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玻纖格柵在防治反射裂縫中的應用(一)

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標簽:工程技術,建筑設計, 玻纖格柵在防治反射裂縫中的應用(一),http://www.tljciu.live

  1.引言

  隨著公路交通量和汽車載重量的增大,對路面結構的破壞日漸加重,越來越多的舊混凝土路面面臨著修復工作。與瀝青路面相比,水泥混凝土路面的修復比較困難,即使在舊混凝土路面上加鋪瀝青罩面層是一種改善其使用性能的有效措施,但在瀝青加鋪層中出現反射裂縫仍是需要解決的主要問題。反射裂縫本身對罩面層的使用性能影響不大,但環境因素(雨雪、氧化、粉塵)的負效應,常常使得裂縫迅速向四周擴展,縮短罩面層壽命。為了能有效地減緩舊水泥混凝土路面上裂縫的反射速度,或減薄瀝青罩面層厚度,國內外研究人員進行了大量的試驗,既積累了成功經驗,也吸取了許多失敗的教訓。

  寧通公路六合東至揚州段水泥混凝土路面經過12年的運營,水泥混凝土路面出現不同程度的損壞,包括板塊斷裂、板角斷裂、錯臺等情況,嚴重影響行車的舒適性和安全性,需在舊水泥混凝土路面上進行瀝青混凝土罩面,并對如何延緩瀝青罩面層反射裂縫的產生進行研究。

  2.國內外防治反射裂縫的研究概況

  瀝青混凝土加筋能提高路面結構層對裂縫的抑制能力、對橫向剪切破壞的抵抗能力等,達到延長路面結構的疲勞壽命、節省材料、降低費用的目的。在瀝青混凝土路面中采用加筋的方法來改善路面使用性能的設想由來已久,自三十年代開始摻加石棉纖維,到五、六十年代美國、加拿大和英國試用以金屬網作為瀝青混合料中的加筋材料使用,均因材料不過關未能推行。八十年代開始對PG(Polymer Geogrid聚合物網柵)進行應用研究,英國以NETLON有限公司為代表,研究了塑料格柵的材料性能及路用性能,并逐步推廣應用。這種格柵具有兩種功能:一是能提高瀝青結構層的強度,具有長期抵抗拉應力的能力;二是能使應力均勻分布在較大的面積范圍內,大大減輕瀝青結構層的徐變作用,最終達到防止瀝青路面開裂的目的。

  國內自八十年代末開始研究此技術。1992年北京市公路局設計研究院結合八達嶺公路水泥混凝土路面大修,采用金屬網加筋瀝青混合料結構修筑了500m試驗段,使用效果較好。哈爾濱建筑工程學院道路研究所于1993年7月提出了《塑料網格在柔性路面結構工程中的應用》研究報告,對室內外試驗進行了詳細闡述,并提出了施工工藝。長沙交通學院也對塑料格柵進行了室內研究,提出了《土工格柵對瀝青路面抗車轍、抗開裂性能的試驗研究》初步報告。北京市政設計院研究所對加拿大貝密爾斯有限公司生產的自粘式瀝青路面加勁網格進行了室內試驗,得到了初步結果。

  國內外對加筋格柵瀝青混凝土試驗研究的結果表明,加筋格柵具有減薄瀝青層厚度、防治反射裂縫、減少車轍作用等特點,能夠加強瀝青路面的結構性能,提高道路的使用壽命。

  3.瀝青加鋪層的開裂分析及設計方法

  舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青層是一種特殊的路面結構,其應力應變特性與一般彈性層狀體系有較大的差別。由于接裂縫的存在,舊水泥混凝土路面作為基層的整體強度降低,而且在外力荷載作用下,瀝青混凝土加鋪層處于復雜的三維應力狀態。車輛通過不連續的板體時,瀝青混凝土加鋪層中由于接裂縫兩側相鄰板塊產生豎向位移差,而出現較大的剪切應力,這種剪切應力是瀝青混凝土加鋪層產生荷載型反射裂縫的最主要原因。另外,由于路面暴露在大氣中,受氣溫周期性變化的影響,瀝青加鋪層和舊水泥混凝土面板都會膨脹,產生溫度應力。由于舊水泥混凝土路面的應力在接縫處不連續,因此瀝青加鋪層同時承受它本身以及舊路面所產生的溫度應力,特別是在冬季氣溫較低時,瀝青混凝土加鋪層會因為與接裂縫對應處的拉應力過大而開裂,形成所謂的溫度型反射裂縫。因此,瀝青加鋪層設計是瀝青加鋪層厚度設計,而厚度由行車荷載和防止反射裂縫兩個因素控制。由于水泥混凝土面板強度較高,將其作為基層,在其上加鋪瀝青混凝土的這種路面結構,強度一般能滿足要求,關鍵是防止反射裂縫的產生。雖然我國目前舊水泥混凝土路面改建工程日益頻繁,但現行的《公路工程瀝青路面設計規范》并沒有把舊水泥混凝土路面上瀝青混凝土加鋪層設計這一內容包括在內。國外對這一問題的研究工作起步較早,目前已形成四種相對成熟的設計和計算方法,分別是ARE(AnstinResarchEngineers)設計方法、美國瀝青協會(AI)法、美國工程兵團和聯邦航空局(FAA)法、AASHTO罩面設計方法。由這四種計算方法得出的寧通公路六合東至江都段舊混凝土路面上加鋪的瀝青混凝土厚度在80~100mm之間。

  4.玻纖格柵防止反射裂縫作用機理

  上述四種方法計算的舊水泥混凝土路面上瀝青加鋪層的厚度是作出一些假設后,按理論方法或是在國外一些試驗結果的基礎上得出的。為防止反射裂縫的產生,國外多采用加厚瀝青加鋪層的辦法。但單純依靠增加加鋪層厚度有其弊端:一方面增加加鋪層厚度受到路面標高的限制(寧通公路上跨橋橋下凈空在加鋪后需滿足4.8m要求);再就是大幅度增加加鋪層厚度必將增加路面造價,而且在夏季高溫情況下瀝青混合料高溫蠕變易產生車轍,也就失去了由于舊水泥混凝土板作基層所產生的強基薄面的優勢,因而加厚瀝青加鋪層這一方法不可取。

  針對這一情況,在查閱大量資料,進行理論分析和論證的基礎上,最終決定在舊水泥混凝土路面上布置玻纖格柵加筋層,其上再鋪筑瀝青混凝土面層。這樣鋪筑的路面對防止基層裂縫反射、減少路面車轍、延長路面壽命具有顯著效果。玻纖格柵具有高抗拉強度、低延伸率、無蠕變,與瀝青混合料的相容性好、物理化學性能穩定、耐高溫、嵌鎖與限制作用強等特點,其主要作用為均勻傳遞軸載,并將反射裂縫應力由垂直方向轉為水平方向。

  使用玻纖格柵,可增強瀝青混合料的整體抗拉強度,有效地改善路面結構應力分布,抵抗和延緩由于路面的基層裂縫引起的瀝青混凝土路面反射裂縫的發生,從而提高路面的使用壽命。

  根據寧通公路六合東至江都段舊水泥混凝土板破損情況,不同路段采用了不同的處理方案:南京段加鋪方案為4cm改性瀝青SMA+6cm粗粒式瀝青混凝土+玻纖格柵+2cm瀝青找平層+18cm二灰碎石;揚州段加鋪方案為4cm改性瀝青SMA+6cm粗粒式瀝青混凝土+玻纖格柵+2cm瀝青找平層+改性瀝青油毛氈貼縫。

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