2020年美國交通領(lǐng)域推廣技術(shù)一覽

譯

隨著公眾對出行服務(wù)需求的不斷提升,世界各地交通部門開始積極探索利用創(chuàng)新技術(shù)促進(jìn)交通行業(yè)發(fā)展。在交通領(lǐng)域有著相當(dāng)規(guī)模研發(fā)投入的美國，在這一過程中積累了不少的經(jīng)驗,以美國聯(lián)邦公路局（FHWA）、美國各州公路與運輸官員協(xié)會(AASHTO)為代表的交通部門發(fā)起的“創(chuàng)新計劃”“分秒必爭計劃”等，在一定程度上促進(jìn)了各州交通技術(shù)成果的分享以及科研成果的推廣應(yīng)用。其中，AASHTO每年還會從各州申報的技術(shù)中評選出最優(yōu)秀的16項,授予其“創(chuàng)新推動進(jìn)步獎”。本文特摘譯自2020年度AASHTO“創(chuàng)新推動進(jìn)步獎”與公路交通相關(guān)的技術(shù),供同行參考。

蒙大拿州出臺土壤處治指南提升路基強度

蒙大拿州的土壤類型多種多樣，但由于部分土質(zhì)強度不足，無法滿足道路對路基彈性的要求。近年來，蒙大拿州交通廳啟動專項研究，試圖采用化學(xué)改性方法解決這一問題。據(jù)了解，該研究通過在6種不同類型土壤樣本中添加石灰和水泥添加劑的方法改變土質(zhì)，同時對土壤樣本的物理、化學(xué)以及礦物性質(zhì)進(jìn)行檢測分析，通過抗冰融以及干濕循環(huán)試驗驗證其耐久性，以評估土壤強度是否滿足要求。經(jīng)研究表明，如果將經(jīng)化學(xué)改性的土壤應(yīng)用于路基鋪筑中，可以大幅提高道路抗剪性能，最大限度地減少永久變形和疲勞開裂等問題，避免道路出現(xiàn)伸縮現(xiàn)象。此外，課題組還根據(jù)研究結(jié)果編制了《土壤處治技術(shù)的細(xì)則指南》，內(nèi)容包括土壤樣本的選擇標(biāo)準(zhǔn)、強度要求以及石灰和水泥添加劑量。蒙大拿州交通廳預(yù)測，這項舉措推廣應(yīng)用后可節(jié)約9～15.9%的道路建設(shè)養(yǎng)護(hù)成本。

密歇根州利用碳纖維增強聚合物提升橋梁耐久性

2001年，密歇根州交通廳建造了美國第一座碳纖維橋，此后又采用碳纖維增強聚合物（CFRP）建造了多座橋梁。據(jù)了解，CFRP相較于鋼材而言具有較好的耐腐蝕性，長期以來，在當(dāng)?shù)貥蛄航ㄔO(shè)應(yīng)用中表現(xiàn)良好，但一直缺乏相關(guān)的規(guī)范化設(shè)計施工標(biāo)準(zhǔn)。針對這一問題，密歇根州交通廳與勞倫斯理工大學(xué)合作，測試了CFRP鋼絞線和梁在300次凍融循環(huán)、火災(zāi)或荷載事件以及惡劣天氣等條件下的使用性能，并結(jié)合研究成果提出了CFRP的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計指南和詳細(xì)的設(shè)計示例。目前，該項目成果已在當(dāng)?shù)貜V泛推廣應(yīng)用。2017年，密歇根州交通廳依據(jù)項目成果在I-75州級高速公路上設(shè)計了一座新橋梁，以期借助位CFRP延長橋梁的使用壽命。

緬因州采用新型擴(kuò)散器提升涵洞過水量

由于基礎(chǔ)設(shè)施老化，許多公路涵洞難以排出因強降雨和土地開發(fā)利用等產(chǎn)生的積水，從而引發(fā)許多涵洞病害?？紤]到重建涵洞成本較高，緬因州交通廳提出了設(shè)置涵洞出口擴(kuò)散器的創(chuàng)新解決方案。據(jù)了解，將擴(kuò)散器安裝在涵洞出口處，可大幅減少出口磨損并提高涵洞的運行效率，保障涵洞在滿水時，也能在較低的進(jìn)水水位條件下運行。緬因州交通廳在某涵洞出口測試了玻璃纖維擴(kuò)散器的使用效果，結(jié)果顯示，這種擴(kuò)散器不僅成本效益好、安裝簡單，還可以將涵洞的水流通行量提升40%。

加利福尼亞州降低逆行車輛碰撞事故率

為有效降低逆行車輛碰撞事故率，加利福尼亞州交通廳在部分頻繁出現(xiàn)逆行現(xiàn)象的道路出口匝道安裝了特殊安全警示設(shè)施，包括雷達(dá)主動監(jiān)視系統(tǒng)、閃爍信標(biāo)、雙向白紅和黃紅反光標(biāo)志等。當(dāng)車輛逆行時，這些設(shè)施不僅能夠警示司乘人員，還能及時通知交通運輸管理部門。為進(jìn)一步分析評估這些設(shè)施的有效性，加利福尼亞州交通廳通過視頻圖像處理系統(tǒng)記錄了每場逆行碰撞事故，在抽查薩克拉門托地區(qū)的出口匝道使用情況時發(fā)現(xiàn)，該匝道逆行事故率下降了53%，有85%的司機(jī)提前意識到了車輛逆行操作錯誤，并在進(jìn)入高速公路前掉頭。加利福尼亞州交通廳表示，未來將積極應(yīng)用這項研究成果，為降低逆行車輛碰撞事故率提供科學(xué)化、數(shù)據(jù)化的解決方案。

賓夕法尼亞州建立道路安全評估新模型

在美國，所有交通工程專家均依靠美國國家公路與運輸協(xié)會（AASHTO）發(fā)布的《AASHTO高速公路安全規(guī)范》中的道路交通安全評估模型（SPF），以及道路交通流量、幾何線型數(shù)據(jù)、路面設(shè)施、其他路側(cè)交通安全情況來預(yù)測交通事故率。2013～2017年，賓夕法尼亞州的城郊連接道路上發(fā)生了約6500起交通事故，說明上述道路交通安全評估模型很難充分反映當(dāng)?shù)氐缆诽攸c，無法準(zhǔn)確評估道路的安全情況。因此，賓夕法尼亞州交通廳通過當(dāng)?shù)亟煌ㄊ鹿蕯?shù)據(jù)、全景圖和衛(wèi)星定位系統(tǒng)，在現(xiàn)有安全評估模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)剀囕v行駛特點和地理特性，建立了州域級、區(qū)域級和縣級的道路交通安全評估模型。目前，賓夕法尼亞州交通廳已經(jīng)將新的道路交通安全評估模型納入《賓夕法尼亞州安全預(yù)測分析指南》，并應(yīng)用于當(dāng)?shù)芈肪W(wǎng)篩查工作中，還采用該模型分析了當(dāng)?shù)?019年的道路交通事故數(shù)據(jù)。值得一提的是，賓夕法尼亞州也是美國唯一一個建立城郊連接路段道路交通安全評估模型的州。

弗吉尼亞州利用不銹鋼材料避免橋梁受腐蝕

弗吉尼亞州韋恩斯伯勒市的340號公路大橋始建于1934年，截至2012年，該大橋已經(jīng)遭受嚴(yán)重腐蝕，亟需重新修建。由于大橋鄰近產(chǎn)生腐蝕性化學(xué)物質(zhì)的工廠，且易遭受暴雨侵蝕，新建大橋無法采用無涂層耐候鋼材料。因此，弗吉尼亞州交通廳選擇采用耐腐蝕、低成本的ASTM A1010不銹鋼材料建造大橋的上部結(jié)構(gòu)。

據(jù)了解，除了在螺栓連接的鋼桁架和不銹鋼緊固件上使用ASTM A1010不銹鋼材料外，弗吉尼亞州交通廳還找到了可與其一起使用的新焊接材料。初步預(yù)測，大橋建成后，使用壽命有望達(dá)到100年，能夠有效降低全生命周期養(yǎng)護(hù)成本。

弗吉尼亞州建立激勵機(jī)制有效縮短事故清障時間

為高效清理事故路段，盡早恢復(fù)交通，2017年，弗吉尼亞州交通廳在里士滿地區(qū)的州際高速公路上試行了一項清障激勵項目，該項目通過改進(jìn)清障規(guī)范、梳理清障流程和加強清障培訓(xùn)有效提高相關(guān)部門和相關(guān)人員交通事故處置能力的管理方法，填補了當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)研究中的重要空白。項目研究的主要內(nèi)容包括：清障前，如何確定適合的交通事故現(xiàn)場；清障后，怎樣合理量化評價指標(biāo)；清障激勵項目對于該地區(qū)交通事故管理情況的長期影響。為了確保清障激勵項目有效，弗吉尼亞州交通廳基于里士滿地區(qū)的事故數(shù)據(jù)研發(fā)了一套評價體系，用于分析評估試行項目的相關(guān)情況。同時，確定了一項定性的評估標(biāo)準(zhǔn)，來評判項目是否成功。研究結(jié)果表明，清障激勵項目在10年間獲得的收益將超過支出的9.2～12倍。因此，弗吉尼亞州交通廳將繼續(xù)在里士滿地區(qū)開展清障激勵項目，并尋機(jī)將項目成果推廣至81號州際公路沿線的布里斯托爾、塞勒姆和斯湯頓等地區(qū)。

德克薩斯州采用全厚式再生技術(shù)改善路面性能、節(jié)約養(yǎng)護(hù)成本

近年來，重載交通導(dǎo)致德克薩斯州鄉(xiāng)村公路路面基層和底基層材料失效，逐漸出現(xiàn)多種病害。為解決這一問題，德克薩斯州交通廳采用全厚式再生技術(shù)對州內(nèi)10個不同地區(qū)的61公里道路進(jìn)行了維修。

結(jié)果表明，采用全厚式再生技術(shù)后，可以有效提升路面基層的剛度和防水性能，在重載作用下，道路不易出現(xiàn)收縮開裂和疲勞損傷等病害。此外，在全厚式再生技術(shù)施工過程中，采用泡沫瀝青或乳化瀝青，日均可處治0.8～1.2公里的路面，具有較好的時間效益和成本效益。

與傳統(tǒng)的路面維修方法相比，全厚式再生技術(shù)可將施工工期縮短70%左右，且平均每公里節(jié)省約22萬美元（約合人民幣142.41萬元）。該項目成功實踐后，德克薩斯州交通廳計劃10年內(nèi)在20個地區(qū)推廣該技術(shù)，預(yù)計平均每年養(yǎng)護(hù)維修48公里公路，10年內(nèi)可節(jié)約13.2億美元（約合人民幣85.45億元）。

明尼蘇達(dá)州制定實用操作指南處治鋪面嚴(yán)重受損的公路

自20世紀(jì)70至80年代以來，明尼蘇達(dá)州的鋪面公路老化程度嚴(yán)重加劇，但許多地方交通機(jī)構(gòu)缺乏修復(fù)公路的資金。2015年，美國交通研究委員會國家公路合作研究項目（NCHRP）出版的《技術(shù)匯編-485》記錄了將鋪面公路轉(zhuǎn)換為非鋪面公路的不同做法和條件。明尼蘇達(dá)州交通廳與最初的NCHRP 485研究組成員合作，研究制定了公路鋪面轉(zhuǎn)換綜合指南，該指南不僅介紹了判別公路是否適合改建，以及將嚴(yán)重受損的鋪面公路轉(zhuǎn)換為易于維護(hù)經(jīng)濟(jì)實用未鋪面碎石路面的方法，還提供了非鋪面公路的設(shè)計方案、施工和維護(hù)規(guī)范，生命周期成本分析工具、公眾溝通和安全信息。據(jù)了解，該指南包括大量圖形、流程圖、照片和其他參考資料，內(nèi)容充實豐富。此外，明尼蘇達(dá)州交通廳還開發(fā)了一個輔助的演示視頻，便于用戶開展網(wǎng)絡(luò)研討會和培訓(xùn)。