土工合成材料应用技术介绍

一、土工合成材料应用技术（1.5）工程概XX市XX大街--XX大道快速通道工程全长5.35km，采用全程高架设计，地面辅道及主桥桥梁引道、匝道引道的中、下层沥青混凝土间设计采用了土工合成材料玻璃纤维格栅（GG4040）。2、应用情况XX市XX大街--XX大道快速通道工程主桥引道、全线上下匝道桥引道及地面辅道沥青混凝土中、下面层间设置路面增强格栅处理，下面层顶面喷洒粘层油后铺设GG4040型玻纤格栅，在玻纤格栅铺筑搭接可靠后用轮胎压路机慢速碾压。玻纤格栅横、纵向断裂强度不小于40kN/m，断裂伸长率不大于4%，网格尺寸12.7×12.7m，幅宽2m。本段玻纤格栅使用面积342480m2。土工格栅加筋沥青路面的主要功能，是控制车辙、反射裂缝和疲劳裂缝，不同类型格栅性能显著不同。3、技术特点及应用机理土工格栅是以高强度玻璃纤维为材质，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0.8-1.0），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。根据设计要求在沥青混凝土中、下面层之间铺设了土工合成材料玻璃纤维格栅（GG4040）。下面层沥青混凝土施工完成并喷洒PCR改性乳化沥青粘层油后铺设幅宽2m的GG4040型玻纤格栅。3.1减缓反射裂缝防止和控制反射裂缝是沥青罩面层设计的重点。沥青混凝土受荷载作用，在遭破坏前，参与承载的高度是整个沥青混凝土厚度，当路面破坏时，沥青混凝土面层底部出现裂缝，继续受荷，裂缝由底部向上逐渐扩展，参与承载的厚度逐渐减少，导致路面所能承受的荷载逐渐减少，而裂缝逐渐延长。沥青混凝土底部张开变形逐渐增大，直到断裂，此时路面底部变形与裂缝长度成比例发展。由于玻璃纤维格栅的模量可达到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。而玻璃纤维格栅的网状结构，是网格对网孔的混合料起了固定作用。试验表明，加筋的沥青混合料试件其抗裂能力比未加筋试件高2倍以上。因此，当路面底部在荷载作用下出现裂缝并延伸到格栅处时，格栅的存在改变了裂缝尖端的受力情况，使裂缝处张开变形受到限制，从而抑制裂缝向上发展。3.2抗疲劳开裂在旧水泥路面上铺筑一层沥青层后，再铺设玻璃纤维格栅，再铺筑上层沥青层，由于玻璃纤维格栅上下层均为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受力突变处容易发生破坏，在长期荷载作用下发生疲劳开裂。玻璃纤维格栅在沥青罩面层中，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，在这里应力逐渐变化而不是突变，减少了应力突变对路面的破坏。同时，玻璃纤维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度变形。3.3耐高温车辙沥青混凝土在高温时具有流变性，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，即产生了塑性变形，在车辆反复碾压的作用下塑性变形不断积累，形成车辙。在沥青中下面层间使用玻璃纤维格栅，在其沥青层中起到骨架作用。沥青混凝土集料贯穿于格栅间，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。3.4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，产生裂缝。玻璃纤维格栅在沥青层中的应用，使得沥青层拉伸强度大大提高，可以抵抗住较大的拉应力而不致破坏。另外，即使局部沥青混凝土发生裂纹，使使裂纹发生处的过于应力集中，但经玻璃纤维格栅的传递应力逐渐消失，裂纹不再会发展成裂缝。4、玻璃纤维格栅施工工艺4.1处理旧路面在玻璃纤维土工格栅铺设施工前，先对旧路面病害进行处理，并用机械铣刨拉毛，对旧路面裂缝、坑槽进行封缝、补坑处理，并将路面清理干净，进行交通管制。4.2浇洒粘层沥青为了使玻璃纤维格栅与旧路面或沥青层间具有良好的粘接力，并能满足沥青机械化摊铺的需要，必须浇洒粘层沥青。浇洒粘层沥青后，先摊铺下层沥青混凝土，待下层沥青混凝土温度降低至50℃时，开放交通，再浇洒粘层沥青，待粘层沥青凝固前，应当进行玻璃纤维土工格栅的铺设，然后在玻璃纤维格栅上适量均匀撒一些沥青砂，并用轻型钢轮压路机进行适当碾压。4.3玻璃纤维土工格栅的铺设玻璃纤维土工格栅通常用钉子固定。固定所需材料为：1)、直径约为φ30mm，厚度为0.5mm的铁皮，要求平整不翘角；2)、钢钉或射钉。钉子固定法铺设玻璃纤维格栅时，先将一端用铁皮和钉子用锤击固定在已洒布粘层油的下层结构上，再将格栅纵向拉紧并分段固定，每段长度为3-4m，对于旧水泥混凝土路面，可按接缝间距分段，钢钉位置设于接缝处。要求格栅拉紧时玻璃纤维格栅纵横向均处于张紧状态。玻纤格栅纵向接头搭接距离不小于30cm，横向搭接距离不小于15cm。纵向搭接应根据沥青摊铺方向将前一幅置于后一幅之上。4.4铺筑沥青罩面层并碾压成型沥青混合料的摊铺必须在确认玻纤格栅铺设良好并能满足沥青混合料摊铺进度后方可进行。在玻纤格栅上摊铺沥青混合料时，沥青层最小厚度为5cm。沥青混合料的拌制、运输、摊铺、碾压均应满足现行技术规范的要求。4.5施工注意事项1)、接触自粘式玻纤格栅时，工人必须带手套；2)、当玻纤格栅铺过路表障碍物时，须用刀切断妨碍此位置的土工格栅；3)、铺设玻纤格栅时不许出褶，因此在铺设的过程中，必须有足够的拉力；4)、铺设并碾压后，只允许施工车辆或紧急车辆在其上行走，但应保证不因车辆的转弯或刹车对土工格栅造成破坏；5)、已铺设的土工格栅的路面，必须当日完成铺设沥青混合料的工作，面层沥青最小厚度应大于40mm。5、质量保证措施1)、严格按照施工方案及设计要求组织实施；2)、根据施工方案在开工前进行技术交底，对影响工程质量的各种因素，各个环节，首先进行分析研究，实现有效的事前控制；3)、加强对玻璃纤维格栅材料质量的控制，其技术指标必须满足设计要求。4)、派专职质量检查员对旧路面的修复，裂缝、坑槽的处理，路面的清理情况等进行全面检查和验收。5)、玻璃纤维格栅在铺设时认真做好施工记录，并加强铺设期间的质量控制，尤其要注意玻纤格栅的固定及张紧程度必须满足要求。6、施工照片铺装玻璃纤维格栅玻璃纤维格栅7、应用成效、体会及效益分析玻璃纤维格栅因其优良的化学和力学性能，用于沥青路面的加筋能有效抵抗和延缓反射裂缝，提高路面的使用寿命。增强沥青路面的整体强度，阻止反射裂缝的扩展，提高沥青路面的抗疲劳性能。加筋玻纤格栅的路面结构在保证工程质量的前提下，可以相对减小路面的结构厚度，从而降低建设成本，还能减少养护费用，进而提高了道路运行的综合效益，值得大力推广。使用玻璃纤维格栅加筋沥青路面能延缓和抵抗反射裂缝，提高路面使用寿命，减少养护费用，具有良好的经济效益。具体分析如下：玻纤格栅加筋