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土工格柵在公路路面改建中的應用研究

1．土工格柵的應用及作用機理

土工格柵的應用很廣泛，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）應用在粒料基層中間以防止產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

改建路面結構設計，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問題。

近年來，國內外也進行了相關的研究，但大都是針對以上三個方面，沒有進行以下研究：傳統理論與有限元相結合的研究、各種土工材料性能及其對比的研究、土工格柵應用于基層以下的研究、土工格柵對路基加寬新舊結合部的研究。

3．研究內容

本項目將結合實體工程，主要解決土工格柵材料選擇、含有土工格柵的改建路面結構力學分析、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用土工格柵提供科學依據。

1）土工格柵材料選擇

土工合成材料的質量性能差異較大，具有不同的力學指標。根據工程使用的情況不同，應該選擇不同的土工合成材料。在工程設計與施工中，應根據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構力學分析

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構進行了理論分析，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構中取得良好的加筋效果，可通過試驗路的鋪筑，總結施工工藝，尋求可行的檢測手段提出檢測方法。

4．研究方法

采用理論分析與室內室內外相結合的方法。技術路線如下：

1）收集國內外關于土工格柵在瀝青路面研究中的成果及經驗。

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。

3）制作加格柵與未加格柵的半剛性水泥穩定碎石材料試件，通過室內梁的拉彎拉試驗、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彎沉測試方法及運營過程中的落錘式彎沉儀（FWD ）現場彎沉測試，評定格柵對路面承載能力起到的作用。

6）結論與建議。

5．研究結論

1）結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格柵的設計方案，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。正六邊形的土工格柵受力均勻、穩定。建議選用對稱性好的材料，能使受拉時應力傳遞均勻，風格變形性好；土工格柵可以預防瘃減緩反射裂縫的發生；引用復合材料力學得出泊松比，可以為理論計算提供依據。

3）對土工格柵加筋半剛性基層材料進行彎拉、疲勞試驗，結果表明，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）應用彈性層狀體系理論和有限元法，對土工格柵鋪設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論進行了理論分析并得出了類似的結論。 在新建或改建路面基層底面加鋪土工格柵會：改變基層地面的層底拉應力和路表彎沉；對路面結構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）聯合應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用中的技術要點并進行了經濟效益分析。

以上結論中的第2）、3）和4）條的技術內容在國內外文獻中未見報道，該成果的部分技術在國際上具有一定的創造性，因此該成果在國內外具有一定的先進性。 隨著汽車工業的迅猛發展，道路交通量不斷增加，國省干線公路交通趨于飽和，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，在設計年限內，過早的出現路面病害，嚴重制約了公路的運輸條件及道路的通行能力，未能充分發揮國省干道的作用。

土工格柵在公路路面改建中的應用研究是國際領先和國內首創的應用技術，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，增加路面疲勞壽命，從而大大降低工程投資。