科研项目
高速公路沥青路面改造技术研究
来源:    日期:2017/11/28 15:16:37    点击:

【项目简介】

本课题在调研国内外研究成果的基础上,以山西运风路为依托,通过路况调查,分析了半刚性基层沥青路面结构的主要破坏模式和原因,对旧路破坏状态、评价指标等进行了研究;以有限元软件ANSYS为计算工具(见图1),应用弹性和弹塑性理论,对重载沥青路面进行数值分析,研究了路面结构在双轮车辆荷载作用下的力学响应,分析讨论了超重荷载、不同路面类型与结构组合对沥青路面的应力应变、承载能力等方面的影响,同时探讨了不同超限量对路面关键响应的变化规律。(见图2-图7)。

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图1  路面结构有限元三维模型

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针对旧路维修改造的特点,提出了相应的路面设计方法,并分析了加铺厚度及模量参数的变化对路面结构力学的影响,并由此给出适宜的路面改造方案;同时,针对不同的破坏状态,提出了不同的维修与改建方法,并对路面改造技术、层间处治技术、水泥稳定冷再生混合料路用性能进行了研究,铺筑了水泥稳定冷再生基层路面实体工程,掌握了水泥稳定冷再生基层的成套技术。

本课题于2009年1月由山西省科学技术厅组织专家鉴定,项目总体达到国内领先,获2011年度山西省科学技术三等奖。

【技术创新】

1提出适合于我国沥青路面破坏状态的评价指标,并应用灰色系统理论或神经网络系统理论把各种破损对道路使用性能的影响转化为一个相对综合性的指标来对路面状况进行综合评价,从而在一定程度上达到确定路面破坏状态并制定对应维修以及改建方案的目的。     

2提出恢复路面使用性能的沥青路面改建设计方法本课题选取沥青面层在荷载重复作用下的拉应变以及路基顶面的压应力或压应变为设计指标,并结合我国的基本国情,采取适当的路面结构材料和结构加铺厚度对原路面进行改造设计,最后得出实体过程路面结构方案

3对不同复合式冷再生混合料(即冷再生原材料RAP面层料中增加基层旧料)进行相关的力学性能试验研究,并且进一步分析再生料力学性能的影响因素,对其影响规律进行了大量的试验研究,验证了再生料用于高等级道路改建的可行性;

4对路面粘层、透层材料抗剪强度随温度的变化规律、材料种类及用量对抗剪强度的影响进行了深入的试验研究,对封层材料的抗渗水性和抗层间推移进行了分析,掌握了层间结合材料的技术特点,提出了合理的层间处治技术。

【推广应用】

每年我院承担大量的公路设计任务,具有丰富的设计经验,具有专门的道路研究机构,为解决新问题,推广新技术提供了保障。在充分研究论证的基础上,首先将本课题成果应用于运城至风陵渡高速公路的路面改造工程的建设上,全长90.15公里,双向四车道。随后在大量的旧路改造中得到推广应用,随着我国公路网的逐步完善,我国的公路会由原来的建设为主发展阶段逐渐转变为建养并举的新阶段。建设、维修、重建和升级改造将交织在一起。假如按照高速公路每10年左右翻修一次,路面平均宽度22米,翻修厚度20厘米计算,全国8.5万公里的高速公路平均每年将产生约1亿吨的废旧材料。这些废旧材料,既占用了土地,又污染了环境。采用本课题研究成果,可以将这些废旧材料充分再生利用,循环利用了路面旧料,保护了环境。减少了石料的开采,保护了自然资源和生态环境,节约了公路建设资金。符合可持续性发展理念,具有良好的经济效益、社会效益及应用前景。