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公路路基加宽中的土工格栅施工工艺

作者:云南展鹏土工材料制造有限公司 浏览: 发表时间:2021-02-27 14:39:06

土工格栅是聚合物材料经定向拉伸形成的具有开孔网络,以聚丙烯及其他高分子聚合物为原料,经热熔等工艺生产制成。土工格栅使聚合物分子沿拉伸方向排列,加强了分子间的连接力,具有重量轻,变形小等优点。可分散荷载,改善土体,在加强新老路基间的连接,控制两者的沉降差异方面具有良好的效果。本文目的是通过对公路路基加宽的土工格栅施工工艺的研究,对类似工程建设提出可行参考。

一、土工格栅材料性能研究

1 土工格栅材料的选择

土工格栅具有较高的抗拉强度与张拉模量,能将荷载应力均匀分散,可大大减少作用于软基上的荷载压力。有效减轻沥青结构层产生的徐变作用。格栅约束层网孔具有同一形状,格栅的刚度,抗拉强度与网孔嵌锁作用相互作用,加强了颗粒材料的压实作用。可阻止不同路面材料相互掺杂,非均匀分布的局部外力作用于格栅时,其约束作用发挥效用,对非均匀分布的荷载适应性较好。目前国内外工程中大量采用土工格栅加筋路基,土工格栅常用作加筋结构的筋材料,广泛应用于土木工程建筑工程等领域。

每种材料的主要性能指标要求根据其实际应用中的主要作用决定,要解决旧路面裂缝对新部路面的影响,要求所用土工格栅材料具有抗拉强度高的特点。选用土工格栅材料,必须了解材料的力学特征。反应土工合成材料力学特征的指标主要有抗拉强度、顶破强度、延伸率等。正六边形的土工格栅受力均匀,在选择格栅材料时可选用对称性好的材料,格栅抗拉强度大于半刚性基层材料的抗弯拉强度,可预防减缓发生反射裂缝。

2、 土工格栅半刚性材料性能

半刚性基层沥青路面具有良好的力学性能,在公路工程中得到广泛应用。因交通量日益增大,荷载重复作用下半刚性基层显示脆性大的缺陷,向面层延伸形成反射裂缝,路面裂缝会削弱路面的整体强度。我国早期修建的公路多为二级公路,目前很多路段出现严重的路面病害,经补强后原路面病害很快反射,其原因为对原路面病害处理不够彻底。探讨切实有效的技术措施,延长半刚性基层沥青路面使用寿命具有重要的现实意义。土工格栅对路面材料的加固通过土工格栅与路面材料的相互作用,其相互作用分为格栅表面与混合料摩擦,混合料对格栅肋条的被动阻抗力作用。铺筑碾压时路面材料会嵌挤在土工格栅的网孔中,三种作用能充分约束混合料的侧向位移。

疲劳指在小于材料极限强度应力反复作用下,产生的累积破坏。疲劳特性以构成破坏所需的荷载作用次数表示。加格栅梁的疲劳寿命比未加格栅梁的疲劳寿命长,有效扩散应力集中,使抗疲劳特性提高。半刚性基层底部加铺筑土工格栅可延缓半刚性基层疲劳裂缝的扩展。

土工格栅的加入可增加半刚性基层材料的临界应变,对长龄期工程提高幅度更大,土工格栅的加入时半刚性基层材料由脆性破坏向延性破坏过渡,加入格栅后延性变好,半刚性基层材料梁较破坏前能有效吸收更多的能量,减少了混凝土结构服役期间的裂缝宽度。半刚性基层地面加铺土工格栅可延长半刚性基层疲劳次数。

3、 加铺土工格栅路面结构理论

沥青路面中存在一定新的结构层,土工格栅是一种各项异性材料,竖直方向刚度较大,半刚性基层底面在水平方向受弯拉,复合层是介于两者间的竖直向受压的各向异性材料。在有裂缝的路面加铺土工格栅可降低裂缝处基层底面的应力集中。土工格栅阻止裂缝通过基层底面反射到沥青混合料面层控制路面开裂。与路面材料嵌锁咬合作用可提高断面的抗剪切传荷能力。有裂缝路面加铺土工格栅可降低裂缝尖端的剪应力集中。新旧结合处顶面加铺土工格栅可减小基底层拉应力,减少因土体性质不同造成的差异增强了新旧土体的整体性。防止刚性半刚性基层材料过早开裂。有裂缝路面加铺土工格栅后车轮中心最大弯沉值减小。土工格栅模量变化对加筋效果影响较大,建议施工时尽量采用较大的土工格栅材料。路基加宽施工中,不均匀变形会产生纵向裂缝,加铺土工格栅发挥其具有较大形变能力的特点,减小了路面的水平方向变形量,吸收水平方向的位移。随选择土工格栅模量增加,基层底面拉应力减小,对基层底面剪应力及路面弯沉变化不大。

二、 土工格栅在公路加宽工程建设中的应用

1、 工程施工要点

路面改建工程中使用的土工格栅材料,检测手段等是路面改进过程中要解决的主要问题。旧路路面较完整时,因使用有一定的年限,路面使用性能衰减,可将旧路面作为底基层加铺土工格栅。可充分利用旧路较完整的路面,节省成本投资,达到改善使用性能的目的。

半刚性基层设计厚度大于施工碾压最大厚度时应分层碾压。其一般最大厚度为20cm,设计选用半刚性基层厚度较碾压厚度稍大,可考虑使用土工格栅。从而节省半刚性基层材料,达到降低工程投资的目的。对裂缝数量较多的路面可采用在原路面顶面铺加土工格栅的方式。从根本上解决旧路面裂缝向上扩展的问题。裂缝较大处应将原路面灌缝处理,再铺设土工格栅。对路面裂缝分布的不同情况,可采用不同的铺设方式。如裂缝分布较稀疏,根据应力影响范围铺设一定长宽的土工格栅。对应力分布较复杂的路段可全幅铺设。加宽部分为土基时,新旧结合处会出现纵向裂缝,可将土工格栅位于原路面与新土基顶面,使其分散到较大平面上。对旧路加宽时,应在加宽路基部分加铺一层粉煤灰半刚性基层材料。通过双层弹性层状体系理论计算确定其厚度,保证原路面与加宽部分具有相同刚度。随着近年来交通量的增长,超重车数量不断增多,部分国省道重载交通较大,个别道路交通重载具有方向性特点,在重载交通一侧铺设土工格栅可有效提高路面承载能力。

2、 铺土工格栅改建路面承载力的测试

常规的承载能力检测方法有贝克曼梁测试与落锤式弯沉仪检测,贝克曼梁测试结果不精确,落锤式弯沉精度是贝克曼梁精度的10倍,能直接反映土工格栅对路面结构的整体刚性及承载能力的影响。使用落锤式弯沉仪盆曲线,可判断改建后原路面裂缝是否反射,使用此方式要求对原路面裂缝位置进行详细记录。建议在铺设土工格栅路面使用落锤式弯沉仪,得到弯沉盆曲线与曲率半径,可提高测试精度。落锤式弯沉仪也可用于检测土工格栅在新旧路交替处承载力是否均衡的作用,如新旧交替处弯沉盆曲线呈现较好的过渡,说明土工格栅起到均衡应力的作用。建议在旧路大修前使用落锤式弯沉仪检测,减少使用不同仪器设备带来的误差。

三、 结语

本文通过土工格栅的拉伸研究其力学性能,分析土工格栅对提高道路承载能力的作用。土工格栅的加入提高了半刚性基层材料的抗弯拉强度,在公路路面改建时,在半钢性基层地面铺设土工格栅,可延长半刚性基层路面的使用寿命。改善半刚性材料的变形能力。土工格栅的加入大大提高了半刚性基层材料的临界韧度,降低了构件出现裂缝后释放能量的速度,使其由未加入格栅时的脆性破坏向延性破坏过渡。铺设土工格栅可提高公路的耐久性能。旧路顶面铺设土工格栅,可减小改建路面底层拉应力,建议在公路改建中使用模量较大的土工格栅,使其具有较高的刚度。

该文章转自《交通世界》,作者王辉。


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