土工合成材料在瀝青路面施工和養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用

田升奎 蘇盛 王盛 馮留雙

摘要：我國(guó)市政道路通常采用瀝青路面，這樣能夠有效保障路面的平整度以及車(chē)輛行駛過(guò)程中的舒適度。但是，交通量日益增大 ，重載車(chē)輛多 ，且地理位置全年濕潤(rùn)多雨的紅黏土地帶，因紅黏土具有高塑性和自由膨脹率，路面產(chǎn)生裂縫、唧漿、基層松散、沉陷等病害的可能性非常大，嚴(yán)重影響了道路的使用功能。因此，土木合成材料被應(yīng)用到瀝青路面上，以加強(qiáng)瀝青的面層結(jié)構(gòu)，有效彌補(bǔ)了瀝青材料的不足。本文簡(jiǎn)要介紹土工合成材料在瀝青路面施工和養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：土工合成材料;瀝青路面;施工;養(yǎng)護(hù)

全國(guó)人大代表熊曉冬在黨的十九大報(bào)告中指出，我國(guó)公路總里程已達(dá)485萬(wàn)公里。公路養(yǎng)護(hù)事關(guān)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全局，事關(guān)改革開(kāi)放公路發(fā)展成果得失，事關(guān)民生安全和福祉，意義重大。隨著大規(guī)模公路養(yǎng)護(hù)時(shí)代的到來(lái)，公路養(yǎng)護(hù)市場(chǎng)的發(fā)展壯大和規(guī)范有序運(yùn)轉(zhuǎn)，已經(jīng)成為未來(lái)我國(guó)公路基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量發(fā)展的重中之重。

目前，道路路面結(jié)構(gòu)形式主要以瀝青混凝土路面為主。瀝青材料是一種新型的可再生環(huán)保材料。它能夠有效形成一種柔性結(jié)構(gòu)，有效緩解路面對(duì)車(chē)輛的沖擊載荷，這樣可以增加車(chē)輛行駛過(guò)程中的舒適度。同時(shí)，由于瀝青材料自身的特性，使得路面在干燥后不會(huì)出現(xiàn)彎沉等情況，有效保障了路面的平整度。此外，瀝青路面還具有良好的抗滑性能。這就使得瀝青材料成為道路鋪設(shè)的主要材料。但是，瀝青路面容易出現(xiàn)裂縫、松散和坑槽等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了道路的強(qiáng)度，降低了道路的使用壽命。對(duì)此，經(jīng)過(guò)多項(xiàng)研究證明，土工合成材料能夠有效彌補(bǔ)瀝青材料的弊端，及時(shí)緩解瀝青路面裂縫的形成。

一、土工合成材料概述

土工合成材料是一種典型的巖土工程材料，其原材料主要為人工合成的塑料和化纖等高分子聚合物。通常情況下，土工合成材料以織物狀態(tài)存在，因此具有良好的透水性和高強(qiáng)度性。土工合成材料作為一種新型的工程材料，主要用于增強(qiáng)和保護(hù)工程建設(shè)中的土體，一般被放置在每層土體之間、土體內(nèi)部或者土體表面，以達(dá)到強(qiáng)化土體的效果。

目前，常用的土工合成材料主要有復(fù)合型土工合成材料、土工織物和特種土工合成材料。而在瀝青路面上所采用的土工合成材料是土工織物和玻璃纖維格柵。土工織物主要是指無(wú)紡?fù)凉げ迹@種土工布具有較強(qiáng)的壓縮性。同時(shí)，土工布作為一種高分子化合物，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。土工布的厚度通常在5mm以?xún)?nèi)，使其具有較強(qiáng)的滲透性。更重要的是，瀝青混凝土路面施工過(guò)程中要保證混凝土溫度保持在150℃以上，而土工布的耐高溫性正好滿(mǎn)足了這種使用要求。而玻璃纖維格柵的基礎(chǔ)材料主要是硅酸鹽材料，這種材料的物化性能穩(wěn)定，抗拉強(qiáng)度較高，能夠有效降低瀝青路面發(fā)生基層變形的概率。

二、土工合成材料在養(yǎng)護(hù)施工過(guò)程中的作用機(jī)理

（一）隔離作用

通常情況下，瀝青路面在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中，由于荷載超重就使得路面基層的剪應(yīng)力過(guò)大，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要變化為：基層內(nèi)部因?yàn)槁坊恋奈攵档徒Y(jié)構(gòu)性能，同時(shí)，如果沒(méi)有隔離層的防護(hù)，基層就會(huì)深入到土基層內(nèi)，造成路面出現(xiàn)坑槽等情況。而土工合成材料的隔離性能能夠在土基強(qiáng)度較差時(shí)得到良好的發(fā)揮，有效減少基層滲入土基的概率。土工合成材料作為隔離層，能夠?qū)⒉煌降牟牧舷喔綦x，以保證不同材料的厚度不受影響，有效保證了路面的整體厚度和強(qiáng)度。

鋪設(shè)時(shí)，瀝青油會(huì)將土工合成材料的孔隙封住從而隔斷路表水下滲，在長(zhǎng)期的雨水浸泡下起到保護(hù)基底土壤原本結(jié)構(gòu)的作用，不至于在水的浸泡和流動(dòng)下下出現(xiàn)大量細(xì)小顆粒的流失和結(jié)構(gòu)的破壞，也就不會(huì)出現(xiàn)基底土壤大面積空洞而造成路面下陷，從而使得路面能形成不易破壞的整體，延長(zhǎng)其使用壽命。

（二）加筋作用

土工合成材料的加筋作用主要體現(xiàn)在三方面：側(cè)限作用、薄膜效應(yīng)和拉力加筋。市政道路在大量車(chē)輛的長(zhǎng)時(shí)間行駛過(guò)程中，由于載荷超重就會(huì)使得瀝青材料中的顆粒發(fā)生橫向移動(dòng)，影響道路的使用。而土工合成材料的使用，可以將路面內(nèi)的顆粒進(jìn)行鎖嵌、魔阻和固定，這樣就極大的改善了路面顆粒發(fā)生橫向移動(dòng)的現(xiàn)象，有效保障了瀝青道路的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)道路的使用時(shí)間。而在土基強(qiáng)度較弱的情況下，土工合成材料又可以起到頂面拉筋的作用，這樣使得路面所需要承受的剪應(yīng)力分布均勻，間接增強(qiáng)了地基的承載能力。土工合成材料的鋪設(shè)深度直接影響了薄膜效應(yīng)的效果，如果鋪設(shè)不當(dāng)，就會(huì)造成路基的強(qiáng)度和承載能力等有所降低。因此，在施工過(guò)程中需要嚴(yán)格控制好土工合成材料的鋪設(shè)深度。

一般可在基層和面層之間鋪設(shè)土工合成材料，并將材料在兩個(gè)方向進(jìn)行冷拉，這種情況下，將會(huì)改變裂尖應(yīng)力方向，也就是從垂直向轉(zhuǎn)化為水平向。當(dāng)拉力達(dá)到一定限度時(shí)，瀝青出現(xiàn)裂縫，而退出工作，立即由有較強(qiáng)抗拉性能的土工合成材料承擔(dān)拉應(yīng)力，從而延緩裂縫的進(jìn)一步發(fā)展。由于土工合成材料有較高的彈性模量，基層裂尖的拉應(yīng)力通過(guò)土工合成材料的較高的塑性能將應(yīng)力擴(kuò)散到周?chē)?，避免出現(xiàn)應(yīng)力過(guò)度集中，從而達(dá)到消能緩沖的功能。

三、瀝青路面中土工合成材料的施工和養(yǎng)護(hù)

鑒于土工合成材料的化學(xué)特性，該材料不應(yīng)該放置在露天的環(huán)境中，禁止陽(yáng)光直射，以防化合物中的有機(jī)物質(zhì)被氧化而發(fā)生老化。同時(shí)，土工合成材料在放置過(guò)程中要注意防水防潮。玻璃纖維格柵具有一定的刺激性，在使用過(guò)程中最好佩戴相應(yīng)的勞動(dòng)防護(hù)用品，以免誤傷到工作人員。

對(duì)于瀝青路面中土工合成材料的施工，根據(jù)道路的新舊情況，其施工工序有所區(qū)別。舊道路需要將破損的路面進(jìn)行徹底的清除，才可以進(jìn)行土工合成材料的施工，而新道路只需要按照施工方案進(jìn)行施工即可。土工合成材料的鋪設(shè)，需要進(jìn)行張拉、搭接與固定等工序。在張拉工序中，需要借助固定器將土工合成材料的一端加以固定，然后再采用機(jī)械或者人工手段進(jìn)行張拉，在張拉過(guò)程中，需要保證土工合成材料的張拉伸長(zhǎng)率控制在允許的范圍內(nèi)，確認(rèn)張拉平整無(wú)誤后，用固定器將另一端進(jìn)行固定。

對(duì)于土工合成材料的搭接，不同材料具有不同的搭接要求。玻璃纖維格柵的橫向搭接長(zhǎng)度最好在8-10㎝左右，縱向搭接長(zhǎng)度在5-8㎝左右。而土工布的橫向搭接長(zhǎng)度以4-5㎝為宜，縱向搭接則采用粘層油粘。灑設(shè)粘層油也是土工合成材料應(yīng)用在瀝青路面上的必要工序，主要是為了促進(jìn)兩者之間的有效融合。但是在灑設(shè)粘層油的過(guò)程中，需要注意土工布和玻璃纖維格柵的施工順序是不同的。土工布施工需要先灑設(shè)粘層油，再進(jìn)行土工布的鋪設(shè)，而玻璃纖維格柵則相反。同時(shí)，對(duì)于粘層油的使用用量，也需要根據(jù)實(shí)際的路面建設(shè)情況控制在合理的用量范圍內(nèi)，不宜過(guò)多也不能過(guò)少。

四、結(jié)語(yǔ)：

土工合成材料在瀝青路面上的成功應(yīng)用，能夠有效提升瀝青路面的整體性能，也是適應(yīng)交通強(qiáng)國(guó)的號(hào)召因此，相關(guān)部門(mén)應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)土工合成材料的研究，使其在瀝青路面上的使用技術(shù)不斷被完善，進(jìn)而提升市政道路的建設(shè)質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：田升奎（1996-），漢族，男，湖北十堰人，本科，研究方向：土木工程。

基金項(xiàng)目：廣西大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目成果“土工合成材料改善瀝青路面性能試驗(yàn)研究”（201910595174）