市政道路工程加筋材料的应用分析

市政道路工程加筋材料的应用分析

市政道路工程加筋材料的应用分析

摘要：加筋材料改变了土体的工程力学性能，提高了土的承载力，本文主要结合加筋材料玻纤土工格栅的各种特性，介绍在道路工程中的应用。

关键词：玻纤土工格栅道路工程抗疲劳开裂应用

中图分类号：U41文献标识码： A

1 玻纤土工格栅的工程特性

（1）玻纤土工格栅的抗剪强度

玻纤土工格栅的抗剪强度特性主要是通过三轴压缩和直剪试验进行研究。对纤维加筋黏性土进行三轴压缩试验，指出纤维加筋能显著提高黏性土的抗剪强度，并且由于纤维加筋黏性土在受拉时表现为裂而不断的现象，所以纤维可增加土体在拉应力作用下的塑性和韧性，防止土工建筑物由于开裂而造成的整体破坏，增强土体的自愈的能力。以高孔隙率、低强度和高压缩性的软土为研究对象，发现纤维的掺入能够显著提高软土的抗剪强度参数。

（2）玻纤土工格栅的抗压强度

玻纤土工格栅的抗压强度主要通过无侧限抗压试验进行研究。在无侧限条件下测试了聚酯纤维加筋软黏土的抗压强度特性，结果表明纤维的加入能显著提高试样的无侧限抗压强度。试样的无侧限抗压强度随纤维掺量和养护时间的增加而增加，石灰掺量在超过某临界值后会导致无侧限抗压强度略有下降。

(3) 玻纤土工格栅的抗拉强度

相对于抗剪和抗压强度，土体的抗拉强度一般非常小，在试验中很难进行准确测量。此外，大部分岩土工程问题都与土体的剪切破坏和压缩变形有关。因此，过去在土力学理论及工程实践中很少考虑土体的抗拉特性。但在实际工程中，土体由于经历干缩变形或差异沉降而发生张拉破坏并发育张拉裂隙的情况并不少见。张拉裂隙的存在会

极大弱化土体的工程性质，对边坡工程、水利工程、地基工程、道路工程、环境岩土工程等都会产生负面影响。

(4) 玻纤土工格栅的胀缩性

膨胀土吸水膨胀、失水收缩的特性可造成地基变形、建筑物不均匀升降或开裂等各种工程地质问题。国内外学者采取了各种物理、化学的方法对膨胀土进行改性，其中纤维加筋是其中一种。纤维可以有效抑制膨胀土的膨胀率，对膨胀性的抑制机理主要取决于纤维对土体变形的约束作用，当基体吸水膨胀时，纤维和基体的界面产生切应力，从而限制基体的进一步膨胀。研究表明: 膨胀土的收缩性随纤维掺量的增加而显著降低［46］。

(5) 玻纤土工格栅的渗透性

纤维的加入能增加试样的渗透系数，且渗透系数随纤维掺量的增加而增加。研究发现纤维加筋对试样的初始刚度没有明显影响，但渗透系数随纤维掺量的增加有增加的趋势。学者在研究中也得到了类似的结果，他们建议工程中纤维的最大掺量不宜超过0. 8%。

(6 )玻纤土工格栅的承载力

在一些道路工程中，纤维加筋被用于提高路基填料的力学性能，尤其在承载力方面，一些学者开展了针对性研究。使用纤维加筋技术对机场跑道路基进行改良，结果表明: 51mm 长的单丝聚丙烯纤维能显著提高跑道的承载力，能满足大型运输机C-130 的起降要求。Tingle试验结果显示纤维掺量越多，对路基承载能力的改良效果越明显。

（7）玻纤土工格栅与沥青混合料能够较好地相容。玻纤土工格栅在后处理时，每一根玻纤都涂上了专门针对沥青混合料而设计的材料，使其与沥青混合料有很好的相容性，确保玻纤土工格栅与沥青混合料牢固地结合在一起；经过此种处理的玻纤土工格栅能够抵抗各类物理磨损和化学侵蚀，抵御生物侵蚀和气候变化。

（8）由于玻纤土工格栅呈网状结构，沥青混凝土中的集料可以通过贯穿网状结构其中形成机械嵌锁，从而限制了阻碍集料的运动。因此沥青混合料在荷载的情况下就能够在产生较小变形的情况下达

到更好的压实状态，获得更高的承载力，具备更好的何在传递性能。

2 使用玻纤土工格栅的作用

玻纤土工格栅应用于沥青路面时的重要作用：

（1）抗疲劳开裂

沥青路面的承载能力在规定时间内不会发生疲劳破坏。根据柔性路面设计规范的规定，要求控制路表最大弯沉和层底面最大弯拉应力小于相应的容许值，保证路面不致产生过度的变形和开裂。对沥青路面荷载的受力得出分析，直接与车轮接触的路面层受到压力，在轮载边缘以外区域的，面层受到拉力作用，由于两处受力性质不同而又彼此紧靠，在受力区域的交界处因力的突变易使路面发生破坏，在长期荷载作用下发生疲劳开裂。玻纤土工格栅安置在沥青面层的下面层中，能在受力区域形成缓冲带，减少应力突变对沥青面层的破坏。同时玻纤土工格栅的低延伸率减小了路面的弯沉量，保证路面不发生过度变形。

（2）耐高温车辙

沥青路面在高温时具有流变性。夏季沥青路面层发软、发粘，在车辆荷载作用下受力区域产生凹陷，车辆荷载撤除后难以恢复至受荷前的状况，在车辆反复碾压作用下形成车辙。特别是在道路交叉口处，车辆在较软的沥青面层上停留等待交通信号，更易形成车辙。由沥青面层结构分析，可知，高温下沥青混凝土具有流变性，在车辆荷载作用下，造成沥青面层推移是形成车辙的主要原因。在沥青面层中的上面层与中面层之间使用玻纤土工格栅，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，防止了沥青面层的推移，从而起到抵抗车辙的作用。

（3）抗低温缩裂

严寒地区的沥青道路，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。因此提高沥青混凝土的拉伸强度是解决问题的关键。玻纤土工格栅在沥青面层的中面层中使用，使沥青混凝土的拉伸强度大大提高，可以抵抗沥青面层较大的冷缩拉应力而不致发生破坏。另外，即使局部区域产生裂纹、应力，经玻纤土工格栅的传递而消失，裂纹不会发展成

（4）延缓反射裂缝

许多道路铺覆了罩面层后，仍过早地出现与底层相似的裂缝，这种旧路面断裂处的原有裂缝扩展到或穿透到新路面的现象称为反射

裂缝。反射裂缝破坏道路表面的连续性，雨水进入底层，降低路面结构强度，使原有旧路面的问题延续到新路面中。反射裂缝产生的原因是路面无法承受因底层移动而产生的剪切应力和拉伸应力。底层移动可由交通荷载轮胎压力或热荷载膨胀和收缩引起。在沥青罩面层的下面层中加铺玻纤土工格栅，作为沥青混凝土增强材料，可抑制应力、释放应变，达到减少裂缝的目的。

实验表明，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6m。1.5m宽的加筋材料有助于确保能量在裂缝两侧完全消散。较小的宽度会导致应力水平扩展，在增强材料边缘垂直向上，使夹层的每一边形成较小的裂缝。因此，必须强调一点玻纤土工格栅作为延缓反裂缝产生的夹层，它的几何结构至关重要，横截面积足够大，应力分散也就愈充分。它的宽度必须超过改变了方向的应力能的极限，而其孔径必须有助于达到最佳剪切胶粘性，促进集料嵌锁与限制。

3 适用范围

沥青路面作为一种无接缝的连续式路面，行车平稳、舒适、噪声低及便于纵使等特点，在道路铺筑中可作为优先选择路面，但是其一些固有特性造成路面开裂、车辙、拥包等主要路面病害，影响了行车的舒适性、安全性和耐久性，一旦水分从裂缝中渗入，便加速路面、路基破坏。交通部颁发《公路土工合成材料应用技术规程》中指出路面防裂首推玻纤土工格栅，可减少或延缓反射裂纹的数量，减少沥青路面的车辙，适当提高半刚性基层的疲劳寿命，在道路工程中玻纤土工格栅主要用于以下几个方面：

（1)旧沥青混凝土路面严重开裂，加筋增强新沥青面层，防止病害。

（2)水泥混凝土路面改建复合式路面，抑制版块收缩缝等引起反射裂缝。

（3)道路拓宽工程，防止新老结合部不均匀沉降而造成裂纹。