土工织物在路面反射裂缝防治中的作用

土工织物在路面反射裂缝防治中的作用

导语：土工织物又称(土工纤维或土工薄膜)是指，用合成纤维纺织或经胶结、热压针刺等无纺工艺制成的土木工程用卷材。合成纤维的主要原料有聚丙烯、聚酯、聚酰胺等。土工织物按其用途分为滤水型、不透水型、保温型。宽度为1～18米，长度不限。土工织物的厚度与成型方法有关，每平方米的重量从16克到900克不等。

土工织物是一种新型的岩土工程材料，已被人们所认识并广泛应用于土木工程的各个领域。将土工织物置于土体内部、表面或各层土体之间，可起着加强、保护或改善土体的作用。

1、路面工程中反射裂缝问题

道路反射裂缝是沥青路面普遍存在的一种病害现象，由道路基层的裂缝所引起。基层产生裂缝的原因很多，除了因行车荷载反复作用而基层抗拉强度不足导致的荷载型裂缝外，对新建道路尤其是半刚性基层材料由于温度影响而收缩产生的裂缝，这种裂缝最容易在初冬时温度骤降之际发生，与荷载应力共同作用，使裂缝由路肩向主车道延伸和扩展。对于用石灰土类干缩系数较大的材料作为路面基层结构，干缩裂缝也是相当严重的。由于面层材料在设计时要求与基层有相当的结合力，因而通过两层接触面的应力传递，使基层裂缝反射传播至面层。

随着我国道路建设的快速发展，沥青路面反射裂缝问题日益加剧，道路维护和保养所需的工程量越来越大，如何减少和防治沥青路面的反射裂缝已成为道路建设工程急待解决的问题。

已建道路出现裂缝后，通常是采用沥青填补养护措施。若裂缝路段较大，则大面积清除后，再采用沥青混凝土材料进行罩面处理，暂时解决路面裂缝问题。由于基层原有裂缝的存在，在行车荷载不断作用下，沥青面层下基层的裂缝向路面延伸发展，将继续产生路面反射裂缝。

对于新建路面，有人认为增加路面层厚度可以加大基层裂缝向上反射的距离。可以减少反射裂缝。但随着沥青层厚度的增加，必然产生车辙，降低路面使用质量，且投资费用较高。

2、土工织物用于路面反射裂缝的防治

要减少和防治沥青路面反射裂缝现象的发生,须设法降低沥青混凝土罩面下基层裂缝拉应力向上传递的强度。将土工织物置于沥青面层与基层之间,是一种非常有效的措施。

2.1工程概况

盐木路原沥青面层裂缝严重、干涩，且结合料粘力不足，致使旧路面全部粗颗粒外露，细颗粒失散、脱皮且碎裂，形成大小密布的坑洞，必须进行补强处理。补强处理的办法是将旧路作为基层，在面上直接辅置土工织物沥青混凝土双层罩面(即在新罩面层和开裂基层面之间加辅加铺土工布一沥青体系)，对路面裂缝进行处理。路面结构如图1，为比效防裂效果，该工程设有4个对比试验路段，各路段罩厚度3cm，其结构如表1。

2.2工程应用效果

试验路段施工要点：

(1)清扫现场，清除表面植被与灰尘。

(2)对宽度大于3mm的裂缝进行填充，坑槽和尖锐不平整处用沥青砂填好或用规定材料完全覆盖，表面整平后才可以铺设土工织物。

(3)洒布沥青，采用热沥青—200和掺有12%—15%橡胶粉的橡胶沥青作粘层油，沥青洒布量0.7—0.8kg/m2。

(4)张开土工布，注意拉紧土工布，避免溜皱：用硬刷将沥青刷到土工织物上，应保证沥青刚好进入土工织物的空隙中，使粘合料通过织布孔隙透上表面与旧路面贴牢。有褶皱的地方需要剪开，重新铺好边部与端部搭接处，两层土工织物之间再涂一些沥青。

(5)开始铺设;土工织物幅宽3.95m，一次罩半幅路面，中间搭接10cm，实铺宽度为7.8m，土工织物上面不需再加粘结层。开始部位需洒铺一些纹料，以防止局部位置沥青用量过多,施工车辆轮胎粘走土工织物。罩面材料的铺筑温度应选用允许温度范围内的较低值,尽量减少对土工织物的危害。其上铺3cm沥青混凝土或橡胶沥青混凝土,碾压成型。

试验路段落竣工使用了三个冬夏后，对其进行观测发现如下情况：

A、土工织物沥青罩面(2号路段)仍有裂缝，但主要出现在路面拓宽部位，以及新旧路面衔接处且受车轮荷载影响的轮迹范围内，全段龟裂并夹有局部脱落，占全段罩面的20%。经挖样检查，发现是沥青罩面层厚度未达到设计要求，仅1.0—1.5cm。

B、土工织物橡胶沥青混凝土罩面(4号路段)较2号路段情况好。左侧和主车道上虽有少量细裂缝，但该路段罩面仍较平整、稳定、无龟裂、无脱落也无坑洞现象。

C、若不考虑路面拓宽部位，上述铺有土工织物的两个路段，路面裂缝率均<10%，即在油层碎裂严重、裂缝宽、深并夹有坑洞的路面之基础上减少了90%的裂缝和坑洞。

D、采用土工织物的路段开裂情况都比普通沥青混凝土罩面对比段(1号路段)好得多。1号路段裂缝损坏早已进行修复过。比试验路段晚竣工1a的邻近路段，未设置土工织物夹层，采用(4+3)cm上拌下贯的罩面结构，使用1a就出现龟裂，在同期观测时，其路面损坏严重。

由上述结果可见，土工织物橡胶沥青混凝土罩面防治反射裂缝效果最好，其次是土工织物沥青混凝土罩面，3cm的防裂罩面可取得比7cm的普通沥青混凝土罩面结构层更好的防裂效果。可以认为一次土工织物橡胶沥青混凝土罩面至少相当于3次普通沥青混凝土罩面的效果。

2.3土工织物防治反射裂缝的.机理分析

经初步分析,土工职物间层防治路面反射裂缝作用的机理可归纳为四个方面。

A、隔离作用。铺放土工织物间层，将开裂的基层与(橡胶)沥青混凝土面层隔离，避免了基层与沥青混凝土面层的直接接触，基层裂缝拉应力不能直接传递到沥青混凝土面层上,虽减小了间层与面层间的结合力,但(橡胶)沥青粘合料将土工织物与间层和新铺面层连成一整体,共同承受车辆荷载的作用,足以防止界面上下层的相对位移而保持连续。

B、加筋作用。土工织物间层具有一定的强度，可承受一定的基层裂缝拉应力P1，当基层裂缝拉应力增大并大于土工织物间层的抗拉强度时，土工织物间层开始变形，此时面层才开始承受土工织物间层传递上来的拉应力p2，p1与p2之和等于基层裂缝拉应力p。若无土工织物间层，面层将承受基层裂缝的全部拉应力p，显然土工织物间层起到加筋的作用。在此意义上说，它提高了路面结构层的抗拉强度，因而可减薄路面结构层的厚度。

C、消能缓冲作用。土工织物为具有一定延伸性的材料，有较好的柔韧性，铺设在半刚性基层与沥青混凝土面层之间，相当于设置了一弹性层，基层裂缝拉应力通过土工织物间层扩展到更宽范围，从而缓解裂缝处应力强度，有弹性的间层能起到吸收部分拉伸能量的作用。

D、隔水防渗作用。土工织物的孔隙被(橡胶)沥青粘合料封闭后，形成一完整的织物一沥青体系隔水防渗层，可隔断路面水向路基渗透，从而保护基层的强度，使基层材料性质不至于进一步恶化。

综上可知，土工织物用于沥青混凝土面层与基层之间可有效抑制基层裂缝向上传递，在实际工程中发挥土工织物的抗拉作用及吸能作用，关键是要保证土工织物与沥青罩面之间有很好的附着力，因此在施工工艺上应研究如何加强沥青混凝土面层与织物的附着力，另外，在铺设土工织物时，对其应加一定预拉力，以保证土工织物能与沥青混凝土面层共同工作，使沥青混凝土面层的抗拉能力得到加强。

2.4防治反射裂缝对土工织物材料的要求

土工织物要在防治沥青路面反射裂缝中发挥作用，必须满足如下要求。

A、柔韧性。用于防治反射裂缝的材料要有良好的柔韧性能，可有效地吸收裂缝的拉应力，阻止拉力向上传递。材料的柔性体现在材料的抗拉强度和延伸率两个指标的乘积上，韧性体现在材料的局部承载能力上，材料的顶破强度可反映这一性能，试验表明要求材料的顶破强度R>2kN。

B、均匀性。产生沥青路面裂缝拉应力的方向是异向的，事先很难确定。这就要求用于防治反射裂缝的材料强度无明显方向性，即要求材料具有抗拉强度的各向均匀性。

C、稳定性。沥青路面施工工艺要求温度一般在摄氏150℃左右。因而防治反射裂缝的材料应具有一定的耐温性能，即在相应的温度条件下，材料的各项物理力学指标仍满足工程要求。

D、附着性。沥青路面施工工艺要求先在路基层或开裂路面喷洒沥青胶油，再热铺沥青混凝土面层。若在沥青路面与基层之间铺置防治反射裂缝材料，则该材料应与沥青胶油有良好的附着力，以保证沥青路面材料能充分吸收防治反射裂缝材料下沥青胶油达到饱和状态。

土工织物是透水的土工合成材料，包括有纺(机织)和无纺(非织造)的土工布、毡、毯。有纺和无纺土工织物的物理力学特性有不同，因而也用于不同的工程需要。有纺土工织物(或称有纺布)主要是指机织型的合成纤维土工织物。有纺布的强度有很强的方向性，有较高强度和较低延伸率。在采用有纺布防治反射裂缝病害时，应注意其铺置方向，以充分发挥其抗拉的能力。无纺(非织造)的土工织物具有较大的延伸率，具有一定的顶破强度，搞拉强度无显著的方向性。无纺布也是较为理想的防治反射裂缝材料，目前工程上以无纺针刺型应用较多。

3、结语

土工织物由于其良好的整体性、连续性和耐久性，用于路面结构中，具有隔离、防渗、加筋、过滤、排水作用，可以提高沥青面层的抗疲劳开裂、防止反射裂缝和抗变形能力，可使旧路强度明显不足、车流量大，重型超载车辆频繁、路面龟裂严重的半刚性基层沥青路面的使用质量得以改善，从而延长路面结构的使用寿命。试验研究及实际工程表明，合理使用土工织物防裂罩面是省时、省工、省料的沥青罩面道路养护措施之一，也可以用于新建路面以提高路面使用质量。可以预见，随着我国高等级公路的发展，土工织物在道路工程中有越来越广泛的应用前景。

土工布采用聚丙烯扁丝编织材料，它有较高的物理力学强度(30cmx5cm试样的干湿断裂强度742.8—768.3N.干湿撕裂强度296.0—326.3N，顶破强度383.2—394.0N，干湿撕裂的延伸率18.2%—25.8%，能耐150℃温度的热沥青混合料，收缩率仅2%—4%，当侵入170℃温度的热沥青后，收缩率达20%的断裂强度不减，与橡胶沥青的粘附性好，不怕水，耐酸耐碱。