玻纖格柵在改造舊水泥混凝土路面中的應用研究

盧愛民

摘 要：玻纖格柵作為近年來開發的新型土工合成材料，由于其具有較強的抗拉強度、較高的彈性模量和與瀝青混凝土相容性好等特點，已逐漸應用于舊水泥混凝土路面改造工程中。本文對玻纖格柵增強路面混凝土結構強度、延緩和減少裂縫產生的機理進行了總結與分析。

關鍵詞：玻纖格柵；瀝青加鋪層；反射裂縫

中圖分類號：U416 文獻標志碼：A

Abstract：Glass fiber geogrids as a newly developed geosynthetic materials has been gradually used in the old cement concrete pavement reconstruction project，thanks to its harder tensile strength， higher elasticity and better compatibility with HMA . This paper summarizes and analyzes the mechanism that glass fiber geogrid reduces and delays the cracks， strengthens concrete pavement structure.

Keywords： Glass Fiber；Geogrid Aphalt Overlay；Reflection Crack

0 引言

我國目前有大量的舊水泥混凝土路面不能滿足使用要求，亟待修復改造。加鋪瀝青面層改造舊水泥混凝土路面是當前普遍應用的路面工程改造技術，其不僅能夠有效地降低工程造價，而且施工過程較短不會對交通運輸形成較大的干擾，能夠很好地增強路面的性能。然而其中也存在些許的弊端就是瀝青加鋪層易發生反射裂縫。反射裂縫對瀝青加鋪層的使用性能影響較小，在外部惡劣的環境中能夠加速裂縫的發展，從而降低了瀝青加鋪層使用壽命。如何防止、延緩原有水泥混凝土路面的接縫和裂縫在加鋪層結構中的反射是比較棘手的問題。目前用于防治反射裂縫的措施很多，使用較廣的方法是在瀝青加鋪層和舊水泥混凝土路面之間添加一層加筋夾層。玻璃纖維格柵（glass geogrid）主要是基于玻璃纖維的層面上構制而成的平面網格狀材料。其具備較強的抗拉力、較高的彈拉性、較好的抗熱性、較好的防腐性、較低的延展性、穩定的化學性、良好的融合性、較強的約束性等；開始廣泛的運用在了道路工程中。

1 玻纖格柵延緩反射裂縫作用機理

將瀝青層應用到舊水泥混凝土路面上是一種獨特的路面結構形式，其應力、應變特性原理與一般彈性層狀體系差別較大。由于存在接縫、裂縫，舊水泥混凝土板塊作為基層的整體強度將降低，在外界壓力的推動下促使瀝青混凝土加鋪層處于復雜的三維應力狀態。車輛行駛通過不連續的舊水泥混凝土板體時，由于接縫、裂縫兩側相鄰板塊產生豎向位移差，瀝青混凝土加鋪層中出現較大的剪切應力，然而隨著外界負荷壓力生成的剪切應力就會形成荷載型反射裂縫。瀝青加鋪層溫度應力主要是瀝青混凝土路面隨著氣候的變化而變化，使得瀝青加鋪層和舊水泥混凝土面板因收縮膨脹而出現裂縫。由于舊水泥混凝土路面接縫部位的應力不均勻，瀝青加鋪層自身具有一定的應力，一旦進入寒冷季節瀝青混凝土加鋪層在接裂縫對應處的拉應力增加而形成裂縫，從而出現溫度型反射裂縫。

瀝青加鋪層設計的關鍵任務是對瀝青加鋪層厚度進行設置，對于瀝青加鋪層厚度設計的主要目的是為了抵抗行車荷載、避免反射裂縫。舊水泥混凝土面板在基底層的剛性較強，然后增設瀝青加鋪層與舊水泥板的復合路面結構，促使其強度能夠符合規定的標準，能夠很好地防范反射裂縫的出現。舊水泥混凝土板塊+找平層+玻纖格柵加筋層+瀝青混凝土面層這種復合路面結構中，通過這種復合型路面結構形式來延緩裂紋的形成、避免路面出現痕跡、增加路面使用期限。

玻纖格柵的顯著特點為物理化學性能穩定、耐高溫、嵌鎖與限制作用強、抗拉強度高、延伸率低、與瀝青混合料的相容性好、無蠕變等特點，其關鍵是為了能夠將軸載有效的傳遞出去，便促使反射裂縫應力從垂直方向轉變為水平方向，這樣既能增強瀝青結構層的性能，還能很好地促進瀝青結構層的抗拉力，可促使拉應力不斷的擴散到更大的空間中，使得結構層的徐變程度有所減緩，從而很好地預防路面裂縫的發生，類似于鋼筋混凝土中鋼筋所起到的作用。使用玻纖格柵可有效地改善路面結構應力分布，增強瀝青混合料的整體抗拉強度，可有效地防止因路面負荷壓力增大而形成裂縫，繼而大大的增強道路的使用效率。

通過大量的工程研究顯示，玻纖格柵加筋層的有效使用可很好地減輕因負荷量、外界氣溫、地基脫空等造成的問題，不僅能夠精簡加鋪層厚度，還能夠極大的降低成本的投入。將玻纖格柵應用到加鋪層中，隨著模量的增大其效用也在不斷地增加，然而由于瀝青混合料內部的應力較大，因此玻纖格柵應該具備更高的強度，通常將格柵模量設置在4000MPa～6000MPa為最佳。當舊路面有著較高的整體性、裂縫成均勻分布狀態時，可應用接裂縫區局部鋪加夾層的方法，才能很好地對其進行修復。

2 玻纖格柵在瀝青加鋪層中的作用

玻纖格柵是一種用于路面增強的優良土工合成材料，其具備較低的延展性、較高的抗拉性，且存在抗熱性、抗冷性、抗氧化、抗侵蝕等優良性能，可將其運用到改造舊水泥混凝土工程實踐中。 玻纖格柵在瀝青加鋪層中能起到延緩反射裂縫、抗低溫收縮開裂、耐高溫車轍等作用，具體如下：

2.1 減緩反射裂縫

在舊水泥混凝土道路上加鋪瀝青混凝土，瀝青加鋪層反射裂縫是由于瀝青加鋪層內出現應力集中所造成的（舊混凝土面層裂縫周圍出現一定較大的應力），其主要有：水平位移因外界的溫差變化導致的、豎向剪切位移因外界負荷壓力導致的兩種；水平位移導致瀝青加鋪層內出現較集中的拉應力（對應舊水泥板接縫或裂縫上方的瀝青加鋪層），豎向位移導致瀝青加鋪層經受較大的彎拉應力和剪切應力（對應舊水泥板接縫上方的瀝青加鋪層）。在瀝青加鋪層中加鋪玻纖格柵夾層，其作用是抑制裂縫，有效的降低拉應力，能夠有效的增強加鋪層結構的性能和增強瀝青混合料整體強度方面效果明顯，起到減少裂縫的目的。通過足尺疲勞測試結果顯示，當路面的結構層與厚度相一致時，便可利用玻纖格柵來增強加鋪層的抗應力效果。

2.2 抗低溫收縮開裂

在舊水泥混凝土道路上加鋪瀝青混凝土，瀝青混合料面層暴露在空氣中，表面溫度與外界溫度相差無幾。然而在寒冷季節瀝青混合料就會發生收縮形成較大的拉應力，在經過較高的負荷壓力后會促進拉應力的上升，當瀝青混合料的拉應力超過其自身的抗拉力就會產生裂縫，而且拉應力在裂縫兩側的更強，由于歲月的積累裂縫便不斷地擴大。而在瀝青加鋪層中應用玻纖格柵能夠極大的增強抗拉力，可以更好的抑制路面的拉應力避免表面出現裂縫，一旦路面某一部位出現裂痕時，可利用玻纖格柵對拉應力進行有效的約束，避免裂痕發展成裂縫。玻纖格柵在基本性能的前提下要確保其幅寬大于1.5m，從而為玻纖格柵對裂縫的抑制提供有效的支持；然而按照瀝青混合料的級配來確定玻纖格柵的網格大小，從而確定最好的剪切膠粘性，繼而提升集料的抑制能力。

2.3 耐高溫車轍

在舊水泥混凝土道路上加鋪瀝青混凝土，然而此材料容易被外界溫度所影響，遇高溫質地會變的又軟又粘，當瀝青路面在高負荷的重壓下，在集中受力的區域就會出現一定的變形現象，只因道路面層中對于內部集料流動的限制程度較小，當外部負荷壓力移開后瀝青面層便無法再呈現出負荷前的狀態，由于具備較高的可塑性而發生了變形，然而瀝青路面在不斷地負荷壓力下造成變形情況就會不斷的加重，使得瀝青路面表層出現車輛行走的痕跡。

而將玻纖格柵應用于瀝青加鋪層內，可在其中起到很好的支撐功能。玻纖格柵中的網格能夠將瀝青混凝土內的集料進行很好地控制，從而強化了瀝青加鋪層內的穩定性、牽制性，促使瀝青面層中各個結構能夠相互牽制，有效地限制了瀝青面層內部的移位，由此便很好地發揮了抗壓的功效。在舊水泥混凝土道路瀝青混凝土層中鋪設玻纖格柵，玻纖格柵的使用效果與鋪設施工質量密切相關。

結論

玻纖格柵的顯著特點為物理化學性能穩定、耐高溫、嵌鎖與限制作用強、抗拉強度高、延伸率低、與瀝青混合料的相容性好、無蠕變現象出現，其基本的目的是為了能夠輸送穩定的軸載，并將垂直方向的反射裂縫應力轉變為水平方向，這樣既能增強瀝青結構層的抗壓力、抗拉力等，還能促使應力能夠分散在更大的空間內，能夠有效的緩解瀝青結構層的徐變現象，從而更好地避免路面出現裂縫。類似于鋼筋混凝土中鋼筋所起到的作用。使用玻纖格柵可有效地改善路面結構應力分布，增強瀝青混合料的整體抗拉強度，可以有效地抑制瀝青混凝土路面出現裂痕，繼而不斷地強化瀝青路面的使用效率。

對于玻纖格柵鋪設施工質量非常重要，施工質量的優劣直接影響玻纖格柵在運營中的使用效果，改進和完善施工工藝、提高工程技術人員對玻纖格柵使用效果的認識將有助于玻纖格柵得到更好的應用。

參考文獻

[1]熊有言.土工格柵在道路工程中的應用[J].中外公路，1995（1）：48-51.

[2]符冠華，盧擁軍.土工合成材料在改造舊水泥混凝土路面中的應用研究[J].土木工程學報，2002（1）：2-6.