重载交通对水泥路面耐久性的影响研究.docx

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重载交通对水泥路面耐久性的影响研究

黑龙江省交通厅重点科技项目

可行性研究报告

项目名称：

重载和超载交通对我省寒区高等级

水泥路面耐久性的影响研究

申报单位：

黑龙江省交通科学研究所

哈尔滨工业大学

黑龙江省交通厅制定

2017年8月

填写格式及说明：

一、格式：

纸张规格：

A4，页边距：

2.5CM，字体：

宋体，4号字

二、填写款项要求：

申报单位要按照“西部交通建设科技项目管理暂行办法”中的有关规定与要求，编写可行性研究报告。

主要款项如下：

1.项目的背景和必要性（包括项目概况，项目研究目的，市场需求前景或推广应用领域，达到的技术水平及在国民经济发展中的作用）；

2.项目前期科研及工作基础（包括国内外研究现状分析与评价，应附主要参考文献及出处）；

3.项目实施方案（包括拟解决的关键问题，实施的具体内容及实施方案，年度工作进度安排及完成期限，拟采取的技术路线，与后续技术改造或基本建设计划的衔接，有关技术经济指标）；

4.项目承担单位及参加单位概况（包括单位概况，各自承担的主要工作，技术力量及人员构成，项目主要负责人情况）；

5.项目依托工程情况及其他必要支撑条件（包括依托工程的概况，投资来源，工程进度与项目科研进度的配合，组织管理形式）；

6.项目经费估算及资金筹措情况（包括项目总经费和年度经费预算，经费构成及构成比例（包括部拨经费、配套经费和自筹经费），经费使用范围及使用明细）；

7.项目预期目标及经济、社会效益（包括提供主要分析指标及演算公式，形成的生产能力，市场占有率，利税、创汇或有关节约工程造价，缩短工期指标等）；

8.其他需说明的问题；

9.申报单位签章（包括单位的法人代表签字，加盖申报单位公章）。

目录

1.项目的背景和必要性……………………………………………………3

2.项目前期科研及工作基础………………………………………………4

3.项目实施方案……………………………………………………………6

4.项目承担单位及参加单位概况…………………………………………10

5.项目依托工程情况及其他必要支撑条件………………………………12

6.项目经费估算及资金筹措情况…………………………………………13

7.项目预期目标及经济、社会效益………………………………………14

8.其他需说明的问题………………………………………………………15

9.申报单位签章……………………………………………………………16

1．项目的背景和必要性

如何设计更加科学合理的路面结构以适应经济的快速发展，不断提高路面的使用性能和耐久性，一直是交通科技人员研究的重要课题。

尽管我国目前已经有一套较为完善的路面结构设计和施工技术规范来指导路面设计，但它只是在理论分析和有限经验总结基础上得出的一般原则，使用时具有较大的随意性，要研究出适应我省气候、土质、水文、材料条件和满足经济快速发展、适应日益增加的重、超重交通荷载要求的路面，仍有很多研究工作要做。

在老工业基地振兴战略实施的同时，我省交通运输业迅猛发展，交通量不断增大、大型载重车日益增多，严重威胁着公路的使用安全性和耐久性，使不少路面的实际使用寿命达不到设计使用年限就出现破坏。

病害的成因及高等级水泥路面结构的合理性亟待我们去探讨和研究，尽快出台预防及改善措施。

按照我省《振兴老工业基地交通基础设施建设规划》的要求，到2017年，我省仍将面临数千公里的高等级公路建设任务。

如何在现有路面铺筑和使用经验基础上，进一步提高公路路面工程质量，重点考虑我省气候特点及重、超重型车辆交通的发展趋势，科学、合理的进行路面设计，实现全省公路路面质量再上新台阶，不仅关系到数额巨大的建设和养护资金的使用效益，还将对我省路网整体服务质量产生重要影响。

因此，开展我省寒区重、超重交通环境下的高等级水泥路面耐久性的研究有着非常重要的现实意义，也是十分必要和迫切的。

2.项目前期科研及工作基础

对水泥路面结构的研究在国内已开展多年，各省的情况不尽相同，在研究中，比较注重地方资源的有效利用和突出地方经济、气候特点，其中比较有代表性的研究内容有上海市、焦作市及东南大学等地区开展的专项研究。

上海市曾开展过“半刚性基层水泥砼路面典型结构及设计方法”的研究，提出了适于本市的不同累计交通轴次、道路等级与土基模量时路面结构组合与厚度表及特殊部位混凝土路面的加固与构造措施，为结构设计的标准化创造了条件，为建立砼路面典型结构的地方标准提供了技术依据。

焦作市的“贫水泥砼基层路面研究”，建立了贫砼基层材料疲劳方程，提出了贫砼基层水泥砼路面结构计算方法，为设计低成本的路面结构打下了坚实的理论基础。

东南大学从我国优质沥青主要依靠进口，价格昂贵，而普通砼路面又很难适应交通运输发展的要求，经常发生挤碎、错台等病害的实际情况出发，开展了“预应力砼路面设计方法的研究”，提出了预应力路面的设计程序及设计准则，是对现有砼路面结构设计的一次创新，改善了传统路面很多方面的不足，提高了行车舒适性和路面的耐久性。

总体来说，国内进行的此方面研究，已由最初的单纯结构设计阶段，逐步过渡到设计方案与病害预防、新材料、新工艺应用及与气候条件、环境因素等紧密结合的综合设计阶段。

发达国家（以美国和日本为代表）的公路网体系扩展已完成，其中包括高速公路网骨架建设，并已消除了主要的公路网缺陷。

发达国家大规模的公路建设时期已经结束，全面进入了道路的运营管理阶段，主要包括养护管理、交通管理、环境管理等。

早在1973年的“石油危机”发达国家就将公路管理的重心逐渐由公路网建设转向已有公路网的维护、提高公路网的生产力和整个综合运输系统的生产力方向。

从1993年起开始转移到用高科技手段，寻求公路和整个综合运输系统投资的最大收益方面。

随着这些国家公路交通发展重点的转移，公路交通科技也作了相应的调整，设计与工程类的研究开发比重下降，发展规划、交通管理与养护方面的研究开发比重上升，并加强了对道路使用性能的长期观测和使用管理科学的研究。

发达国家十分重视用高新技术，尤其是计算机技术、电子信息技术、自动控制技术、新材料技术等，来改造公路交通的技术构成。

发达国家普遍利用GIS技术（地理信息系统）建立公路数据库；通过计算机模拟，建立多种分析、评价模型，制订并多次修订通行能力手册，为规划、设计提供了理论依据、决策方法与分析手段。

全面利用GPS卫星定位、航测遥感技术代替传统的人工勘察，把采集来的数据通过数字地面模型与CAD系统相衔接，具有越来越强大的集成功能；并将CAD技术扩展到环境设计上，发达国家抓住结构、材料与施工三个环节，重视设计理论、分析技术的研究，对路用材料及改性技术进行了全面研究，在路面材料的再生技术、大跨径桥梁的理论分析、结构设计等方面有了一个新的飞跃。

为了适应21世纪交通需求，发达国家开始大规模地从事智能化公路运输系统的试验研究，并已陆续取得了一些阶段性的实用成果。

可以预料，“智能运输系统”将成为21世纪现代化地面运输体系的基本模式和发展方向，它是交通运输进入信息时代的重要标志。

3.项目实施方案

3.1拟解决的关键问题

为实现交通可持续发展、交通基础设施建设再上一个新台阶的战略布署，迎接公路运输装备快速发展而带来的大吨位高效专业运输车的出现，从我省经济和资源的实际情况出发，通过连续、长期、科学、准确的交通流调查，研究在特殊路段、重、超重交通环境下，水泥路面耐久性及轴载设计指标，并提出重车轴载换算公式，为我省典型路面结构设计提供技术支持，延长路面的耐久性，满足公路运输及经济快速发展的交通需求。

经济发展促使交通运输及物流业迅猛发展，随之而来的是大型载人客车和大吨位高效专业运输车的频繁出现，使刚刚交付使用不久的路面结构，处在重载和超载交通环境下，耐久性及安全性受到极大威胁，再加之我省冬季负温时间较长，使路面结构较长时间处在冻结深度影响下，据调查，我省南部地区冻结深度为1.8—2.0m，北部可达２.5m以上。

春季，地表土和积雪开始融化，而冻结深度底层依然冻结，形成不透水层。

随着上部土体的继续融化，使过多的水分存留在上层土体中无法排出，造成土基软弱，强度急剧下降，在车辆荷载，尤其是车辆重载的作用下，极易使符合技术标准的高等级路面极早地出现早期破坏，大大缩短了路面的使用寿命，降低了路面的使用品质。

由于水泥混凝土路面强度高、使用期长、所需材料分布广泛，一旦破损后修复又十分困难，所以在进行水泥混凝土路面设计及方案比较时，对路面的耐久性必须予以高度重视。

3.2实施的具体内容及实施方案

3.2.1对重载超载频繁通过的路段，进行深入全面的路况调查和交通调查，包括交通量、过往车型、轴重、频次，路面结构材料、路基材料，强度变化情况（随降水）、路段地质，水文状况等。

3.2.2现场取芯，对破坏前后进行对比试验。

3.2.3研究轴载大小和轴次与水泥路面耐久性的关系、轴载大小和轴次与强度的关系、轴载大小和轴次与温度变化的关系、轴载大小和轴次与累积变形的关系、轴载大小和轴次与使用年限的关系。

3.2.4综合以上研究结果，得出结论，提出适用于我省水泥路面设计的重车路段轴载换算公式。

3.3技术路线

3.3.1对我省路况较好、一般和较差的高等级水泥路面进行连续、长期的交通状况调查，包括交通量、车型、载重和轴重，并按车辆实际轴载重量进行归类统计。

3.3.2对进行交通状况调查的路段，同时开展气候、水文、地质和降水情况调查及强度测试、平整度测试和路面状况评定。

3.3.3综合分析，得出研究结果。

3.4年度进度安排及完成期限

3.4.12015年5月——12月

广泛调研、收集资料、拟定研究大纲，请专家论证、保证研究方向的正确性和研究方法的科学性；雨季前后对各观测路段的使用情况进行现场取芯检测，同时监测交通流特征、降水量和气温特征，路面状况测试、调查和评定。

3.4.22016年1月——12月

春融期、雨季及冬季观测（包括降水量、降雪、气温变化、路面状况调查和交通流特征等）；

现场取芯，进行室内外试验对比；

汇总调研、观测及试验结果，对影响路面耐久性的因素进行综合分析。

3.4.32017年1月——7月

重复以往重要的调查、观测、试验和分析工作，综合分析整个研究过程和阶段成果，合理确定重车路段的轴载换算公式;完成课题研究报告的撰写工作、申请课题鉴定。

完成期限：

2015年5月——2018年7月

3.5与后续技术改造或基本建设计划的衔接

研究成果直接应用于本省干线公路、县际公路及农村公路改造设计，可有效地提高干线公路和通县乡公路的通行能力和耐久性，改善我省的交通环境，密切各县、乡、镇及行政村与省会城市的经济往来，对加快我省乡镇建设和县、乡经济发展、缩小城乡差别、促进城市与农村协同发展、共同致富有着重大意义及深远的历史意义。

该成果的应用，科学地提高了路面设计的合理性，使本省路网整体服务质量上了一个新台阶的同时，还能节省巨额的养护费用，为我省典型路面结构研究奠定了坚实的基础。

3.6技术经济指标

3.6.1轴载变化与强度的关系曲线

3.6.2轴载变化与温度的关系曲线

3.6.3轴载变化与路面累积变形的关系曲线

3.6.4轴载变化与路面使用年限的关系曲线

3.6.5适用于我省水泥路面设计的重车轴载换算公式。

4.项目承担单位及参加单位概况

黑龙江省交通科学研究所是省直研究机构，内设道路研究室、桥梁研究室、汽车研究室、低温研究室及交通工程研究室等部门，拥有世界前沿水平的专业化实验设备及测试手段，是全省交通战线的科研中心，也是我国北方寒带交通科研基地，现有职工136人，其中教授级高工5人,高级职称人员43人，占职工总数的31.6%，中级职称28人，占职工总数的21.5%，已承担国家联合攻关项目20余项及厅部委重点项目3