《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２1）第三部分 基础设施篇《低热河谷区市政沥青混凝土路面智能化施工关键技术》

完成单位：中铁十六局集团路桥工程有限公司、中铁十六局集团有限公司、中铁十六局集团南方工程有限公司

主要完成人：余森开、褚英奎、王庆阳、郭庆、莫若明、赵春生、陈铁军、项荣军、燕永平、李明

项目简介

　　（一）项目背景

　　关花大道1标起点在安顺市关岭县城接灞陵大道，终点止于上关镇，设计等级为城市主干路。该区为低热河谷区，四季分明，雨量充沛。早期开通的多条沥青混凝土路面在车辆荷载及雨水渗入耦合作用下破坏严重，远未达到设计使用年限。针对以上问题，为有效提高低热河谷区沥青混凝土路面铺筑质量、降低后期维护成本、实现良好的社会效益和经济效益是本项目的主要研究目标。为了解决施工过程中出现的各种技术难题，保证工程的顺利完工，为类似项目提供借鉴。

　　（二）技术概况

　　通过建立沥青路面结构的二维数字模型，开展了车辆动载及雨水耦合条件下的沥青粒混凝土路面裂缝扩展及失效开裂规律研究，提出了提升全寿命周期沥青混凝土质量的沥青混凝土配合比优化设计、沥青改性技术、沥青配料装置改造技术，研发基于物联网技术的沥青混凝土在线监测、预警控制系统及监控方法，并开发了一次超宽超厚高强振动碾压成型快速施工的新方法、新工艺。

　　（三）适用范围

　　在我国，沥青混合料铺面占已通车的公路总里程的75%。随着道路交通量急剧增加、重载车辆与日俱增，高速公路沥青路面的早期破坏和耐久性不足成为了越来越突出的问题，主要表现为车辙、裂缝、坑槽、剥落等，不仅降低了道路的使用性能，如果不能及时处理或处理不当更会导致道路的结构性破坏，使沥青路面的服务性大幅降低，造成极大的资源浪费。而不同地域之间的气候、地质、环境等自然条件具有非常明显的差异，沥青路面如果不能与当地自然气候条件相适应，就无法表现出良好的路用性能。课题研究成果适用沥青混凝土路面的智能化高效施工，尤其是在低热河谷地区。

　　（四）获奖情况

　　2021年度“中国交通运输协会科学技术奖”

项目创新点

　　创新点1：建立了基于“混凝土开裂行为--沥青路面结构的二维数值模型--数值计算模型”三大过程的开裂特性研究及动载与雨水入渗耦合条件下数值模拟、利用Monte-Carlo法对跳车冲击荷载作用时的变形和应力扩展规律进行研究。

　　创新点2：通过实验分析，确定沥青及其他原材质量关键性指标的合理变异控制范围，优化了配比，并利用数值模拟及智能监控技术实现对沥青混合料的质量控制。

　　创新点3：基于物联网的沥青混凝土路面综合施工关键技术，实现了沥青混凝土路面全过程的在线监测、预警报警与专业技术人员辅助决策相结合的一体化智能控制。

　　创新点4：研究开发了骨架密实型水稳基层超宽超厚单机一次摊铺高强振动碾压成型施工技术，有效解决了水稳碎石对温湿度敏感易产生裂缝及分层摊铺对下基层扰动大等问题。

应用案例

　　关花大道道路工程一标段，主线长度15.284公里，采用双向六车道的横断面断面形式，本项目沿线褶皱和断层发育，受其切割强烈，沟谷、岸坡分布有较多崩坡积块碎石土。中铁十六局集团有限公司、中铁十六局集团路桥工程有限公司、中铁十六局南方工程有限公司科研技术人员依托关花大道道路工程一标段的路面工程，采用调查分析、数值模拟、配方试验、设备升级等方法，对低热河谷区市政沥青混凝土路面智能化施工关键技术进行系统研究，形成了丰硕的成果，关键技术如下：

　　⑴针对低热河谷地区气候特点对沥青进行改性处理、对粒料进行变异范围控制、优化配合比，研发适合气候特点的沥青混凝土及制备技术，并通过新型改性沥青混合料配料装置专利技术保障了沥青混合料拌合质量；

　　⑵基于物联网的沥青混料施工控制系统和方法，研发一套智能化控制系统，对沥青混凝土拌和、运输、摊铺、碾压全过程的实时量测、监控、预警报警；

　　⑶提出了骨架密实型水稳基层超宽超厚单机一次摊铺高强振动碾压成型施工技术；

　　通过以上关键技术的成功应用，有效提升了施工效率，在工期极其紧张情况下，提前8天完成了施工任务；道路开通后运营至今，路面质量良好，未出现常规路面所有车辙、裂缝、剥落等病害，表明该沥青混凝土路面具有较强的弹性恢复能力和较大的粘韧性，具有较强的抗反射裂缝能力，社会、经济、环保效益显著，值得推广使用。

社会效益与经济效益

　　该技术通过理论研究及工程实践，开发出一系列适应于低热河谷区沥青混凝土制备及智能化快速施工的方案、方法，有效解决了低热河谷区沥青混凝土路面常见的道路结构病害突出问题，提升了路面性能，延长了道路使用寿命，降低道路全寿命周期的包括大中维修费等使用成本，减少了因道路维修或重建对交通出行的影响，切实保证了人民群众的生命安全；该技术的推广应用将产生巨大的社会效益和间接经济效益，可极大推动社会经济和环境的可持续发展，在同类工程中具有借鉴意义和指导意义。