廣東省公路長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)與性能演化

1 項(xiàng)目來源

廣東省交通運(yùn)輸廳2012年度科技計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：科技-2012-02-011)。

2 主要完成單位

廣東華路交通科技有限公司；

廣東省路橋建設(shè)發(fā)展有限公司云梧分公司。

3 主要技術(shù)內(nèi)容

3.1 技術(shù)原理及特點(diǎn)

本項(xiàng)目屬于道路工程領(lǐng)域，主要應(yīng)用于各等級(jí)新建/改建長(zhǎng)壽命瀝青路面的建設(shè)。該項(xiàng)目基于廣東省高溫多雨和重載運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，通過典型路面結(jié)構(gòu)調(diào)查研究及在長(zhǎng)壽命試驗(yàn)路中布設(shè)應(yīng)變傳感器、溫濕度傳感器、壓力傳感器和多層位移計(jì)等路面力學(xué)響應(yīng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，獲得了長(zhǎng)壽命瀝青路面的動(dòng)力響應(yīng)數(shù)據(jù)和長(zhǎng)期性能觀測(cè)數(shù)據(jù)，得出了長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)真實(shí)的動(dòng)力響應(yīng)和性能演化規(guī)律。提出了適用于高溫多雨地區(qū)重載交通的長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)指標(biāo)，并形成了施工技術(shù)規(guī)程。

3.2 性能指標(biāo)及技術(shù)創(chuàng)新

(1)提出了適用于高溫多雨地區(qū)重載交通的典型長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)和施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)基于VISUAL STUDIO.NET程序開發(fā)平臺(tái)、有限元分析理論、SQL SERVER數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)和層狀體系理論，研發(fā)了瀝青路面設(shè)計(jì)力學(xué)分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在單(或雙)圓荷載作用下，9層瀝青路面結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)分析，獲得一項(xiàng)軟件著作權(quán)。

(3)構(gòu)建了長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)分層豎向變形、應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)及分析方法。研發(fā)了瀝青路面實(shí)測(cè)力學(xué)響應(yīng)處理軟件，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)信號(hào)類型的不同智能選擇信號(hào)處理算法的能力，實(shí)現(xiàn)了同類信號(hào)的規(guī)范化、快速化和精準(zhǔn)化處理，獲得一項(xiàng)軟件著作權(quán)。

(4)鑒于布設(shè)傳感系統(tǒng)的道路實(shí)體工程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)具有海量化、多樣性等特征，研發(fā)了瀝青路面動(dòng)力響應(yīng)數(shù)據(jù)智能采集分析系統(tǒng)。通過對(duì)大數(shù)據(jù)的集成分析，揭示了瀝青路面結(jié)構(gòu)在實(shí)車荷載、FWD動(dòng)荷載及環(huán)境荷載作用下的真實(shí)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)規(guī)律。

(5)建立了基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的瀝青路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)回歸方程以及真實(shí)力學(xué)響應(yīng)下的層底拉應(yīng)變預(yù)估模型；通過長(zhǎng)壽命瀝青路面路用性能觀測(cè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，揭示了高溫多雨地區(qū)長(zhǎng)壽命瀝青路面的性能演化規(guī)律。

3.3 成果水平

2020年4月16日,廣東省公路學(xué)會(huì)在廣州組織了“廣東省公路長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)與性能演化”課題評(píng)審。認(rèn)為：項(xiàng)目成果具有創(chuàng)新性、實(shí)用性,社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著,推廣應(yīng)用前景廣闊，研究成果總體上達(dá)到國際先進(jìn)水平。

研究成果獲2020年廣東省公路學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)。

4 效益分析

(1)長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為40～50年，其壽命較普通半剛性基層瀝青路面長(zhǎng)2.6～3.3倍。

(2)對(duì)比課題組提出的碾壓混凝土RCC基層長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)與國外柔性基層瀝青路面的建設(shè)費(fèi)用可知，水泥基材料基層長(zhǎng)壽命瀝青路面的初期建設(shè)費(fèi)用較柔性基層瀝青路面低20.8%～34.9%，以相對(duì)較小的資金投入，實(shí)現(xiàn)相同的瀝青路面長(zhǎng)壽命，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

(3)基于全壽命周期費(fèi)用分析方法，通過對(duì)比傳統(tǒng)半剛性基層瀝青路面和長(zhǎng)壽命瀝青路面的初期建設(shè)成本、養(yǎng)護(hù)方式和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用得知，按照每條高速公路100km計(jì)算，長(zhǎng)壽命瀝青路面的年平均養(yǎng)護(hù)費(fèi)用要比傳統(tǒng)半剛性基層瀝青路面節(jié)省56.3%；若按照平均45年的使用壽命計(jì)算，長(zhǎng)壽命瀝青路面重建時(shí)間比傳統(tǒng)半剛性基層瀝青路面要少1.5年左右，并且長(zhǎng)壽命瀝青路面可以實(shí)現(xiàn)一邊通車一邊重鋪瀝青層而無須重建基層，較大地減輕了施工對(duì)交通、經(jīng)濟(jì)和出行的影響。同時(shí)，通過瀝青混合料再生技術(shù)可節(jié)約大量資源，減輕對(duì)環(huán)境的影響，從而實(shí)現(xiàn)路面工程綠色建造的理念。

(4)依托項(xiàng)目形成了《公路瀝青路面連續(xù)拌和式碾壓混凝土基層技術(shù)規(guī)程(T/CECS G:K32-01-2019)》，保證了長(zhǎng)壽命瀝青路面基層施工的規(guī)范化。

5 科技成果的推廣應(yīng)用

本項(xiàng)目研究成果來源于云羅高速公路長(zhǎng)壽命試驗(yàn)路段及其相關(guān)的高速公路，跟蹤監(jiān)測(cè)歷時(shí)8年。試驗(yàn)段S1結(jié)構(gòu)和S3結(jié)構(gòu)經(jīng)過8年的運(yùn)營(yíng)，路面性能較為優(yōu)異，路面病害相對(duì)普通半剛性基層瀝青路面要少很多，至今尚未進(jìn)行瀝青路面的加鋪施工。而后期根據(jù)《廣東省公路長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)與性能演化》部分實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)施工的云羅高速公路二期、廣樂高速公路LM2和LM4等路段，從通車至今，路面平整，表面完好，未出現(xiàn)病害，且路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、平整度、抗滑性能、抗車轍性能均比傳統(tǒng)半剛性基層瀝青路面優(yōu)異。相比柔性基層長(zhǎng)壽命瀝青路面的高投資，該研究成果實(shí)現(xiàn)了以相對(duì)較小的建設(shè)投資，實(shí)現(xiàn)路面長(zhǎng)壽命的目的，具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，推廣應(yīng)用前景廣闊。

實(shí)踐表明，“廣東省公路長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)與性能演化”研究成果應(yīng)用于高溫多雨重載條件下瀝青混凝土路面的新建或舊瀝青混凝土路面的改建工程中，具有較大的可行性。同時(shí)，該項(xiàng)目是基于瀝青路面真實(shí)力學(xué)響應(yīng)獲得的研究成果，應(yīng)用于瀝青路面的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和路面質(zhì)量提升之中也是可行的。

在新建和改建工程中加大長(zhǎng)壽命瀝青路面技術(shù)推廣應(yīng)用力度，可進(jìn)一步體現(xiàn)該成果的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也會(huì)使得該項(xiàng)成果在實(shí)踐中不斷完善，進(jìn)而形成良性循環(huán)，提高路面設(shè)計(jì)質(zhì)量，延長(zhǎng)路面使用壽命，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境。

《廣東省公路長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)與性能演化》課題組

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