土工格栅在公路路面改建中的应用研究
发布时间：2011/5/6 15:40:42作者：阅读次数：次
1．土工格栅的应用及作用机理
土工格栅的应用很广泛，在水利工程、工民建工程和公路工程均有着大量应用。
公路方面主要集中在以下方面：
1）布置在沥青混凝土面层以下，减少反射裂缝、提高抗车辙能力和增加抗疲劳性能。
2）应用在粒料基层中间以防止产生过大的永久变形和疲劳破坏。
3）土方路基施工中软弱地基的处理，保证路基承载能力，减少土方工程量。
土工格栅的作用机理如下：
1）格栅表面与混合料的摩擦作用。
2）混合料对格栅筋肋条和节点的被动阻抗力作用。
3）格栅上的孔眼对混合料的锁定作用。
2．课题的提出
改建路面结构设计，很大程度上取决于原路面的状况。土工格栅放在什么位置，起什么改善作用是值得研究的问题。
本项目将结合豫20线茨沟至舞阳界段改善工程，将土工格栅放在基层下部，主要解决土工格栅材料选择、含有土工格栅的改建路面结构力学分析、施工工艺等方面的问题。为路面改建工程中合理应用土工格栅提供科学依据。
近年来，国内外也进行了相关的研究，但大都是针对以上三个方面，没有进行以下研究：传统理论与有限元相结合的研究、各种土工材料性能及其对比的研究、土工格栅应用于基层以下的研究、土工格栅对路基加宽新旧结合部的研究。
3．研究内容
本项目将结合实体工程，主要解决土工格栅材料选择、含有土工格栅的改建路面结构力学分析、施工工艺、检测方法等方面的问题。为路面改建工程中合理应用土工格栅提供科学依据。
1）土工格栅材料选择
土工合成材料的质量性能差异较大，具有不同的力学指标。根据工程使用的情况不同，应该选择不同的土工合成材料。在工程设计与施工中，应根据原路面的具体情况和工程特点要求，选择符合力学性能的格栅材料。
2）土工格栅改建路面结构力学分析
分析土工格栅位于基层下、基层上、面层下等位置时，在汽车荷载作用下，路面的弯沉、各层层底弯拉应力的变化情况，路面裂缝处理情况和旧路加宽部位的路面结构进行了理论分析，确定土工格栅的合理层位及所起作用。
3）施工工艺研究
在工程实施过程中，如何施工才能使土工格栅在改建路面结构中取得良好的加筋效果，可通过试验路的铺筑，总结施工工艺，寻求可行的检测手段提出检测方法。
4．研究方法
采用理论分析与室内室内外相结合的方法。技术路线如下：
1）收集国内外关于土工格栅在沥青路面研究中的成果及经验。
2）土工格栅的物理力学性能试验，为理论计算提供科学的依据。
3）制作加格栅与未加格栅的半刚性水泥稳定碎石材料试件，通过室内梁的拉弯拉试验、疲劳试验对比分析格栅对提高基层的抗弯拉强度及疲劳特性所起的作用。
4）理论计算及分析。
5）通过改建前后的常规弯沉测试方法及运营过程中的落锤式弯沉仪（FWD）现场弯沉测试，评定格栅对路面承载能力起到的作用。
6）结论与建议。
5．研究结论
1）结合河南省洛界公路襄城茨沟至舞阳界段二级沥青公路路面改建工程，提出在交通量较大，超重车具有单方向性的路幅旧路面上，即补强基层底面加铺土工格栅的设计方案，提高改建路面的抗反射裂缝能力。
2）对土工格栅材料性能进行研究，提出适用的土工格栅类型、性能指标和力学参数。正六边形的土工格栅受力均匀、稳定。建议选用对称性好的材料，能使受拉时应力传递均匀，风格变形性好；土工格栅可以预防瘃减缓反射裂缝的发生；引用复合材料力学得出泊松比，可以为理论计算提供依据。
3）对土工格栅加筋半刚性基层材料进行弯拉、疲劳试验，结果表明，在半刚性基层下加铺土工格栅，可延缓半刚性基层的裂缝，增加疲劳寿命。
4）应用弹性层状体系理论和有限元法，对土工格栅铺设在改建路面不同层位、原有路面裂缝处理和旧路加宽部位时的路面结论进行了理论分析并得出了类似的结论。
在新建或改建路面基层底面加铺土工格栅会：改变基层地面的层底拉应力和路表弯沉；对路面结构力学性能的改善最为理想；可以减薄半刚性基层厚度，减小的厚度与土工格栅模量成正比等。
5）联合应用贝克曼梁和落锤式弯沉仪对试验路段路面进行承载性能测试，表明加铺土工格栅对路面整体强度和刚度均有提高作用，落锤式弯沉仪精度较高，可作为评价路面刚度的有交往检测手段。
6）提出了土工格栅改建路面工程应用中的技术要点并进行了经济效益分析。
以上结论中的第2）、3）和4）条的技术内容在国内外文献中未见报道，该成果的部分技术在国际上具有一定的创造性，因此该成果在国内外具有一定的先进性。
随着汽车工业的迅猛发展，道路交通量不断增加，国省干线公路交通趋于饱和，特别是近年来超限、超载、超重车辆的增多，致使路面严重超负荷，在设计年限内，过早的出现路面病害，严重制约了公路的运输条件及道路的通行能力，未能充分发挥国省干道的作用。
土工格栅在公路路面改建中的应用研究是国际领先和国内首创的应用技术，这种新材料、新工艺的研究成果，主要解决了沥青混凝土路面在改建过程中不设底基层的工程难题，有效地提高了路面的整体强度和刚度，延缓路面反射裂缝的出现，增加路面疲劳寿命，从而大大降低工程投资。
目前，这项在国际、国内领先的技术将进一步得到发展和更广泛的应用，尤其在重载交通具有单向性的改建道路中的应用。
到目前为止统计到的应用此项技术的工程如下（含已通车和正在施工的）：
1）河南省S238常付线（洛界公路）襄城茨沟至舞阳界段改善工程，15.33公里二级公路。
2）河南省国道106至国道107沿黄连接线工程，33.56公里二级公路。
3）广东省珠海市三灶镇城市道路工程，6公里次干道。
4）陕西省周至～马召省道工程，25.4公里二级公路。
本项目研究成果的应用，不仅可以提高公路的承载能力、保证或者提高公路的使用寿命、提高公路的通行能力，有力地促进交通运输业的发展，并为宏观经济的稳定、健康、持续的发展提供保障。而且可以节约大量的水泥、石料等原材料，降低工程投资，减少养护维修工作及其费用支出，因而本项目的研究具有良好的社会经济及环境效益。
许昌市公路管理局将会同省公路管理局和省交通厅，在总结项目研究成果的基础上，根据鉴定专家组的意见，组织推广应用项目研究成果，在工程实践中进一步验证和完善，使科技成果转化为生产力，以适应重载交通运输发展的需要。
土工格栅的应用很广泛，在水利工程、工民建工程和公路工程均有着大量应用。
公路方面主要集中在以下方面：
1）布置在沥青混凝土面层以下，减少反射裂缝、提高抗车辙能力和增加抗疲劳性能。
2）应用在粒料基层中间以防止产生过大的永久变形和疲劳破坏。
3）土方路基施工中软弱地基的处理，保证路基承载能力，减少土方工程量。
土工格栅的作用机理如下：
1）格栅表面与混合料的摩擦作用。
2）混合料对格栅筋肋条和节点的被动阻抗力作用。
3）格栅上的孔眼对混合料的锁定作用。
2．课题的提出
改建路面结构设计，很大程度上取决于原路面的状况。土工格栅放在什么位置，起什么改善作用是值得研究的问题。
本项目将结合豫20线茨沟至舞阳界段改善工程，将土工格栅放在基层下部，主要解决土工格栅材料选择、含有土工格栅的改建路面结构力学分析、施工工艺等方面的问题。为路面改建工程中合理应用土工格栅提供科学依据。
近年来，国内外也进行了相关的研究，但大都是针对以上三个方面，没有进行以下研究：传统理论与有限元相结合的研究、各种土工材料性能及其对比的研究、土工格栅应用于基层以下的研究、土工格栅对路基加宽新旧结合部的研究。
3．研究内容
本项目将结合实体工程，主要解决土工格栅材料选择、含有土工格栅的改建路面结构力学分析、施工工艺、检测方法等方面的问题。为路面改建工程中合理应用土工格栅提供科学依据。
1）土工格栅材料选择
土工合成材料的质量性能差异较大，具有不同的力学指标。根据工程使用的情况不同，应该选择不同的土工合成材料。在工程设计与施工中，应根据原路面的具体情况和工程特点要求，选择符合力学性能的格栅材料。
2）土工格栅改建路面结构力学分析
分析土工格栅位于基层下、基层上、面层下等位置时，在汽车荷载作用下，路面的弯沉、各层层底弯拉应力的变化情况，路面裂缝处理情况和旧路加宽部位的路面结构进行了理论分析，确定土工格栅的合理层位及所起作用。
3）施工工艺研究
在工程实施过程中，如何施工才能使土工格栅在改建路面结构中取得良好的加筋效果，可通过试验路的铺筑，总结施工工艺，寻求可行的检测手段提出检测方法。
4．研究方法
采用理论分析与室内室内外相结合的方法。技术路线如下：
1）收集国内外关于土工格栅在沥青路面研究中的成果及经验。
2）土工格栅的物理力学性能试验，为理论计算提供科学的依据。
3）制作加格栅与未加格栅的半刚性水泥稳定碎石材料试件，通过室内梁的拉弯拉试验、疲劳试验对比分析格栅对提高基层的抗弯拉强度及疲劳特性所起的作用。
4）理论计算及分析。
5）通过改建前后的常规弯沉测试方法及运营过程中的落锤式弯沉仪（FWD）现场弯沉测试，评定格栅对路面承载能力起到的作用。
6）结论与建议。
5．研究结论
1）结合河南省洛界公路襄城茨沟至舞阳界段二级沥青公路路面改建工程，提出在交通量较大，超重车具有单方向性的路幅旧路面上，即补强基层底面加铺土工格栅的设计方案，提高改建路面的抗反射裂缝能力。
2）对土工格栅材料性能进行研究，提出适用的土工格栅类型、性能指标和力学参数。正六边形的土工格栅受力均匀、稳定。建议选用对称性好的材料，能使受拉时应力传递均匀，风格变形性好；土工格栅可以预防瘃减缓反射裂缝的发生；引用复合材料力学得出泊松比，可以为理论计算提供依据。
3）对土工格栅加筋半刚性基层材料进行弯拉、疲劳试验，结果表明，在半刚性基层下加铺土工格栅，可延缓半刚性基层的裂缝，增加疲劳寿命。
4）应用弹性层状体系理论和有限元法，对土工格栅铺设在改建路面不同层位、原有路面裂缝处理和旧路加宽部位时的路面结论进行了理论分析并得出了类似的结论。
在新建或改建路面基层底面加铺土工格栅会：改变基层地面的层底拉应力和路表弯沉；对路面结构力学性能的改善最为理想；可以减薄半刚性基层厚度，减小的厚度与土工格栅模量成正比等。
5）联合应用贝克曼梁和落锤式弯沉仪对试验路段路面进行承载性能测试，表明加铺土工格栅对路面整体强度和刚度均有提高作用，落锤式弯沉仪精度较高，可作为评价路面刚度的有交往检测手段。
6）提出了土工格栅改建路面工程应用中的技术要点并进行了经济效益分析。
以上结论中的第2）、3）和4）条的技术内容在国内外文献中未见报道，该成果的部分技术在国际上具有一定的创造性，因此该成果在国内外具有一定的先进性。
随着汽车工业的迅猛发展，道路交通量不断增加，国省干线公路交通趋于饱和，特别是近年来超限、超载、超重车辆的增多，致使路面严重超负荷，在设计年限内，过早的出现路面病害，严重制约了公路的运输条件及道路的通行能力，未能充分发挥国省干道的作用。
土工格栅在公路路面改建中的应用研究是国际领先和国内首创的应用技术，这种新材料、新工艺的研究成果，主要解决了沥青混凝土路面在改建过程中不设底基层的工程难题，有效地提高了路面的整体强度和刚度，延缓路面反射裂缝的出现，增加路面疲劳寿命，从而大大降低工程投资。
目前，这项在国际、国内领先的技术将进一步得到发展和更广泛的应用，尤其在重载交通具有单向性的改建道路中的应用。
到目前为止统计到的应用此项技术的工程如下（含已通车和正在施工的）：
1）河南省S238常付线（洛界公路）襄城茨沟至舞阳界段改善工程，15.33公里二级公路。
2）河南省国道106至国道107沿黄连接线工程，33.56公里二级公路。
3）广东省珠海市三灶镇城市道路工程，6公里次干道。
4）陕西省周至～马召省道工程，25.4公里二级公路。
本项目研究成果的应用，不仅可以提高公路的承载能力、保证或者提高公路的使用寿命、提高公路的通行能力，有力地促进交通运输业的发展，并为宏观经济的稳定、健康、持续的发展提供保障。而且可以节约大量的水泥、石料等原材料，降低工程投资，减少养护维修工作及其费用支出，因而本项目的研究具有良好的社会经济及环境效益。
许昌市公路管理局将会同省公路管理局和省交通厅，在总结项目研究成果的基础上，根据鉴定专家组的意见，组织推广应用项目研究成果，在工程实践中进一步验证和完善，使科技成果转化为生产力，以适应重载交通运输发展的需要。