土工織物在路面反射裂縫防治中的作用
導(dǎo)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(rèn)識(shí)并廣泛應(yīng)用于土木工程的各個(gè)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(qiáng)、保護(hù)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。基層產(chǎn)生裂縫的原因很多，除了因行車荷載反復(fù)作用而基層抗拉強(qiáng)度不足導(dǎo)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(shí)溫度驟降之際發(fā)生，與荷載應(yīng)力共同作用，使裂縫由路肩向主車道延伸和擴(kuò)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(dāng)嚴(yán)重的。由于面層材料在設(shè)計(jì)時(shí)要求與基層有相當(dāng)?shù)慕Y(jié)合力，因而通過兩層接觸面的應(yīng)力傳遞，使基層裂縫反射傳播至面層。
隨著我國道路建設(shè)的快速發(fā)展，瀝青路面反射裂縫問題日益加劇，道路維護(hù)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(shè)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(bǔ)養(yǎng)護(hù)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(jìn)行罩面處理，暫時(shí)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(rèn)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(fèi)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(shè)法降低瀝青混凝土罩面下基層裂縫拉應(yīng)力向上傳遞的強(qiáng)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(yán)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(xì)顆粒失散、脫皮且碎裂，形成大小密布的坑洞，必須進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。補(bǔ)強(qiáng)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(jìn)行處理。路面結(jié)構(gòu)如圖1，為比效防裂效果，該工程設(shè)有4個(gè)對比試驗(yàn)路段，各路段罩厚度3cm，其結(jié)構(gòu)如表1。
2.2工程應(yīng)用效果
試驗(yàn)路段施工要點(diǎn)：
(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(jìn)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(shè)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(yīng)保證瀝青剛好進(jìn)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(shè);土工織物幅寬3.95m，一次罩半幅路面，中間搭接10cm，實(shí)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(yīng)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(yàn)路段落竣工使用了三個(gè)冬夏后，對其進(jìn)行觀測發(fā)現(xiàn)如下情況：
A、土工織物瀝青罩面(2號(hào)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(dá)到設(shè)計(jì)要求，僅1.0—1.5cm。
B、土工織物橡膠瀝青混凝土罩面(4號(hào)路段)較2號(hào)路段情況好。左側(cè)和主車道上雖有少量細(xì)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(gè)路段，路面裂縫率均<10%，即在油層碎裂嚴(yán)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(hào)路段)好得多。1號(hào)路段裂縫損壞早已進(jìn)行修復(fù)過。比試驗(yàn)路段晚竣工1a的鄰近路段，未設(shè)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(shí)，其路面損壞嚴(yán)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�？梢哉J(rèn)為一次土工織物橡膠瀝青混凝土罩面至少相當(dāng)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(jī)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(jī)理可歸納為四個(gè)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(yīng)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(qiáng)度，可承受一定的基層裂縫拉應(yīng)力P1，當(dāng)基層裂縫拉應(yīng)力增大并大于土工織物間層的抗拉強(qiáng)度時(shí)，土工織物間層開始變形，此時(shí)面層才開始承受土工織物間層傳遞上來的拉應(yīng)力p2，p1與p2之和等于基層裂縫拉應(yīng)力p。若無土工織物間層，面層將承受基層裂縫的全部拉應(yīng)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(qiáng)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(shè)在半剛性基層與瀝青混凝土面層之間，相當(dāng)于設(shè)置了一彈性層，基層裂縫拉應(yīng)力通過土工織物間層擴(kuò)展到更寬范圍，從而緩解裂縫處應(yīng)力強(qiáng)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(hù)基層的強(qiáng)度，使基層材料性質(zhì)不至于進(jìn)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(shí)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(yīng)研究如何加強(qiáng)瀝青混凝土面層與織物的附著力，另外，在鋪設(shè)土工織物時(shí)，對其應(yīng)加一定預(yù)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(qiáng)。
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(yīng)力，阻止拉力向上傳遞。材料的柔性體現(xiàn)在材料的抗拉強(qiáng)度和延伸率兩個(gè)指標(biāo)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(qiáng)度可反映這一性能，試驗(yàn)表明要求材料的頂破強(qiáng)度R>2kN。
B、均勻性。產(chǎn)生瀝青路面裂縫拉應(yīng)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(qiáng)度無明顯方向性，即要求材料具有抗拉強(qiáng)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(yīng)具有一定的耐溫性能，即在相應(yīng)的溫度條件下，材料的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)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(yīng)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(dá)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(jī)織)和無紡(非織造)的土工布、氈、毯。有紡和無紡?fù)凉た椢锏奈锢砹W(xué)特性有不同，因而也用于不同的工程需要。有紡?fù)凉た椢?或稱有紡布)主要是指機(jī)織型的合成纖維土工織物。有紡布的強(qiáng)度有很強(qiáng)的方向性，有較高強(qiáng)度和較低延伸率。在采用有紡布防治反射裂縫病害時(shí)，應(yīng)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(qiáng)度，搞拉強(qiáng)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(yīng)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(qiáng)度明顯不足、車流量大，重型超載車輛頻繁、路面龜裂嚴(yán)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(yàn)研究及實(shí)際工程表明，合理使用土工織物防裂罩面是省時(shí)、省工、省料的瀝青罩面道路養(yǎng)護(hù)措施之一，也可以用于新建路面以提高路面使用質(zhì)量。可以預(yù)見，隨著我國高等級(jí)公路的發(fā)展，土工織物在道路工程中有越來越廣泛的應(yīng)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(xué)強(qiáng)度(30cmx5cm試樣的干濕斷裂強(qiáng)度742.8—768.3N.干濕撕裂強(qiáng)度296.0—326.3N，頂破強(qiáng)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(dāng)侵入170℃溫度的熱瀝青后，收縮率達(dá)20%的斷裂強(qiáng)度不減，與橡膠瀝青的粘附性好，不怕水，耐酸耐堿。
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