土工合成材料在沥青路面的应用及其设计.doc

【摘要】随着交通量和轴载的增加，对路面使用性能的要求越来越高，这也促进了路用土工合成材料产品的不断发展。国内外对土工合成材料应用于沥青路面进行了大量的室内与现场试验及理论分析工作。结果表明，土工合成材料能有效防止各种病害，改善路面的使用性能。对目前土工合成材料在沥青路面结构应用的几种设计方法进行了分析和评价，并根据美国地沥青协会（AI）所提出沥青路面罩面的设计程序，介绍了土工合成材料用于沥青罩面加筋，以减薄罩面厚度的设计方法。

【关键词】土工合成材料；路面性能；沥青罩面；设计

一、土工合成材料路面应用的研究
1、路面用土工合成材料的发展
目前，路面工程中应用的土工合成材料产品种类繁多，根据这些材料的特点可分为土工织物和土工格栅两大类。
最早在上世纪80年代，应用于路面的土工合成材料是TansarAR1塑料格栅。为防止热沥青对塑料的破坏，发展了玻纤格栅，还有美国新赛提克公司的针刺无纺织物PaveDR381和德国科德宝公司的热无纺织物Lutradur。鉴于无纺织物在沥青路面中良好的隔离和防水效果,以及采用施工措施避免塑料的熔化，Tansar公司又推出塑料格栅和织物的复合产品TansarAR-G。以上土工合成材料一般布置在面层和基层之间。另有一些纤维材料如GoodRoadⅡ、Bonifiber和Dolanit用于沥青混凝土面层内加筋。这三种材料多次介绍于近年的《公路》和《中国公路学报》期刊中,并附有大量在我国成功应用的实例。
2、土工合成材料在路面结构中应用的研究内容
土工合成材料在路面结构中应用的研究，从国外应用情况看，主要集中在以下几个方面：
(1)土工合成材料特性研究，包括与特性相应的试验方法的研究；
(2)土工合成材料与路基土或路面结构层相互作用特性的研究；
(3)用土工合成材料的分析、计算方法、施工工艺要求；
(4)应用土工合成材料后，结构的整体特性和使用效果的研究。相对于其它比较成熟的应用领域，尽管土工合成材料在路面工程中应用的文献不少，但总体上是不太成熟的，仍然处于研究阶段。针对相互作用机理、设计计算方法等内容的研究，近期新的发展不大，但有关规范、指南的制定与修订仍在继续。不过定性认识都较一致，认为土工合成材料在路面结构层中通过发挥综合作用改善道路的使用性能，包括：隔离不同粒径材料，维持结构层厚度；通过摩阻和嵌锁作用增强结构层刚度，减少车辙和不均匀沉降；承担剪应力，扩大竖向应力分布范围，减薄面层或基层厚度；吸收裂缝尖端应力集中，延缓反射裂缝发展；防水和保温作用等。
3、国外对土工合成材料在路面结构中应用的研究
1982年，英国首次将10000m2土工格栅用于已裂缝的旧水泥混凝土路面的沥青罩面加筋，以控制反射裂缝。1985年Brown[9,10]等报道了英国诺丁汉(Nottingham)大学用TansarAR1塑料格栅加筋沥青路面的研究成果。试验结果表明，加筋可以减少车辙达70%，可以延缓反射裂缝的扩散，甚至在有的试样上完全消除了裂缝的扩散。随着荷载循环作用次数的增加，未加筋路面的刚度迅速降低，疲劳裂缝也从沥青面层底发展；而加筋路面不同，一旦沥青产生裂缝，格栅便开始承担拉应力，在相当长的时间里保持了初始刚度没有变化。
Austin[4]等研究了加筋对沥青路面性能的改善。试验进行加筋与不加筋的对比研究，其中加筋材料分别采用TansarAR1塑料格栅及其与土工织物的复合产品TansarAR-G两种。试验对比了加筋（分为在沥青面层底部和在沥青面层中间）和不加筋时，路面变形、车辙深度和地基应力的不同。结果表明，将复合加筋材料TansarAR-G置于面层与基层之间效果最好。他们还进行了加筋对延缓反射裂缝效果的室内对比试验。不加筋条件下，轮载循环作用3300次反射裂缝就贯穿了沥青面板，而用TansarAR1土工格栅加筋，这一数值增大到13000次，用TansarAR-G复合产品时，达到了25000次。可见加筋对延缓反射裂缝的发展有非常好的效果，而又以复合产品的效果为最好。型格栅在沥青面层和集料基层间加筋的现场对比试验，目的是研究采用格栅加筋减薄基层厚度的效果。对比指标包括路面弯沉（落锤式弯沉仪FWD测定）、车辙、路面和路基模量等。不用格栅加筋的试验路段集料基层厚度为430mm，采用了格栅加筋的试验路段集料基层厚度为280mm。道路竣工后当年二者均无任何车辙，投入营运3年后的试验结果表明，两者的车辙深度几乎一样，而采用格栅加筋的路面弯沉与不加筋的路面弯沉相近或只略有降低。其结论是不加筋的430mm厚集料基层可以用280mm厚的加筋集料基层代替，大大减薄了基层厚度。Labuz[11]等进行了未铺砌路面加筋与不加筋的室内模型试验。加筋材料分为无纺土工织物和带浅窄槽痕