土工合成材料在加强沥青路面中的机理与应用.ppt

土工合成材料在加强沥青路面中的机理与应用  张起森 教授、博导 长沙理工大学 土工合成材料的功能 土工布在沥青路面中的应用 工程纤维在沥青路面中的应用 应用实例 一、土工合成材料功能 （一）土工合成材料应用的历史 最早用于土木建筑工程大约在20世纪30年代或40年代，用途：游泳池防渗，材料为聚氯乙烯薄膜。 合成纤维应用开始于20世纪50年代末期，用合成纤维织物作成砂袋用于道路工程、护岸、水坝和隧道等工程。 我国合成材料的应用开始于20世纪60年代中期，使用范围包括公路、铁路、水利水电、机场、建筑、地下工程、港口码头等大行业。 （二）土工合成材料的功能与应用 土工合成材料的功能概括起来有六个方面： 1.过滤作用——防止由于水流把土颗粒带走而造成结构破坏或失效。 在公路工程中，主要用于挡土墙回填土中排水系统的滤层；排水暗管周边或碎石排水层周边的滤层；公路和机场道面基层与地基之间的土工织物隔离层。 2．排水作用——利用土工材料的孔或排水通道，排除土中的水分。 应用：软基处理中用的塑料排水板或袋装砂等；土工格栅碎石桩等；挡土墙、隧道周边的排水；路面结构盲沟等。 3．隔离作用——把不同粒径的土、砂、石料，或土、砂、石料与地基隔离开来，以免相互混杂或污染，土工织物、土工膜均有隔离作用。 应用：铁路、公路路基、土石坝工程、软土地基处理以及河道整治工程。 4．加筋作用——土工合成材料布设于土体中，扩散土体中的应力，增加土体的模量，传递拉应力，限制土体的侧向位移；还可增加土体与其他材料之间的摩擦力，提高土体及建筑物的稳定性。 应用：公路、铁路等建筑中的软基加强；填土（膨胀土）或路堑边坡的加固；桥台填土的加固；路面的防裂等。 5.防渗作用——土工膜或复合型土工材料有防止气体、液体渗漏的功能，保护环境及建筑物的安全。 应用：桥面防水，隧道周边的防水都有应用。 6.防护作用——很多土工合成材料对土体都有防护作用， 应用：岸壁的防护膜（笼）、边坡的方冲刷绿化(三维格室）等。 二、土工布在沥青路面中的应用 （一）技术要求 烧毛土工布技术要求 （二） 土工布在路面中的作用及其机理 1、作用 ①减少或延缓反射裂缝的出现（对于半刚性基层和旧水泥及沥青路面的防裂）； ②提高路面抗车辙的能力； ③提高沥青路面疲劳寿命； ④有可能减薄沥青路面的厚度； ⑤?土工布在沥青浸渍之后还有防水的作用。 土工织物的上述效果，国内外的研究均得到了证实。英国的S.F.Brown教授、加拿大的R.Hass教授、美国的Steinberg和日本的研究，均认为沥青路面加铺土工布后可减少车辙，延缓和减少反射裂缝，同时可减薄面层厚度。我们国家从二十世纪八十年代初开始研究，同济大学和长沙交通学院等单位在广东惠州铺筑了一段土工布防裂的试验，经过观察也认为是有效果的。后来在全国更大范围内，应用土工布铺筑了数十段试验路，也反映出它们对沥青路面确有加筋和防裂的作用。目前许多工程单位都采用了这样措施来防止半刚性基层沥青路面、旧水泥路面和旧沥青路面罩面的反射裂缝问题。 2、机理分析 1）加筋作用 对土工布铺在砼板开裂（接缝）顶面上的力学分析（如图），可得到下图的结果。 土工布对沥青加铺层的温度应力的影响规律如图，从图看出，砼顶面铺设土工布后再铺沥青面层，其温度应力有明显的降低。 土工布防裂层抑制温度型反射裂缝机理 2）桥联增韧效应 ①从加铺土工合成材料的开裂路面断裂力学分析看出，其应力强度因子K均有较大的降低。这是因为随着裂缝两边受弯拉而扩张时，土工织物的抗拉能力发挥了作用，它把裂缝两边拉紧，不让张开，表现出一种“桥联增韧”的作用。这种“桥联增韧”效应会随着土工合成材料的张拉模量的增大而增强。 ②土工织物与上、下结构层处于完全联结状态时，在对称荷载作用下，土工合成材料的桥联增韧效应会降低裂缝尖端的应力集中程度，在裂缝扩展初期最为明显，在扩展后期渐趋稳定。在非对称荷载作用下，土工合成材料均能降低开裂缝尖端附近的拉应力和剪切应力，但降低拉应力集中的效果更为明显，此时裂缝主要表现为剪切型开裂（KⅡ）,而且这种剪切作用随着裂缝扩展而增强。土工合成材料降低剪切应力集中的作用在裂缝扩展初期较为明显。 ③土工合成材料的桥联增韧效应降低了裂缝端附近的应力集中程度，且当裂缝接近路表面时应力变为压应力，这就削弱了水平荷载对裂缝扩展的影响，对路面的使用是有利的。 对于温度应力的分析也可得到类似的结论。? 由于土工合成材