玻纤土工格栅在公路工程中的应用

一、前言
　　随着公路的大规模修建，常遇到软土、膨胀土等特殊土施工难、质量控制不宜把握等问题，而土工合成材料的应用，在一定程度上解决了土木工程建设问题。所谓土工合成材料，是各种合成纤维织物的统称，包括土工格栅、土工网、土工薄膜及土工席垫等。其中，土工格栅具有抗拉强度高，变形模量大，耐腐蚀、抗老化，与土颗粒之间的摩擦系数大、连锁作用强、加筋效果好等特点，将土工格栅埋至土体内，作为地基的加固补强材料，可增强地基的承载力。同时，通过约束土体的侧向剪胀变形，可改善土体的整体受力条件，提高土体的整体强度和土工构筑物的整体稳定性，因此，玻纤土工格栅在公路建设中有着独特的应用前景。
　　二、玻纤土工格栅的特性
　　玻纤土工格栅是以无碱玻璃纤维网布为基材，经表面涂覆处理而成的半刚性制品。玻纤土工格栅的优异性能特点如下：
　　1.高抗拉强度、低延伸率：玻纤土工格栅是以玻璃纤维为原料。超越了其它纤维和金属。同时它模量很高，而玻璃纤维的强度较高。具有很高的抗变形能力，断裂延伸率小于3%。
　　2.无长期蠕变：玻纤土工格栅作为增强材料。这保证产品能够临时坚持性能。 具备在临时荷载的情况下抵抗变形的能力即抗蠕变性是极为重要的玻璃纤维不会发生蠕变。确保了玻纤土工格栅能够长期保持性能。
　　3.热稳定性：玻璃纤维的熔化温度在1000℃以上，而在28℃下不会发生任何改变，保证了玻纤土工格栅在摊铺作业中承受过量热的稳定性。
　　4.与沥青混合的相容性：玻纤土工格栅在后处理工艺中涂覆的资料是针对沥青混合料设计的每根纤维都被充分涂覆。从而确保了玻纤格栅在沥青层中不会与沥青混合料产生隔离，与沥青具有很高的相容性。而是牢固的结合在一起。
　　5.物理化学稳定性：经过特殊后处理剂进行涂覆处理。保证其性能不受影响。 玻纤土工格栅能够抵抗各类物理磨损、化学侵蚀、生物侵蚀和气候变化。
　　6.集料嵌锁和限制：由于玻纤土工格栅是网状结构。这样就形成了机械嵌锁。这种限制阻碍了集料的运动，沥青混凝土中的集料可以贯穿其中。使沥青混合料在受荷载的情况下能够达到更好的压实状态，更高的承重能力，更好的荷载传送性能及较小的变形。
　　三、玻纤土工格栅在公路工程中的应用
　　（1）玻纤土工格栅在路基加固及软基处理中应用
　　城市道路的新建及大修，主要考虑路基的稳定和沉降两大问题。一般无加筋路堤，在较厚的软土层上为圆弧滑动或冲切式沉降导致破坏；在薄层软土层上，则为侧向挤出破坏。道路通过软土地基时，一般简单的处理方法是换土或在软土地基上铺一层砾石或碎石后压实。换土法费工费料，不经济。铺碎砾石在压实后，有限的粒料被挤入软基土中，土料相混，降低了材料强度，路面在行车作用下仍易出现沉陷。随着土工合成材料研究的不断深入，大家发现采用玻纤土工格栅不仅能够解决软土地基稳定性的问题，还可以有效的减少路基填土后引起的不均匀沉降。把玻纤土工格栅直接铺设在软基上，再铺以粒料基层，这样不但能保证粒料与地基土不相混和而且格栅与粒料间的咬合作用得到了进一步加强，基层具有抗拉强度，从而提高了软土地基的承载能力。
　　使用玻纤土工格栅的经济效益在于：降低了对填筑材料的要求，当符合设计要求的填筑材料较远，则就近的砂性填筑材料加铺土工格栅后就能满足设计要求；减少填筑工程量；降低土方填筑碾压成本。
　　（2）玻纤土工格栅在防止反射裂缝方面的应用
　　在旧的水泥混凝土路面和旧的沥青混凝土路面上加铺沥青面层，是一种常用的路面修复技术。它具有工期短、造价低、对交通影响小、修复路面服务性能好等优点。但其主要问题是在沥青加铺层中容易出现反射裂缝，即沥青面层在使用中由于温度收缩、行车荷载及路基局部沉降形成的横向裂缝和纵向裂缝，且裂缝宽度随时间增长会逐渐增大，影响路面使用效果。按常规的处理方法，需切割面层，清除基层，再重新摊铺面层，施工工序复杂，经济效益较差。设置玻纤土工格栅是延缓反射裂缝的主要措施之一，在沥青面层中加铺玻纤土工格栅防裂层后，能有效降低沥青面层内裂缝尖端的应力强度因子幅值，改变沥青层表面的应力分布，提高抗疲劳性，进而是裂缝不会很快扩展。有关试验表明铺设玻纤土工格栅防裂层后，面层抗疲劳荷载的能力比未铺设玻纤土工格栅防裂层的抗疲劳荷载能力提高10倍以上。同时铺设玻纤土工格栅防裂层能减少路基的温度收缩和水分收缩，延缓反射裂缝扩展时间。采用玻纤土工格栅处理，不需要破坏路面结构，施工迅速，使用效果和经济效益明显。
　　四、玻纤土工格栅作用机理
　　玻纤土工格栅应用于道路结构层中，主要有抗疲劳开裂、路基加固和防止反射裂缝等方面的作用，其作用机理如下所述：
　　（1）抗疲劳开裂的作用机理
　　 沥青路面必须具有一定的承载能力，在规定时间内不能发生疲劳破坏。沥青路面在直接与车轮接触的下面层受到压力，在轮载边缘以外区域，受到拉力作用，由于两处受力区域所受力性质不同，而又彼此靠近，因此在两块受力区域的交界处发生破坏，在长期荷载的做用下，发生疲劳开裂。
　　玻纤土工格栅在沥青面层中，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，减少了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少了路面的弯沉量，保证了路面不会过度变形。
　　（2）路基加固和防止反射裂缝作用机理
　　玻纤土工格栅通过两个重要机理作用于路基加固和防止反射裂缝：直接抗拉应力及固限土的侧向位移。对于加入玻纤土工格栅的沥青混凝土，玻纤土工格栅的网孔结构使玻纤土工格栅对网孔内的沥青混合料起了一个筋篐作用。因此，当沥青混凝土结构层底部的基础在荷载的作用下，出现裂缝并延伸到玻纤土工土工格栅处时，土工格栅的存在改变了裂缝尖端的受力情况，使裂缝处的张开变形受到限制，从而起到加固路基抑制裂缝向上发展的作用。
　　玻纤土工格栅网孔结构的稳定性由于与沥青混合料相互填充而得到加强，玻纤土工格栅本身较高的抗拉强度则是抑制张开变形的主要因素。加入玻纤土工格栅的沥青混凝土可以有效的改善路面结构的应力分布，抵抗和延缓由于路基裂缝所造成的路面病害的发生，使沥青混凝土结构层在较长时期不发生因张力变形引起的受荷破坏，与未加玻纤土工格栅的沥青混凝土机构层相比，使用玻纤土工格栅可以大大提高路面的使用寿命。
　　五、结束语
　　在城市道路中使用玻纤土工格栅，综合造价低、养护维修费用低，社会效益明显，施工工艺容易掌握，具有广泛的应用价值。如果我们能够在新建和养护工程中大面积使用，就可以大大节省资金，提高公路施工质量，做到国家基础建设的资金合理利用，发挥其最大效益。