【摘要】本文闡述了玻璃纖維土工格柵在城市道路建設(shè)中的應(yīng)用，著重分析了玻璃纖維土工格柵的理化性能、在城市道路的作用機(jī)理，列出了玻璃纖維土工格柵的性能，并介紹了玻璃纖維土工格柵在城市道路建設(shè)中應(yīng)用的施工工藝。

　　【關(guān)鍵詞】玻璃纖維土工格柵，反射裂縫

　　一、前言

　　隨著城市道路交通量和汽車載重量的增大，城市道路的負(fù)荷日益加重，路面開裂的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，對(duì)道路的養(yǎng)護(hù)和改造顯得尤為重要。道路的改造可采用裂縫填補(bǔ)，稀漿封層，石屑封層。瀝青薄層罩面，玻璃纖維土工格柵等方法。其中較為引人注目的，當(dāng)屬玻璃纖維土工格柵(以下簡(jiǎn)稱玻纖格柵)。土工格柵在公路路面改建中的應(yīng)用研究是國(guó)際領(lǐng)先和國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的應(yīng)用技術(shù)，這種新材料、新工藝的研究成果，主要解決了瀝青混凝土路面在改建過程中不設(shè)底基層的工程難題，有效地提高了路面的整體強(qiáng)度和剛度，延緩路面反射裂縫的出現(xiàn)，增加路面疲勞壽命，耐高溫車轍，抗低溫收縮開裂，從而大大降低工程投資。

　　二、玻璃纖維土工格柵特性

　　玻璃纖維土工格柵是以增強(qiáng)后的無堿玻璃纖維網(wǎng)布為基材經(jīng)表面涂覆處理而成的半剛性制品，是一種增強(qiáng)道路路面性能的新型優(yōu)良土工基材。玻璃纖維的主要成分屬硅酸鹽，是一種理化性能極其穩(wěn)定的材料。它具有很高的耐熱性和優(yōu)異的耐寒性(一般工作溫度為-100~280℃)，強(qiáng)度大、模量高、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕、膨脹系數(shù)低、尺寸穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。經(jīng)表面改性并涂覆處理后，改變了玻璃纖維的表面性能，提高了其同瀝青的復(fù)合性能，極大提高了該基材的耐磨性能及抗剪切能力。

　　(一)高抗拉強(qiáng)度、低延伸率——玻纖格柵是以玻璃纖維為原料，而玻璃纖維的強(qiáng)度較高，超過了其它纖維和金屬。同時(shí)它的模量很高，具有很高的抗變形能力，斷裂延伸率小于3%。

　　(二)無長(zhǎng)期蠕變——作為增強(qiáng)材料，具備在長(zhǎng)期荷載的情況下抵抗變形的能力即抗蠕變性是極為重要的，玻璃纖維不會(huì)發(fā)生蠕變，這保證產(chǎn)品能夠長(zhǎng)期保持性能。

　　(三)熱穩(wěn)定性——玻璃纖維的熔化溫度在1000℃以上，這確保了玻纖格柵在攤鋪?zhàn)鳂I(yè)中承受熱的穩(wěn)定性。

　　(四)與瀝青混合的相容性——玻纖格柵在后處理工藝中涂覆的材料是針對(duì)瀝青混合料設(shè)計(jì)的，每根纖維都被充分涂覆，與瀝青具有很高的相容性，從而確保了玻纖格柵在瀝青層中不會(huì)與瀝青混合料產(chǎn)生隔離，而是牢固的結(jié)合在一起。

　　(五)物理化學(xué)穩(wěn)定性——經(jīng)過特殊后處理劑進(jìn)行涂覆處理后，玻纖格柵能夠抵抗各類物理磨損和化學(xué)侵蝕，還能抵御生物侵蝕和氣候變化，保證其性能不受影響。

　　(六)集料嵌鎖和限制——由于玻纖格柵是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，瀝青混凝土中的集料可以貫穿其中，這樣就形成了機(jī)械嵌鎖。這種限制阻礙了集料的運(yùn)動(dòng)，使瀝青混合料在受荷載的情況下能夠達(dá)到更好的壓實(shí)狀態(tài)，更高的承重能力，更好的荷載傳遞性能及較小的變形。

　　三、玻纖格柵作用機(jī)理

　　玻纖格柵具有上述特點(diǎn)，當(dāng)它應(yīng)用于城市道路建設(shè)時(shí)，可以在以下幾方面發(fā)揮重要作用。

　　(一)減緩瀝青面層反射裂縫。

　　防止和控制反射裂縫是瀝青面層設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。由于水泥混凝土路面是剛性路面，同時(shí)具有接縫設(shè)計(jì)，因此舊水泥混凝土路面接縫和裂縫更容易導(dǎo)致瀝青罩面層內(nèi)反射裂縫的出現(xiàn)。而在新建道路中，半剛性基層溫縮開裂和干縮開裂是引起反射裂縫的主要原因，產(chǎn)生的裂縫導(dǎo)致瀝青罩面層內(nèi)反射裂縫的出現(xiàn)。在此將以舊水泥混凝土路面上的瀝青加鋪層設(shè)計(jì)為例，談?wù)劜＠w格柵減緩反射裂縫的作用機(jī)理。

　　反射裂縫是由于舊混凝土面層在接縫或裂縫附近的較大位移引起其上方瀝青加鋪層內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力集中所造成的，它包括因溫度和濕度變化而產(chǎn)生的水平位移，以及因交通荷載作用而產(chǎn)生的豎向剪切位移。前者導(dǎo)致接縫或裂縫上方的瀝青加鋪層內(nèi)出現(xiàn)較集中的拉應(yīng)力;后者則使接縫上方的瀝青加鋪層經(jīng)受較大的彎拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力。

　　美國(guó)瀝青協(xié)會(huì)(AI)認(rèn)為舊混凝土面層接縫或裂縫處的彎沉量和彎沉差是引起瀝青加鋪層反射裂縫的主要原因，因?yàn)檩嗇d的施加速度遠(yuǎn)高于溫度變化產(chǎn)生的面層板伸縮位移的速率。因此，控制反射裂縫應(yīng)主要采用降低接縫或裂縫處的彎沉量和彎沉差以及增加加鋪層彎拉強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度的措施。

　　由于玻纖格柵的模量很大，達(dá)到67Gpa，作為剛度大的硬夾層應(yīng)用在瀝青罩面層中，其作用是抑制應(yīng)力，釋放應(yīng)變，同時(shí)作為瀝青混凝土加筋材料，提高加鋪層結(jié)構(gòu)的抗拉和抗剪能力，從而達(dá)到減少裂縫的目的。實(shí)踐表明，一條改變了方向的水平裂縫的對(duì)應(yīng)裂縫能量可從其起點(diǎn)移動(dòng)0.6米，1.5米以上寬度的加筋材料有助于確保能量在裂縫兩側(cè)完全消散。玻纖格柵對(duì)于降低加鋪層內(nèi)因溫度下降引起的應(yīng)力和應(yīng)變作用不如橡膠瀝青應(yīng)力吸收夾層、土工織物等軟夾層，但對(duì)于降低荷載產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變的作用則遠(yuǎn)大于軟夾層。

　　玻纖格柵近年來發(fā)展迅速，并廣泛應(yīng)用于瀝青路面，尤其是用在瀝青罩面層用來減緩反射裂縫。加拿大AM大學(xué)的Texas交通學(xué)院用其特有的罩面試驗(yàn)儀對(duì)玻纖格柵加筋罩面做了大量的模擬溫度循環(huán)效果的疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)表明，加筋的瀝青試件其抗裂能力要比未加筋的試件高二倍以上。澳大利亞新南威爾士州伍倫貢市政局曾對(duì)玻纖格柵、聚丙烯格柵、土工織物及厚瀝青混凝土罩面層等控制反射裂縫的產(chǎn)品進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)論是玻纖格柵鋪設(shè)方便，控制反射裂縫效果最為顯著，且造價(jià)適中，因而建議推廣應(yīng)用。

　　由于玻纖格柵對(duì)瀝青罩面層的加筋作用，因而可以在有效控制反射裂縫的前提下，減小瀝青罩面層的厚度(與不加鋪玻纖格柵相比)，降低造價(jià)，從而取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　(二)抗疲勞開裂

　　在舊水泥混凝土路面上的瀝青加鋪層，其主要作用是提高路面的使用功能，對(duì)承載作用則貢獻(xiàn)不大，加鋪層下的剛性混凝土路面仍起關(guān)鍵的承載作用。而在舊瀝青混凝土路面上進(jìn)行瀝青罩面則不同，瀝青加鋪層將與舊瀝青混凝土路面一起承載。因此，在瀝青混凝土路面上進(jìn)行瀝青罩面，除了會(huì)出現(xiàn)反射裂縫，同時(shí)還會(huì)因?yàn)楹奢d的長(zhǎng)期作用而出現(xiàn)疲勞開裂。我們對(duì)舊瀝青混凝土路面上的瀝青加鋪層受荷情況做受力分析：由于瀝青罩面層下為與瀝青罩面層同一性質(zhì)的柔性面層，當(dāng)受到荷載作用時(shí)，路表將發(fā)生彎沉。在直接與車輪接觸的瀝青罩面層受到壓力，在輪載邊緣以外的區(qū)域，面層受到拉力作用，由于兩處受力區(qū)域所受力性質(zhì)不同，而又彼此緊靠，因此在兩塊受力區(qū)域的交界處即力的突變處容易發(fā)生破壞。在長(zhǎng)期荷載的作用下，發(fā)生疲勞開裂。

　　玻纖格柵在瀝青罩面層中，能夠?qū)⑸鲜龅膲簯?yīng)力與拉應(yīng)力分散，在兩塊受力區(qū)域之間形成緩沖帶，在這里應(yīng)力逐步變化而不是突變，減少了應(yīng)力突變對(duì)瀝青罩面層的破壞。同時(shí)玻纖格柵的低延伸率減小了路面的彎沉量，保證了路面不會(huì)發(fā)生過渡變形。

　　(三)耐高溫車轍

　　瀝青混凝土在高溫時(shí)具有流變性，具體表現(xiàn)在：夏季瀝青道路面層發(fā)軟、發(fā)粘;在車輛荷載作用下，受力區(qū)域產(chǎn)生凹陷，車輛荷載撤除后瀝青面層無法完全恢復(fù)至受荷前的狀況，即產(chǎn)生了塑性變形;在車輛的反復(fù)碾壓的作用下塑性變形不斷積累，形成車轍。我們對(duì)瀝青面層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析后，可以知道由于高溫下瀝青混凝土具有流變性，而在受到荷載時(shí)，面層中沒有任何可以約束瀝青混凝土中集料運(yùn)動(dòng)的機(jī)制，造成瀝青面層的推移，這就是形成車轍的主要原因。

　　在瀝青罩面層中使用玻纖格柵，其在瀝青面層中起到骨架作用。瀝青混凝土中集料貫穿于格柵間，形成復(fù)合力學(xué)嵌鎖體系，限制集料運(yùn)動(dòng)，增加了瀝青罩面層中的橫向約束力，瀝青面層中各部分彼此牽制，防止了瀝青面層的推移，從而起到抵抗車轍的作用。

　　(四)抗低溫收縮開裂

　　嚴(yán)寒地區(qū)的瀝青道路，冬季面層溫度接近于氣溫，在這樣的溫度條件下，瀝青混凝土遇冷收縮，產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過瀝青混凝土拉伸強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生裂紋，在裂紋集中的地方產(chǎn)生裂縫，形成病害。從裂紋的成因看，如何使瀝青混凝土強(qiáng)度抵抗住拉應(yīng)力是解決問題的關(guān)鍵。

　　玻纖格柵在瀝青罩面層中的應(yīng)用，使得瀝青混凝土的拉伸強(qiáng)度大大提高，可以抵抗住較大的拉應(yīng)力而不致發(fā)生破壞。另外，即使因?yàn)榫植繀^(qū)域產(chǎn)生裂紋，使裂紋發(fā)生處的應(yīng)力過于集中，但經(jīng)玻纖格柵的傳遞而逐漸消失，裂紋不再會(huì)發(fā)展成裂縫。

　　四.玻纖格柵在城市道路建設(shè)改造中的應(yīng)用

　　(一)水泥路面的改造

　　我國(guó)在十幾年前的城市建筑中建造了大量的水泥混凝土路面，曾經(jīng)在城市建設(shè)中發(fā)揮了巨大作用。隨著城市的發(fā)展，水泥混凝土路面的使用壽命已到，行車，維修等缺點(diǎn)日益突出，故許多城市都逐步對(duì)此路面進(jìn)行改造，而水泥混凝土路面加鋪玻璃纖維土工格柵后進(jìn)行瀝青罩面是較為經(jīng)濟(jì)迅速的一種方法。它能起到抑制水泥混凝土路面縱縫，縮縫等裂縫的反射作用，提高改建路面的抗反射裂縫能力，在水泥混凝土改變成瀝青混凝土路面的過程中發(fā)揮著積極作用。

　　(二)舊瀝青混凝土路面的改造

　　由于瀝青混凝土路面的壽命較水泥混凝土路面短，特別是低等級(jí)的瀝青混凝土路面的壽命更短，加之城市車流日益增加，國(guó)產(chǎn)瀝青質(zhì)量的良莠不齊等原因的影響，使得瀝青混凝土路面的使用時(shí)間縮短。除了對(duì)路面進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)外，瀝青罩面也是改善老瀝青混凝土路面較為有效的手段之一，特別是在面層破壞嚴(yán)重，低等級(jí)道路的改造中，在瀝青罩面前加鋪玻璃纖維土工格柵，可以降低養(yǎng)護(hù)費(fèi)用和延長(zhǎng)老路的使用壽命.

　　(三)不良地基和新舊路接縫處的應(yīng)用

　　由于玻璃纖維土工格柵有著長(zhǎng)期荷載作用下的抗變形能力及特殊的拉升作用，在不良地基如土方路基施工中軟弱地基的處理中起到類此鋼筋網(wǎng)的作用，保證路基承載能力，減少土方工程量。在城市道路改造中，新舊路銜接處，采用玻璃纖維土工格柵覆蓋，再配以其他方法處理，可以有效的解決該部分的裂縫發(fā)生。

　　五.工程實(shí)例

　　(一)工程應(yīng)用概況

　　2008年-2009年常州市建設(shè)局組織了BRT快速公交系統(tǒng)的建設(shè)工程。該工程全長(zhǎng)27km，除有約7km為新建道路外，其余均為對(duì)原有老道路進(jìn)行拓寬、加固和瀝青罩面的處理，涵蓋了新老路面搭接、局部不良地基改造、舊瀝青路面裂縫處理、車轍處理等各種情況，很具有代表性。

　　(二)施工

　　1.處理舊路面

　　在玻纖格柵鋪設(shè)前，應(yīng)對(duì)舊路面進(jìn)行病害處理，并用機(jī)械銑刨6cm舊瀝青，舊路面接縫應(yīng)進(jìn)行重新封縫，在玻纖格柵鋪設(shè)前，進(jìn)行清理，并進(jìn)行交通管制。

　　2.澆灑粘層瀝青

　　為了使玻纖格柵與原路面保持良好粘接，并能滿足瀝青混凝土機(jī)械化攤鋪的要求，必須在原路面上澆灑粘層瀝青。在灑布粘層瀝青后，待粘層瀝青已破乳或凝結(jié)時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)行玻纖格柵的鋪設(shè)。如果情況特殊，也可先鋪設(shè)玻纖格柵，再澆灑粘層瀝青，然后在玻纖格柵上適量均勻地撒一些細(xì)粒石屑，再用輕型膠輥壓路機(jī)在其上作適度碾壓。

　　3.鋪設(shè)玻璃纖維土工格柵

　　(1)目前常用的玻纖格柵有帶自粘膠和不帶自粘膠兩種。帶自粘膠的可直接在已平整的舊路面上鋪設(shè)，不帶自粘膠的，通常采用釘子固定法。固定用所需材料為：

　　○130×30×0.3毫米的鐵皮，要求平整不翹角。

　　○22英寸鋼釘或射釘(優(yōu)質(zhì)水泥釘)

　　釘子固定法鋪設(shè)玻纖格柵時(shí)，先將一端用鐵皮和釘子固定在已灑布粘層瀝青的下層結(jié)構(gòu)上，釘子可用錘擊或射釘槍射入，再將格柵縱向拉緊并分段固定，每段長(zhǎng)度為2-5米。對(duì)于水泥混凝土路面，可按縮縫間距分段，鋼釘位置設(shè)于接縫處。要求格柵拉緊時(shí)玻纖格柵縱橫向均處于挺直張緊狀態(tài)。

　　(2)土工格柵搭接距離為：縱向接頭搭接距離不小于20厘米，橫向搭接距離不小于15厘米�？v向搭接應(yīng)根據(jù)瀝青攤鋪方向?qū)⑶耙环�置于后一幅之上�?/p>

　　(3)固定玻纖格柵時(shí)，不能將釘子釘于玻纖上，也不能用錘子直接敲擊玻纖。固定后如發(fā)現(xiàn)釘子斷裂或鐵皮松動(dòng)，則應(yīng)予以重新固定。

　　(4)玻纖格柵鋪設(shè)固定完畢后，需用輕型膠輥壓路機(jī)適度碾壓穩(wěn)定，使格柵與原路面粘結(jié)牢固。并嚴(yán)格控制車輛在其上行駛，嚴(yán)禁車輛在格柵層上急轉(zhuǎn)向、急剎車和傾倒混合腳料，以防止對(duì)玻纖格柵造成損傷或破壞。

　　4.鋪筑瀝青罩面層并碾壓成型

　　(1)瀝青混合料的攤鋪必須在確認(rèn)玻纖格柵鋪設(shè)良好并能滿足瀝青混合料攤鋪進(jìn)度后方可進(jìn)行。

　　(2)在玻纖格柵上鋪設(shè)瀝青混合料時(shí)，瀝青層最小厚度為4cm。瀝青混合料的拌制、運(yùn)輸、攤鋪和壓實(shí)均應(yīng)符合現(xiàn)行《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》和《公路發(fā)生瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定和要求。就實(shí)際施工情況看，玻纖格柵不宜直接鋪設(shè)于瀝青面層細(xì)料下方，鋪設(shè)與中料或粗料下使用效果較好。

　　(3)瀝青混合料攤鋪應(yīng)及時(shí)，并應(yīng)防止攤鋪機(jī)的找平小車等金屬構(gòu)件損壞已鋪設(shè)的玻纖格柵。

　　(三)效果

　　BRT項(xiàng)目工程完工通車后，經(jīng)過對(duì)玻纖土工格柵使用情況的觀察，特別是對(duì)老路面裂縫維修后加鋪罩面層瀝青的觀察，效果十分明顯，在原有每公里達(dá)到40—50道裂縫的路段，未發(fā)現(xiàn)路面出現(xiàn)病害，老路面裂縫基本不反射到新路面上，玻纖土工格柵在整個(gè)工程上的使用取得了預(yù)期的效果。

　　六、結(jié)語

　　玻璃纖維土工格柵是近年來發(fā)展迅速的一種增強(qiáng)瀝青路面性能的新型土工合成材料。由于玻纖格柵應(yīng)用于道路施工中能有效增強(qiáng)路面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，抵抗各類裂縫的產(chǎn)生，特別是有效控制反射裂縫的產(chǎn)生，施工簡(jiǎn)單易行，效果持久可靠，可提高瀝青路面的質(zhì)量，延長(zhǎng)路面使用壽命，減少道路養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，從而提高了道路運(yùn)行的綜合效益，因而不但被廣泛應(yīng)用于在舊路面上的瀝青罩面中，也應(yīng)用于在半剛性基層之上鋪設(shè)瀝青混凝土面層防止基層裂縫反射。同時(shí)，由于在瀝青罩面中使用了玻纖格柵，可以根據(jù)各自不同的情況減少瀝青罩面層的厚度，具有明顯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。此外，由于玻纖格柵理化性能極其穩(wěn)定，不受氣候條件及使用環(huán)境的限制，因此具有很高的推廣價(jià)值。

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