，采用后在不提高道路建设和维护的综合成本的前提下，延长使用寿命。

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1007-6344（2015）09-0309-01