土工格柵在公路路面改建中的應(yīng)用研究

1、土工格柵在公路路面改建中的應(yīng)用研究交通行業(yè)重點實驗室 2008-03-03 【字體：大 中 小】【打印本文】 【關(guān)閉窗口】【發(fā)布單位】SRC-993【作者】【發(fā)布日期】2006-03-13完成單位：河南省許昌市公路管理局、長安大學道路結(jié)構(gòu)與材料交通行業(yè)重點實驗室完成形式：合作完成成果評審（鑒定）時間：2004年6月參加研究的主要人員名單：周玉利、孫廷選、支喜蘭、韓冰、孫建民、施篤儉、琚曉輝、王玲、王栓柱、劉斌、李繼鋒、劉根昌、趙淑敏、安建中成果主要內(nèi)容本課題已列入許昌市2003年科技發(fā)展計劃，見文關(guān)于下達許昌市2003年科技發(fā)展計劃的通知（許科字200355號），項目名稱為土工格柵在公路路面改

2、建中的應(yīng)用研究，序號425。1土工格柵的應(yīng)用及作用機理土工格柵的應(yīng)用很廣泛，在水利工程、工民建工程和公路工程均有著大量應(yīng)用。公路方面主要集中在以下方面：1）布置在瀝青混凝土面層以下，減少反射裂縫、提高抗車轍能力和增加抗疲勞性能。2）應(yīng)用在粒料基層中間以防止產(chǎn)生過大的永久變形和疲勞破壞。3）土方路基施工中軟弱地基的處理，保證路基承載能力，減少土方工程量。土工格柵的作用機理如下：1）格柵表面與混合料的摩擦作用。2）混合料對格柵筋肋條和節(jié)點的被動阻抗力作用。3）格柵上的孔眼對混合料的鎖定作用。2課題的提出改建路面結(jié)構(gòu)設(shè)計，很大程度上取決于原路面的狀況。土工格柵放在什么位置，起什么改善作用是值得研究的

3、問題。本項目將結(jié)合豫20線茨溝至舞陽界段改善工程，將土工格柵放在基層下部，主要解決土工格柵材料選擇、含有土工格柵的改建路面結(jié)構(gòu)力學分析、施工工藝等方面的問題。為路面改建工程中合理應(yīng)用土工格柵提供科學依據(jù)。近年來，國內(nèi)外也進行了相關(guān)的研究，但大都是針對以上三個方面，沒有進行以下研究：傳統(tǒng)理論與有限元相結(jié)合的研究、各種土工材料性能及其對比的研究、土工格柵應(yīng)用于基層以下的研究、土工格柵對路基加寬新舊結(jié)合部的研究。3研究內(nèi)容本項目將結(jié)合實體工程，主要解決土工格柵材料選擇、含有土工格柵的改建路面結(jié)構(gòu)力學分析、施工工藝、檢測方法等方面的問題。為路面改建工程中合理應(yīng)用土工格柵提供科學依據(jù)。1）土工格柵材料選

4、擇土工合成材料的質(zhì)量性能差異較大，具有不同的力學指標。根據(jù)工程使用的情況不同，應(yīng)該選擇不同的土工合成材料。在工程設(shè)計與施工中，應(yīng)根據(jù)原路面的具體情況和工程特點要求，選擇符合力學性能的格柵材料。2）土工格柵改建路面結(jié)構(gòu)力學分析分析土工格柵位于基層下、基層上、面層下等位置時，在汽車荷載作用下，路面的彎沉、各層層底彎拉應(yīng)力的變化情況，路面裂縫處理情況和舊路加寬部位的路面結(jié)構(gòu)進行了理論分析，確定土工格柵的合理層位及所起作用。3）施工工藝研究在工程實施過程中，如何施工才能使土工格柵在改建路面結(jié)構(gòu)中取得良好的加筋效果，可通過試驗路的鋪筑，總結(jié)施工工藝，尋求可行的檢測手段提出檢測方法。4研究方法采用理論分析

5、與室內(nèi)室內(nèi)外相結(jié)合的方法。技術(shù)路線如下：1）收集國內(nèi)外關(guān)于土工格柵在瀝青路面研究中的成果及經(jīng)驗。2）土工格柵的物理力學性能試驗，為理論計算提供科學的依據(jù)。3）制作加格柵與未加格柵的半剛性水泥穩(wěn)定碎石材料試件，通過室內(nèi)梁的拉彎拉試驗、疲勞試驗對比分析格柵對提高基層的抗彎拉強度及疲勞特性所起的作用。4）理論計算及分析。5）通過改建前后的常規(guī)彎沉測試方法及運營過程中的落錘式彎沉儀（FWD）現(xiàn)場彎沉測試，評定格柵對路面承載能力起到的作用。6）結(jié)論與建議。5研究結(jié)論1）結(jié)合河南省洛界公路襄城茨溝至舞陽界段二級瀝青公路路面改建工程，提出在交通量較大，超重車具有單方向性的路幅舊路面上，即補強基層底面加鋪土工

6、格柵的設(shè)計方案，提高改建路面的抗反射裂縫能力。2）對土工格柵材料性能進行研究，提出適用的土工格柵類型、性能指標和力學參數(shù)。正六邊形的土工格柵受力均勻、穩(wěn)定。建議選用對稱性好的材料，能使受拉時應(yīng)力傳遞均勻，風格變形性好；土工格柵可以預(yù)防瘃減緩反射裂縫的發(fā)生；引用復合材料力學得出泊松比，可以為理論計算提供依據(jù)。3）對土工格柵加筋半剛性基層材料進行彎拉、疲勞試驗，結(jié)果表明，在半剛性基層下加鋪土工格柵，可延緩半剛性基層的裂縫，增加疲勞壽命。4）應(yīng)用彈性層狀體系理論和有限元法，對土工格柵鋪設(shè)在改建路面不同層位、原有路面裂縫處理和舊路加寬部位時的路面結(jié)論進行了理論分析并得出了類似的結(jié)論。在新建或改建路面基

7、層底面加鋪土工格柵會：改變基層地面的層底拉應(yīng)力和路表彎沉；對路面結(jié)構(gòu)力學性能的改善最為理想；可以減薄半剛性基層厚度，減小的厚度與土工格柵模量成正比等。5）聯(lián)合應(yīng)用貝克曼梁和落錘式彎沉儀對試驗路段路面進行承載性能測試，表明加鋪土工格柵對路面整體強度和剛度均有提高作用，落錘式彎沉儀精度較高，可作為評價路面剛度的有交往檢測手段。6）提出了土工格柵改建路面工程應(yīng)用中的技術(shù)要點并進行了經(jīng)濟效益分析。以上結(jié)論中的第2）、3）和4）條的技術(shù)內(nèi)容在國內(nèi)外文獻中未見報道，該成果的部分技術(shù)在國際上具有一定的創(chuàng)造性，因此該成果在國內(nèi)外具有一定的先進性。隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，道路交通量不斷增加，國省干線公路交通趨于

8、飽和，特別是近年來超限、超載、超重車輛的增多，致使路面嚴重超負荷，在設(shè)計年限內(nèi)，過早的出現(xiàn)路面病害，嚴重制約了公路的運輸條件及道路的通行能力，未能充分發(fā)揮國省干道的作用。土工格柵在公路路面改建中的應(yīng)用研究是國際領(lǐng)先和國內(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度和剛度，延緩路面反射裂縫的出現(xiàn)，增加路面疲勞壽命，從而大大降低工程投資。目前，這項在國際、國內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)將進一步得到發(fā)展和更廣泛的應(yīng)用，尤其在重載交通具有單向性的改建道路中的應(yīng)用。到目前為止統(tǒng)計到的應(yīng)用此項技術(shù)的工程如下（含已通車和正在施工的）：1）河南省S238常付線（洛界公路）襄城茨溝至舞陽界段改善工程，15.33公里二級公路。2）河南省國道106至國道107沿黃連接線工程，33.56公里二級公路。3）廣東省珠海市三灶鎮(zhèn)城市道路工程，6公里次干道。4）陜西省周至馬召省道工程，25.4公里二級公路。本項目研究成果的應(yīng)用，不僅可以提高公路的承載能力、保證或者提高公路的使用壽命、提高公路的通行能力，有力地促進交通運輸業(yè)的發(fā)展，并為宏觀經(jīng)濟的穩(wěn)定、健康、持續(xù)的發(fā)展提供保障。而且可以節(jié)約大量的水泥、石料等原材料，降低工程投資，減少