朱得斌

（山西交通職業(yè)技術學院 工程管理系，山西 太原 030031）

0 引 言

在瀝青混凝土路面中加入土工格柵可起到加筋作用，提高路面結構的強度［1－4］。大量施工實踐證明，土工格柵可有效防止瀝青路面開裂、車轍等早期破壞，并改善路面結構的受力情況，綜合提高瀝青混凝土路面的使用性能［5－10］。

早在20世紀80年代，國外就提出了在瀝青混合料中加入塑料聚合物格柵的理論，并得到了一定的推廣。中國20世紀90年代初開始引進成本相對較低的塑料格柵，而當時玻璃纖維土工格柵的造價較高，并未得到關注。隨著中國公路交通行業(yè)的快速發(fā)展，很多高校和研究機構相繼對玻璃纖維土工格柵進行研究，獲得了大量的研究成果，其造價也大幅降低，并在近年來得到了廣泛應用［11－13］。本文主要從玻璃纖維土工格柵的施工技術和經(jīng)濟效益等方面進行分析，說明其具有良好的實用價值。

1 工程概況

某高速公路設計采用雙向四車道，兩側有硬路肩，中間設分隔帶，路基全寬27m，采用瀝青路面結構，總寬度為25.5m；采用3層瀝青混凝土面層，基層為水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層，底基層采用二灰穩(wěn)定粉煤灰粒料。為提高瀝青路面路用性能，在路面結構中增設玻璃纖維土工格柵。

2 土工格柵的基本功能

2.1 加筋功能

在車輛荷載作用下，瀝青路面的面層結構承受剪應力，基層承受拉應力，而土工格柵可有效分散應力，增加路面結構整體的模量，傳遞拉應力，限制材料側向移動，同時還可以增加各結構層之間的摩阻力，提高路面結構的整體穩(wěn)定性［14－15］。

2.2 減少瀝青混凝土路面的早期破壞

（1）減少并延緩裂縫出現(xiàn)。在半剛性基層與瀝青面層之間添加土工格柵，可有效提高路面材料的強度與路用性能，改善路面結構的受力情況。瀝青路面施工過程中，由于骨料間不可能完全被瀝青膠漿填充，在基層與面層之間易形成微裂縫。加入土工格柵后，可使裂縫的擴展角增大，能有效延緩裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展［16］。

（2）提高高溫抗車轍能力。采用土工格柵，可有效提高瀝青混凝土骨架結構的穩(wěn)定性。土工格柵可以承受荷載應力，并將應力傳遞給周圍的瀝青混凝土，將局部荷載應力擴散，防止局部過載失穩(wěn)變形而出現(xiàn)車轍［17－18］。

2.3 提高瀝青路面的疲勞壽命

瀝青混凝土路面結構在長期的車輛荷載反復作用下，易出現(xiàn)疲勞破壞，使局部路面結構出現(xiàn)應力集中，進而出現(xiàn)微裂縫，裂縫不斷擴展，路面結構逐步被破壞。加入土工格柵可有效限制瀝青混凝土內部顆粒的位移，最大限度地降低應力集中，阻止裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，從而提高路面結構的疲勞壽命［19］。

2.4 降低瀝青層厚度

通過加鋪土工格柵，可有效改善瀝青路面的受力情況，降低各結構層所承受的應力，減少早期破壞，并有效延長疲勞壽命。因此，如果仍按照原路面的使用壽命進行設計，可適當降低路面面層厚度，這種功效在低穩(wěn)定度瀝青混凝土中更為顯著［20］。

3 路面施工工藝

3.1 技術指標檢測

在規(guī)定試驗檢測溫度和濕度下對玻璃纖維土工格柵的抗拉強度、斷裂伸長率、網(wǎng)眼尺寸等技術指標進行檢測，結果如表1所示，符合設計與規(guī)范要求。

表1 玻璃纖維土工格柵主要技術指標的檢測結果

3.2 下封層施工

基層清理干凈后首先灑布AH－90重交通石油熱瀝青，之后撒布石屑，用輪胎壓路機進行碾壓，形成下封層。

3.3 玻璃纖維土工格柵錨固方法

本項目中玻璃纖維土工格柵采用錨固法固定。在鋪設玻璃纖維土工格柵前，將土工格柵鋪設平順并拉緊，橫向搭接控制在50～100mm，縱向搭接控制在150～200mm。采用50mm×50 mm×1mm的鐵皮和50mm鋼釘進行固定，橫向固定間距不得大于20cm，縱向固定間距不得大于50cm，如圖1所示。鋼釘固定時不得釘在土工格柵上，防止破壞格柵。

圖1 玻璃纖維土工格柵錨固

3.4 灑布透（黏）層油

為了保證玻璃纖維土工格柵與下封層黏結牢固，可灑布一層透（黏）層瀝青，通過控制灑布高度、行車速度、噴嘴離地高度來實現(xiàn)灑布量控制。

3.5 面層攤鋪

面層攤鋪施工工藝與普通瀝青路面相同，施工中應注意保護玻璃纖維土工格柵，如有破損及時修補。圖2為瀝青面層施工現(xiàn)場。

圖2 瀝青面層施工現(xiàn)場

4 瀝青路面結構中加入玻璃纖維土工格柵的響應分析

4.1 路表彎沉

路表彎沉可綜合反映瀝青路面結構在車輛荷載作用下的總變形量。取水平距離范圍1～3m，對加筋后的路表彎沉的變化情況進行檢測，結果如圖3所示。從圖3可以看出，在橫斷面上路表彎沉呈W狀，彎沉值曲線的斜率隨著與荷載作用中心之間距離的增大而變小，荷載作用中心處彎沉值最大、邊緣處彎沉值最小。

加筋前后輪隙中心處及荷載作用中心處路表彎沉值見表2。

表2 加筋前后彎沉值檢測結果

圖3 加筋對路表彎沉影響

對比表2的檢測結果可知，加筋后的瀝青面層彎沉值有所降低，即通過加入玻璃纖維土工格柵，提高了路面結構的抗變形能力。

4.2 豎向壓應力

行車荷載對路面結構施加的豎向壓應力過大，容易誘發(fā)永久變形，影響路面使用壽命。圖4為加筋后下面層底面豎向應力值沿水平面的變化情況。

圖4 加筋對下面層底面豎向應力的影響

表3為不同層位上設置玻璃纖維土工格柵進行加筋前后的各結構層豎向壓應力峰值。通過表3發(fā)現(xiàn)，在中面層底設置加筋效果最好，豎向壓應力降低幅度較大，下面層底次之，最上面層底降幅最小。

表3 不同加筋情況下豎向壓應力峰值

4.3 剪應力

汽車制動會對瀝青面層產(chǎn)生剪應力，尤其在高溫季節(jié)，容易造成瀝青路面剪切變形。實踐證明，瀝青面層以下8cm處剪應力達到最大值，但隨著深度進一步增長，剪應力不斷減小。圖5為不同加筋情況下的剪應力曲線。

由圖5可知：在中面層底和下面層底加筋所得的剪應力曲線與未加筋時基本相同，因此這2個位置加筋對剪應力影響較??；而在上面層底加筋雖對負向正應力影響不大，但可明顯降低正向最大剪應力。

通過對加筋前后路面結構層的路表彎沉、豎向拉應力和剪應力的變化情況進行分析可知：在瀝青路面的合適層位設置玻璃纖維土工格柵，可對路面結構起到補強作用，有效提高路面剛度。

圖5 不同加筋情況下的剪應力曲線

5 經(jīng)濟效益分析

5.1 工程造價分析

原材料方面，只增加玻璃纖維土工格柵使材料費增加約15元·m－2，其他材料與普通瀝青路面相同，增加費用較少。人工臺班費有所增加，但由于格柵施工工藝簡單、速度快，所增加的人工機械臺班費不多。

5.2 經(jīng)濟效益分析

（1）增設土工格柵，可降低面層厚度2～5cm，同時可以延長使用壽命，每公里路面工程造價節(jié)省約61.2萬元。

（2）玻璃纖維土工格柵可以綜合提高瀝青路面的使用性能，提高路面運行狀況，降低事故率，提高行車速度和運輸效率，按設計壽命15年計算，每公里節(jié)約費用不少于20萬元。

（3）玻璃纖維土工格柵可提高瀝青路面使用壽命，減少大修次數(shù)，粗略估計每公里可節(jié)約大修費用不少于20萬元。

6 結 語

本文通過試驗驗證和數(shù)據(jù)分析，并結合各結構層受力情況進行響應分析，得出以下結論。

（1）玻璃纖維土工格柵可大大改善瀝青路面結構的使用性能，預防早期病害，延長路面使用壽命。

（2）在瀝青路面上面層底設置玻璃纖維土工格柵，可有效降低路表彎沉和面層剪應力，提高路面結構剛度。

（3）在瀝青路面上、中、下面層加筋，均能減小瀝青路面對應層位的豎向應力，而在中面層底加筋效果最佳。

（4）通過對工程實例進行分析證明，增設玻璃纖維土工格柵可為瀝青路面施工帶來十分明顯的經(jīng)濟效益。