《交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２1）第三部分 基礎(chǔ)設(shè)施篇《功能梯度水泥混凝土鋪面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與建造技術(shù)研究》

完成單位：交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所、廣西交通投資集團(tuán)有限公司、山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司、山西交通物流集團(tuán)有限公司、吉黑高速山河（吉黑省界）至哈爾濱（永源鎮(zhèn)）段工程建設(shè)項(xiàng)目辦、中路高科（北京）公路技術(shù)有限公司，北京建筑大學(xué)，中咨數(shù)據(jù)有限公司。

主要完成人：田波、李立輝、權(quán)磊、蘇愛斌、付孝康、張艷聰、荊冰寅、張亮、張盼盼、李思李、劉媛媛、袁祖光、王佳妮、李海、張平

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

　　我國(guó)水泥產(chǎn)量居世界首位，優(yōu)質(zhì)瀝青主要依賴進(jìn)口，水泥路面設(shè)計(jì)壽命是瀝青路面的2倍，成本是瀝青路面的2/3，歐美等國(guó)高等級(jí)公路中水泥路面占比達(dá)30%以上。新形勢(shì)下，水泥路面能夠滿足技術(shù)材料全流程自主可控、低碳耐久、長(zhǎng)壽命的新發(fā)展理念。在此背景下，為了攻克傳統(tǒng)水泥混凝土鋪面抗滑衰減快、噪音大、斷板養(yǎng)護(hù)困難等瓶頸問題，發(fā)揮其承載力高、耐候性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)耐久等傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)水泥混凝土鋪面在高等級(jí)公路中的復(fù)興，針對(duì)我國(guó)特殊的軸載作用特征和半剛性基層結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、材料制備、施工裝備與工藝、功能保持等方面開展技術(shù)攻關(guān)，形成新一代水泥混凝土鋪面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和建造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鋪面結(jié)構(gòu)與功能的協(xié)同長(zhǎng)壽命。

　　本項(xiàng)目解決了水泥混凝土鋪面的斷板、磨光、噪音難題，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)承載與表面功能匹配協(xié)同，能夠支撐重載交通、低碳減排、安全服役等“交通強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，為水泥混凝土鋪面的二次復(fù)興奠定了基礎(chǔ)。項(xiàng)目研究成果適用于道路工程水泥混凝土鋪面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建造技術(shù)領(lǐng)域，且已在廣西、山西、廣東等省區(qū)多個(gè)公路工程項(xiàng)目中得到成功應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。項(xiàng)目成果已獲得2021年度中國(guó)交通運(yùn)輸協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

　?。?）揭示了重載下混凝土鋪面結(jié)構(gòu)的多板協(xié)同承載和傳荷規(guī)律，提出了具有耐動(dòng)水沖刷、吸收沖擊荷載、降低溫度翹曲變形以及不均勻沉陷自我補(bǔ)償?shù)墓δ芴荻冉Y(jié)構(gòu)，構(gòu)建了水泥混凝土鋪面結(jié)構(gòu)的功能梯度設(shè)計(jì)理論。

　?。?）建立了面層混凝土板結(jié)構(gòu)性能與表面功能統(tǒng)一設(shè)計(jì)、面層板與半剛性基層柔性連接構(gòu)造設(shè)計(jì)、路基頂面緩沖差異變形級(jí)配碎石功能層設(shè)計(jì)方法，提出了雙參數(shù)地基上的復(fù)合板荷載應(yīng)力計(jì)算模型和參數(shù)取值，提出了復(fù)合板溫度應(yīng)力和翹曲變形的計(jì)算方法，形成了功能/結(jié)構(gòu)一體化的設(shè)計(jì)體系。

　?。?）提出了功能梯度水泥混凝土面層板多層材料體系配合比設(shè)計(jì)、工作性評(píng)價(jià)和施工性能控制方法，針對(duì)不同場(chǎng)景研發(fā)了“露石混凝土構(gòu)造”“高磨光值機(jī)制砂混凝土”“金剛砂抗滑表層”等表面抗滑構(gòu)造雕琢技術(shù)，顯著提升了路面抗滑能力和抗衰減能力。

　　（4）研發(fā)了液化劑、引氣劑等系列助劑，突破了干硬性混凝土20s內(nèi)快速液化的難題，實(shí)現(xiàn)了材料收縮可控、均勻密實(shí)。開發(fā)了耐高溫超長(zhǎng)緩凝露石劑，實(shí)現(xiàn)了緩凝時(shí)間、滲透深度及流動(dòng)黏度可控可調(diào)。研發(fā)了重油清洗劑，實(shí)現(xiàn)了寬幅快速、高效低損的混凝土路面功能定制恢復(fù)再造。

　?。?）研發(fā)了我國(guó)首臺(tái)大厚度混凝土路面雙層滑模攤鋪及表面紋理定向整形成套裝備，實(shí)現(xiàn)了“下層結(jié)構(gòu)承載、上層耐磨抗滑”的梯度功能混凝土路面的一體化高效濕接攤鋪，大幅提高了施工效率和質(zhì)量。

應(yīng)用案例

　?。?）結(jié)構(gòu)性能與表面功能壽命協(xié)同的水泥混凝土鋪面功能梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法可提高耐沖刷能力近10倍，降低翹曲應(yīng)力28%，降低土基2/3的不均勻沉陷，已應(yīng)用于廣西隆百和三柳高速，有效延長(zhǎng)了路面使用壽命。

　?。?）項(xiàng)目成果已直接應(yīng)用于內(nèi)蒙古準(zhǔn)興（準(zhǔn)格爾旗至興和縣）高速公路167km水泥混凝土路面工程設(shè)計(jì)中。該路段運(yùn)營(yíng)以來，有效降低了路基凍脹融沉引起的不均勻變形對(duì)剛性混凝土板的附加應(yīng)力，大大提高了重凍區(qū)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)使用性能，延長(zhǎng)了路面的使用壽命，有效降低了路面養(yǎng)護(hù)維修工程量。

　　（3）項(xiàng)目成果已直接應(yīng)用于全長(zhǎng)100.114公里的白霍（白音華至霍林郭勒）公路新建工程中，起到緩沖路基凍融誘發(fā)的不均勻變形、防止雨水下滲、減少基層沖刷和板底脫空等作用，總體上降低了運(yùn)營(yíng)期養(yǎng)護(hù)和維修費(fèi)用50%左右。

　　此外，項(xiàng)目相關(guān)成果還應(yīng)用于廣西巴平高速、岑水高速、隆百高速，山西長(zhǎng)臨高速黃花嶺隧道、盤秀山隧道，山西靜興高速大萬山隧道，廣東潮惠高速蓮花山隧道等重載交通水泥混凝土路面建設(shè)過程中，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益

　　項(xiàng)目研究提出了采用上層抗滑、下層承載、雙層濕接的復(fù)合水泥混凝土面層解決鋪面抗滑安全弊病的技術(shù)思路，并形成了一整套系統(tǒng)、實(shí)用的水泥混凝土鋪面抗滑安全性能提升技術(shù)，全面解決了復(fù)合面層形變協(xié)同、材料屬性差異控制和抗滑構(gòu)造精準(zhǔn)施作等技術(shù)難題，適用范圍更廣，技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，性價(jià)比突出，因此具有良好的應(yīng)用前景。此外，項(xiàng)目成果具有重要的實(shí)用價(jià)值，且已在國(guó)內(nèi)多條高速、隧道的重載交通水泥混凝土路面中應(yīng)用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。