《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）——第一部分公铁水《粤港澳大湾区大交通量公路沥青路面改造关键技术及应用研究》

1. 项目名称: 粤港澳大湾区大交通量公路沥青路面改造关键技术及应用研究

2. 完成单位: 佛山市路桥建设有限公司、 山东省交通科学研究院、 佛山市交通科技有限公司、佛山市公路桥梁工程监测站有限公司、 河南省交通规划设计研究院股份有限公司、 保利长大工程有限公司、 广东冠粤路桥有限公司、 四川公路桥梁建设集团有限公司、 中铁十二局集团有限公司、龙建路桥股份有限公司

3. 主要完成人: 郭立成、 韦金城、 冯维、 曾国东、 黄红明、 闫翔鹏、 周敏、 黎超尘、 王佳、王光勇、 罗检萍、 王彬、 张喜才、 罗龙、 韩晓禹

　　(一)项目背景

　　粤港澳大湾区开放程度高、经济活力强,基础设施建设迅猛,地方路网形成早,未与大区域路网有效衔接。随着周边地区经济的发展,跨境交通日益增大,地方路网严重制约本区和过境通行。佛山地区在广东省和粤港澳大湾区具有较强代表性,到2020年底,广东省高速公路通车里程突破11000公里,其中接近或超过使用年限的约5100公里,占总里程的46郾3%,为有效利用现有道路资源,实现与全国高速公路网无缝对接和融合,提升通行能力和服务水平,粤港澳大湾区环城镇干线公路高速化改造需求巨大,而且面临城镇密集、人口密度大、重载车辆多、道路结构病害突出、地质条件复杂、施工环保、交通安全压力大等诸多挑战。

　　(二)技术概况

　　本项目针对粤港澳大湾区沥青路面改造升级过中路面病害影响因素多、损坏源复杂、病害差异大、损伤状态下沥青路面结构参数难以确定、沥青路面结构性损伤改造设计缺乏针对性、施工与设计不一致等问题,结合粤港澳大湾区交通、环境典型特征及沥青路面病害特点,通过对半刚性基层沥青路面结构性破损的快速综合诊断技术、沥青路面结构残余强度评价及设计参数的确定、基于沥青路面残余强度的老路加铺抗裂设计方法、半刚性基层沥青路面病害处治技术、半刚性基层沥青路面改造提升施工技术研究和佛山一环沥青路面改造提升关键技术示范等内容的科研攻关,切实解决本路面工程在检测、设计、施工过程中的突出问题,全面提升改造工程沥青路面质量和建设水平,树立广东省乃至全国同类项目标杆。

　　(三)适用范围

　　项目以广东省第一条免费高速公路———佛山一环高速公路改造工程为依托,围绕路面病害精确诊断、路面结构损伤状态下残余强度及参数确定、老路加铺设计方法、病害处治技术、施工质量提升、工程示范等诸多方面的技术难题,开展攻关研究,构建粤港澳大湾区重载交通条件下高速公路沥青路面结构维修改造技术体系,实现路面结构维修稳定耐久、节能循环和绿色环保的目标。项目研究对我国湿热地区公路网整体性能提升以及构建绿色耐久、智慧高效、生态环保的干线公路沥青路面具有重要引领和示范作用。

　　(四)获奖情况

　　“粤港澳大湾区大交通量公路沥青路面改造关键技术及应用研究冶获得中国公路建设行业协会科学技术进步奖特等奖和中国交通运输协会科学技术奖一等奖。

　　项目组采用理论分析、室内试验、工程验证等手段,开展了既有半刚性基层沥青路面结构性病害检测、诊断与评价、改造设计方法及施工提升技术等研究,主要取得了以下创新成果:

　　(1)创新点一:提出了基于路面三维雷达检测技术的材料均匀性全反射分析方法,以及基于多层弯沉盆的结构模量反演方法,实现了沥青路面内部结构损伤的快速准确诊断。

　　(2)创新点二:建立了基于半刚性基层结构模量衰变规律的沥青路面加铺设计方法,提出了基于高劲度模量沥青混合料的重载交通路面铺装典型结构。

　　(3)创新点三:提出了全厚式厂拌热再生路面结构,实现了路面废旧材料的大比例再生利用,节约了筑路材料。经专家鉴定,该项目研究成果总体达到国际先进水平,其中沥青路面损伤的快速准确诊断、半刚性基层结构模量衰变规律研究成果达到国际领先水平。

　　(一)智能快速检测技术

　　在不中断交通条件下,道路结构内部病害智能化快速检测方法解决了大交通量道路结构病害精确诊断的技术难题,开发了基于人工典型图谱法、自动小波细节参数识别法和CMP共中点法的三种运营道路基层内部状态判别和病害检测评价的新方法;提出了联合落锤式弯沉仪(FWD)及三维雷达(GPR)进行无损检测的沥青路面结构开裂损伤现场诊断和确认方法,实现了路面结构损伤状态精确诊断与评价。提出了基于多层弯沉盆的路面结构层模量反演方法和沥青路面半刚性基层服役期末疲劳损伤状态下结构有效模量的确定方法;实现了车道级轴载谱、路面结构温度场及路基平衡湿度等路面改造设计参数精准检测。提出了基于路况水平的沥青路面病害分类新方法;基于Kolmogorov-Smirnov检验方法的数据合并以及秩和检验的二次合并,实现了以路面的结构性能指标为基础的路段合理有效划分。

　　(二)新一代高性能排水抗裂路面

　　提出了以粤港澳大湾区为代表的南方湿热地区沥青路面病害分类处治技术及抗裂加铺设计方法,提出了新一代高性能排水抗裂和路面废弃材料高效利用的两种典型路面结构组合,解决了路面材料残余寿命最大化利用及维修路面结构耐久性保持的技术难题。提出了粤港澳大湾区路基处于平衡湿度状态和损伤状态下,沥青路面排水抗裂结构设计参数的确定方法及加铺设计标准;提出了基于粤港澳大湾区快速干线公路路况水平的沥青路面病害分类新方法;通过模拟公路现场荷载和温度变化引起的半刚性基层路面结构裂缝开口张合位移,提出了动态拉伸抗裂试验参数和基于动态拉伸抗裂试验沥青混合料疲劳断裂参数A和n的确定方法;研发了高排水、抗裂、抗疲劳性能的高品质沥青混合料,为沥青路面旧路快速改造维修提供了经济耐久的新材料。提出了排水抗裂型大粒径沥青混合料的体积设计要求和性能指标要求;提出了基于动态拉伸抗裂指标和基层残余模量衰减模型的老路加铺设计分析方法、加铺结构抗裂、抗疲劳设计分析验算方法,解决了含损伤路面结构的加铺设计技术难题。

　　(三)新一代施工质量提升及病害处治技术

　　根据湿热地区的交通荷载、气候条件以及本地原材料特点,结合长寿命路面结构功能定位,建立了粤港澳大湾区重载交通条件下沥青路面结构维修改造技术体系,研发了长寿命路面不同功能层材料并进行了性能评价研究;根据南方湿热地区路用性能要求,开展了湿热重载地区新型绿色典型结构可行性分析及施工技术、施工工艺、施工质量关键控制指标研究,开展了高模量厂拌热再生混合料优化设计和性能评估,进行了厂拌热再生大粒径、大厚度、多功能沥青混合料优化设计研究,提出了湿热重载地区新型绿色典型结构。提出了高速化改造工程在保通、快速、环保的前提下对多处治路段跨越、多工序交叉等复杂施工环境下沥青路面施工质量提升的技术。提出了基于车辙、弯沉和裂缝的病害维修方案选择方法及路面病害损伤分类处置技术;解决了粤港澳大湾区沥青路面病害分类处治技术和旧路改造沥青路面提质升级的施工质量提升技术难题。

　　国内外同类项目比较详见表1。

　　本项目研究粤港澳大湾区沥青路面病害特点,对沥青路面结构功能保持、材料性能提高、病害诊断和处治技术提升、施工质量控制等开展了关键技术研究,构建了粤港澳大湾区重载交通、复杂气候条件下高速公路沥青路面结构维修改造技术体系,同时修筑了多条试验路段对研究成果进行验证和工程示范。其中:

　　(1)课题中老路面结构损伤诊断评价及既有损伤半刚性基层加铺设计技术研究成果,成功应用于广东佛江高速公路改造工程,累计应用173.36公里·单车道;

　　(2)课题中骨架密实型水泥稳定碎石基层材料设计技术及半刚性基层材料双层连续摊铺工艺成果,成功应用于广东佛清从高速公路改造升级,累计应用362.36公里·单车道;

　　(3)课题中路面结构损伤控制、骨架密实型水泥稳定碎石基层材料及双层连续摊铺工艺成果,成功应用于广东广佛肇和广明高速城市快速路高速化改造工程,累计应用132.96公里·单车道;

　　(4)沥青混合料设计优化、施工质量提升技术和沥青路面施工智能管控系统成功应用于佛清从、佛江、广明、广佛肇等城市快速路高速化改造工程,累计应用里程733.16公里·单车道。本项目研究成果也已先后在山东、安徽、河南、云南、四川、内蒙古、广东等省和自治区超过1000公里高等级公路上得到应用,经连续跟踪监测,上述成果应用路段目前路况良好,路面结构表现出良好的使用性能,验证了项目成果的推广应用价值,有效提高了路面性能和质量,延长了路面使用寿命,社会经济效益显著,推广应用前景广阔。

　　(1)该技术提升了路面性能,延长了道路使用寿命,提高了材料的使用效率,减少了投资,节约了资源,符合建设资源节约型和环境友好型交通行业的目标要求。

　　(2)该技术降低了因道路维修和重建对交通出行的不利影响,切实保障了人民群众的生命安全。

　　(3)该技术改善了道路状况,提高了公路的运输能力,降低了运输成本,并减少可能发生的交通事故。本研究项目在广东地区累计应用里程达1306公里,2017—2020年累计节省建设费用10264郾5万元。该技术的推广应用将产生巨大的社会和间接经济效益,可极大推动社会经济和环境的可持续发展。