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土工格柵在公路路面改建中的應(yīng)用研究
1．土工格柵的應(yīng)用及作用機(jī)理
土工格柵的應(yīng)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(yīng)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(yīng)用在粒料基層中間以防止產(chǎn)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(jī)理如下：
1）格柵表面與混合料的摩擦作用。
2）混合料對(duì)格柵筋肋條和節(jié)點(diǎn)的被動(dòng)阻抗力作用。
3）格柵上的孔眼對(duì)混合料的鎖定作用。
2．課題的提出
改建路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(nèi)外也進(jìn)行了相關(guān)的研究，但大都是針對(duì)以上三個(gè)方面，沒有進(jìn)行以下研究：傳統(tǒng)理論與有限元相結(jié)合的研究、各種土工材料性能及其對(duì)比的研究、土工格柵應(yīng)用于基層以下的研究、土工格柵對(duì)路基加寬新舊結(jié)合部的研究。
3．研究內(nèi)容
本項(xiàng)目將結(jié)合實(shí)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(jié)構(gòu)力學(xué)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(yīng)用土工格柵提供科學(xué)依據(jù)。
1）土工格柵材料選擇
土工合成材料的質(zhì)量性能差異較大，具有不同的力學(xué)指標(biāo)。根據(jù)工程使用的情況不同，應(yīng)該選擇不同的土工合成材料。在工程設(shè)計(jì)與施工中，應(yīng)根據(jù)原路面的具體情況和工程特點(diǎn)要求，選擇符合力學(xué)性能的格柵材料。
2）土工格柵改建路面結(jié)構(gòu)力學(xué)分析
分析土工格柵位于基層下、基層上、面層下等位置時(shí)，在汽車荷載作用下，路面的彎沉、各層層底彎拉應(yīng)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(jié)構(gòu)進(jìn)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(shí)施過程中，如何施工才能使土工格柵在改建路面結(jié)構(gòu)中取得良好的加筋效果，可通過試驗(yàn)路的鋪筑，總結(jié)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(nèi)室內(nèi)外相結(jié)合的方法。技術(shù)路線如下：
1）收集國內(nèi)外關(guān)于土工格柵在瀝青路面研究中的成果及經(jīng)驗(yàn)。
2）土工格柵的物理力學(xué)性能試驗(yàn)，為理論計(jì)算提供科學(xué)的依據(jù)。
3）制作加格柵與未加格柵的半剛性水泥穩(wěn)定碎石材料試件，通過室內(nèi)梁的拉彎拉試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)對(duì)比分析格柵對(duì)提高基層的抗彎拉強(qiáng)度及疲勞特性所起的作用。
4）理論計(jì)算及分析。
5）通過改建前后的常規(guī)彎沉測試方法及運(yùn)營過程中的落錘式彎沉儀（FWD）現(xiàn)場彎沉測試，評(píng)定格柵對(duì)路面承載能力起到的作用。
6）結(jié)論與建議。
5．研究結(jié)論
1）結(jié)合河南省洛界公路襄城茨溝至舞陽界段二級(jí)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(bǔ)強(qiáng)基層底面加鋪土工格柵的設(shè)計(jì)方案，提高改建路面的抗反射裂縫能力。
2）對(duì)土工格柵材料性能進(jìn)行研究，提出適用的土工格柵類型、性能指標(biāo)和力學(xué)參數(shù)。正六邊形的土工格柵受力均勻、穩(wěn)定。建議選用對(duì)稱性好的材料，能使受拉時(shí)應(yīng)力傳遞均勻，風(fēng)格變形性好；土工格柵可以預(yù)防瘃減緩反射裂縫的發(fā)生；引用復(fù)合材料力學(xué)得出泊松比，可以為理論計(jì)算提供依據(jù)。
3）對(duì)土工格柵加筋半剛性基層材料進(jìn)行彎拉、疲勞試驗(yàn)，結(jié)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(yīng)用彈性層狀體系理論和有限元法，對(duì)土工格柵鋪設(shè)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(shí)的路面結(jié)論進(jìn)行了理論分析并得出了類似的結(jié)論。
在新建或改建路面基層底面加鋪土工格柵會(huì)：改變基層地面的層底拉應(yīng)力和路表彎沉；對(duì)路面結(jié)構(gòu)力學(xué)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(lián)合應(yīng)用貝克曼梁和落錘式彎沉儀對(duì)試驗(yàn)路段路面進(jìn)行承載性能測試，表明加鋪土工格柵對(duì)路面整體強(qiáng)度和剛度均有提高作用，落錘式彎沉儀精度較高，可作為評(píng)價(jià)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(yīng)用中的技術(shù)要點(diǎn)并進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益分析。
以上結(jié)論中的第2）、3）和4）條的技術(shù)內(nèi)容在國內(nèi)外文獻(xiàn)中未見報(bào)道，該成果的部分技術(shù)在國際上具有一定的創(chuàng)造性，因此該成果在國內(nèi)外具有一定的先進(jìn)性。
隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)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(yán)重超負(fù)荷，在設(shè)計(jì)年限內(nèi)，過早的出現(xiàn)路面病害，嚴(yán)重制約了公路的運(yùn)輸條件及道路的通行能力，未能充分發(fā)揮國省干道的作用。
土工格柵在公路路面改建中的應(yīng)用研究是國際領(lǐng)先和國內(nèi)首創(chuàng)的應(yīng)用技術(shù)，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(shè)底基層的工程難題，有效地提高了路面的整體強(qiáng)度和剛度，延緩路面反射裂縫的出現(xiàn)，增加路面疲勞壽命，從而大大降低工程投資。
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