本篇文章是由《华北水利水电大学学报》发表的一篇关于水利方面的论文，2007年由季刊改为双月刊。被《中国期刊全文数据库》等多家检索机构收录。2003年获第三届全国理工农医院校社会科学学报优秀期刊;2008年被评为河南省第六届社会科学综合期刊质量检测一级期刊。
随着济南经济的飞速发展,在城市基础设施建设方面也有了很大的发展。每一条道路对于带动城市及周边地区的经济发展起着重要的作用。如何延长城市道路的使用寿命,减少道路病害(如龟裂、网裂、纵横裂缝、拥包)的发生,降低城市道路养护费用,充分发挥其应有的作用,是从事市政工程建设的广大工程技术人员所急需研究的一个重要课题。几年来我们在市重点工程经十路路道路拓宽工程及解放东路施工中使用了新型复合材料玻璃纤维土工格栅,共440000m2 ,从根本上解决了在道路拓宽工程施工中新旧道路衔接这一施工技术难题,根除了由此而造成的路面病害,取得了良好的社会效益和经济效益,具有很高的推广应用价值。
2 概述
土工格栅是将聚乙(丙) 烯或聚脂等高分子化合物通过挤压并在加热控制下拉伸成网眼薄片,使杂乱长链分子变成有序,从而提高聚合物的抗拉强度和刚度。有单向格栅、双向格栅及多功能格栅等形式。具有很高的纵横向抗拉强度,低延伸率,耐高温性。经表面处理之后,抗碱性较高,可应用于沥青混凝土路面和水泥混凝土路面的施工。同传统结构的路面相比能降低工程造价和工程的维护费用,延长道路的使用寿命。有效地防止了道路反射裂缝、龟裂、网裂等质量通病。目前已主要用于路基加固、软基处理及路面面层结构层处理,其作用效果较明显。本文仅以基础处理和路面面层结构层中土工格栅的应用来简要介绍土工格栅特性。
3 玻璃纤维土工格栅在工程中的应用
为了探究复合材料在城市道路施工中的应用,我们在经十路路道路拓宽工程中,选用了道路专用玻璃纤维土工格栅。主要用在新旧道路的衔接段,之所以选在此部位原因有二:
1) 作为材料的局部实验段较为典型(处于机动车道且交通量大可以经受实践的检验) ,可以取得一些最基本的施工经验和数据以便今后更大面积的推广应用;
2) 新旧路结构段是施工技术难点,所暴露的质量问题也较多,同时从设计角度而言也有其不合理的地方,本次施工将从根本上解决这些问题。
3. 1 工程概况及应用部位
经十路道路拓宽工程全长13.8km ,规划红线60m ,属旧路拓宽工程(原旧路45m 宽) ,工程总投资60000万元。解放东路1.6km，规划红线30米，程总投资2000万元，两条道路玻璃纤维土工格栅均用在快车道。经十路属于路面面层结构层处理;其中解放东路与茂岭三号路相交路口主要是对原路基加宽10m , 加铺基层和面层(结构为16cm 二灰土+ 20cm 水泥稳定石屑+15cm 沥青碎石)。而需要加宽的部分, 多为原路基边沟。由于城市出入口排水不畅加之郊区农田灌水积存等原因, 使边沟水长期浸泡路基, 造成5-150cm 深度不同的湿软路基, 部分路段边沟已填平,但回填材料多为城市建筑垃圾、工业废渣垃圾、生活垃圾等, 厚度在2m 左右。若全部挖除并更换新土或风积沙, 则需大量的材料和资金, 同时延长了施工工期, 我们提出多方案进行对比分析, 最后决定采用土工格栅处理湿软路基、城市建设垃圾路基、工业废渣垃圾路基以及混合型垃圾路基, 并对城市生活垃圾采用更换新材料, 个别特深段(2m 以下) 采用部分更换,同时加铺土工格栅的综合措施。根据设计和多年的施工经验,两条道路新旧路结合段的设计存在以下问题:
1) 从施工质量而言:结合段直接连接(无连接措施) ,这无疑会使路面在荷载重复作用下短期内出现通长纵缝、龟裂等质量问题。
2) 从政治经济而言:短期内出现这些质量问题不仅会造成养护费用上的浪费;社会影响和社会效益差。所以选用玻璃纤维土工格栅可以有效地防止沥青混凝土路面各种裂缝的产生。
3. 2 对原有道路的要求
为了达到良好的施工效果,使玻璃纤维土工格栅的应用真正的起到作用,我们在基层施工中重点做了以下几方面的工作;
1) 纵向平整度、横断面路拱的坡度和平顺度,应绝对符合设计要求和质量标准,全线施工三级检测中,合格率百分之百。
2) 对基层压实度的评价,这是关键。若压实度局部达不到要求,新旧路结合部会逐渐下沉开裂,玻璃纤维土工格栅将不起任何作用。为此我们做到工序施工专人专职,施工验收检测率高出规范要求几倍,全部合格,加大了随机性。
3) 不得出现局部坑洞、松散、裂缝,在铺设玻璃纤维土工格栅之前,基层应清洁,并打一层结合油,以保证上下一体。
3. 3 玻璃纤维土工格栅路面面层处理的施工工艺
1) 目前常用的玻璃纤维土工格栅有带自粘胶和不带自粘胶两种,经十路采用的是不带自粘胶的,故而需用钢钉固定。固定所需之材是: (a) 50mm ×50mm ×0. 3mm 的固定铁皮,要求不翘角,平整。(b)两英寸的优质水泥钢钉。
2) 在用钢钉固定玻璃纤维土工格栅时,将一端用固定铁皮和钉子固定,在洒了结合油的基层上,将材料纵向展开拉紧,每隔10 至15m 钉一个钢钉,通常一卷玻璃纤维上工格栅长100 米,幅宽1～1. 5m 左右。
3) 固定所用的钢钉不应置于土工格栅骨架上,否则应重新固定,固定之后最好用大吨位的胶轮压路机稳压,以确保和基层结合,使其表面平整。在玻璃纤维土工格栅上应严禁机动车辆刹车或转向,以防破坏基材。
4) 沥青黑色碎石和沥青混凝土面层的铺筑依照现行的施工技术规范即可。
3. 4 玻璃纤维土工格栅基础处理的实施及观测对比
1)实施
土工格栅处理湿软路基的施工程序为: 开挖清理路槽——犁翻路槽——碾压路槽(第一次湾沉值测量) ——平铺土工格栅——张拉土工格栅——锚固土工格栅——加铺底基层——碾压底基层——养生(第二次弯沉值测量)。
(1)开挖清理路槽。按照设计标高开挖, 预留5cm , 犁翻与拌和建筑垃圾与工业垃圾至大致均匀,清除特大建筑垃圾及过湿泥浆。
(2)碾压路槽(第一次湾沉值测量)。采用12-15T 压路机初压平整, 试验路段不过分强调实度控制, 但要求均匀、平整。路基清理整平后, 采用贝克曼弯沉测定仪, 汽车采用黄河JN - 150, 后轴重10T。按1 个10m 断面进行弯沉值测量。
(3)平铺土工格栅。幅宽为2m、长30m 的正六边形对角线长为3cm 的塑料格栅, 采用纵缝重叠20cm、横缝重叠50cm 进行平铺。开始对一端采用木桩锚固(间距为20- 30cm , 楔形木桩长30cm ) , 另一端用钢管加焊钢筋钩由拖拉机牵引水平抽拉。而后沿长度1个5m 断面进行锚固。质量要求平坦, 无拱起, 接缝紧密无错位。
(4)加铺底基层(二灰土)。
(5)碾压。开始由胶轮压路机由边及里碾压3遍, 再用12- 15T 钢轮压路机碾压3 遍, 基层压实度为95%。
(6)养生(第二次弯沉值测量)。二灰土养生时间要求7 天, 外观检查不露白, 不脱皮, 无轮迹。养生完成后组织进行第二次弯沉值测量, 满足底基层顶弯
2)观测对比
从两次弯沉值对比情况来看, 试验路段全部高于设计要求, 而且具有弯沉值均匀、离散度小、整体强度高的共同特点。表1 为某路段弯沉对比测量结果。
路段编号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
铺设前弯沉值290 260 240 230 260 250 580 560 590 500
铺设前弯沉值100 110 140 80 110 90 80 100 90 100
4 综合造价和社会效益分析
1)使用几年后。全线道路通行顺畅,路面完好无损,质量和外观明显好于传统结构的路面,取得了较好的社会效益。
2)玻璃纤维土工格栅综合造价10 元/ m2 ,该工程共用440000m2 ,合计440 万元。在使用该材料以后可以确保沥青混凝土路面在长时期内不需养护(除去材料老化和其它特殊原因) ,节省了大量的养护经费和工、料、机的投入。如果是传统结构的路面,以道路使用寿命十年计,养护周期为两年一次,共需养护经费220 万元(以440000m2 做为一个核算单元) 。其经济效益是显著的。
5 施工体会
1) 使用玻璃纤维土工格栅综合造价低,社会效益明显,施工工艺容易掌握。具有很广的应用价值,如果我们能够在新建和养护工程中大面积使用,不但可节省大量的资金,而且可以做到国家基础建设的资金合理使用发挥其最大的效益。
2)通过解放东路的试验表明, 土工格栅处理软土路基效果明显, 物理力学性能良好, 对于城市建筑垃圾和工业废渣垃圾也同样适用。对于城市改造, 特别是城市道路建设具有很高的推广价值。仅本工程采用土工格栅与采用挖除更换相比,节约资金约78 万元, 可见其明显的经济效益。同时合理地利用了城市建筑垃圾和工业废渣垃圾,变废为宝, 解决了环境保护的问题。通过试验我们体会到: 土工格栅的位置越低, 其效果也越好; 土工格栅的层次越多, 路基的整体性和均匀性也越好, 土工格栅上面的材料粒径越大, 其承重效果越明显, 防水效果也越好。
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