广东省公路长寿命沥青路面结构动力响应与性能演化

1 项目来源

广东省交通运输厅2012年度科技计划项目(编号：科技-2012-02-011)。

2 主要完成单位

广东华路交通科技有限公司；

广东省路桥建设发展有限公司云梧分公司。

3 主要技术内容

3.1 技术原理及特点

本项目属于道路工程领域，主要应用于各等级新建/改建长寿命沥青路面的建设。该项目基于广东省高温多雨和重载运输的特点，通过典型路面结构调查研究及在长寿命试验路中布设应变传感器、温湿度传感器、压力传感器和多层位移计等路面力学响应监测系统，获得了长寿命沥青路面的动力响应数据和长期性能观测数据，得出了长寿命沥青路面结构真实的动力响应和性能演化规律。提出了适用于高温多雨地区重载交通的长寿命沥青路面结构及其设计指标，并形成了施工技术规程。

3.2 性能指标及技术创新

(1)提出了适用于高温多雨地区重载交通的典型长寿命沥青路面结构及其相应的设计指标和施工技术标准。

(2)基于VISUAL STUDIO.NET程序开发平台、有限元分析理论、SQL SERVER数据存储平台和层状体系理论，研发了沥青路面设计力学分析系统，实现了在单(或双)圆荷载作用下，9层沥青路面结构的静、动态力学响应分析，获得一项软件著作权。

(3)构建了长寿命沥青路面结构分层竖向变形、应力应变测试系统及分析方法。研发了沥青路面实测力学响应处理软件，实现了根据信号类型的不同智能选择信号处理算法的能力，实现了同类信号的规范化、快速化和精准化处理，获得一项软件著作权。

(4)鉴于布设传感系统的道路实体工程产生的数据具有海量化、多样性等特征，研发了沥青路面动力响应数据智能采集分析系统。通过对大数据的集成分析，揭示了沥青路面结构在实车荷载、FWD动荷载及环境荷载作用下的真实动力学响应规律。

(5)建立了基于实测数据的沥青路面结构温度场回归方程以及真实力学响应下的层底拉应变预估模型；通过长寿命沥青路面路用性能观测大数据系统，揭示了高温多雨地区长寿命沥青路面的性能演化规律。

3.3 成果水平

2020年4月16日,广东省公路学会在广州组织了“广东省公路长寿命沥青路面结构动力响应与性能演化”课题评审。认为：项目成果具有创新性、实用性,社会效益和经济效益显著,推广应用前景广阔，研究成果总体上达到国际先进水平。

研究成果获2020年广东省公路学会科学技术二等奖。

4 效益分析

(1)长寿命沥青路面结构设计使用年限为40～50年，其寿命较普通半刚性基层沥青路面长2.6～3.3倍。

(2)对比课题组提出的碾压混凝土RCC基层长寿命沥青路面结构与国外柔性基层沥青路面的建设费用可知，水泥基材料基层长寿命沥青路面的初期建设费用较柔性基层沥青路面低20.8%～34.9%，以相对较小的资金投入，实现相同的沥青路面长寿命，经济效益显著。

(3)基于全寿命周期费用分析方法，通过对比传统半刚性基层沥青路面和长寿命沥青路面的初期建设成本、养护方式和养护费用得知，按照每条高速公路100km计算，长寿命沥青路面的年平均养护费用要比传统半刚性基层沥青路面节省56.3%；若按照平均45年的使用寿命计算，长寿命沥青路面重建时间比传统半刚性基层沥青路面要少1.5年左右，并且长寿命沥青路面可以实现一边通车一边重铺沥青层而无须重建基层，较大地减轻了施工对交通、经济和出行的影响。同时，通过沥青混合料再生技术可节约大量资源，减轻对环境的影响，从而实现路面工程绿色建造的理念。

(4)依托项目形成了《公路沥青路面连续拌和式碾压混凝土基层技术规程(T/CECS G:K32-01-2019)》，保证了长寿命沥青路面基层施工的规范化。

5 科技成果的推广应用

本项目研究成果来源于云罗高速公路长寿命试验路段及其相关的高速公路，跟踪监测历时8年。试验段S1结构和S3结构经过8年的运营，路面性能较为优异，路面病害相对普通半刚性基层沥青路面要少很多，至今尚未进行沥青路面的加铺施工。而后期根据《广东省公路长寿命沥青路面结构动力响应与性能演化》部分实践经验总结施工的云罗高速公路二期、广乐高速公路LM2和LM4等路段，从通车至今，路面平整，表面完好，未出现病害，且路面结构强度、平整度、抗滑性能、抗车辙性能均比传统半刚性基层沥青路面优异。相比柔性基层长寿命沥青路面的高投资，该研究成果实现了以相对较小的建设投资，实现路面长寿命的目的，具有显著的技术优势和经济社会效益，推广应用前景广阔。

实践表明，“广东省公路长寿命沥青路面结构动力响应与性能演化”研究成果应用于高温多雨重载条件下沥青混凝土路面的新建或旧沥青混凝土路面的改建工程中，具有较大的可行性。同时，该项目是基于沥青路面真实力学响应获得的研究成果，应用于沥青路面的预防性养护和路面质量提升之中也是可行的。

在新建和改建工程中加大长寿命沥青路面技术推广应用力度，可进一步体现该成果的技术和经济优势，同时也会使得该项成果在实践中不断完善，进而形成良性循环，提高路面设计质量，延长路面使用寿命，节约资源，保护环境。

《广东省公路长寿命沥青路面结构动力响应与性能演化》课题组

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