浅议土工格栅在沥青混凝土路面中的应用.doc

浅议土工格栅在沥青混凝土路面中的应用市政与路桥民营科技2012年第3期浅议土工格栅在沥青混凝土路面中的应用张挺(本溪市城市建设设计研究院,辽宁本溪117000)摘要:为了减小沥青混凝土路面的病害程度,国内外都采取了不同的工程措施,如合理的设计,控制施工的质量等等.但沥青混凝土的病害问题依旧十分突出,城市公路同高速公路一样面临实际的重载化和超载的现象,而面层的剪应力,基层和底基层底部的拉应力和路基项部的压应力都随轴载的增加而增加,超载对沥青路面的早期破坏影响非常严重.另外路面的开裂也是很普遍的一种病害现象,国内外就此采取过许多方法进行防治,但仍然严重影响着车辆运行的安全性,舒适性.日益增长的经济建设对公路交通提出了越来越高的要求,围绕减少公路病害,提高公路寿命的研究为世界各国所重视.现主要分析土工格栅在沥青混凝土路面中的应用.关键词:土工格栅;沥青混凝土路面;应用1土工格栅在沥青混凝土路面中应用的可行性沥青路面的设计大修期为l5年,而目前我国的沥青路面往往810年就需要进行检修.以路面寿命30年计,资料表明这期间公路的维修费用几乎等于新建公路的投资.可见提高公路寿命,延缓检修期至关重要.为了减少病害,国内外都采用了改性沥青和SMA,但改性沥青和SMA路面两项新技术用于公路工程时仍存在缺陷:1.1它需要的专用设备和材料(优质骨料,改性剂,填料)一般地区难以具备,而且一次性投资较大,其要求的施工技术也比目前常规做法增加了不小的难度.随着国内外石油价格的上涨,两项新技术原已较高的成本又将增加.按2008年物价计算,SMA路面给公里成本需增加9.7万元,若与改性沥青同时应用则每公里约增加38.8万元,费用增加多少与是否采用国外原料,加工设备和不同改性剂有关;1.2从增加路面抗裂,防渗,隔离,扩散的机理来说,过分依赖于增加沥青结合料的弹性和粘结力,以及增大骨料强度与减少混合料空隙率的办法并不是最优的.因为沥青结合料的改性能使其抗拉,抗剪的力学性能增加,但幅度终究不会太高.另外其对路基承载力的改善也无能为力,反而要求更高;1.3沥青材料本身的日晒老化,高温软化,低温脆化,冲击疲劳等问题还有待解决.近年以来,各地也曾陆续开展了这方面的现场试验研究.得出了以下体会:公路病害治理要长,短期结合,标本兼治,路面和基层泡括路基)处理时要统一考虑,技术和经济要结合起来,采用新材料要有新技术配合.土工格栅具有高抗拉强度和模量,无长期蠕变且热稳定性好,表面经处置后与沥青相容性,材质的化学稳定性和网格嵌锁骨料的作用均较好.因此它铺在沥青混凝土面层下部或底面时,能使面层抗变形能力增强.同时由于它摊铺的面积一般较大,有时是在整路段全铺,面层上轮轴荷载带来的压力,次生弯拉应力,剪力以及温度拉应力就会在界面变形相容条件下转由它承担,并通过它在其覆盖范围内得到扩散,从而使面层抗疲劳强度获得提高,抗车辙及鼓包能力增强,同时还可减少弯沉值.可见土工格栅对提高面层的耐久性,防止早期破坏都有不可替代的作用,不能仅将其看成一中短期,临时,紧急抢救的被动工程措施.另外,应用土工合成材料的经济效益一直是影响其推广的关键问题.国内外的很多应用实例进行过经济效益分析,均认为具有明显的优越性,但目前推广起来仍有不小的阻力.通过造价分析后,从目前市场情况看,每平米造价增加75元对选用长丝非织造土工织物或覆有长丝织造土工织物的格网都绰绰有余.就维修情况分析,按现有有关工程实例提供的经验,当在面层下铺设合适的土工合成材料湘应施工技术要跟上1后,一般可推迟维修期1倍以上.这样在设计寿命(15年)内大约只需维修3次,大约节省维修费用为每平米350元:l50元.如果在整个使用寿命中将新建与维修在经费上统一考虑,工程质量责任由一家承包,那么即使在新建公路经费不增加的条件下,如果将采用土工合成材料节省的维修费用150元方米中取一半即75平方米,提前投入到新建时采用土工合成材料摊铺在新路面之下,那么不仅有可能使公路实际使用寿命达到设计要求,而且还可以同时达到延长维修期的双重目的,这在经济效果上将更显优越.2土工格栅在沥青混凝土路面中的作用2.1减少和延缓裂缝出现.目前,国内外的理论研究工作主要集中在裂缝扩展到半刚性基层与沥青面层之间时土工格栅所起的作用.塑料格栅和玻纤网抗拉强度高,刚度大,这类材料加入沥青混凝土结构层内部后,可全面提高路面材料强度与路用性能,并会改变路面结构的应力分布.沥青混凝土路面是沥青混合料经过拌和,摊铺,碾压形成的,在此过程中沥青胶浆不可能完全填充骨料间隙,尤其在基层顶面与沥青面层底面,由于摊铺时界面温差作用使沥青胶浆粘滞度增大而难以流动,形成长短不一的微裂缝富集区.当基层中的宏观裂缝扩展到沥青面层底部时,它将与微裂缝汇合,体现出桥联效应.同时,铺设土工格栅以后,裂缝的扩展角也有所增大,即裂缝会沿着更长的路径到达沥青面层表面,增加了延缓裂缝作用.2.2提高高温抗车辙能力.影响沥青混合料的高温稳定性的因素有很多,车辙是其具体表现形式之一,不仅影响行车的舒适性,严重时还会对交通安全有直接影响.欲提高沥青路面的抗车辙能力,可采取的措施有:1)改善沥青的品质,使其在高温下流动变形小,减少局部材料支撑能力的降低;2)保持矿料骨架的稳定性,避免其失稳.采取措施,也就是国内外学者研究较多的改性沥青,由于价格,施工因素的原因使我国大范围使用受到约束;而采用土工格栅却能在一定程度上起到措施的目的,当土工格栅加入沥青混合料后,它除能承担荷载应力的作用外,还可通过其网孔型结构的肋条将荷载应力传递给周围沥青混合料及肋条,这样局部承受的荷载得到扩散,从而减少了局部支撑能力的丧失.格栅每一个网肋的作用相当于独立的锚固点,限制了集料的位移,使格栅与沥青混合料件的相互作用不只是表面磨擦,从而保持了矿料骨架的稳定.2.3提高沥青路面的疲劳寿命.疲劳寿命就是在某一定荷载作用下,路面发生开裂破坏时所承受的该荷载的最大作用次数.路面在行车荷载的反复作用下,当荷载应力或应变超过路面的疲劳极限时,即产生疲劳破坏.疲劳的出现是在荷载作用下材料内部所存在的局部缺陷或不均匀质面产生应力集中,从而出现微裂缝.荷载应力的重复作用使裂缝逐步扩展,从而不断减少有效的应力面积,最终在荷载作用一定的次数后,路面彻底开裂而破坏.格栅的使用,使得沥青混合料内的颗粒位移受到均匀的限制,极大的减小了在荷载作用下混合料内部的应力集中程度,阻止了微裂缝的发展,能有效提高破坏强度和延长疲劳寿命.2.4减薄沥青层厚度一厚度效应.路面结构加铺土工格栅后,改变了结构的应力分布,在荷载作用下,由于格栅的共