土工格柵主要作用
1、減緩反射裂縫
反射裂縫是由于舊混凝土面層在接縫或裂縫附近的較大位移引起其上方瀝青加鋪層內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力集中所造成的，它包括因溫度和濕度變化而產(chǎn)生的水平位移，以及因交通荷載作用而產(chǎn)生的豎向剪切位移。前者導(dǎo)致接縫或裂縫上方的瀝青加鋪層內(nèi)出現(xiàn)較集中的拉應(yīng)力；后者則使接縫上方的瀝青加鋪層經(jīng)受較大的彎拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力。
由于錦程土工格柵的模量很大，達(dá)到67gpa，作為剛度大的硬夾層應(yīng)用在瀝青罩面層中，其作用是抑制應(yīng)力，釋放應(yīng)變，同時(shí)作為瀝青混凝土加筋材料，提高加鋪層結(jié)構(gòu)的抗拉和抗剪能力，從而達(dá)到減少裂縫的目的。實(shí)踐表明，一條改變了方向的水平裂縫的對(duì)應(yīng)裂縫能量可從其起點(diǎn)移動(dòng)0.6米，1.5米以上寬度的加筋材料有助于確保能量在裂縫兩側(cè)完全消散。
2、抗疲勞開(kāi)裂
在舊水泥混凝土路面上的瀝青加鋪層，其主要作用是提高路面的使用功能，對(duì)承載作用則貢獻(xiàn)不大，加鋪層下的剛性混凝土路面仍起關(guān)鍵的承載作用。而在舊瀝青混凝土路面上進(jìn)行瀝青罩面則不同，瀝青加鋪層將與舊瀝青混凝土路面一起承載。因此，在瀝青混凝土路面上進(jìn)行瀝青罩面，除了會(huì)出現(xiàn)反射裂縫，同時(shí)還會(huì)因?yàn)楹奢d的長(zhǎng)期作用而出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂。我們對(duì)舊瀝青混凝土路面上的瀝青加鋪層受荷情況做受力分析：由于瀝青罩面層下為與瀝青罩面層同一性質(zhì)的柔性面層，當(dāng)受到荷載作用時(shí)，路表將發(fā)生彎沉。在直接與車輪接觸的瀝青罩面層受到壓力，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容易發(fā)生破壞。在長(zhǎng)期荷載的作用下，發(fā)生疲勞開(kāi)裂。
玻纖土工格柵在瀝青罩面層中，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，在這里應(yīng)力逐步變化而不是突變，減少了應(yīng)力突變對(duì)瀝青罩面層的破壞。同時(shí)玻纖土工格柵的低延伸率減小了路面的彎沉量，保證了路面不會(huì)發(fā)生過(guò)渡變形。
3、耐高溫車轍
瀝青混凝土在高溫時(shí)具有流變性，具體表現(xiàn)在：夏季瀝青道路面層發(fā)軟、發(fā)粘；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(wú)法完全恢復(fù)至受荷前的狀況，即產(chǎn)生了塑性變形；在車輛的反復(fù)碾壓的作用下塑性變形不斷積累，形成車轍。我們對(duì)瀝青面層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析后，可以知道由于高溫下瀝青混凝土具有流變性，而在受到荷載時(shí)，面層中沒(méi)有任何可以約束瀝青混凝土中集料運(yùn)動(dòng)的機(jī)制，造成瀝青面層的推移，這就是形成車轍的主要原因。
在瀝青罩面層中使用玻纖土工格柵，其在瀝青面層中起到骨架作用。瀝青混凝土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)，增加了瀝青罩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。
4、抗低溫收縮開(kāi)裂
嚴(yán)寒地區(qū)的瀝青道路，冬季面層溫度接近于氣溫，在這樣的溫度條件下，瀝青混凝土遇冷收縮，產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)瀝青混凝土拉伸強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生裂紋，在裂紋集中的地方產(chǎn)生裂縫，形成病害。從裂紋的成因看，如何使瀝青混凝土強(qiáng)度抵抗住拉應(yīng)力是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。
玻纖土工格柵在瀝青罩面層中的應(yīng)用，使得瀝青混凝土的拉伸強(qiáng)度大大提高，可以抵抗住較大的拉應(yīng)力而不致發(fā)生破壞。另外，即使因?yàn)榫植繀^(qū)域產(chǎn)生裂紋，使裂紋發(fā)生處的應(yīng)力過(guò)于集中，但經(jīng)錦程玻纖土工格柵的傳遞而逐漸消失，裂紋不再會(huì)發(fā)展成裂縫。在選用錦程玻纖土工格柵時(shí)，除其性能指標(biāo)應(yīng)符合上表規(guī)定之外，還應(yīng)特別注意保證其幅寬不小于1.5m，以滿足其作為控制反射裂縫夾層時(shí)有足夠的橫截面積來(lái)充分消散裂縫能量；同時(shí)，其網(wǎng)眼尺寸宜為其上瀝青面層材料Zui大粒徑的0.5~1.0倍，這樣有助于達(dá)到剪切膠粘性，促進(jìn)集料嵌鎖與限制。
（五）工程應(yīng)用：
玻纖土工格柵近年來(lái)發(fā)展迅速，并廣泛應(yīng)用于瀝青路面，尤其是用在瀝青罩面層用來(lái)減緩反射裂縫。加拿大am大學(xué)的texas交通學(xué)院用其特有的罩面試驗(yàn)儀對(duì)錦程玻纖土工格柵加筋罩面做了大量的模擬溫度循環(huán)效果的疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)表明，加筋的瀝青試件其抗裂能力要比未加筋的試件高二倍以上。澳大利亞新南威爾士州伍倫貢市政局曾對(duì)錦程玻纖土工格柵、聚丙烯錦程土工格柵、土工織物及厚瀝青混凝土罩面層等控制反射裂縫的產(chǎn)品進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)論是錦程玻纖土工格柵鋪設(shè)方便，控制反射裂縫效果Zui為顯著，且造價(jià)適中，因而建議推廣應(yīng)用。
在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，如德國(guó)、美國(guó)、加拿大、澳大利亞及日本等，玻纖格柵的應(yīng)用已有十多年時(shí)間，在高等級(jí)公路、市政道路及機(jī)場(chǎng)道面等要求較高的領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛，對(duì)其作用機(jī)理也作了大量系統(tǒng)研究，制定了一些相應(yīng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用規(guī)范。
在我國(guó)，錦程玻纖土工格柵的應(yīng)用相對(duì)較晚，1995~1996年的滬寧高速公路建設(shè)率先采用玻纖土工格柵用于瀝青路面中防止面基層裂縫而引起的瀝青面層反射裂縫的產(chǎn)生，經(jīng)多年來(lái)的觀察，效果明顯，故在1997年至2002年滬寧高速公路的維修工程中，仍采用錦程玻纖土工格柵，用于原路面洗刨后的新罩面層中，以增強(qiáng)罩面層強(qiáng)度，防止反射裂縫產(chǎn)生。
（1）國(guó)內(nèi)外土工膜所用的原材料主要是聚乙烯（pe）和聚氯乙烯（pvc）兩種。工程選料時(shí)，主要根據(jù)以下幾個(gè)方面來(lái)選定合適的土工膜：①力學(xué)特性，上述兩種材料制成的土工膜的拉伸強(qiáng)度相差不大。由于土工膜只用于防滲而不作為加筋材料使用，故其拉伸強(qiáng)度不是選材的重要指標(biāo)。但從另一方面來(lái)說(shuō)，pvc膜因添加有塑化劑，使得其伸長(zhǎng)率比pe膜的大一些，柔性較好，與砂粒接觸時(shí)可使砂粒嵌入得更深一些而不破裂，從而增加二者之間的摩擦系數(shù)。因此，pvc膜與砂之間的摩擦系數(shù)明顯大于pe膜與砂之間的摩擦系數(shù)，摩擦角平均至少大50～60。這是一個(gè)關(guān)鍵性的指標(biāo)，會(huì)影響到膜與土體接觸面以及膜與其上保護(hù)層之間的滑動(dòng)穩(wěn)定性。增大pe膜摩擦性能的方法有三種：一是采用復(fù)合膜，因復(fù)合膜外層的土工織物與土料的摩擦系數(shù)較大，接近于pvc膜與土料的摩擦系數(shù)。二是對(duì)pe膜采用加糙措施，例如在土工膜的光滑表面上壓紋或噴涂加糙材料。三是改變水工建筑物的結(jié)構(gòu)，如調(diào)整壩坡，加防滑槽或防滑檻等。另外，當(dāng)pe膜的厚度從0.12mm增加到0.24mm時(shí)，其與粗砂的摩擦系數(shù)可以增加30％。②可連接性。土工膜無(wú)論出廠時(shí)幅有多寬，在實(shí)際使用時(shí)仍需將其幅與幅之間連接起來(lái)，以成為一個(gè)整體的防滲膜體。一般pe膜只能用加熱熔合的方式連接，而pvc膜除此之外，還可以采用特殊的粘合劑進(jìn)行粘接。薄型土工膜由于不能用熱焊方法連接而必須用粘接法連接，因此只能選用pvc膜。③經(jīng)濟(jì)性。目前兩種材料的價(jià)格大體相當(dāng)，一般均在10000元/t左右，而pe的比重小于pvc的比重，所以同樣厚度的情況下每單位面積的價(jià)格pe膜要少一些。另外pvc膜出廠時(shí)的幅寬一般為1.5～2.0m，pe膜幅寬可達(dá)4～4.5m，相應(yīng)地pe膜的接縫數(shù)量就比pvc膜的要少，因而搭接的用量就少一些，現(xiàn)場(chǎng)接縫的工作量也少一些。綜合這三個(gè)方面的優(yōu)缺點(diǎn)，再結(jié)合工程實(shí)際情況，可以對(duì)膜材作出合理的選擇。
(2)選用單膜還是復(fù)合膜主要是從復(fù)合膜的作用和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面綜合考慮來(lái)選定。復(fù)合膜的一個(gè)作用已如上述，可以增加與土料之間的摩擦系數(shù)，第二個(gè)作用是保護(hù)士工膜不受運(yùn)輸和施工過(guò)程中外力的損害。復(fù)合膜的力學(xué)性能比單一膜有很大提高，其破壞應(yīng)變雖不如單膜的大，但仍遠(yuǎn)大于土體的破壞應(yīng)變，因而有較強(qiáng)的適應(yīng)各種情況的能力，例如重物沖擊，臨時(shí)性的局部荷載等等。據(jù)長(zhǎng)江科學(xué)院為三峽工程所做的研究表明，復(fù)合土工膜的強(qiáng)度和防滲性能要優(yōu)于單一膜和土工織物兩者簡(jiǎn)單疊加的性能，其優(yōu)良的程度與膜和織物之間復(fù)合的緊密程度密切相關(guān)，因此復(fù)合膜的設(shè)計(jì)不能簡(jiǎn)單地參照膜和織物各別的性能指標(biāo)直接套用。第三個(gè)作用是復(fù)合土工膜具有反濾排水功能。由于土工膜不可避免地總會(huì)有一些缺陷，如生產(chǎn)過(guò)程造成的不均勻性，或施工中機(jī)械刺破形成的漏洞等等，此時(shí)膜一側(cè)的土工織物能夠起到反濾排水作用，從而維護(hù)了保護(hù)層的穩(wěn)定。如復(fù)合土工膜是鋪在透水性不強(qiáng)的壩體表層，則膜下的土工織物可以迅速消除庫(kù)水位驟降時(shí)在膜后形成的水位差，避免土工膜被水壓力頂起的危險(xiǎn)。要達(dá)到這種排水作用的必要條件是土工織物要與壩后的排水通道相連接。
　　我國(guó)的堤壩建設(shè)在1993年以前大多采用單膜或多層單膜，這和當(dāng)時(shí)復(fù)合膜尚處在研制階段，未大規(guī)模生產(chǎn)有關(guān)。1994年后大多數(shù)工程都采用了復(fù)合土工膜。但從已往采用單膜的土石壩防滲效果，以及sl/t225—98規(guī)范中對(duì)土工膜類型的規(guī)定上看，單膜對(duì)低水頭的小型水庫(kù)防滲效果良好，仍然是一種具有競(jìng)爭(zhēng)力的膜材。當(dāng)然，在有條件的情況下復(fù)合膜有著更為優(yōu)越的工程特性，但工程造價(jià)也會(huì)相應(yīng)地有所增加。
1）復(fù)合土工膜的特征
復(fù)合土工膜以塑料薄膜作為防滲基材，與無(wú)紡布復(fù)合而成的土工防滲材料，它的防滲性能主要取決于塑料薄膜的防滲性能。目前，國(guó)內(nèi)外防滲應(yīng)用的塑料薄膜，主要有聚氯乙烯（pvc）和聚乙烯（pe），它們是一種高分子化學(xué)柔性材料，比重較小，延伸性較強(qiáng)，適應(yīng)變形能力高，。耐腐蝕，耐低溫，抗凍性能好。其主要機(jī)理是以塑料薄膜的不透水性隔斷土壩漏水通道，以其較大的抗拉強(qiáng)度和延伸率承受水壓和適應(yīng)壩體變形；而無(wú)紡布亦是一種高分子短纖維化學(xué)材料，通過(guò)針刺或熱粘成形，具有較高的抗拉強(qiáng)度和延伸性，它與塑料薄膜結(jié)合后，不僅增大了塑料薄膜的抗拉強(qiáng)度和抗穿刺能力，而且由于無(wú)紡布表面粗糙，增大了接觸面的摩擦系數(shù)，有利于復(fù)合土工膜及保護(hù)層的穩(wěn)定。同時(shí)，它們對(duì)細(xì)菌和化學(xué)作用有較好的耐侵蝕性，不怕酸、堿、鹽類的侵蝕。
復(fù)合土工膜的使用年限問(wèn)題，主要是由塑料薄膜是否失去防滲隔水作用而定，據(jù)蘇聯(lián)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水工用的厚度為0.2m的加穩(wěn)定劑的聚乙烯薄膜，在清水條件下工作年限可達(dá)40~50年，在污水條件下工作年限為30~40年。因此復(fù)合土工膜的使用年限足以滿足大壩防滲要求的使用年限。
2）復(fù)合土工膜的選型
目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)土工膜的廠家比較多，產(chǎn)品規(guī)格也五花八門，有一布一膜，一布二膜，二布一膜，二布二膜及多布多膜等。型號(hào)有200g/m2~1000g/m2等，亦可由用戶根據(jù)自己的實(shí)際情況提出要求，由廠家根據(jù)要求單獨(dú)生產(chǎn)。下面列出了泰安錦程公司所生產(chǎn)的部分產(chǎn)品的主要性能指標(biāo)，供設(shè)計(jì)時(shí)參考選用
土工布又稱土工織物，它是由合成纖維通過(guò)針刺或編織而成的透水性土工合成材料。成品為布狀，一般寬度為4-6米，長(zhǎng)度為50-100米。土工布分為有紡?fù)凉げ己蜔o(wú)紡?fù)凉げ?。土工布具有的過(guò)濾、隔離、加固防護(hù)作用、抗拉強(qiáng)度高、滲透性好、耐高溫、抗冷凍、耐老化、耐腐蝕。
無(wú)紡?fù)凉げ迹?br>錦程無(wú)紡?fù)凉げ际怯砷L(zhǎng)絲或短纖維經(jīng)過(guò)不同的設(shè)備和工藝鋪排成網(wǎng)狀，在經(jīng)過(guò)針刺等工藝讓不同的纖維相互交織在一起，相互纏結(jié)固著使織物規(guī)格化，讓織物柔軟、豐滿、厚實(shí)、硬挺，以達(dá)到不同的厚度滿足使用要求，無(wú)紡?fù)凉げ季哂泻芎玫目椢镩g隙，有很好的附著離，由于纖維柔軟具有一定的抗撕裂能力同時(shí)具有很好的變形適應(yīng)能力，同時(shí)具有很好的平面排水能力，表面柔軟多間隙有很好的摩擦系數(shù)能夠增加土粒等的附著能力，可以防止細(xì)小顆粒通過(guò)阻止了顆粒物的流失同時(shí)排除了多余水分，表面松軟有很好的保護(hù)能力。根據(jù)用絲的長(zhǎng)短分為長(zhǎng)絲無(wú)紡?fù)凉げ蓟蚨探z無(wú)紡?fù)凉げ?。它們都能起到很好的過(guò)濾、隔離、加筋、防護(hù)等功效，是一種應(yīng)用廣泛的土工合成材料。長(zhǎng)絲的抗拉強(qiáng)度高于短絲，可根據(jù)具體要求選擇使用。
有紡?fù)凉げ迹咏钔凉げ迹?br>有紡?fù)凉げ际怯芍辽賰山M平行的紗線（或扁絲）組成，一組沿織機(jī)的縱（織物行進(jìn)的方向）稱經(jīng)紗，另一組橫向布置稱為緯紗。用不同的編制編織設(shè)備和工藝將經(jīng)紗與緯紗交織在一起織成布狀，可根據(jù)不同的使用范圍編織成不同的厚度與密實(shí)度，一般有紡?fù)凉げ驾^薄縱橫向都具有相當(dāng)強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度（經(jīng)度大于緯度），具有很好的穩(wěn)定性能。有紡?fù)凉げ几鶕?jù)編織工藝和使用經(jīng)緯的不同分為加筋土工布和不加筋土工布兩大類，加筋土工布的經(jīng)向抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通土工布。有紡?fù)凉げ家话銓?shí)際應(yīng)用與土工工程項(xiàng)目的加筋增強(qiáng)，主要功能是加固增強(qiáng)，具有平面隔離與保護(hù)功能，不具備平面排水功能可根據(jù)具體的使用目的選用。
土工布的應(yīng)用特性：：
1、由于目前用于土工布生產(chǎn)的合成纖維主要為錦綸、滌綸、丙綸、乙綸，它們都具有很強(qiáng)的抗埋、耐腐性能。
2、土工布為透水材料，所以具有很好的反濾隔離功能
3、無(wú)紡?fù)凉げ加捎诮Y(jié)構(gòu)蓬松，具有很好的排水性能
4、土工布有很好抗穿刺能力，所以具有很好的保護(hù)性能
5、土工布有很好的摩擦系數(shù)與抗拉強(qiáng)度，具有土工加筋性能