玻纤格栅防治沥青路面反射裂缝技术研究

2022-05-30常春光

智能建筑与工程机械 2022年9期

常春光

摘要：作为一种路面增强、老路补强的材料，玻纤格栅用于沥青路面反射裂缝防治具有良好的应用效果。在全面了解反射裂缝形成原因的基础上，提出了常用的防治措施，并结合具体案例，提出了玻纤格栅防治方案，以期提高路面的抗裂性能，克服沥青路面难以增强的难题。

关键词：玻纤格栅;沥青路面;反射裂缝;原因

中图分类号：U418.66 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2022）09-0010-03

0引言

半刚性基层是我国高等级公路路面形式之一，此类路面使用年限在10～15年，但在行车荷载与自然因素的长期作用下，很多路面通车2～5年内便出现了大量病害，其中半刚性基层裂缝最为普遍。若不及时处理，裂缝处极易产生反射裂缝。通常情况下，反射裂缝对路面性能影响不会太大，但在外界因素的共同作用下，裂缝将进一步扩展，大幅减短沥青路面的使用性能[1]。为了尽快恢复路面的使用性能，需根据工程实际情况，选择合理的防治措施。玻纤格栅的应用，可以充分发挥织物的强力作用，改善力学性能，增强路面的抗拉强度。因此，在路面反射裂缝防治中采取玻纤格栅材料，可以有效增强路面强度，提高路面的抗裂性能，延长路面的使用寿命。

1 沥青路面反射裂缝的形成原因

当前，在国内外沥青路面基层病害研究中，不管是病害检测，还是病害处治，都取得了一定成绩。按照病害破坏形式，沥青路面病害可划分为2类：其一，非结构性破坏，是指沥青路面半刚性基层结构并未被破坏，仍属于良好状态，可满足车辆通行需要;一般来讲，此类病害属于通车短期内产生的病害，病害范围小、不严重，仅通过小面积铣刨维修处治。其二，结构性破坏，是指半刚性基层破损程度严重，路用性能衰减，这类病害维修处治难度大，且危害性大。为此，在沥青路面半刚性基层裂缝处治当中，需找出病害原因，根据病害实际情况，采取有针对性的处治措施。行车荷载和雨水共同作用下，极易产生强大的动水压力，从而将半刚性基层内松散的石料“吸出”，破坏路基结构，降低路面承载力，影响路面行车舒适性和安全。

目前，国内外专家学者在沥青路面裂缝类型、成因及裂缝扩展机理等方面进行了大量研究，取得了不错的成效[2]。据研究表明，路面裂缝展现形式直接决定沥青路面裂缝类型，主要包括3大类，即纵、横裂缝与网裂。结合裂缝形成原理，按照裂缝产生原因，又可分为2类，即荷载/非荷载型裂缝。

1.1 施工材料的影响

导致沥青路面出现反射裂缝的原因很多，其中材料是造成沥青路面反射裂缝出现的主要原因，材料的质量是整个工程质量控制的重要内容，对于整个工程的使用寿命具有重要的意义。若公路路面所应用的材料质量没有达到工程建设标准要求，极易形成基层收缩裂缝，从而使裂缝不断扩张，最终形成反射裂缝[3]。因此，必须要加强施工材料的质量管理，保证材料的质量符合工程要求，避免由于水分蒸发或流失出现严重问题，从而形成裂缝，不断向面层进行扩张，导致路面形成反射裂缝。

拌和施工及運料卸料等环节，很容易出现集料集中现象，特别是粗集料，由于结合料数量不足，混合料成型难度较大。当表面出现粗集料集中现象时，便会产生松散不成型情况。若混合料内部出现粗集料集中情况，势必会对混合料的强度造成不利影响，危害施工质量。

1.2 施工环境因素的影响

我国国土资源辽阔，不同地区具有不同的地质特点、气候环境，在自然环境、地理环境特别恶化的地区，对于公路施工质量会产生不利的影响。路面裂缝的产生主要与温度有关，温度变化会进一步引发混凝土裂缝和沥青荷载的变化，使路面出现裂缝。沥青材料在不同的温度下具有不同的性能，而且该材料具有良好的应力松弛性以及柔韧性[4]。当气温骤降，沥青材料会不断收缩，当收缩拉应力超过路面材料的抗拉强度时，会产生裂缝。

此外，对于一些地质环境特别恶劣的地区，会由于施工环境因素的影响，从而产生沉降裂缝。公路经常处于露天环境当中，路基面与面层会受到温度、方向等不同的应力作用，比如，部分地区在不同季节或早晚温差较大，会对路面阻力产生不利影响，从而产生不同的应力，造成裂缝的产生。

1.3 路基承载力较低

沥青路面在荷载压力较大的情况下，将加剧裂缝的产生。随着时间的不断推移，路面受到荷载压力的长期作用，并且由于外界等各种因素的影响，会对路面造成不同的破坏，进一步促使沥青路面出现反射裂缝。

2 沥青路面反射裂缝的常用防治措施

2.1 增加沥青面层厚度

面层材料多选择沥青或改性沥青材料，此类材料应具有针入度大、温度敏感性低、劲度模量大等特点，同时还需保证集料级配合理，这样才能有效提升面层的抗裂能力。在沥青路面反射裂缝处治当中，可通过增加沥青路面面层厚度的方式，这样可以降低旧面层温度变化，达到良好的保温成效，还可以起到减少拉应力的作用，减缓裂缝反射时间，增加沥青路面的抗疲劳能力。一般来讲，可按15～25 cm设置沥青面层厚度，这样更具经济效益。若面层较小的情况下，应力强度因子变化速率会增大，若面层厚度过大，则应力强度因子变化速率则会逐渐降低。为此，若是过度加大沥青面层厚度，作用不但不显著，还不具备经济性。

2.2 基层预切缝

在半刚性基层上，按照等间距进行裂缝设置，则被称作基层预切缝。该裂缝仅仅在基层上保存，且不会向面层反射。通过基层预切缝方式，可以起到良好的防治沥青路面反射裂缝的作用。根据相关规定要求，当沥青面层厚度在14 cm以内时，基层抗压强度在12 MPa以下，这种情况下，基层需进行预切缝施工。基层预切缝施工中，为改善基层约束条件，以此起到释放温度应力的作用，并达到有效防范裂缝的效果。

2.3 合理设计半刚性材料组成

材料类型、级配组成及含水量等因素是否合理，对半刚性基层材料的温缩系数影响很大，因此，保证半刚性材料组成设计合理，才能降低基层弹性模量，有效抑制或延缓反射裂缝产生[5]。为此，在确保路面承载力满足规定要求的情况下，需根据实际情况，适量减小基层模量，并选择温缩系数较小的基层材料，以降低车辙等病害发生。为此，在半刚性基层干缩特性条件下，半刚性基层粒料细度越小，含水量则会随之增大，干缩变形也会越来越大。为此，在半刚性基层材料选择时，保证粒径大小合理，优先较小干缩系数的基层材料。

2.4 设置土工合成材料

将土工合成材料铺设到土体内部或各层土体间，可达到土体增强的效果。在抑制路面裂缝方面，对于土工合成材料而言，其作用机理在于4点：第一，土工合成材料铺设之后，由于土工合成材料的隔离作用，基层裂尖的拉应力无法直接向面层传递;第二，基层与面层间设置土工格栅，可改变基层裂尖应力方向，由垂直向水平方面转变，从而起到加筋效果，进而提高沥青面层的整体抗拉强度;第三，土体合成材料具有良好的延伸性能，能够扩大基层裂尖的拉应力的范围，从而达到消能缓冲的效果;第四，沥青油封闭土工合成材料空隙后，能够避免路面积水渗入路基层，起到隔水防滲作用，最大限度保护基层强度。

玻纤格栅是一种高强度、耐高温的土工合成材料，比普通格栅性能更优异。通过玻纤格栅设于面层和基层之间，可以承受更大的拉应力，避免基层裂缝扩展到面层，抑制反射裂缝产生。

3 工程概况

某公路工程通车运营多年，交通量日益倍增，基于沿线经济发展需要，要进行道路拓宽改造。在路面病害状况调查中发现，路面已出现了裂缝、坑槽等病害，其中裂缝居多。经钻芯取样可知，路面已发生基层反射裂缝，为了有效延缓及控制半刚性基层反射裂缝，减少对沥青路面面层的损害，改善沥青路面的使用性能，决定采用玻纤格栅进行半刚性基层反射裂缝处治。表1为旧路面和设置玻纤格栅加筋层的新路面结构形式对比情况。

3.1 玻纤格栅的特点及用途

作为一种新型的优质土工基材，玻纤格栅是一种无碱玻璃纤维长丝材料，其编制工艺独特，通过特殊胶材涂抹及覆盖后，可构成一种网状结构。布设玻纤格栅加筋层，可有效防止及抑制基层反射裂缝，其原因在于玻纤格栅具有优异的物理化学特性，其抗拉强度高、延伸率小、无蠕变，且能够与沥青混合料充分融合，具有良好的相容性[6]。同时，玻纤格栅材料耐高温及稳定性好，因此，在施工应用中，能够改善路面结构的应力分布状况，均匀进行荷载传递，改变反射裂缝的应力方向。其主要用途如表2所示。

3.2 玻纤格栅施工要点

3.2.1 原路面处理

玻纤格栅的使用效果与路面处理效果息息相关。在玻纤格栅施工前，需先清理干净半刚性基层表面，保证铺设表面清洁、干燥。

3.2.2 喷洒乳化沥青

格栅铺设前，需喷洒黏层油，即均匀喷洒乳化沥青，待完全破乳干燥之后，即可铺设格栅。

3.2.3 铺设及固定玻纤格栅

在铺设玻纤格栅时，保证铺设面平整，避免出现纵向倾斜情况。在铺筑层，按照幅宽大小合理划线，随后进行铺筑，并固定好格栅端部。铺筑时，格栅由铺筑设备缓慢、匀速向前拉铺，每隔10 m利用人工方式进行一次拉紧、调直处理，直到铺完整卷格栅。在施工当中，主要有两种玻纤格栅类型，即带自黏胶、不带自黏胶，一般来讲，采用带自黏胶的玻纤格栅，可在平整的基层上直接铺筑;相反，若采用不带自黏胶的玻纤格栅，则需要通过钢钉进行固定[7]。根据工程实际情况，本工程采取第二种玻纤格栅，即不带自黏胶。在固定时，需要使用固定铁皮，尺寸为50 mm×50 mm×0.3 mm，保证平整、无翘脚，周边处理时则应采取倒角方式。钢钉为5 cm长。在固定时，在洒布黏层沥青的下层结构上通过铁皮、钢钉固定其一端，随后纵向拉紧格栅，一段一段固定。

3.2.4 碾压

在格栅铺设及固定后，可选取小型压路机进行碾压施工，碾压遍数1遍即可。若玻纤格栅铺设在中面层或找平层，可通过钢辊压路机施工;若玻纤格栅铺设在混凝土路面上，则采用胶辊压路机施工。玻纤格栅铺设完成后，要保证其平整，且粘结牢固。随后进行下封层和沥青面层施工。

3.3 玻纤格栅抗裂效果

为了检验玻纤格栅的施工应用情况，可进行玻纤格栅施工段与普通路段进行对比分析，检测道路弯沉值。在道路横断面进行等间距测点设置，共设10个测点，采用贝克曼梁法测两种不同路面的弯沉。所得检测结果如表3所示。

由此可见，普通路段的弯沉值范围在7.5～13.6，玻纤格栅的弯沉值范围在2.8～3.3，在玻纤格栅铺筑后，可大幅减小路面弯沉，降低路面变形，提高路面的抗疲劳性能和承载力，沥青路面基层抗裂效果良好。

4 结语

综上所述，在沥青路面反射裂缝处治中，采用玻纤格栅材料，可改善路面结构应力分布情况，有效抑制反射裂缝发生，降低施工及养护成本，延长工程使用寿命。

参考文献

[1] 朱得斌.玻璃纤维土工格栅在沥青路面施工中的应用[J].筑路机械与施工机械化，2018（6）：112-115.

[2] 李建伟.土工格栅在沥青混凝土路面中的应用研究[J].中国公路，2016（13）：136-137.

[3] 李冰，张玲.浅谈玻纤格栅加筋沥青混凝土路面施工技术[J].河南建材，2014（4）：150-151.

[4] 许英明，苏志和.玻璃纤维格栅在处治旧路面反射裂缝中的应用[J].筑路机械与施工机械化，2005（11）：36-38.