开题报告—津滨高速公路改扩建工程耐久性路面结构关键技术研究

开题—津滨高速公路改扩建工程耐久性路面结构关键技术研究 编号: 天津市市政公路管理局科技项目 开题报告书 项 目 名 称 津滨高速公路改扩建工程耐久性路面 结构关键技术研究 承担单位(盖章) 天津市市政工程研究院 项 目 负 责 人 魏如喜 王桂英 起 止 日 期 2009年10月,2011年6月 天津市市政公路管理局 二零一零年 三 月二十五日 填 报 说 明 一、 报告书以A4纸书写，以提供的封面、封底进行装订。 二、 本申报书一式二份，由第一承担单位报局科技处一份。 三、 报告书主要内容: 1、 研究的目的和意义，国内外研究概况及水平。 2、 研究的主要内容(技术创新点、重点解决的关键技术问题，要达 到的技术指标、预期成果应用情况、效益情况等) 3、 采取的研究方法、技术路线 4、 进度计划 5、 本课题已具备的条件(已具备的研究工作基础、设备情况、专业 人员情况、经费来源情况等) 6、 直接参加研究人员情况(姓名、工作单位、年龄、专业、职称等) 7、 经费计划(总额、自筹、申请补助额及用款计划明细) 8、 其它 一、研究目的和意义，国内外研究概况及水平 1.研究目的和意义 随着我国经济的快速发展～早期建设的高等级公路的运输功能已很难满足现状交通发展的需要～工程扩建或拓宽改造成为必然,道路工作者对公路建设经验的积累和技术水平的提高～建设更加耐久的路面结构已成为可能,随着我国综合国力的不断增强～各种先进的试验仪器和设备～为修建更加耐久的路面提供了必要的保障。修建使用功能更耐久的路面是工程拓宽建设的需要～也是投资效益最大化的基本要求。 应对天津市经济的快速发展～作为连接滨海新区与市区重要纽带的津滨高速公路的运输功能已很难满足现状交通发展的需要～工程扩建或拓宽改造势在必行。津滨高速公路建成通车于2000年底～通车使用8年多,设计使用寿命应为15年,～路面破损已较为严重～在拓宽改造后,保证新旧路面结构都具有足够的耐久性,是我们必须面对的新课题。路面各结构层材料的使用寿命首先来源于合理的材料设计方法～其次取决于结构层的施工质量,特别是施工技术水平是达到施工质量的根本保障,。另外～津滨高速公路在拓宽改造过程将产生大量的废料～如何在保障路面结构耐久性的前提下～循环利用旧路面材料～保护生态环境～减少资源浪费～也需要进行路面结构耐久性及施工技术的研究。 总之～津滨高速公路的拓宽改造工程～在天津地区尚属首次～路面结构设计、结构层材料设计和施工质量直接关系到工程建设完成后的路面功能和服务水平～必须认真对待、认真研究～确定合理的设计和施工方法。因此～结合国内其他高速公路拓宽改造工程的经验～开展“津滨高速公路拓宽工程耐久性路面结构及施工技术研究”～力争做到结构经济、方案合理、资源重复再利用～对又好又快的进行津滨高速公路拓宽改造工程建设是十分必要的～对天津地区乃至国内其它高等级公路的拓宽改造也具有十分重要的指导意义。 2. 国内外研究概况及水平 耐久性路面是一种永久性沥青路面或长寿命沥青路面～是在影响路面结构耐久性的内、外因素作用下～沥青路面在设计使用期内～无须花费大量资金维修与养护就能满足道路的使用功能的路面结构。 美国习惯上称长寿命路面为永久性路面。美国永久性路面的概念最早由美国沥青路面联盟APA提出～实际是欧洲长寿命路面设计理念的发展。美国沥青路面协会,APA,关于永久性路面的定义为:路面使用年限至少为35年～并且在使用年限内确保路面不发生结构性破坏～只需进行周期性养护～平均罩面时间不小于12年。 欧美的长寿命路面通常采用柔性结构～路基强度较高时可以采用全厚式,路基强度不足时～加铺粒料基层或沥青碎石基层。除全厚式路面外沥青层总厚度在170mm，350mm之间。 面层结构组合是长寿命路面设计的关键～面层结构必须结合各部分功能特点进行组合。美国沥青路面协会提出面层分为3层:上面层厚度为40，75mm～要求具有良好的抗车辙能力、抗老化性能、低温性能和良好的表面特性,中面层厚度为75，100mm～要求具有较高的模量和抗车辙性能,下面层厚度为100，175mm～要求具有抗疲劳能力和抗水损坏能力。 在日本～长期使用的路面简称LSP～它的设计目标是拥有2倍于现行路面的使用性能～因功能破坏而维修的周期在15年以上～结构性寿命在40，60年。在日本～认为可以实现长期使用的路面形式有以下几种复合式路面:,1,50mm低噪声面层+250mm连续钢筋混凝土基层+400mm水泥稳定处理底基层。,2, 50mm低噪声面层+250mm碾压混凝土基层+400mm水泥稳定处理底基层。,3,50mm低噪声面层+50mm高粘度改性沥青联结层+300mm预制钢筋混凝土板+300mm水泥稳定处理底基层。,4,50mm低噪声面层+150mm改性沥青II型半刚性联结层+200mm高强度水泥处理混合料+300mm水泥稳定处理底基层。,5,50mm低噪声面层+150mm大粒径改性沥青II型混合料+200mm沥青稳定处理上基层+300mm水泥稳定处理底基层。 虽然上述材料中未见有路面拓宽或扩建方面的论述～但其关于耐久性沥青路面的设计理念和路面结构类型是值得我国在建或扩建高等级公路借鉴的。 借鉴耐久性路面结构设计理念～国内在高等级公路拓宽或扩建工程中已取得了一些宝贵经验。如沪宁高速在沥青路面结构设计中参照“耐久性沥青路面”的思路进行了4.0cm改性沥青SMA一13+8cm改性沥青suP一20+8cm普通沥青SuP一25+20cm普通沥青LSM+20cm干压二灰碎石废料、5cm改性沥青SMA一13+16cm改性沥青SuP一加+16cm普通沥青SuP一25+22cm级配碎石+20cm干压二灰碎石废料的柔性甚层路面结构和4cmSMA一13+8cmSuP一19+7.5cmSuP一25+7.5cmSuP一25+36cm水泥稳定碎石+15cm石灰土的半刚性甚层加厚式沥青路面结构方案的试验工程研究～上述三种结构均满足结构设计要求～但考虑到经济承受能力～虽然也尝试铺筑了22km的柔性基层沥青路面～但最终确定其余全线主体工程采用了半刚性甚层加厚式沥青路面结构方案。 耐久性沥青路面的耐久性包括材料耐久性和结构耐久性。材料耐久性是在正常施工、使用和养护条件下路面材料在设计使用期内具有高温抗车辙～低温抗开裂～抗水损害能力强及抵抗设计预知交通荷载破坏的能力。结构耐久性则是路面结构具有耐久性～即整个路面结构在行车荷载和环境因素作用下不产生结构性破坏或不满足使用功能要求。耐久性沥青路面的使用寿命可根据要求进行设计～如20年、30 年～甚至更长。耐久性沥青路面的损坏仅限于路面顶部沥青面年、40 层～只要定期对路面表面进行铣刨、罩面修复就可保证其正常的使用功能。 目前～关于耐久性沥青路面～国际上最常用的是全厚式沥青路面、柔性基层及组合式基层沥青路面。其中全厚式和柔性基层沥青路面是国外长寿命沥青路面的主要结构形式。鉴于我国的实际经济情况～应重点发展柔性基层和组合式基层沥青路面。而又由于我国对半刚性基层有丰富的应用经验～为了有充分的把握～当前应该首先发展组合式基层沥青路面。 二、研究的主要内容(技术创新点、重点解决的关键技术问题，要达到的技术指标、预期成果应用情况、效益情况等) 针对津滨高速公路拓宽工程～为确保路面结构耐久性～本课题拟开展以下内容研究: ,1,路面结构不同层位功能分析与方案优化设计, ,2,冷再生废旧二灰碎石、水泥稳定碎石材料配合比设计方法、路用性能及施工技术研究, ,3,振动成型法水泥稳定碎石配合比优化设计、路用性能及施工技术应用, ,4,泡沫沥青再生废旧沥青面层材料配比优化设计、路用性能及施工技术研究, ,5,GTM法改性沥青混合料配合比设计、路用性能及施工技术应用, ,6,GTM法温拌沥青混合料配合比设计、路用性能,高低温性能、水稳定性、疲劳性能等,及施工技术研究, ,7,各路面结构层材料力学性能,劈裂强度和抗压回弹模量,试验研究, ,8,沥青路面结构设计验算与寿命分析。 1.技术创新点 ,1,振动成型法冷再生废旧半刚性基层材料配合比设计方法及施工技术, ,2,GTM法胶粉改性沥青混合料配比设计方法及施工技术, ,3,GTM法温拌沥青混合料配合比设计方法及施工技术, ,4,各路面结构层材料力学性能指标。 2.重点解决的关键技术问题 ,1,考虑不同层位功能的路面结构设计方案优化, ,2,振动成型法冷再生废旧半刚性基层材料配合比设计方法的可行性及施工技术, ,3,GTM法胶粉改性沥青混合料配比设计方法中沥青用量的确定方法, ,4,GTM法温拌沥青混合料配合比设计方法及施工技术, ,5,各路面结构层力学参数取值范围的确定。 3.要达到的技术指标 ,1,振动成型法冷再生废旧半刚性基层材料配合比设计方法及施工技术指南, ,2,抗裂型水泥稳定碎石配合比优化设计报告及施工技术指南, ,3,GTM法SBS改性沥青混合料配合比设计报告及施工技术指南, ,4,GTM胶粉改性沥青混合料配合比设计方法及施工技术指南, 5,GTM法温拌沥青混合料配合比设计方法及施工技术指南, , ,6,各路面结构层力学参数选择范围。 4.预期成果应用情况 预期成果主要是取得以上主要技术指标～为在建工程提供技术保障～为后续工程提供设计方案借鉴、结构层使用依据、施工方法保证等技术成果。 该课题由于是结合津滨高速公路实体工程开展研究～成果实用性和技术辐射能力较强～应用和推广程度较高～可稳定应用于各等级公路拓宽或扩建工程～因而具有广阔的应用前景。由于天津乃至国内早期建设的高等级公路大多为双向四车道～且很多已不能满足当地交通发展的需要～改扩建是必然的～因此～课题成果预期会得到广泛应用和推广。 5.效益情况 本项目成果的价值在于提供了一套较为科学的高等级公路拓宽工程路面结构设计、路面结构层材料设计和施工技术～其效益主要体现于社会效益～既体现在可提高路面的使用品质、延长使用寿命～避免因技术问题导致拓宽后路面结构出现早期破坏所造成的巨大经济损失。本成果提供的成套技术对于促进我国公路路面结构类型的升级换代～亦将产生积极影响～还可美化城市环境和提高行车舒适性。用本成果提出的设计方法设计的路面结构层材料～由于设计最佳水泥剂量、沥青含量较传统方法低～而减少了水泥或沥青的实际用量～同时大量使用会废旧路面材料等～可显著减少工程的成本投入～节约资金。由于该项目为社会公益型～受益方为使用单位。 三、研究方法和技术路线 本课题采用调研、总结分析、试验研究和工程应用相结合的方法。采用的技术路线框图如下: 交通量调查、预测 结构层功能分析 结构层材料分析 结构层应力分析 路面结构设计方案 振动成型振动成型泡沫沥青再GTM法改GTM法温各路面结 法再生废法水泥稳生废旧沥青性沥青混拌沥青混构层路面 旧半刚性定碎石配面层材料配合料配合合料配合材料力学 基层材料合比设计、合比设计、路比设计、路比设计、路参数试验 配合比设路用性能用性能及施用性能及用性能及研究 计、路用性及施工技工技术研究 施工技术 施工技术 能及施工术 研究 技术研究 沥青路面结构设计验算与寿命分析 编写研究报告及鉴定 四、进度计划 课题进度紧跟工程安排～最大限度的满足工程实际需要～达到指导设计和施工的目的。初拟进度计划如下: 1(2009.10 — 2009.12:交通量调查和预测～通过路面结构层功能和应力分析～确定路面结构设计方案, 2. 2010.1 — 2010.2:振动成型法冷再生废旧二灰碎石、水泥稳定碎石材料配合比设计、路用性能及施工技术研究, 3(2010.3 — 2010.6:振动成型法水泥稳定碎石配合比优化设计、路用性能及施工技术应用, 4. 2010.4 — 2010.8:泡沫沥青再生废旧沥青面层材料配合比优化设计、路用性能及施工技术研究, 5. 2010.6 — 2010.10:GTM法改性沥青混合料配合比设计、路用性能及施工技术应用, 6. 2010.8 — 2010.11:GTM法温拌沥青混合料配合比设计、路用性能及施工技术研究, 7(2010.4 — 2010.12: 各路面结构层材料力学性能,劈裂强度和抗压回弹模量,试验研究, 8(2011.1 — 2011.6:路面使用性能跟踪检测～完成报告、鉴定。 五、本课题已具备的条件 主研单位: 天津市市政工程研究院具备先进的试验仪器、充足的技术资源和深厚的路面材料设计、施工等实践经验。 协作单位: 天津市市政工程建设公司具有多年的建设管理经验。 天津市市政工程设计研究院具备完善的设计手段和丰富的设计经验, 同济大学交通运输工程学院具有丰富的泡沫沥青再生施工材料设计和施工指导经验, 长安大学具有深厚的高等级公路路面材料设计和结构设计理论基础。 以上多家专业单位精诚合作～必将修筑出耐用持久的精品工程。 六、直接参加研究人员情况(姓名、工作单位、年龄、专业、职称等) 姓 名 性别 年龄 所 在 单 位 专业 职称 在本项目中承担的任务 魏如喜 男 46 天津市市政工程研究院 公路与城市道路 正高工 项目负责人 王桂英 男 44 天津市市政工程建设公司 道路与桥梁 高工 项目负责人 周卫峰 男 39 天津市市政工程研究院 道路工程 高工 总体把握 贺 海 男 36 天津市市政工程设计研究院 道路与桥梁 高工 方案设计 王永成 男 38 天津市市政工程建设公司 道路与桥梁 高工 工程实施方案 付向东 男 38 天津市市政工程建设公司 道路工程 高工 工程实施负责人 谢 斌 男 34 天津市市政工程建设公司 道路工程 高工 方案制定 陈忠达 男 53 长安大学 教授 方案把握 叶奋 男 40 同济大学交通运输工程学院 副教授 方案把握 拾方治 男 34 同济大学交通运输工程学院 高工 工程实施 李秀君 女 34 同济大学交通运输工程学院 副教授 工程实施 张朝青 女 40 天津市市政工程设计研究院 道路工程 工程师 方案设计 宋晓燕 男 38 天津市市政工程研究院 化学工程 高工 方案实施 王德群 男 38 天津市市政工程研究院 公路与城市道路 高工 方案实施 孙建勇 男 26 天津市市政工程研究院 道路工程 助理工程师 方案实施 李正中 男 26 天津市市政工程研究院 道路工程 助理工程师 方案实施 李长旺 男 26 天津市市政工程研究院 道路工程 工程师 方案实施 殷 建 男 29 天津市市政工程研究院 道路工程 助理工程师 方案实施 苗乾 女 25 河北工业大学 道路工程 硕士 方案实施 李 怡 女 39 天津市市政工程建设公司 道路工程 工程师 方案实施 将应军 男 35 长安大学 道路工程 副教授 方案实施 耿九光 男 30 西安建筑科技大学 道路工程 讲师 方案实施 男 同济大学 道路工程方案实施 28 贾晓阳 博士生 男 同济大学 道路工程方案实施 25 黄启帝 硕士生 男 同济大学 道路工程方案实施 29 朱洪哥 硕士生 男 同济大学 道路工程方案实施 25 陈国强 硕士生 冯成祥 男 38 天津市市政工程研究院 道路工程 高工 方案实施 孙立喜 男 32 天津市市政工程研究院 道路工程 工程师 方案实施 七、经费计划(总额、自筹、申请补助额及用款计划明细) 经费计划见下表: 序号 项目 经费预算,万元, 1 前期调研及设计方案论证 10 二灰碎石、水泥稳定碎石材料冷再生试验2 35 研究 3 水泥稳定碎石配合比设计及路用性能研究 15 泡沫沥青再生废旧沥青面层材料配合比优4 30 化设计、路用性能及施工技术研究 GTM法改性沥青混合料配合比设计、路用5 20 性能及施工技术研究 GTM法温拌改性沥青混合料配合比设计、6 30 路用性能及施工技术研究 7 路面材料力学性能试验研究 25 8 沥青路面结构设计验算与寿命分析 15 9 课题鉴定及管理及其他不可预见费用 10 10 合计金额 190 其中 15 自筹 175 申请拨款 11 承担单位意见: (对申报书的真实性、研究人员的能力、经费预算的合理性及本单位能否提供基本条件等作具体说明) 单位负责人(签名) 公章 市政局审批意见: 负责人(签名) 公章 12