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土工布在道路路面结构中的应用

土工布在道路路面结构中的应用


土工布应用于道路路面结构中,铺设于旧沥青路面、旧水泥混凝土路面的沥青加铺层底部或新建道路沥青面层底部,可以减少或延缓旧路面对沥青加铺层的反射裂缝,同时还可以减少沥青路面车辙和低温开裂,提高路面的使用寿命。高等级公路的路面结构主要有沥青路面和水泥混凝土路面,这是两种力学性能不同的路面结构形式。

(1)沥青路面有柔性基层沥青路面和半刚性基层沥青路面两类,早期修建的以柔性基层为主,近年来为适应重交通的发展,主要修建半刚性基层沥青路面。这类路面结构经过较长时间的使用后,往往会出现纵横向裂缝、车辙、平整度差、抗滑性能衰退等结构性和功能性损坏,一般采用沥青混合料罩面来进行修复。这种罩面工程存在的最大问题就是原路面的裂缝很快反射到路表面上来(一般为2~3年),造成罩面结构层的损坏。

(2)水泥混凝土路面使用一段时间以后也会出现一定的结构性和功能性损坏,尤其是路面接缝处的不平整和路表面的光滑现象,常采用沥青混合料罩面的方法,但是如果对路面接缝不进行处理,必然会反射到路表面上来,缩短罩面层的使用寿命。

(3)新建公路中半刚性基层材料,贫混凝土基层材料的收缩裂缝或胀缝,也是目前的一大难题,如何减少裂缝和防止裂缝发射到路面面层上来,是搞好高质量公路的关键。面对上述的问题,工程界一直在研究寻找一种新材料,能够比较经济地解决此难题。土工布就是在这种情况下被应用到道路路面结构中,并取得了较好的效果。


道路路面结构用土工布的特性


用于道路路面结构防止反射裂缝的土工布应具有以下工程特点:

(1)良好的耐温性:沥青混合料热铺时的温度达150℃左右,沥青温度更高,要求土工布在此施工温度下不仅不能熔化或软化,而且能保持正常工作。要求能耐170℃以上的温度。

(2)抗拉强度与定量等指标应满足下表的要求。

抗拉强度

(KN/m)

定量

(g/m2)

CBR顶破强度(KN)

 握持强

度(KN)

刺破强度

(KN)

梯形撕裂强度(KN)

≥8 ≥200 ≥2.5 ≥1.2 ≥0.5 ≥0.30


(3)良好的沥青吸附性:一般施工是先均匀喷洒透层沥青,再铺上土工布,土工布应能吸收沥青并达到饱和,要求土工布有良好的吸附能力。

(4)良好的柔性:柔性包括韧性与表面硬度两重含义。韧性反映土工布吸收冲击能量的能力,可近似地以材料的抗拉强度与延伸率之积量度;一般以CBR试验顶破强度来表示其表面硬度。

(5)良好的均匀性:土工布为各项异性材料,为保证强度均匀,双向强度比应不大于1.2。一般应采用非织造土工布而不采用编制土工布。

(6)抗老化性:要求土工布在路面使用年限内保持正常的工作状态。

(7)厚度要求:为防止加设土工布后造成沥青面层的不良负效应(沥青层剥离破坏),应严格限制土工布的厚度,一般不大于2.0mm。

(8)透水性:土工布还要求有良好的透水性,可用垂直渗透系数来衡量。 2.土工布在路面反射裂缝防治中的作用分析

由于基层的裂缝,使沥青面层在使用中,于裂缝位置处产生开裂,即反射裂缝。反射裂缝不仅是路面的使用性能老化,影响了行车的舒适性,而且会导致路表水下浸,影响到路基的强度和稳定性,更重要的是,在行车荷载的反复作用和周期性变化的环境温度影响下,常常使得裂缝迅速向四周扩展,大大的缩短了沥青面层的使用寿命。


土工布防止反射裂缝作用效应主要有


(1)由于基础温缩位移是连续的,土工布减少了面层与基层的结合力,经计算,加设土工布后,原两层界面处的结合力明显变小,由此使沥青层最大拉应变减少。

(2)由于土工布具有较大的延伸性,基础裂缝位移可通过土工布使应力扩展至更宽的范围,从而减缓裂缝尖端处的应力集中。大量的理论计算表明:加入土工布后,路面结构位于裂缝尖端处的正应力有明显降低。

(3)由于土工布浸透沥青可有效地防止地表水渗入基层,避免基层进一步恶化。

(4)由于土工布浸透沥青可有效地防止地下水渗入界面,减少沥青层在反射开列裂的剥离破坏。

(5)土工布应力吸收软弱夹层材料吸收温度,可减缓基础降温,减少基础裂缝处的位移量。


土工布在路面结构中的应用


(1)在沥青路面罩面工程中的应用

沥青路面在温度、交通与气候的综合因素作用下,路面结构产生结构性损坏,如纵、横向裂缝与网裂,表面损坏(如坑槽、松散、推移等)和车辙等损坏现象。路面损坏影响行车及沥青混和料罩面处理。但往往由于原路面的裂缝是在温度与交通荷载的综合作用下产生变形,造成沥青罩面层在原裂缝处反射开裂,较大的反射裂缝会导致路表水渗入,从而引起沥青罩面层新的病害。

可采用土工布应力吸收夹层来减少或延缓裂缝的反射,有研究表明:土工布合成材料可防止反射裂缝,沥青面层厚度可减薄36%,车辙可减少50%,延长道路的使用寿命3~6年。

对于沥青路面罩面工程,一般采用满铺方式进行处理,如裂缝较少路段(只有少量横向裂缝)也可采用缝铺方式,土工布铺设在旧沥青路面表面。

(2)在水泥混凝土路面罩面工程中的应用

水泥混凝土路面在长期使用过程中,由于温度、交通荷载、气候因素等诸多原因,不可避免的出现表面光滑、破损、断裂等各种病害。水泥混凝土路面病害加固补强的有效方法之一是在旧水泥混凝土路面上加铺一层沥青罩面层。以往常规做法是直接在旧水泥混凝土路面上加铺沥青罩面层,但由于旧水泥混凝土板在温缩与荷载作用下的变形,造成沥青罩面层在原接缝处反射开裂,从而引起沥青罩面层的破坏。

沥青罩面层的开裂主要是由于旧水泥混凝土板的水平及竖向位移产生的反射裂缝,水平位移主要是由于水泥混凝土板水平向温缩和热胀引起的,竖向位移主要是由于行车荷载作用引起的。当沥青罩面层计算最大拉应变及最大剪应变大于沥青罩面层允许拉应变与剪应变时,罩面层开裂,处理方法有增加罩面层厚度、设置粘结间断层、设置应变消散夹层和罩面层加筋。

设置土工布应力消减夹层是防止旧水泥混凝土路面接缝上沥青罩面层反射裂缝的有效措施,加入土工布后,沥青罩面层位于裂缝尖端处的正应力有明显降低。

在实施过程中可根据旧路路况确定满铺或缝铺方案,当旧路面混凝土板无断裂现象时,应采取缝铺方案,否则采用满铺方案。

(3)在新建沥青路面与复合式沥青路面结构中的应用

半刚性基层、贫混凝土基层沥青路面与碾压混凝土复合路面是新建公路中应用较多的路面结构形式,尤其是半刚性基层沥青路面。但是半刚性基层材料由于水分与温度变化而产生干缩和温缩,造成材料收缩开裂,破坏半刚性材料的整体性和承载力;贫混凝土基层和碾压混凝土基层也存在收缩裂缝,且裂缝间距更密,引起沥青面层的反射裂缝与对应裂缝,从而引起路面结构的破坏。

对于半刚性基层,尤其是水泥稳定类基层,在施工养护期间就可能出现收缩裂缝,个别地方还出现了胀缝。对于水泥稳定类基层可在基层中预留缩缝或胀缝,缩缝可采用锯缝方式,也可用五夹板置于基层中(摊铺后埋入或碾压后埋入),一般缝宽5mm,缝深6cm,缝间距15m~20m;胀缝可先用木板埋入基层中,待碾压完成后换为塑料泡沫,胀缝应全厚设置,间距100m~200m。

对于贫混凝土基层沥青路面和碾压混凝土复合路面,由于水泥用量大,材料收缩性更大,一般采取预制缩缝的方式,缩缝间距10m~15m,采取锯缝方式设置。

对于出现的收缩裂缝或预制缝,可用土工布进行处理,一般采用缝铺法,即只在缝上铺设土工布,宽1.0m~1.5m,缝两边各0.5m~0.75m。


结束语

土工布由于其优良的抗拉力学特性,工厂批量生产,稳定的质量和现场简易的施工特点,将被更加广泛地应用于交通建设工程的各个领域。

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