| 成果名称: | 多场耦合条件下的高速公路改扩建路面结构参数研究 |
| 完成单位: | 广东华路交通科技有限公司 |
| 主要人员: | 刘锋,吴传海,李善强,许新权,陈楚鹏,王志祥,刘新海,范倩,张国民,刘桂 |
| 介绍: | 1.课题来源与背景：①课题来源：地方基金--广东省基础与应用基础研究基金（广东省自然科学基金-面上项目），项目名称：多场耦合条件下的高速公路改扩建路面结构参数研究；项目编号：2022A1515011326。②课题背景：随着经济的高速发展，广东地区早期建设的部分高速公路的吞吐能力已经较难满足经济发展对公路交通的要求，高速公路的改扩建建设势在必行，然而实际施工过程中尚有一些关键技术问题需要解决。例如：旧有沥青路面各结构层弹性模量等材料参数的反演分析和试验获取问题；高速公路改扩建新旧路面拼接面部分缺乏系统的力学分析，进而无法形成合理的、系统的和可操作性强的拼接面设计原则和方法的问题，等等。根据调研，通过反算获取路面结构层弹性模量的方法多集中在单一物理场模式之下，这与实际道路结构承受多物理场耦合作用不一致，显然，通过单一物理场建立的反算道路结构层弹性模量的回归关系式还需进一步完善。同时，《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2017）虽然提出了无机结合料稳定材料层弹性模量的试验方法，但市面上尚无成套设备可用于实际工作，这就为高速公路改扩建路面结构参数的试验获得带来了较大的问题，另外，高速公路改扩建主要集中在接缝处治方法和材料应用等方面，并未针对不同的搭接方式对路面的影响进行分析，也未形成系统的针对拼宽道路的路面设计方法。由于高速公路改扩建工程将是今后很长一段时间的主流，因此总总这些问题都需要得到解决，形成较为系统的解决方案。项目依托单位广东华路交通科技有限公司（简称华路科技）是集科研、咨询、检测和监理等于一体的国有高新企业，公司拥有丹麦产路面弯沉检测设备FWD、南非产MLS11加速加载试验设备和澳大利亚产多功能材料试验系统UTM-130等众多高端设备，另外，华路科技每年度承担着广东省近千公里的路面性能定期检测任务等，能为本项目的顺利实施提供准确的海量检测数据。因此，本项目依托华路科技的科技、业务优势，旨在完善高速公路改扩建工程中路面结构参数的获取和取值方法以及改扩建中新旧路面的拼接等关键技术问题。 2.技术原理及性能指标：本项目依托高速公路实体工程，采用理论与实践相结合的方式开展研究工作，首先，依托广东地区13条高速公路，调研获得广东地区高速公路交通特点及其沥青路面结构形式、病害和使用性能的演变历史。明确无机结合料稳定材料基层沥青路面仍然是目前高速公路建设的主流；其次，依托广东地区多条高速公路实体工程，明晰了路基、无机结合料稳定材料层和沥青层材料参数的取值范围和获取材料参数试验的技术要点，研发了全自动化的无机结合料稳定材料弹性模量试验系统；再次，依托省内某高速公路长寿命试验路段，通过采用实车荷载和落锤式弯沉仪等对埋设有各类型传感器的试验路段进行加载测试，得到了沥青路面真实的力学响应行为；最后，基于有限元理论，得到了热-结构耦合场作用下的反算路面结构参数的改进型惰性弯沉法。同时，根据对省内部分改扩建高速公路特点的分析，提出了高速公路改扩建工程中新旧路面的拼接设计方法，进而建议宜引入最优化理论进行沥青路面设计的理念。 3.技术的创造性与先进性： （1）针对市场上尚无成品化的无机结合料稳定材料弹性模量试验装置，研发了全过程自动化的无机结合料稳定材料弹性模量系统，并形成了相应的试验方法（直接应变法和间接应变法），形成2个发明专利，补充完善了现行《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2017）中附录E的不足。 （2）依托广东省新建高速公路路基工程，解决了落锤式弯沉仪（FWD）在路基弯沉检测和路基弹性模量反算中的相关技术问题，形成了《基于落锤式弯沉仪（FWD）的土基弯沉及回弹模量试验方法》，弥补了现行《公路路基路面现场测试规程》（JTG 3450-2019）试验方法T0953-2008的不足。 4.技术的成熟程度，适用范围和安全性：本项目的核心技术之一为全过程自动化的无机结合料稳定材料弹性模量试验系统及试验方法，该技术申请的2项国家发明专利（一种中间段法获取弹性模量试验工装及其试验方法（申请专利号：202410939277.4）和无机结合料稳定材料弹性模量试验方法（申请专利号：202410719309.X））均已进入实质性审查阶段，同时，发表的1篇EI论文和1篇中文核心期刊论文均已见刊。通过该项技术可以安全、准确地获得道路工程领域中无机结合料稳定材料的弹性模量。 5.应用情况及存在的问题：依托高速公路实体工程研制的无机结合料稳定材料弹性模量试验系统可较为稳定的采集试验数据，并给出试件的弹性模量。该系统目前已在广东省部分高速公路的改扩建工程中得到了应用，但由于该试验系统所用32通道数据采集仪价格较为昂贵，因此，目前该系统还未形成产业化。希望后续能有更多研发经费的投入，按需定制数据采集系统，以便使该系统小型化和模块化，进而降低整个系统的成本。 6.历年获奖情况：无 |
| 批准登记号: | |
| 登记日期: | 2025-09-25 |
| 研究起止时间: | 2022-01-01至2024-12-31 |
| 所属行业: | 交通运输、仓储和邮政业 |
| 所属高新技术类别: | 现代交通 |
| 评价单位名称: | 广东省科学技术厅 |
| 评价日期: | 2025-08-27 |
