玻纖土工格柵在公路工程中的應(yīng)用和作用機(jī)理
玻纖土工格柵在公路工程中，在防止瀝青道路反射裂縫的產(chǎn)生，增強(qiáng)路基強(qiáng)度，路面維修等方面已發(fā)揮重要作用。
一、玻纖土工格柵在公路工程中的應(yīng)用
反射裂縫是瀝青路面普遍存在的一種病害現(xiàn)象。根據(jù)國(guó)內(nèi)外道路工程的實(shí)踐，在瀝青面層和中集瀝青混合料層或粗集瀝青混合料層之間鋪設(shè)一層土工織物，可用以消除或減緩面層反射裂縫的產(chǎn)生，從而延長(zhǎng)道路的使用壽命，降低維修成本。但是，由于瀝青路面澆注時(shí)的溫度高達(dá)160℃-180℃，致使土工織物褶皺、變形、軟化，使其性能大大降低，不但難以消除或減緩面層反射裂縫的產(chǎn)生，而且使得瀝青路面更加凹凸不平，而玻纖土工格柵所特有的性能，完全滿足瀝青路面的要求，目前許多工程已使用玻纖土工格柵。
玻纖應(yīng)用于瀝青道路時(shí)，可在以下幾方面發(fā)揮作用。
（1）抗疲勞開裂
瀝青路面必須具有一定的承載能力，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能發(fā)生疲勞破壞。瀝青路面在直接與車輪接觸的下面層受到壓力，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發(fā)生破壞，在長(zhǎng)期荷載的作用下，發(fā)生疲勞開裂。
玻纖土工格柵在瀝青面層中，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，減少了應(yīng)力突變對(duì)瀝青面層的破壞。同時(shí)玻璃纖維土工格柵的低延伸率減少了路面的彎沉量，保證了路面不會(huì)發(fā)生過度變形。
（2） 耐高溫車轍
瀝青混凝土在高溫時(shí)具有流變性，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)原狀態(tài)，即產(chǎn)生了塑性變形，在車輛反復(fù)碾壓的作用下，塑性變形不斷積累，形成車轍。通過瀝青面層結(jié)構(gòu)分析可知，高溫下的瀝青混凝土在受到荷載的碾壓作用，形成了微量的波形流變，面層中沒有任何可以約束瀝青混凝土流變的骨架材料，造成瀝青面層流變的累積疊加，這是形成車轍的根本所在。
在瀝青面層中使用玻纖土工格柵，其在瀝青面層中起到骨架作用，瀝青砼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。
（3） 抗低溫縮裂
嚴(yán)寒時(shí)期，瀝青混凝土面層的溫度近于氣溫，瀝青砼遇冷收縮，產(chǎn)生拉應(yīng)力，在受到荷載反復(fù)作用下，拉應(yīng)力進(jìn)一步增加，當(dāng)拉應(yīng)力超過瀝青砼拉伸強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生裂紋，在裂紋兩端處，拉應(yīng)力更加集中，裂紋逐步形成裂縫，造成病害。
玻纖土工格柵置于瀝青中，使得瀝青砼的拉伸強(qiáng)度大大提高，足夠抵抗住較大的拉應(yīng)力而不致發(fā)生路面破壞，即使因?yàn)榫植繀^(qū)域產(chǎn)生微小裂紋，裂紋處的應(yīng)力集中，經(jīng)玻纖土工格柵的傳遞而消失，裂紋不會(huì)發(fā)展成裂縫。
（4） 延緩反射裂縫
裂縫產(chǎn)生的反射有兩種，一種是面層產(chǎn)生裂縫后，裂縫向下反射，破壞下層結(jié)構(gòu)，降低路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在雨水時(shí)節(jié)，水進(jìn)入裂縫中，在交通荷載（輪胎壓力）的反復(fù)抵壓，水在裂縫中產(chǎn)生水壓，水不斷的沖擊瀝青混合料，導(dǎo)致裂縫擴(kuò)大。另一種是舊面層原有裂縫，路基層或下層路基層產(chǎn)生的裂縫向上反射，新罩路面無法承受因底層移動(dòng)而產(chǎn)生的剪切力和抗伸應(yīng)力，導(dǎo)致路面面層裂縫。
在瀝青罩面層中加鋪玻纖土工格柵夾層，抑制應(yīng)力，釋放應(yīng)變，增強(qiáng)瀝青混凝土整體強(qiáng)度，達(dá)到防止裂縫向上或向下反射的目的。
二、玻纖土工格柵在路基中的應(yīng)用
路基是公路系統(tǒng)中最重要的結(jié)構(gòu)組織之一，在運(yùn)輸工具變應(yīng)力的作用下，基礎(chǔ)層局部地域承受較大的應(yīng)力和應(yīng)變，因長(zhǎng)時(shí)間局部地域受應(yīng)力變化，基礎(chǔ)層開始出現(xiàn)沉降、位移、開裂等現(xiàn)象。由于基礎(chǔ)層的變化，導(dǎo)致路面發(fā)生不規(guī)則的曲率變化，使路面出現(xiàn)裂縫、起皺等現(xiàn)象。因此，基礎(chǔ)層增強(qiáng)十分重要。采用經(jīng)特殊處理的玻纖土工格柵，能使基礎(chǔ)層的整體強(qiáng)力大大提高，其作用就象鋼筋增強(qiáng)水泥混凝土一樣。
土與玻纖土工格柵相互作用的加筋機(jī)理，在室內(nèi)進(jìn)行的大量試驗(yàn)表明：在土體中合理布置玻纖土工格柵，可使土體的垂直應(yīng)力、水平應(yīng)力明顯降低，土體剪應(yīng)力（土顆粒之間的磨擦作用）明顯提高，土體的抗剪強(qiáng)度得到充分發(fā)揮，可以大大提高土體的承載能力，抗變形能力和抗裂能力。玻纖土工格柵在加筋土體中的內(nèi)聚力效應(yīng)、隔離效應(yīng)、波紋效應(yīng)、拱效應(yīng)、嵌鎖效應(yīng)等各種加筋效應(yīng)，有些是先后依次出現(xiàn)的，有些是重疊交叉作用，這些重疊的復(fù)合效應(yīng)，最終將改變或阻止塑性區(qū)的形成和發(fā)展。
玻纖土工格柵在路基中的作用主要表現(xiàn)在：
（1）通過玻纖土工格柵將其上部填料的垂直變形向水平方向擴(kuò)散以致其上部填料的抗剪切變形能力得以充分發(fā)揮，使得軟土地基表面的承載區(qū)大大增強(qiáng)，表面的壓強(qiáng)大大減小，增強(qiáng)地基的強(qiáng)度，提高地基的承載力。
（2） 提高路基的穩(wěn)定性。
（3） 減小施工期填土的大量下沉，節(jié)約土石方。
（4） 調(diào)整不均勻沉降：①玻纖土工格柵的拉應(yīng)力作用使界面以下土體的豎向應(yīng)力減小，從而使土體豎向壓縮變形減小。②由于預(yù)拉和差異沉降導(dǎo)致玻纖土工格柵的變形，這一拉應(yīng)力由界面剪應(yīng)力平衡。界面剪應(yīng)力使基礎(chǔ)沉降區(qū)域產(chǎn)生一定大小的隆起變形，這一隆起變形部分抵消了基礎(chǔ)或路基的沉降。
（5） 由于其柔韌性和高彈模，能有效地吸收振動(dòng)所傳遞的能量，因而具有良好的抗震性。
三、玻纖土工格柵在增強(qiáng)水泥路面的應(yīng)用
水泥混凝土路面損壞有兩種類型：一種是結(jié)構(gòu)性破壞、開裂、變形、接縫損壞等。一種是功能性損壞、表面滑溜、表面損壞等，路面唧泥現(xiàn)象，地基不均勻沉降引起的開裂等因素是水泥混凝土損壞的主要原因。
由于雨水不可避免的沿著縱縫、模縫等處滲入到石灰土基層表面，滲入到基層表面的雨水，在行車荷載的重復(fù)作用下，形成高壓水，在板底高速流動(dòng)，對(duì)石灰土基層產(chǎn)生沖刷，基層中的細(xì)顆粒被帶到混凝土表面上來，從而產(chǎn)生唧泥，唧泥現(xiàn)象的長(zhǎng)期發(fā)展，必然是石灰土基層表面的凹凸不平，從而使混凝土板底脫空，導(dǎo)致板體的荷載應(yīng)力增大，加速混凝土板體的斷裂。由于板體的斷裂，又?jǐn)U大了板體的滲水范圍，反復(fù)循環(huán)，促使斷板率猛增，從而造成水泥混凝土路面大面積損壞。
因水泥混凝土路面剛度大，抗變形能力差，當(dāng)?shù)鼗痪鶆虺两禃r(shí)，改變了其受力狀態(tài)和工作條件，水泥混凝土板塊內(nèi)部應(yīng)力增加，造成水泥混凝土板塊破壞，從而降低了水泥路面的使用壽命。
如何解決以上存在的問題呢？根據(jù)玻璃纖維土工格柵的優(yōu)良特性和特殊的表面處理，其作用有三種。其一，在石灰土基層表面鋪設(shè)玻纖土工格柵，增強(qiáng)基層的整體強(qiáng)度。再噴灑一層重油熱瀝青（或粘層油）起防水作用，它能有效阻止雨水對(duì)石灰土基層面的侵蝕，從而延長(zhǎng)石灰土基層的使用壽命。其二，玻纖土工格柵能有效阻止石灰土基層因疲勞開裂、低溫收縮開裂等引起的裂縫向上對(duì)水泥路面產(chǎn)生反射裂縫。其三，玻璃纖維土工格柵能增強(qiáng)水泥混凝土，其增強(qiáng)作用就象鋼筋增強(qiáng)水泥一樣，能將路面的荷載應(yīng)力均勻擴(kuò)散，防止反射裂縫的產(chǎn)生，從而延長(zhǎng)水泥路面的使用壽命。
四、玻纖土工格柵在路面維修中的應(yīng)用
按路面結(jié)構(gòu)形式分類，有瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面，按路面維修形式分類，有路面開裂等病害的維修和路面拓寬。
瀝青混凝土是使用最廣泛的一種材料，用來保養(yǎng)或修復(fù)損壞的路面以及高等級(jí)瀝青混凝土路面反射裂縫的預(yù)防，即使從結(jié)構(gòu)上看是良好的路面，然而，一個(gè)主要的問題是，重新翻修路面后以及新建使用不久后路面常常開裂，這種開裂反映了道路原有結(jié)構(gòu)中的缺陷，降低了路面的使用壽命，采取了各種不同的措施來試圖減輕消除反射性開裂的問題，但效果都不理想，而玻纖土工格柵的高抗拉強(qiáng)度，高彈性模量和低延伸率等特性，為消除反射裂縫提供了可靠的技術(shù)保證，通過近幾年在許多高速公路，一、二級(jí)公路和市政道路的使用效果，證實(shí)玻纖土工格柵是消除反射裂縫最理想的材料。
對(duì)舊瀝青混凝土路面維修，可采用錨固法或自粘法，在原路面損壞嚴(yán)重，可在原路面上做30mm～40mm的細(xì)料瀝青混合料找平層，再鋪設(shè)玻纖土工格柵，對(duì)舊水泥混凝土路面維修，采用自粘法、鋪設(shè)玻纖土工格柵。對(duì)舊路面拓寬，在新舊路面接合處鋪設(shè)玻纖土工格柵，其主要作用是防止新舊路面沉降不均，引起接合處的裂縫。
玻纖土工格柵是一種新型土工材料。近幾年已在全國(guó)幾十個(gè)省市的國(guó)家重點(diǎn)工程、高速公路、一、二級(jí)公路、市政道路得到廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，應(yīng)用于瀝青罩面中，與瀝青混合料溶為一體，具有抑制瀝青混合料流動(dòng)、防止車轍、延緩裂縫的效果。應(yīng)用于路基中，具有增強(qiáng)路基整體強(qiáng)度，提高路基穩(wěn)定性，防止路基沉降不均，防止裂縫的反射。
從成本的角度分析，玻璃纖維土工格柵與其它材料比，具有功能價(jià)格比優(yōu)良，延長(zhǎng)道路使用壽命，減少維修費(fèi)用。可適當(dāng)減薄瀝青混合料面層厚度，用于路基可增加30%的載荷強(qiáng)度，節(jié)省土石方，減少施工運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用等，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。