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土工格柵之所以具有卓越功效而受到工程界的關(guān)注,還應(yīng)從其基本原理說起。國外文獻中在描述其原理時稱其為“一種蜂窩狀三維限制系統(tǒng),可以在很大范圍內(nèi)顯著提高普通填充材料在承載和蟲蝕控制應(yīng)用中的性能。”它的關(guān)鍵原理就是三維限制。大家都知道,當汽車行駛在沙漠上時,就會壓出兩道深深的轍印,被壓部分深深下陷,車轍兩側(cè)會高高隆起。后面的車輛如果繼續(xù)沿著車轍前進,沉陷部分會進一步下沉、隆起部分會進一步隆起,直到隆起部分蹭到了車底盤、沉陷的車轍埋沒了大半個輪子,進而無法前進。之所以如此,就是因為當外荷作用于地基表面時,依據(jù)普朗特爾理論和泰勒理論可知:在集中荷載的作用下,主動區(qū)1受壓下沉,并將力向兩側(cè)分解傳遞給過渡區(qū)2,過度區(qū)2又傳給被動區(qū)3,被動區(qū)就會毫無限制地發(fā)生形變而隆起。
土工合成材料不僅在道路工程領(lǐng)域,而且在水利、鐵道、巖土等工程領(lǐng)域都到了廣泛應(yīng)用。我國土工合成材料行業(yè)政策情況如何?業(yè)內(nèi)專家稱,這是我國土工合成材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要里程碑




路面防裂選用玻璃纖維土工格柵可減少或延緩反射裂紋數(shù)量,減少瀝青路面車轍擁包,可適當提高半剛性基層的疲勞壽命。在瀝青罩面層中加鋪玻璃纖維土工格柵夾層,抑制應(yīng)力,釋放應(yīng)變,達到減少裂縫的目的。延緩反射裂縫主要表現(xiàn)在以下幾個方面。網(wǎng)格性的肋條可為初始荷載提供一個系統(tǒng)的支承點和錨固點,起到應(yīng)力傳輸?shù)淖饔?從而增加瀝青底層的抗拉強度,吸收層間的大部分水平拉應(yīng)力。玻璃纖維土工格柵將瀝青層內(nèi)溫度荷載和汽車荷戴反復(fù)作用產(chǎn)生的應(yīng)力擴散到一個較大的范圍內(nèi),從而把集中的寬裂縫分散成若干個細小的裂縫,延遲了裂縫的擴散和貫通。玻璃纖維土工格柵為裂縫方向的改變提供了足夠的剛度,裂縫擴展到夾層底后轉(zhuǎn)向水平,阻止了其垂直向上擴展,提高了路面的抗裂能力和耐疲勞能力。
由于玻璃纖維土工格柵的模量高達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,從而達到減少裂縫的目的。在瀝青混凝土路面上進行瀝青罩面,除了會出現(xiàn)反射裂縫,同時還會因為荷載的長期作用而出現(xiàn)疲勞開裂。由于瀝青面層與罩面層屬同一性質(zhì)的柔性面層,當受到荷載作用時,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。在長期荷載的作用下,發(fā)生疲勞開裂。玻璃纖維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)力突變對瀝青罩面層的破壞。



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隨著加筋技術(shù)的發(fā)展和土工合成材料加筋理論的不斷完善,新型的土工加筋材料不斷涌現(xiàn)。土工格柵的出現(xiàn),對公路工程的發(fā)展起到了重要的推動作用。但由于不同的土工產(chǎn)品的作用不同,正確選擇合適的材料對公路工程的質(zhì)量保證起到了關(guān)鍵作用。
公路的破損,顯示著一些工程的質(zhì)量問題,路面破壞,路基沉降等影響到行車和舒適,同時也影響行駛車輛使用壽命。土工合成材料加筋技術(shù),主要作用是降低路基的整體沉降、降低路基沉降速率、減少不均勻沉降。此法在工程中得到了大量的應(yīng)用,其主要優(yōu)點在于施工簡便、效果明顯、費用也較低,具有良好的性價比。
  因此近幾年來土工格柵在高速公路的建設(shè)中起到廣泛應(yīng)用。高速公路常見病是不均勻沉降,不均勻沉降將會對高速公路產(chǎn)生很大的影響。在運營期間的不均勻沉降輕則影響高速公路的使用性能,重則會產(chǎn)生功能性破壞,尤其在臺背回填處、填挖交接處、新老路拼接處、溝塘回填處等地方極易產(chǎn)生不均勻沉降,導致路面破壞嚴重影響行車舒適及,同時增加路面的維修費用甚至需要對路基進行重新處理。
土工格柵是聚合物材料經(jīng)過定向拉伸形成的具有開口網(wǎng)格、較高強度的平面網(wǎng)狀材料。常用的聚合物有聚丙烯、高密度聚乙烯、玻璃纖維、滌綸、合成纖維等。
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