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成果名称:  路基路面水损坏机理及综合防治技术研究 技术领域:  道路工程
体现形式:  其它 项目名称:  路基路面水损坏机理及综合防治技术研究
完成单位:  广东省交通运输工程造价管理站 项目负责人:  贾绍明
项目成员:  贾绍明,郭 维,冯忠居,张钱松,吴伟彬,管 培,易万中,伍 文,郭卫民,陈同生,曾宪助,林志远,万友明,王钱兴,岑国平,梁 杰,洪 刚,张长安,张福强,孙阳,张文银
研究开始时间:  2007-10-15 研究结束时间:  2009-12-20
联系人:  陈同生 联系邮箱:  tongsheng00@126.com
鉴定编号:  粤交科鉴字〔2011〕08号 鉴定时间:  2011-05-16
 

路基路面水损坏机理及综合防治技术研究

发布人:贾绍明        发布时间:2012-01-11        浏览次数:30271
知识产权声明:         项目研究成果是本团队独立进行研究工作所取得的成果,研究成果归完成单位所有,如发现本项目研究成果被恶意抄袭,本项目团队将进行法律追究。

1.任务来源
            广东省交通运输厅科技项目    项目编号2007-10
2.应用领域和技术原理
            1.应用领域
广惠高速公路运营三年来,通过对项目路段路面进行路面破损状况调查、路面结构强度检测等表明:东行行车道出现了横向裂缝、局部沉陷、车辙、唧浆和纵向裂缝等病害;东行超车道出现了横向裂缝、麻面等病害;西行行车道出现了横向裂缝、唧浆、车辙、修补损坏、纵向裂缝等病害;西行超车道出现了横向裂缝和轻度的车辙等病害;并且东行车道的病害较西行车道严重。对广惠高速挖槽现场测试结果表明:预留车道路基含水率较大,特别是靠近中央分隔带的区域不能压实(呈“弹簧”状),2处的弯沉因为这种弹簧现象,没有取得监测数据,其它3处的代表弯沉较大,5个路段的现场CBR值和承载板检测的回弹模量较小,表明预留车道的路基强度低。同时有4处土样(K45+300、K50+500、K60+700、K73+100)的室内CBR值不满足要求。
针对广惠高速公路的实际特点,研究在对现行高速公路水害特性综合调查研究和科研查新的基础上,对水引起的工程病害进行分类,研究不同病害机理;研究路基加宽新旧路基防排水技术;研究路基两侧积水对路基含水量及路基稳定性的影响;研究地下毛细水对路基含水量及路基稳定性的影响;对水在路基中的运动规律进行模拟试验研究。根据研究成果,提出水对高速公路病害的防治技术,为广惠高速公路加宽工程建设和使用效果提供可靠的技术支持,亦对相关高速公路建设或加宽工程提供很好的借鉴作用,具有重要的理论意义和工程使用价值,推广应用前景广阔,经济与社会效益显著。
2.技术原理
(1)在广泛调查典型地区路基、路面病害基础上,对防排水问题引起的病害分析其成因,为广惠高速公路加宽工程的防排水工程提供基础资料。
(2)通过现场试验,监控加宽路基和旧路基含水量的变化情况,分析其沉降变形的变化规律。
(3)基于室内大型模拟试验,研究实体工程路基路面在不同渠道水作用下的路用性能,为搞清水对路基路面的影响程度及其产生的工程病害与类型奠定基础,进而为完善高速公路加宽工程的排水技术提供理论支持。
(4)结合调研成果、理论分析成果和现场试验成果,提出路基加宽过程中新、旧路基防排水技术。
(5)利用仿真分析,研究路基土中含水量的变化对路基稳定性及受力与变形特性的影响,并结合室内模拟试验研究成果,评价高速公路加宽工程采用排水技术后的使用性能。
3.性能指标
            1.主要技术指标(如形成的新技术、新产品、新材料、专利、论文、专著等数量、指标及其水平等)
(1)路基路面病害的分类分级;
(2)雨水在路基路面中的渗透规律模拟试验技术;
(3)路基路面水损坏机理;
(4)路基路面排水优化技术;
(5)路基路面方排水技术指南。
2.主要经济指标〔如技术及产品应用所形成的市场规模、社会经济效益等〕
高速公路旧路加宽工程在我国目前还较少,如何进行改扩建目前没有成熟的经验可循,设计、施工、技术控制标准等内容规范都涉及不多,用新建工程的思路和设计方法不能解决旧路加宽的相关技术问题。特别是我国不同地区高速公路的修建和加宽受局域性降雨、气候条件影响较大,如何结合工程实际特点完善公路路基路面排水技术,防止公路水病害的产生,是目前我国高等级公路普遍关注的热点问题。为此,系统开展水对高速公路加宽工程使用性能综合影响研究十分迫切和必要。研究成果将为广惠高速公路加宽工程建设和使用效果提供可靠的技术支持,亦对相关高速公路建设或加宽工程提供很好的借鉴作用,具有重要的理论意义和工程使用价值,推广应用前景广阔,经济与社会效益显著。
4.成果关键技术介绍
            1.试验研究了加宽区域路基土的含水率及其工程特性的变化规律和路基路面在不同车载区域受损后路基土的含水率变化规律,探明了不同区域路基土含水率变化原因,结果表明:路堑与路堤路基含水率分别受地下水和降雨影响较大,路基土含水率较原施工期大,压实度明显降低;路面病害段路面基层存在不同程度的自由水。
2.首次基于自主研发的大型模拟试验平台试验研究了降雨和地下水位变化对路基土含水率变化的影响,降雨历时与地下水位变化均引起路基含水率变化,降雨主要通过路肩渗入路基,说明实际中应注重路肩防排水问题。
3.分析路基路面水损害机理的基础上,基于理论计算与分析,研究了加宽前后排水系统的排水能力,结果表明,考虑排水系统的纵坡、排水长度、排水结构断面形式等因素后,设计排水能力大于实际排水要求,说明原设计的排水系统功能符合实际,且可以进一步优化。
4.基于数值模拟计算方法,计算分析了水对路基稳定性和变形特性的影响,结果表明:路基路面含水率变化对路面结构的受力与变形特性影响显著,说明路基路面防排水技术十分重要。
5.提出了路基路面的防排水技术指南,该指南在综合考虑相关因素的基础上,细化了表面排水和内部排水的设计与施工技术指标,为补充和完善现行公路排水技术规范奠定基础。  
5.与国内外同类技术比较
            课题研究成果与国内外研究成果对比,其先进性与创造性体现在:1.探明运营公路不同区段含水率的变化规律及其来源;2.搞清路基路面的水损坏机理;3.实现了雨水在路基路面中的渗透规律模拟试验技术;4.路基路面排水优化技术,提出适用性强的防排水技术;5.编制路基路面防排水技术指南。为以后类似工程提供科学依据。
6.成果的创造性、先进性
            1.在分析路基路面水损害机理的基础上,针对不同的水损害提出具有针对性的防治技术,为确保路基路面的正常使用奠定基础。
2.试验研究了加宽区域路基土的含水量及其工程特性的变化规律和路基路面在不同车载区域受损后路基土的含水量变化规律,探明了不同区域路基土含水量变化原因。
3.首次基于大型模拟试验平台试验研究了降雨和地下水位变化对路基土含水量变化的影响,研究成果为路基路面水损害机理分析的可靠性提供了科学依据。
4.基于理论计算与分析,研究了加宽前后的排水系统的排水能力,结果表明,考虑排水系统的纵坡、排水长度、排水结构断面形式等因素后,设计排水能力大于实际排水要求,说明原设计的排水系统功能符合实际,且可以考虑进一步优化。
5.基于数值模拟计算方法,计算分析了水对路基稳定性和变形特性的影响,结果表明:路基路面含水量变化对路面结构的受力与变形特性影响显著,实际工程中应认真做好路基路面防排水的设计与施工。
6.提出了路基路面的防排水技术指南,该指南在综合考虑相关因素的基础上,细化了表面排水和内部排水的设计与施工技术指标,为补充和完善现行公路排水技术规范奠定基础。
7.作用意义
            1.  经济效益
结合研究成果,对项目采用的排水技术进行了优化,优化后的排水设施在满足工程实际需求的基础上,可以直接节省圬工材料15900m3,按200元/m3计,49.366km则可节省318万元,少开挖土方又可节省约90万元;按部分路段先用碟形生态排水,则共节约的工程费用可达600余万元。
2.  技术效益
优化后的排水系统,在功能满足技术要求的基础上,施工上大大减少了工程量,加快了工程进度,使工程工期大大提前。
现场试验与模型试验技术与成果,对推动我国公路建设排水技术的进一步完善提供了科学依据。
3.  社会效益分析
广惠高速公路是珠江三角洲公路干线网的一个重要组成部分,对区域经济的发展起到了极快的拉动作用,属广东省内部公路运输大动脉。课题研究不仅为广惠高速公路路基路面排水提供了科学的技术支持,同时也提升了各参与单位的综合技术水平。研究成果将大大降低高速公路运营中的路基路面水损害,提升全社会对公路建设与使用的总体评价。
该研究成果为相关高速公路建设或加宽工程提供很好的借鉴和指导作用,具有重要的理论意义和工程使用价值,推广应用前景广阔,经济与社会效益显著。
8.推广应用前景与措施
            由于国民经济发展带来的交通量迅速膨胀、车辆大型化、渠化交通以及我国南北冬夏温差大,气候多变等因素,全国各地都不同程度地存在着路面过早损坏问题,并成为影响我国公路健康发展的突出矛盾。无论是在湿热的南方,还是寒冷的东北,即使在干旱的西北地区,在通车后不久,都不同程度出现水损害问题。特别是在南方的多雨地区,几乎所有的高速公路运营不到一年就产生了不同程度的水损坏现象。因此,水损坏已成为我国路面早期破坏的主要形式之一。
目前我国高速公路建设中,由于迅猛增长的交通需求,需进行加宽建设的高速公路数量激增,而水对这些高速公路工程质量和运营水平的影响是不可忽视的关键问题之一,加宽建设中需要注意的以下问题本课题进行了深入研究:旧路路基路面排水系统是否合理与畅通;新旧路连接原排水系统的利用与改造;旧路路基土中高含水量对加宽后的路用性能的影响;地下水对路基土工程特性的影响;路基土中水的运动规律等。本项目的研究成果,将使工程技术人员在对路基路面的设计与施工有了可靠的理论依据,大大降低了公路在运营中的各种工程病害,提高了人们对高等级公路的总体评价,其经济效益与社会效益十分显著,具有很大的推广价值和广阔的发展前景。
高等级公路水损坏机理与防治技术研究,将使工程技术人员在对路基路面的设计与施工有了可靠的理论依据,大大降低了公路在运营中的各种工程病害,提高了人们对高等级公路的总体评价,其经济效益与社会效益十分显著,具有很大的推广价值和广阔的发展前景。
9.推广应用存的问题和改进意见
            暂无
10.相关附件材料
[application/pdf]04 路基路面水损害机理及综合防治技术研究工作报告.pdf 2012-01-11 下载 170 次
[application/pdf]路基路面水损害机理及综合防治技术研究研究报告公开简版.pdf 2012-01-11 下载 50 次
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