浅谈玻纤土工格栅在道路工程中的应用
时间：2022-10-25 05:11:50
摘要：玻璃纤维土工格栅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。由交通部颁发的《公路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，可减少或延缓裂纹反射的数量，减少沥青路面的车辙，可适当提高半刚性基层的疲劳寿命。在处理沥青路面反射裂纹应用上，已成为不可替代的材料。
关键词：玻璃纤维土工格栅；性能；加筋；反射裂纹
0 引言
玻纤土工格栅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。我单位近几年在天津港区以及滨海新区许多道路工程施工中开始广泛使用玻纤土工格栅，特别是南港路改造工程中使用玻纤土工格栅取得了很好的效果。
1. 常用玻纤土工格栅的型号和主要成分
目前常用的玻璃纤维土工格栅有固定型和自粘型两种，玻璃纤维土工格栅以玻璃纤维无碱无捻粗纱为主要原料，采用一定的编织工艺制成的网状结构材料，为保护玻璃纤维、提高整体使用性能，经过特殊的涂复处理工艺而形成新型优良的土工基材。
玻璃纤维的主要成份是氧化硅、是无机材料，其理化性能极其稳定，具有经、纬双向很高的抗拉强度和较低的延伸率、模量高（>30-100KN/m，断裂延伸率小于百分之三），并具有耐高温、耐低寒（-100--+280度）抗老化、耐腐蚀（设计使用寿命120年，地下）等优良性能，无长期蠕变；热稳定性好；网状结构使集料嵌锁和限制；提高沥青混合料的承重能力。因表面涂有特殊的改性沥青使其具有两重的复合性能，既有玻璃纤维的优异性又有与沥青混合料的相熔性，极大地提高了土工格栅的耐磨性及剪切能力。广泛应用于沥青路面、水泥路面及险坡防护、松软地基处理、加筋土挡墙工程及一些高承载力的结构中和铁路路基、堤坝护坡、机场跑道、防沙治沙等工程项目。
2.1 在软土基及路基中的应用
在软土基中采用玻纤土工格栅进行加筋处理，它的网状结构有利于软土基的排水，在路堤填土荷载下，软土中的水份渗出，促使软土固结，土基承载力提高。软土基与玻纤土工格栅共同作用形成嵌锁体系，受到车载时，玻纤土工格栅收拉，路中心轴处竖向应力减少，两侧竖向应力加大，从而使基底的竖向应力趋于均匀。在路基中，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。
2.2 在旧水泥砼路面改建复合式路面中的应用
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。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。加铺土工格栅后，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。
2.3在新建沥青混凝土路面中的应用
在半钢性基层上面使用可以加筋增强防止基础裂纹反射而引起的路面裂缝。在沥青面层中的上面层与中面层之间铺设玻纤格栅，其在沥青面层中起到骨架作用。沥青混凝土中的集料贯穿于格栅间，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约束力，沥青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。并可以提高面层抗拉强度，可以抵抗住较大的拉伸应力而不致发生破坏。当路面局部区域产生裂纹，在裂纹发生处的应力集中，经玻纤格栅的传递而消失，裂纹不会发展成裂缝。
沥青路面在设计的使用时间内不得发生疲劳破坏，因此路面必须具有一定的承载力。路面在直接与车轮接触的区域受到压力，在荷载边缘以外的区域受到拉力，因两块受力区域所受力的性质不同，而又彼此依靠。因此在两块受力区域的交界处，即在力的突变处容易发生破坏。在车辆荷载的长期反复作用下，发生疲劳裂缝。在沥青面层中铺设玻纤格栅，能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，减少应力突变对沥青面层的破坏。利用材料的高抗拉强度和低延伸率，减少路面变形，提高路面承载能力，从而提高沥青路面的抗疲劳寿命。
在沥青面层中铺设玻纤格栅，利用材料的高抗拉强度和低延伸率，分散应力，阻止裂缝向路面延伸，从而防止底层裂缝向路面反射。 3 玻纤格栅的施工和质量控制
3．1 材料要求
在路基以及旧路改造时玻璃纤维土工格栅可使用固定型和自粘型，铺设在沥青混凝土层内的玻纤格栅必须使用涂设背胶具有自粘性质的玻纤格栅。具体选择可根据图纸要求参考下表：
值得注意的是铺设在沥青混凝土层内的玻纤格栅玻纤格栅的网孔尺寸宜为12．5 mm× 12．5 mm至25 mm×25 mm，通常不小于其上铺筑的沥青面层材料的最大粒径，网孔形状为正方形。格栅应在洁净无尘、干燥的条件下遮盖保存。 玻纤格栅的单位面积质量应小于300 g／m ，玻纤格栅的厚度过厚易导致上下层结合不好而出现剥离现象。格栅应与沥青混合料有良好的粘结力，能承受施工车辆及摊铺机等运行而不变形。 3.2在路基工程中铺装玻纤土工格栅的施工工艺
土工格栅在平整的下承层上按设计要求的宽度铺设，其上下层填料无刺坏土工格栅的杂物，铺设土工格栅时，将强度高的方向垂直于路堤轴线方向布置。土工格栅横向铺设。铺设时绷紧，拉挺，避免折皱、扭曲或坑洼。土工格栅沿纵向拼接采用搭接法，搭接宽度不小于20cm。铺好土工格栅后，人工铺设上层填料，及时完成碾压，避免长期暴晒。然后采用机械运料、整平、碾压。机械摊铺、碾压从两边向中间推进，碾压自两边向中间进行，其压实度保持达到规范要求。
杜绝一切施工车辆和施工机械行驶或停放在已铺好的土工格栅上，施工中随时检查土工格栅的质量，发现有折损、刺破、撕裂等损坏时，视程度修补或更换。
3.3土工格栅在旧水泥路面改造工程的施工工艺：
3.3.1在清扫干净的水泥混凝土路面上用小型沥青洒布机按0.5/喷洒粘层乳化沥青；
3.3.2在大气温度10℃以上，路面不潮湿时喷洒粘层乳化沥青； 3.3.3在喷洒粘层乳化沥青后，待粘层沥青已破乳时开始进行土工格栅铺设。铺设完土工格栅后，用轻型胶轮压路机在其上作适度碾压，以确保土工格栅与原路面有良好的粘接。
3.3.4采用土工格栅铺筑设备，人工一次摊铺土工格栅。对不平整处，应用摊杆推平，如遇到弯道，应将弯道内侧的土工格栅用剪力裁开，然后将一侧推平，涂刷沥青，再将另一侧叠盖搭接，铺设时应保证平顺并使纵横向张紧。 3.3.5一卷土工格栅摊完后，再喷洒另一幅土工格栅的粘层沥青。铺设时土工格栅的搭接：纵向距离不小于15 cm，横向距离不小于10 cm；要在前一幅摊好的土工格栅上补洒20 cm的沥青带，然后再摊铺第二幅土工格栅。按此铺摊的工艺顺序直到半幅路面的土工格栅铺满，并超出半幅路面宽度20 cm，以便与第二幅路面的土工格栅搭按。
3.4在沥青面层中铺设玻纤格栅
固定型玻璃纤维土工格栅增强沥青混凝土路面，通常采用锚固法，此法采用的材料及程序如下：
3.4.1 50×50×0.3mm 的固定铁皮，要求平整不翘角，周边宜倒角处理，2英寸钢钉（优质水泥钉）。
3.4.2粘层油宜选用改型乳化沥青或AMP-PS铺适反应型防水粘结材料沥青，粘层油的规格及质量应符合条例《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004。
3.4.3钉子固定法铺设玻纤土工格栅时，先将一端用固定铁皮和钉子固定在已洒布粘层沥青的下层结构上，钉子可用锤击或射枪射入，再将格栅纵向拉紧并分段固定，每段长度2～5m，对于水泥混凝土路面，可按缩缝间距分段，钢钉位置设于接缝处，要求格栅拉紧时纵横向均匀处于挺直紧张状态。
3.4.5用胶轮压路机碾压。
3.4.6钉子固定位置如图所示，格栅搭接距离为：纵向搭接距离 10～20mm,横向搭接距离 10～15mm,纵向搭接应根据沥青摊铺方向将前一幅置于后一幅之上。3.4.7固定时不能将钉子钉于玻纤上，也不能用锤子直接敲击玻纤，固定后如发现钉子断裂或铁皮松动，则需予以重新固定。3.4.8/为防止施工车辆的轮胎将玻纤格栅和粘层粘起来和沥青混凝土摊铺机轮打滑的现象，应在粘层油表面撒石屑，用量为3立方/1000平方～5立方/1000平方 ，大气温度低于10 ℃或路面潮湿不得施工。 3.4.9玻璃纤维土工格栅铺设完毕后，严格控制运送混合料的车辆出入，在格栅层上禁止车辆急转向、急刹车和倾卸混合料脚料，以防止对格栅的损伤。有铺设格栅的同一天，必须在当天铺放所有玻璃纤维土工格栅上盖上沥青混凝土，防止来往车辆对玻璃纤维土工格栅直接造成损伤。1。
3.5施工注意事项
3.5.1纵向平整度、横向路拱的坡度与平顺性均匀符合设计标准，若达不到标准，应在加铺之前作处理。3.5.2加铺前对路面承载能力进行评定，若承载能力达不到标准，或水泥混凝土路面有板底脱空现象，均应作增强处理，水泥混凝土路面的接缝与裂缝应事先清理、填充。3.5.3原有路面及基层表面有局部放松、坑洞及扩散型裂缝，应事先修补、填塞，以保持表面状况完好。3.5.4原有路面表面应冲洗干净，消除尘土、松散颗料及杂物。 3.5.5接触自粘式玻纤格栅时，工人必须戴手套。 3.5.6当自粘式玻纤格栅铺过路标障碍物时，须用刀切断妨碍此位置的玻纤格栅。 3.5.7铺设自粘式玻纤格栅时不允许出褶，因此在铺设过程中，必须有足够的拉力。 3.5.8不宜一次铺设太长的玻纤格栅，一次铺设的路线长度以满足一天沥青面层需要的工作面数量为宜，以免因下雨、降温等天气变化引起路面潮湿、降温，从而导致玻纤格栅与路面失去粘结力而翘起。
3.5.9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玻纤格栅造成破坏。已铺设的玻纤格栅的路面，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40毫米。
结 语
玻纤土工格栅近年来发展迅速，其施工工艺容易掌握，具有轻作业性，施工质量完全可控。从成本的角度看，铺设玻纤格栅投入很少。目前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。可以明显延长沥青路面使用寿命，加拿大AM大学的Texas交通学院用其特有的罩面试验仪对玻纤土工格栅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。澳大利亚新南威尔士州伍伦贡市政局曾对玻纤土工格栅、聚丙烯土工格栅、土工织物及厚沥青混凝土罩面层等控制反射裂缝的产品进行了现场对比试验，结论是玻纤土工格栅铺设方便，控制反射裂缝效果最为显著，且造价适中，因而建议推广应用。
参考文献：
[1]JTG F40―2004公路沥青路面施工技术规范．北京：人民交通出版社，2004[2] JTJ0036―98公路改性沥青路面施工技术规范．北京：人民交通出版社．1998． [3] JTJ／T 0l9―98公路土工合成材料应用技术规范．北京：人民交通出版社，l998
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
