土工合成材料在沥青砼路面中的应用
摘要：土工合成材料是以高分子聚合物为原料的新型建筑材料,广泛应用于土木工程中。土工合成材料种类很多,根据工程的不同需要,织物除制成布状以外,还可制成粗格架状的土工格、土工网和土工垫等多种形状,或者将上述织物组成复合材料。
关键词：土工合成材料，沥青砼路面，应用
随着我国经济的高速发展，人们对道路的使用功能要求越来越高，如何提高道路的使用功能就成为迫切的问题。在路面结构中添加其它材料以提高道路的使用功能，成为目前研究发展的方向。
土工合成材料是以高分子聚合物为原料的新型建筑材料,广泛应用于土木工程中。土工合成材料种类很多,根据工程的不同需要,织物除制成布状以外,还可制成粗格架状的土工格、土工网和土工垫等多种形状,或者将上述织物组成复合材料。土工织物中有一种透水的土工布,具有抗拉强度高、刚度大、耐久性好等特点。
土工网格分柔性网格和刚性网格两种,柔性网格的刚度较小,延伸性较大,如NetlonCE131、CE151等塑料网格,它们在路面结构内能够以较大的变形吸收应力,从而减小应力集中;刚性网格的刚度较大,如南京玻璃纤维研究设计院研制开发的G1011玻璃纤维网格,弹性模量达到67000MPa,这种网格能够依靠自身的刚度扩散荷载分布范围,且本身强度很高,能够承受较大应力.
沥青混合料是一种感温性较为敏感的路面材料,在高温情况下具有流变性能,受车辆反复碾压产生横向流动而形成车辙,据观察,在路面结构破坏之前,基层的永久变形对车辙影响很小。要防止这种路面破坏,主要是提高沥青混合料的稳定性、内摩阻力和横向约束力以增强沥青路面抵抗车撤变形的阻抗。
路面的网裂、龟裂除上述原因外,也有养护不及时,雨、雪渗入缝中和沥青老化,使裂缝加大,产生面层破坏。对于上述沥青路面破坏原因,我们采取的养护模式有补坑槽、罩面、单双表处等方法。如果沥青路面网裂面积很大,就得罩面。但罩面如应用热沥青,因粘度大不能渗入所有缝中,油量小盖不住裂缝,油量大则则又引起泛油,产生新的病害。如果应用乳化沥青,少则不起作用,多则流淌,效果也不理想。
严重龟裂的路面采用方法是挖补和单双表处,不但费用大,还影响美观。为了防止反射裂缝和网裂的发展,我们应用了土工合成材料。又引起泛油,产生新的病害。如果应用乳化沥青,少则不起作用,多则流淌,效果也不理想。
严重龟裂的路面采用方法是挖补和单双表处,不但费用大,还影响美观。为了防止反射裂缝和网裂的发展,我们应用了土工合成材料。将土工网格加入沥青砼路面结构层内部,可全面提高材料的强度与路用性能。
在我市中华北大街道路工程施工过程中，由于路面下雨水方沟埋深较浅，导致道路结构层不能正常碾压，于是在沥青面层下部，透层沥青上部，加铺土工格栅，型号为强士玻璃纤维土工格栅G1033，抗拉强度50KN，铺设位置为以雨水管道中心线为中心，东西两侧各铺2.5m。这一措施，不仅能使工程顺利进行，并且确保了基层与面层间的有效粘结，还大幅提高了道路的使用性能。工程竣工两年以来，无裂缝，无沉陷，各种道路常见病害均未发生。
路面平整度很好,未发生变形,只是面层出现严重网裂龟裂,如不及时养护,会使路面破坏。在这种情况下,无纺布养护是理想材料。
在涿州市北环路道路工程施工过程中，由于铁路箱涵引道为现状，所以铁路箱涵引道采用盖被处理方法。处理方法如下：
①加铺沥青混凝土前更换破碎板，采用同标号早强混凝土浇筑。
②修补和填封裂缝，凿平板块错台部位，压浆填封板底脱空，清除旧混凝土面层表面松散碎屑、油迹。
③剔除板缝中失效的填缝料和杂物，将缝内灰尘吹净，填入高标号水泥砂浆封缝。
④在旧混凝土路面凿毛，清洗干净，均匀喷洒改性热沥青透层油（0.4—0.6Kg/m2）,然后再铺设土工布；为使土工布浸透沥青后形成密封防水层，土工布应能充分吸收在旧路面喷洒的热沥青，并达到饱和，再洒布粘层油（0.4—0.6Kg/m2）。土工布的厚度≤2.0mm为宜，单位面积质量不大于200g/m2。并最后铺筑≥6cm厚粗粒式沥青混凝土和4cm厚中粒式沥青混凝土，总厚度必须≥10cm。
在铁路箱涵引道工程中采用铺设土工布，具有如下特点：
1、利用土工布增强土体的抗拉强度和抗变形能力，增强结构的稳定性，以改善土体质量。
2、有效的将集中应力扩散，传递或分解，防止土体受外力作用而破坏。
3、具有较高的抗拉强度和抗撕裂强度，以及良好的延伸性等物理力学指标，同时具有较高的耐生物、耐酸碱等化学稳定性。
4、防止上下层砂石、土体及混凝土之间混杂。
5、施工方便由于材质轻、柔，故运送、铺设、施工方便。
小结
(1)在有裂缝的基层顶面铺设土工网格,能够改变沥青层的温度应力分布,大幅度减小裂缝顶部沥青层的应力集中,从而阻碍裂缝的反射作用.土工网格模量的变化对沥青层的应力影响不大.裂缝处土工网格承受的拉应力较大,且随土工网格模量的增大而增加。
(2)土工网格的防裂作用实质是一种隔离功能，它分隔了有裂缝的基层和沥青面层，避免沥青层直接处于裂缝尖端的应力集中区域，而由网格本身承受较大的拉应力,从而阻碍了裂缝的迅速扩展.
3结论
通过对土工合成材料加强沥青砼路面结构的力学分析,本文得出以下结论:
1•当基层有裂缝时,车辆荷载与温度荷载会在裂缝处沥青面层内引起应力集中,主要是偏荷载作用下沥青层内的剪应力与降温引起的拉应力,这两者是引起反射裂缝的主要原因.在基层顶面设置土工网格,能够分隔有裂缝的基层和沥青面层,改变沥青层在荷载和温度作用下的受力状态,大幅度地减小裂缝处沥青层的应力集中,从而阻碍了反射裂缝的产生与发展.
2•土工网格的模量越大,沥青层裂缝处应力减小的数值越大,故对防止沥青层反射裂缝而言。设置玻璃纤维等刚性网格要比塑料网格等柔性网格更为有利，但土工网格模量增大，也会引起网格层承受的应力增加，只有在土工网格具有足够强度,不发生开裂破坏的前提下，使用模量较大的刚性网格才是有利的.总的来说。为防止基层裂缝对路面的不利影响，要求土工网格材料具有刚度小而强度高的特性。
3•基层没有裂缝时，土工网格设于不同层位对沥青层内的应力影响是不同的，分析表明土工网格设置于沥青层底部时能使沥青层底部拉应力减小，压应力增加，路面处于较为有利的应力状态。
4•无论基层有无裂缝,设置土工网格都能使沥青层表面弯沉减小，而且土工网格模量越大，设置层位越靠近表面，沥青层表面弯沉减小的幅度越大.
5•通过应力位移分析表明，设置土工网格栅能够减小应力集中，增加路面整体刚度，减少和延缓反射裂缝产生，控制路面开裂,延长路面使用寿命。
总之，土工合成材料在黑色路面养护上具有一定的适应性，也是黑色路面施工和养护的一种新材料。土工织物在公路上应用量比较广泛，还可以用于桥头跳车、软土基、边坡等领域,是一项新型筑路养路材料。
参考文献：
1. 曹东伟，郝大力，韩瑞民《土工网格加强沥青砼路面的力学分析》
重庆：重庆交通学院学报2000年
2. 王爱军赵维启《土工织物在沥青路面养护中的应用》
北京：公路交通科技1998年