玻纤格栅及其在城市沥青道路改造工程中的应用

摘要:本文分析城市旧路改造的特点,说明了应用玻纤格栅的必要性和优点,并以盐城市区两条道路的不同工程实践作对比,论证玻纤格栅在旧路改造中的技术、经济以及社会效果,同时介绍了玻纤格栅的性能、作用机理和设计施工要点。

关键词:玻纤格栅;旧路改造;反射裂缝

目前,很多城市每年都有大量的旧路需要改造。城市沥青道路往往是因其经多年局部修补,路面破败不堪,影响市容市貌;路面坑洼不平,行车条件恶化,路面积水等原因而需改造。采用在老路上先铺一种新型材料

———玻纤格栅,后再铺沥青面层的方法,则既可解决标高问题,又可解决反射裂缝的问题;从经济上看,一层玻纤格栅与1cm厚沥青砼价格相当,但其作用绝非1cm厚的沥青砼所能代替,可见玻纤格栅的技术、经济及社会效果都很好。

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1玻纤格栅 

玻纤格栅作为一种新材料,如今已经在道路工程中被广泛采用。中华人民共和国交通部在1998年12月30日发布了行业标 准《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019—98),并于1999年2月1日起施行。盐城市区早在1998年建军路(建军路鱼市 口)改造工程中就已经开始应用。 玻纤格栅是土工合成材料中的一种。在《公路土工合成材料应用技术规范》中对土工合成材料定义为:以人工合成的聚合物为原材料制成的各种类型的产品,可置于工程结构内部或各结构层之内,具有加强、保护结构功能的一种新型工程材料。而玻纤格栅是以玻璃纤维为原料,经编织机编织的平面网格,再用优质改性沥青表面涂覆处理而成的一种土工合成材料。 

1.1玻纤格栅的性能 

玻纤土工格栅技术性能如下:断裂强度(kN/m)30～80;伸长率(%)≤3;栅格尺寸(mm×mm)12.7×12.7～2514×2514; 弹性模量(MPa)6.7×104;耐温性(℃ )-100～280;幅宽(m)1.5～4.0;耐腐蚀性优异;表面处理改性沥青;单位面积质量(g/m)270～600;厚度(mm)<1。

可见玻纤格栅有以下的优良性能:①强度高、模量大、变形小;②与沥青砼相容性很高;③各种稳定性好。 

1.2玻纤格栅的作用机理 

(1)抗疲劳开裂:玻纤格栅在沥青面层中,能够将车轮压过路面而产生的压应力和拉应力分散,在两块受力区域之间形成 缓冲带,应力逐步变化而不是突变,减少了应力突变对沥青面层的破坏。同时玻纤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。 

(2)耐高温车辙:在沥青面层中使用玻纤格栅,其在沥青面层中起到骨架作用。沥青混凝土中集料贯穿于格栅间,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)抗低温缩裂:在低温条件下,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,产生裂纹。玻纤格栅在沥青面层中起到了加筋作用,提高了面层横向拉伸强度,使得沥青混凝土的拉伸强度大大提高,可以抵抗较大的拉应力而不致发生破坏。另外,即使局部区域产生裂纹,在裂纹发生的应力集中,经玻纤格栅的传递而消失,裂纹也不会发展成裂缝。 

(4)延缓减少反射裂缝:在沥青面层与基层间加铺玻纤格栅,利用其高抗拉强度和低延伸率,分散应力,释放应变,阻止基层裂缝向路面延伸,从而防止底层裂缝向路面反射。 正因其具有上述性能及作用机理,玻纤格栅在许多方面都能发挥其积极作用,如道路拓宽时防治新老结合部的裂纹,软弱路基处理,防新建道路半刚性基层收缩裂缝的反射等,而玻纤格栅在城市沥青道路改造中的应用更具显著效果。 

2?旧路改造工程中玻纤格栅的设计 

(1)根据《土工合成材料应用技术规范》的规定,旧沥青路加铺前必须先对旧路进行外观评定和弯沉测定,计算弯沉代表 值,确定加铺层沥青厚度和沥青砼类别。 

(2)抗拉强度及最大负荷延伸率的确定。根据《公路土工合成材料应用技术规范》,

用于反射裂缝的玻纤格栅的抗拉强度应不小于50kN/m,最大负荷延伸率应不大于3%,实际取用时应注意玻纤格栅的纵横向指标均应满足上述规定,防治反射裂缝才是有效的。 

(3)网孔尺寸的确定。用于防治反射裂缝的玻纤格栅网孔尺寸宜为其上铺筑的沥青面层材料最大粒径的0.5～1.0倍,例如加铺的沥青砼下面层采用的是AC-20型,其最大石子粒径为26.5mm,如取上述规定0.5～1.0的中值0.75,则0175×2615 =20,故应选用20mm×20mm的网孔尺寸。实际选取时切忌为节省造价而随意选用网孔尺寸较大而价格便宜的玻纤格栅,因为 当网孔尺寸大于其上铺筑的沥青面层材料的最大粒径时,玻纤格栅将起不到应有的嵌锁作用。

(4)玻纤格栅在路面结构中的放置位置。对旧路改造工程中加铺沥青砼面层的改造方案,玻纤格栅可有三个层位供选择:一在旧路与下封层间;二在下封层与加铺的沥青面层间;三在加铺的沥青底面层和上面层之间。研究表明:玻纤格栅放于沥青底面层与上面层间,可减少温度裂缝;放于沥青层底部可防止反射裂缝,故对于以反射裂缝危害为主的旧路加铺,格栅应置于加铺的沥青砼底面。至于是在老路上先铺格栅后做封层,还是先喷油做封层后铺格栅,则取决于施工的方便。从施工实践看,先做下封层,后铺格栅,则在铺沥青砼面层时,摊铺机的履带极易将格栅带起,造成格栅的不平整,既影响了格栅防治反射裂缝的效果,又影响了路面平整度,因此设计中应将格栅置于下封层之下,使下封层成为玻纤格栅的保护层。

3旧路改造工程中玻纤格栅的施工 

3.1铺设玻纤格栅前应对旧路进行的处理 应作的处理主要有:

①局部软弱部进行挖除补强;②旧路路表裂缝进行封闭;③旧路整平;④旧路路表应打扫干净。对充分发挥玻纤格栅作用而言,旧路的平整是很重要的,否则玻纤格栅不在一个平面上,不但极大地影响其在沥青砼中的加筋效果,甚至起反作用。 

3.2玻纤格栅的固定与张拉 玻纤格栅的加筋作用有点类似于预应力砼中预应力筋,必须先行张拉,才能达到更好效果。铺设时先将一端固定,另一端用机械或人工拉紧,张拉伸长率宜为1%～1.5%,然后在纵横方向每隔1m左右用固定钉固定。纵横向铺设顺序应与沥青砼摊铺方向相同。 

3.3玻纤格栅的搭接 横向搭接8～10cm,并根据摊铺方向,将后一端压在前一端部之下,横向搭接处均应采用固定钉固定。纵向搭接5～8cm,两幅之间可用尼龙绳或用铅丝绑扎固定,并根据沥青摊铺分幅的先后,将后一幅纵边置于前一幅纵边之下。 

3.4下封层施工 玻纤格栅铺设后,应及时施工下封层,洒布热沥青0.4～0.6kg/m2,再撒石屑3～5m3/1000m2,用胶轮压路机单向碾压1～ 2遍,即压路机沿铺设方向前进时在玻纤格栅上碾压,后退时从旁边未铺的路面退回,以压紧不起皱,如发现不平整起皱则应重新铺设。

4.工程实践及对比 

盐城市1998年对建军中路(建军桥鱼市口)改造工程中首次采用玻纤格栅,设计采用的格栅网孔尺寸为20mm×20mm,置于老路顶面,做下封层后铺设5cmAC-20I沥青砼和3cmAC-13I沥青砼。经5年使用至今,除公交站台和交叉口入口处局部段有轻微车辙、推移拥包外,正常车道均未发现反射裂缝和车辙及其他病害。而1999年人民路、解放路大修工程中仅在老路上直接加铺沥青砼,未铺设玻纤格栅,一两年后原路的裂缝已经全部反射到新的沥青面层上。今天来看,这两个工程的路表现状差别十分明显,说明了城市道路改造中应用玻纤格栅这种新型材料,其技术、经济以及社会效果十分显著。