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土工織物在路面反射裂縫防治中的作用
導語：土工織物又稱(土工纖維或土工薄膜)是指，用合成纖維紡織或經(jīng)膠結(jié)、熱壓針刺等無紡工藝制成的土木工程用卷材。合成纖維的主要原料有聚丙烯、聚酯、聚酰胺等。土工織物按其用途分為濾水型、不透水型、保溫型。寬度為1～18米，長度不限。土工織物的厚度與成型方法有關(guān)，每平方米的重量從16克到900克不等。
土工織物是一種新型的巖土工程材料，已被人們所認識并廣泛應用于土木工程的各個領(lǐng)域。將土工織物置于土體內(nèi)部、表面或各層土體之間，可起著加強、保護或改善土體的作用。
1、路面工程中反射裂縫問題
道路反射裂縫是瀝青路面普遍存在的一種病害現(xiàn)象，由道路基層的裂縫所引起�；鶎赢a(chǎn)生裂縫的原因很多，除了因行車荷載反復作用而基層抗拉強度不足導致的荷載型裂縫外，對新建道路尤其是半剛性基層材料由于溫度影響而收縮產(chǎn)生的裂縫，這種裂縫最容易在初冬時溫度驟降之際發(fā)生，與荷載應力共同作用，使裂縫由路肩向主車道延伸和擴展。對于用石灰土類干縮系數(shù)較大的材料作為路面基層結(jié)構(gòu)，干縮裂縫也是相當嚴重的。由于面層材料在設計時要求與基層有相當?shù)慕Y(jié)合力，因而通過兩層接觸面的應力傳遞，使基層裂縫反射傳播至面層。
隨著我國道路建設的快速發(fā)展，瀝青路面反射裂縫問題日益加劇，道路維護和保養(yǎng)所需的工程量越來越大，如何減少和防治瀝青路面的反射裂縫已成為道路建設工程急待解決的問題。
已建道路出現(xiàn)裂縫后，通常是采用瀝青填補養(yǎng)護措施。若裂縫路段較大，則大面積清除后，再采用瀝青混凝土材料進行罩面處理，暫時解決路面裂縫問題。由于基層原有裂縫的存在，在行車荷載不斷作用下，瀝青面層下基層的裂縫向路面延伸發(fā)展，將繼續(xù)產(chǎn)生路面反射裂縫。
對于新建路面，有人認為增加路面層厚度可以加大基層裂縫向上反射的距離�？梢詼p少反射裂縫。但隨著瀝青層厚度的增加，必然產(chǎn)生車轍，降低路面使用質(zhì)量，且投資費用較高。
2、土工織物用于路面反射裂縫的防治
要減少和防治瀝青路面反射裂縫現(xiàn)象的發(fā)生,須設法降低瀝青混凝土罩面下基層裂縫拉應力向上傳遞的強度。將土工織物置于瀝青面層與基層之間,是一種非常有效的措施。
2.1工程概況
鹽木路原瀝青面層裂縫嚴重、干澀，且結(jié)合料粘力不足，致使舊路面全部粗顆粒外露，細顆粒失散、脫皮且碎裂，形成大小密布的坑洞，必須進行補強處理。補強處理的辦法是將舊路作為基層，在面上直接輔置土工織物瀝青混凝土雙層罩面(即在新罩面層和開裂基層面之間加輔加鋪土工布一瀝青體系)，對路面裂縫進行處理。路面結(jié)構(gòu)如圖1，為比效防裂效果，該工程設有4個對比試驗路段，各路段罩厚度3cm，其結(jié)構(gòu)如表1。
2.2工程應用效果
試驗路段施工要點：
(1)清掃現(xiàn)場，清除表面植被與灰塵。
(2)對寬度大于3mm的裂縫進行填充，坑槽和尖銳不平整處用瀝青砂填好或用規(guī)定材料完全覆蓋，表面整平后才可以鋪設土工織物。
(3)灑布瀝青，采用熱瀝青—200和摻有12%—15%橡膠粉的橡膠瀝青作粘層油，瀝青灑布量0.7—0.8kg/m2。
(4)張開土工布，注意拉緊土工布，避免溜皺：用硬刷將瀝青刷到土工織物上，應保證瀝青剛好進入土工織物的空隙中，使粘合料通過織布孔隙透上表面與舊路面貼牢。有褶皺的地方需要剪開，重新鋪好邊部與端部搭接處，兩層土工織物之間再涂一些瀝青。
(5)開始鋪設;土工織物幅寬3.95m，一次罩半幅路面，中間搭接10cm，實鋪寬度為7.8m，土工織物上面不需再加粘結(jié)層。開始部位需灑鋪一些紋料，以防止局部位置瀝青用量過多,施工車輛輪胎粘走土工織物。罩面材料的鋪筑溫度應選用允許溫度范圍內(nèi)的較低值,盡量減少對土工織物的危害。其上鋪3cm瀝青混凝土或橡膠瀝青混凝土,碾壓成型。
試驗路段落竣工使用了三個冬夏后，對其進行觀測發(fā)現(xiàn)如下情況：
A、土工織物瀝青罩面(2號路段)仍有裂縫，但主要出現(xiàn)在路面拓寬部位，以及新舊路面銜接處且受車輪荷載影響的輪跡范圍內(nèi)，全段龜裂并夾有局部脫落，占全段罩面的20%。經(jīng)挖樣檢查，發(fā)現(xiàn)是瀝青罩面層厚度未達到設計要求，僅1.0—1.5cm。
B、土工織物橡膠瀝青混凝土罩面(4號路段)較2號路段情況好。左側(cè)和主車道上雖有少量細裂縫，但該路段罩面仍較平整、穩(wěn)定、無龜裂、無脫落也無坑洞現(xiàn)象。
C、若不考慮路面拓寬部位，上述鋪有土工織物的兩個路段，路面裂縫率均<10%，即在油層碎裂嚴重、裂縫寬、深并夾有坑洞的路面之基礎(chǔ)上減少了90%的裂縫和坑洞。
D、采用土工織物的路段開裂情況都比普通瀝青混凝土罩面對比段(1號路段)好得多。1號路段裂縫損壞早已進行修復過。比試驗路段晚竣工1a的鄰近路段，未設置土工織物夾層，采用(4+3)cm上拌下貫的罩面結(jié)構(gòu)，使用1a就出現(xiàn)龜裂，在同期觀測時，其路面損壞嚴重。
由上述結(jié)果可見，土工織物橡膠瀝青混凝土罩面防治反射裂縫效果最好，其次是土工織物瀝青混凝土罩面，3cm的防裂罩面可取得比7cm的普通瀝青混凝土罩面結(jié)構(gòu)層更好的防裂效果。可以認為一次土工織物橡膠瀝青混凝土罩面至少相當于3次普通瀝青混凝土罩面的效果。
2.3土工織物防治反射裂縫的機理分析
經(jīng)初步分析,土工職物間層防治路面反射裂縫作用的機理可歸納為四個方面。
A、隔離作用。鋪放土工織物間層，將開裂的基層與(橡膠)瀝青混凝土面層隔離，避免了基層與瀝青混凝土面層的直接接觸，基層裂縫拉應力不能直接傳遞到瀝青混凝土面層上,雖減小了間層與面層間的結(jié)合力,但(橡膠)瀝青粘合料將土工織物與間層和新鋪面層連成一整體,共同承受車輛荷載的作用,足以防止界面上下層的相對位移而保持連續(xù)。
B、加筋作用。土工織物間層具有一定的強度，可承受一定的基層裂縫拉應力P1，當基層裂縫拉應力增大并大于土工織物間層的抗拉強度時，土工織物間層開始變形，此時面層才開始承受土工織物間層傳遞上來的拉應力p2，p1與p2之和等于基層裂縫拉應力p。若無土工織物間層，面層將承受基層裂縫的全部拉應力p，顯然土工織物間層起到加筋的作用。在此意義上說，它提高了路面結(jié)構(gòu)層的抗拉強度，因而可減薄路面結(jié)構(gòu)層的厚度。
C、消能緩沖作用。土工織物為具有一定延伸性的材料，有較好的柔韌性，鋪設在半剛性基層與瀝青混凝土面層之間，相當于設置了一彈性層，基層裂縫拉應力通過土工織物間層擴展到更寬范圍，從而緩解裂縫處應力強度，有彈性的間層能起到吸收部分拉伸能量的作用。
D、隔水防滲作用。土工織物的孔隙被(橡膠)瀝青粘合料封閉后，形成一完整的織物一瀝青體系隔水防滲層，可隔斷路面水向路基滲透，從而保護基層的強度，使基層材料性質(zhì)不至于進一步惡化。
綜上可知，土工織物用于瀝青混凝土面層與基層之間可有效抑制基層裂縫向上傳遞，在實際工程中發(fā)揮土工織物的抗拉作用及吸能作用，關(guān)鍵是要保證土工織物與瀝青罩面之間有很好的附著力，因此在施工工藝上應研究如何加強瀝青混凝土面層與織物的附著力，另外，在鋪設土工織物時，對其應加一定預拉力，以保證土工織物能與瀝青混凝土面層共同工作，使瀝青混凝土面層的抗拉能力得到加強。
2.4防治反射裂縫對土工織物材料的要求
土工織物要在防治瀝青路面反射裂縫中發(fā)揮作用，必須滿足如下要求。
A、柔韌性。用于防治反射裂縫的材料要有良好的柔韌性能，可有效地吸收裂縫的拉應力，阻止拉力向上傳遞。材料的柔性體現(xiàn)在材料的抗拉強度和延伸率兩個指標的乘積上，韌性體現(xiàn)在材料的局部承載能力上，材料的頂破強度可反映這一性能，試驗表明要求材料的頂破強度R>2kN。
B、均勻性。產(chǎn)生瀝青路面裂縫拉應力的方向是異向的，事先很難確定。這就要求用于防治反射裂縫的材料強度無明顯方向性，即要求材料具有抗拉強度的各向均勻性。
C、穩(wěn)定性。瀝青路面施工工藝要求溫度一般在攝氏150℃左右。因而防治反射裂縫的材料應具有一定的耐溫性能，即在相應的溫度條件下，材料的各項物理力學指標仍滿足工程要求。
D、附著性。瀝青路面施工工藝要求先在路基層或開裂路面噴灑瀝青膠油，再熱鋪瀝青混凝土面層。若在瀝青路面與基層之間鋪置防治反射裂縫材料，則該材料應與瀝青膠油有良好的附著力，以保證瀝青路面材料能充分吸收防治反射裂縫材料下瀝青膠油達到飽和狀態(tài)。
土工織物是透水的土工合成材料，包括有紡(機織)和無紡(非織造)的土工布、氈、毯。有紡和無紡土工織物的物理力學特性有不同，因而也用于不同的工程需要。有紡土工織物(或稱有紡布)主要是指機織型的合成纖維土工織物。有紡布的強度有很強的方向性，有較高強度和較低延伸率。在采用有紡布防治反射裂縫病害時，應注意其鋪置方向，以充分發(fā)揮其抗拉的能力。無紡(非織造)的土工織物具有較大的延伸率，具有一定的頂破強度，搞拉強度無顯著的方向性。無紡布也是較為理想的防治反射裂縫材料，目前工程上以無紡針刺型應用較多。
3、結(jié)語
土工織物由于其良好的整體性、連續(xù)性和耐久性，用于路面結(jié)構(gòu)中，具有隔離、防滲、加筋、過濾、排水作用，可以提高瀝青面層的抗疲勞開裂、防止反射裂縫和抗變形能力，可使舊路強度明顯不足、車流量大，重型超載車輛頻繁、路面龜裂嚴重的半剛性基層瀝青路面的使用質(zhì)量得以改善，從而延長路面結(jié)構(gòu)的使用壽命。試驗研究及實際工程表明，合理使用土工織物防裂罩面是省時、省工、省料的瀝青罩面道路養(yǎng)護措施之一，也可以用于新建路面以提高路面使用質(zhì)量�？梢灶A見，隨著我國高等級公路的發(fā)展，土工織物在道路工程中有越來越廣泛的應用前景。
土工布采用聚丙烯扁絲編織材料，它有較高的物理力學強度(30cmx5cm試樣的干濕斷裂強度742.8—768.3N.干濕撕裂強度296.0—326.3N，頂破強度383.2—394.0N，干濕撕裂的延伸率18.2%—25.8%，能耐150℃溫度的熱瀝青混合料，收縮率僅2%—4%，當侵入170℃溫度的熱瀝青后，收縮率達20%的斷裂強度不減，與橡膠瀝青的粘附性好，不怕水，耐酸耐堿。
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