《交通運輸科學技術新成果推廣目錄》（２０２０）——第一部分公鐵水《粵港澳大灣區(qū)大交通量公路瀝青路面改造關鍵技術及應用研究》
1. 項目名稱: 粵港澳大灣區(qū)大交通量公路瀝青路面改造關鍵技術及應用研究
2. 完成單位: 佛山市路橋建設有限公司、 山東省交通科學研究院、 佛山市交通科技有限公司、佛山市公路橋梁工程監(jiān)測站有限公司、 河南省交通規(guī)劃設計研究院股份有限公司、 保利長大工程有限公司、 廣東冠粵路橋有限公司、 四川公路橋梁建設集團有限公司、 中鐵十二局集團有限公司、龍建路橋股份有限公司
3. 主要完成人: 郭立成、 韋金城、 馮維、 曾國東、 黃紅明、 閆翔鵬、 周敏、 黎超塵、 王佳、王光勇、 羅檢萍、 王彬、 張喜才、 羅龍、 韓曉禹
(一)項目背景
粵港澳大灣區(qū)開放程度高、經(jīng)濟活力強,基礎設施建設迅猛,地方路網(wǎng)形成早,未與大區(qū)域路網(wǎng)有效銜接。隨著周邊地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展,跨境交通日益增大,地方路網(wǎng)嚴重制約本區(qū)和過境通行。佛山地區(qū)在廣東省和粵港澳大灣區(qū)具有較強代表性,到2020年底,廣東省高速公路通車里程突破11000公里,其中接近或超過使用年限的約5100公里,占總里程的46郾3%,為有效利用現(xiàn)有道路資源,實現(xiàn)與全國高速公路網(wǎng)無縫對接和融合,提升通行能力和服務水平,粵港澳大灣區(qū)環(huán)城鎮(zhèn)干線公路高速化改造需求巨大,而且面臨城鎮(zhèn)密集、人口密度大、重載車輛多、道路結(jié)構病害突出、地質(zhì)條件復雜、施工環(huán)保、交通安全壓力大等諸多挑戰(zhàn)。
(二)技術概況
本項目針對粵港澳大灣區(qū)瀝青路面改造升級過中路面病害影響因素多、損壞源復雜、病害差異大、損傷狀態(tài)下瀝青路面結(jié)構參數(shù)難以確定、瀝青路面結(jié)構性損傷改造設計缺乏針對性、施工與設計不一致等問題,結(jié)合粵港澳大灣區(qū)交通、環(huán)境典型特征及瀝青路面病害特點,通過對半剛性基層瀝青路面結(jié)構性破損的快速綜合診斷技術、瀝青路面結(jié)構殘余強度評價及設計參數(shù)的確定、基于瀝青路面殘余強度的老路加鋪抗裂設計方法、半剛性基層瀝青路面病害處治技術、半剛性基層瀝青路面改造提升施工技術研究和佛山一環(huán)瀝青路面改造提升關鍵技術示范等內(nèi)容的科研攻關,切實解決本路面工程在檢測、設計、施工過程中的突出問題,全面提升改造工程瀝青路面質(zhì)量和建設水平,樹立廣東省乃至全國同類項目標桿。
(三)適用范圍
項目以廣東省第一條免費高速公路———佛山一環(huán)高速公路改造工程為依托,圍繞路面病害精確診斷、路面結(jié)構損傷狀態(tài)下殘余強度及參數(shù)確定、老路加鋪設計方法、病害處治技術、施工質(zhì)量提升、工程示范等諸多方面的技術難題,開展攻關研究,構建粵港澳大灣區(qū)重載交通條件下高速公路瀝青路面結(jié)構維修改造技術體系,實現(xiàn)路面結(jié)構維修穩(wěn)定耐久、節(jié)能循環(huán)和綠色環(huán)保的目標。項目研究對我國濕熱地區(qū)公路網(wǎng)整體性能提升以及構建綠色耐久、智慧高效、生態(tài)環(huán)保的干線公路瀝青路面具有重要引領和示范作用。
(四)獲獎情況
“粵港澳大灣區(qū)大交通量公路瀝青路面改造關鍵技術及應用研究冶獲得中國公路建設行業(yè)協(xié)會科學技術進步獎特等獎和中國交通運輸協(xié)會科學技術獎一等獎。
項目組采用理論分析、室內(nèi)試驗、工程驗證等手段,開展了既有半剛性基層瀝青路面結(jié)構性病害檢測、診斷與評價、改造設計方法及施工提升技術等研究,主要取得了以下創(chuàng)新成果:
(1)創(chuàng)新點一:提出了基于路面三維雷達檢測技術的材料均勻性全反射分析方法,以及基于多層彎沉盆的結(jié)構模量反演方法,實現(xiàn)了瀝青路面內(nèi)部結(jié)構損傷的快速準確診斷。
(2)創(chuàng)新點二:建立了基于半剛性基層結(jié)構模量衰變規(guī)律的瀝青路面加鋪設計方法,提出了基于高勁度模量瀝青混合料的重載交通路面鋪裝典型結(jié)構。
(3)創(chuàng)新點三:提出了全厚式廠拌熱再生路面結(jié)構,實現(xiàn)了路面廢舊材料的大比例再生利用,節(jié)約了筑路材料。經(jīng)專家鑒定,該項目研究成果總體達到國際先進水平,其中瀝青路面損傷的快速準確診斷、半剛性基層結(jié)構模量衰變規(guī)律研究成果達到國際領先水平。
(一)智能快速檢測技術
在不中斷交通條件下,道路結(jié)構內(nèi)部病害智能化快速檢測方法解決了大交通量道路結(jié)構病害精確診斷的技術難題,開發(fā)了基于人工典型圖譜法、自動小波細節(jié)參數(shù)識別法和CMP共中點法的三種運營道路基層內(nèi)部狀態(tài)判別和病害檢測評價的新方法;提出了聯(lián)合落錘式彎沉儀(FWD)及三維雷達(GPR)進行無損檢測的瀝青路面結(jié)構開裂損傷現(xiàn)場診斷和確認方法,實現(xiàn)了路面結(jié)構損傷狀態(tài)精確診斷與評價。提出了基于多層彎沉盆的路面結(jié)構層模量反演方法和瀝青路面半剛性基層服役期末疲勞損傷狀態(tài)下結(jié)構有效模量的確定方法;實現(xiàn)了車道級軸載譜、路面結(jié)構溫度場及路基平衡濕度等路面改造設計參數(shù)精準檢測。提出了基于路況水平的瀝青路面病害分類新方法;基于Kolmogorov-Smirnov檢驗方法的數(shù)據(jù)合并以及秩和檢驗的二次合并,實現(xiàn)了以路面的結(jié)構性能指標為基礎的路段合理有效劃分。
(二)新一代高性能排水抗裂路面
提出了以粵港澳大灣區(qū)為代表的南方濕熱地區(qū)瀝青路面病害分類處治技術及抗裂加鋪設計方法,提出了新一代高性能排水抗裂和路面廢棄材料高效利用的兩種典型路面結(jié)構組合,解決了路面材料殘余壽命最大化利用及維修路面結(jié)構耐久性保持的技術難題。提出了粵港澳大灣區(qū)路基處于平衡濕度狀態(tài)和損傷狀態(tài)下,瀝青路面排水抗裂結(jié)構設計參數(shù)的確定方法及加鋪設計標準;提出了基于粵港澳大灣區(qū)快速干線公路路況水平的瀝青路面病害分類新方法;通過模擬公路現(xiàn)場荷載和溫度變化引起的半剛性基層路面結(jié)構裂縫開口張合位移,提出了動態(tài)拉伸抗裂試驗參數(shù)和基于動態(tài)拉伸抗裂試驗瀝青混合料疲勞斷裂參數(shù)A和n的確定方法;研發(fā)了高排水、抗裂、抗疲勞性能的高品質(zhì)瀝青混合料,為瀝青路面舊路快速改造維修提供了經(jīng)濟耐久的新材料。提出了排水抗裂型大粒徑瀝青混合料的體積設計要求和性能指標要求;提出了基于動態(tài)拉伸抗裂指標和基層殘余模量衰減模型的老路加鋪設計分析方法、加鋪結(jié)構抗裂、抗疲勞設計分析驗算方法,解決了含損傷路面結(jié)構的加鋪設計技術難題。
(三)新一代施工質(zhì)量提升及病害處治技術
根據(jù)濕熱地區(qū)的交通荷載、氣候條件以及本地原材料特點,結(jié)合長壽命路面結(jié)構功能定位,建立了粵港澳大灣區(qū)重載交通條件下瀝青路面結(jié)構維修改造技術體系,研發(fā)了長壽命路面不同功能層材料并進行了性能評價研究;根據(jù)南方濕熱地區(qū)路用性能要求,開展了濕熱重載地區(qū)新型綠色典型結(jié)構可行性分析及施工技術、施工工藝、施工質(zhì)量關鍵控制指標研究,開展了高模量廠拌熱再生混合料優(yōu)化設計和性能評估,進行了廠拌熱再生大粒徑、大厚度、多功能瀝青混合料優(yōu)化設計研究,提出了濕熱重載地區(qū)新型綠色典型結(jié)構。提出了高速化改造工程在保通、快速、環(huán)保的前提下對多處治路段跨越、多工序交叉等復雜施工環(huán)境下瀝青路面施工質(zhì)量提升的技術。提出了基于車轍、彎沉和裂縫的病害維修方案選擇方法及路面病害損傷分類處置技術;解決了粵港澳大灣區(qū)瀝青路面病害分類處治技術和舊路改造瀝青路面提質(zhì)升級的施工質(zhì)量提升技術難題。
國內(nèi)外同類項目比較詳見表1。
本項目研究粵港澳大灣區(qū)瀝青路面病害特點,對瀝青路面結(jié)構功能保持、材料性能提高、病害診斷和處治技術提升、施工質(zhì)量控制等開展了關鍵技術研究,構建了粵港澳大灣區(qū)重載交通、復雜氣候條件下高速公路瀝青路面結(jié)構維修改造技術體系,同時修筑了多條試驗路段對研究成果進行驗證和工程示范。其中:
(1)課題中老路面結(jié)構損傷診斷評價及既有損傷半剛性基層加鋪設計技術研究成果,成功應用于廣東佛江高速公路改造工程,累計應用173.36公里·單車道;
(2)課題中骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石基層材料設計技術及半剛性基層材料雙層連續(xù)攤鋪工藝成果,成功應用于廣東佛清從高速公路改造升級,累計應用362.36公里·單車道;
(3)課題中路面結(jié)構損傷控制、骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石基層材料及雙層連續(xù)攤鋪工藝成果,成功應用于廣東廣佛肇和廣明高速城市快速路高速化改造工程,累計應用132.96公里·單車道;
(4)瀝青混合料設計優(yōu)化、施工質(zhì)量提升技術和瀝青路面施工智能管控系統(tǒng)成功應用于佛清從、佛江、廣明、廣佛肇等城市快速路高速化改造工程,累計應用里程733.16公里·單車道。本項目研究成果也已先后在山東、安徽、河南、云南、四川、內(nèi)蒙古、廣東等省和自治區(qū)超過1000公里高等級公路上得到應用,經(jīng)連續(xù)跟蹤監(jiān)測,上述成果應用路段目前路況良好,路面結(jié)構表現(xiàn)出良好的使用性能,驗證了項目成果的推廣應用價值,有效提高了路面性能和質(zhì)量,延長了路面使用壽命,社會經(jīng)濟效益顯著,推廣應用前景廣闊。
(1)該技術提升了路面性能,延長了道路使用壽命,提高了材料的使用效率,減少了投資,節(jié)約了資源,符合建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型交通行業(yè)的目標要求。
(2)該技術降低了因道路維修和重建對交通出行的不利影響,切實保障了人民群眾的生命安全。
(3)該技術改善了道路狀況,提高了公路的運輸能力,降低了運輸成本,并減少可能發(fā)生的交通事故。本研究項目在廣東地區(qū)累計應用里程達1306公里,2017—2020年累計節(jié)省建設費用10264郾5萬元。該技術的推廣應用將產(chǎn)生巨大的社會和間接經(jīng)濟效益,可極大推動社會經(jīng)濟和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。
