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2019年度陜西省科學技術獎項目提名公示

作者:科技質量安全部 來源:科技質量安全部 時間:2019/6/20  
項目名稱瀝青斜向預應力水泥混凝土復合路面研究
項目簡介
  本項目研究屬于交通運輸領域。隨著交通事業的迅猛發展,我國高速公路的主戰場已經逐漸由平原轉向山區,而山區地形地貌復雜,對路面結構及材料提出了更高的要求。陜北黃土高原由于氣候、地質和水土流失等原因,形成了黃土高原河谷眾多、地面破碎等獨特的地貌類型。延志吳(延安-志丹-吳旗)高速公路沿線溝壑縱橫,除了隧道及橋梁等構造物外,溝壑之間形成了大量的短路基。這些處于構造物之間的短路基由于填土高度處于變化之中,容易出現不均勻沉降,給傳統的瀝青路面修筑帶來了巨大的挑戰,加之近年來陜北地區車輛超載日趨嚴重,瀝青路面出現了嚴重的車轍病害。如果在短路基之上直接修筑水泥路面,不但影響行車舒適性,而且由于短路基協同變形能力差,勢必影響路面結構的耐久性,而且后期維修養護非常困難。因此,面對溝壑縱橫的特殊地貌以及如此嚴峻的交通狀況,必須探索新的路面結構形式,以適應特殊地區現代交通的需求。鑒于此,2013年,陜西省交通建設集團公司提出發展科技計劃,批準“瀝青斜向預應力水泥混凝土復合路面研究(CPC-AC復合路面)”項目。旨在提出一種新型路面結構以適應陜北特殊地區短路基路段協同受力及變形的需求,解決路面結構存在的耐久性不足問題,并將該路面結構規范化,形成地方標準加以推廣應用。整個項目以延志吳高速公路為依托工程,并分為“CPC-AC復合路面合理結構”和“CPC-AC復合路面層間處治技術和混合料設計優化”兩個研究專題。項目針對陜北地區氣候環境特點以及路面病害情況,建立了CPC-AC復合路面有限尺寸多層板模型,進行荷載應力、溫度應力以及荷載-溫度耦合應力有限元分析,提出CPC-AC復合路面力學設計指標;構建了基于全壽命周期設計理念的CPC-AC復合路面優化模型,優選最佳厚度組合方案;基于古德曼模型和BISAR模型,提出雙層梁層間結合系數理念,構建層間結合狀態與層間結合系數對應關系;構建了基于粒子干涉理論和散體力學模型的振動密實和多級嵌鎖抗剪級配設計方法,優化CPC-AC復合路面瀝青混合料配合比,明確了玻璃纖維用于小間距橋梁構造物連接路段復合路面的適用性;建立了基于實體工程的CPC-AC復合路面成套施工關鍵技術;基于壽命周期費用分析理念,構建了CPC-AC復合路面壽命周期效益對比分析體系,自主研發了CPC-AC復合路面層間植石處治工藝,并申請獲得了國家專利。在項目實施過程中,基于研究內容發表了數篇較高水平學術論文,并授權了多項發明和實用新型專利,編制了陜西省地方規范《瀝青斜向預應力水泥混凝土復合路面技術規范》,研究成果兼備創新性和實用性,為交通部行業規范的編制提供了科學依據。項目已在包括延志吳高速等多條公路工程中鋪筑了CPC-AC復合路面實體工程,CPC-AC復合路面結構不僅延承了CPC路面承載能力強、耐久性好、使用壽命長等優點,同時還可發揮瀝青路面行車舒適性好、噪音小及維修方便等優勢,同時也為我國CPC-AC復合型路面結構的推廣應用提供了堅實的理論依據和有力的技術支持,具有顯著的經濟社會效益。
提名意見
  隨著交通事業的迅猛發展,我國高速公路的主戰場已經逐漸由平原轉向山區,針對山區溝壑縱橫的特殊地貌以及嚴峻的交通狀況,亟待探索新的路面結構形式,以適應特殊地區現代交通的需求。項目主要以“CPC-AC復合路面合理結構”和“CPC-AC復合路面層間處治技術和混合料設計優化”兩個研究專題進行研究,發表了數篇高水平學術論文,自主研發了新型CPC-AC復合路面及其路面材料、層間植石處治工藝、路面灌漿設備,并獲得了多項發明和實用新型專利授權,編制了陜西省地方規范《瀝青斜向預應力水泥混凝土復合路面技術規范》。研究成果兼備創新性和實用性,為交通行業規范的編制提供了科學依據。項目成果成功推廣應用于工程建設,推動了行業技術進步,同時也為我國CPC-AC復合型路面結構的推廣應用提供了堅實的理論依據和有力的技術支持,解決了山區現代交通發展的需求,具有顯著的經濟社會效益。研究成果達到國際先進水平。符合陜西省科學技術二等獎推薦條件。
客觀評價
  (1)陜西省交通運輸廳科學技術成果鑒定意見:1)建立了CPC-AC復合路面結構模型,計算了荷載和溫度耦合作用下路面結構層及層間的耦合應力,得到了瀝青層與水泥混凝土層的荷載應力以及層間剪應力隨軸載、結構層參數、層間結合系數的變化規律。2)基于雙層梁層間結合模型,推導出了層間結合系數的表達式,通過雙層梁彎曲模擬試驗,提出了層間結合系數和最佳層間結合方案。3)通過剪切及拉拔等試驗,總結了CPC板構造深度對層間結合效果的影響規律,提出了CPC板表面處理效果為:植石>刻槽>鑿毛。4)確定了CPC-AC復合式路面結構設計力學指標,提出了瀝青混合料性能指標及抗剪混合料設計方法。5)通過依托工程的實施,提出了瀝青斜向預應力混凝土復合路面施工技術。綜上所述,研究成果具有創新性、實用性,推廣應用前景廣闊,社會經濟效益顯著,研究成果總體上達到了國際先進水平。(2)教育部科技查新工作站(G01)本項目通過路面力學指標、使用性能指標以及經濟性能指標,建立瀝青斜向預應力水泥混凝土復合路面(CPC-AC)結構優化模型,優化出該復合路面最佳厚度組合結構;結合雙層梁層間結合理論,通過雙層梁彎曲實驗,剪切試驗、拉拔試驗及抗滲試驗,開展層間結合系數研究及層間處治技術研究,提出CPC-AC復合路面層間最佳組合方案。在上述檢索式與檢索范圍內,未見與本項目查新點相同的國內外文獻報道。 
應用情況
序號應用單位名稱應用起始時間應用截止時間應用單位聯系人聯系電話
1延志吳高速公路建設管理處2013.7至今劉維民0911-3261196
2咸陽至旬邑高速公路建設管理處2016.10至今郭杰榮13649265515
3商丹公路建設管理處2016.10至今茍靜波18146829896
4西咸北環線高速公路建設管理處2016.10至今謝路18591085263
5黃延高速公路建設管理處2016.10至今苗占軍13347436178
6山西路眾道橋有限公司2016.3至今吳鵬13809876508
7內蒙古高建路橋工程有限公司2016.1至今趙春陽18604722251
排序主要完成人情況

姓名行政職務技術職稱工作單位完成單位對本項目主要學術和技術創造性貢獻
1申愛琴道路系主任教授長安大學長安大學作為項目負責人,總攬負責項目全局規劃及實施。撰寫項目可行性研究報告,確定項目研究目標,制定項目研究大綱,規劃研究方向和內容,對整個項目的實施進行組織、協調與指導,撰寫項目總報告,并對報告進行審核與指導;
2常海洲延志吳管理處處長高工陜西省交通建設集團陜西省交通建設集團(1)指導課題總體研究,負責項目總體規劃及實施。(2)確定項目研究目標,制定項目研究大綱,規劃研究方向和內容,對項目的實施進行組織、協調與指導,對研究報告進行指導與審核;
3趙寶俊副處長高工陜西省交通建設集團陜西省交通建設集團(1)指導課題總體研究,負責項目總體規劃及實施;(2)協調試驗路工程的落實,指導試驗路工程的實施,使課題成果得以有效推廣;(3)指導施工現場試驗檢測工作。
4郭寅川處長助理副教授長安大學長安大學(1)指導完成CPC-AC復合路面結構層間結合狀態評價指標與測試方法的確定;(2)指導完成復合路面荷載應力、溫度應力以及荷載-溫度耦合應力有限元分析;指導完成基于全壽命周期的CPC-AC復合路面結構優化設計研究;
5葛守飛副處長高工陜西省交通建設集團陜西省交通建設集團(1)指導課題總體研究,總體組織與協調,參與確定研究方案與技術線路,并對研究報告進行指導;(2)協調試驗路工程的落實,使課題成果得以有效推廣。
6李博成助理工程師長安大學長安大學(1)參與課題大綱、可行性研究報告等的撰寫工作;(2)負責課題的理論及相關實驗;(3)負責課題報告的撰寫工作。
7呂政樺助理工程師長安大學長安大學(1)參與課題的理論及室內相關試驗工作;(2)參與報告撰寫、項目結題及成果發表等工作。
8李創軍副處長高工陜西省交通建設集團陜西省交通建設集團(1)負責試驗段的協調工作,保證項目依托工程試驗段順利實施;(2)指導施工現場試驗檢測工作。
9劉太軍科長高工陜西省交通建設集團陜西省交通建設集團(1)負責試驗段的協調工作,保證項目依托工程試驗段順利實施;(2)指導施工現場試驗檢測工作。
10趙耀輝陜西省交通建設集團陜西省交通建設集團(1)參與課題的前期調研及研究大綱的制定;(2)對試驗路鋪筑效果進行長期跟蹤觀測。
11王龍科長陜西省交通建設集團陜西省交通建設集團(1)參與課題的前期調研及研究大綱的制定;(2)對試驗路鋪筑效果進行長期跟蹤觀測。
完成人合作關系說明:
  本項目完成人共11位,其中申愛琴/1、郭寅川/4、李博成/6、呂政樺/7、趙耀輝/10隸屬于長安大學,常海洲/2、趙寶俊/3、葛守飛/5、李創軍/8、劉太軍/9、王龍/11隸屬于陜西省交通建設集團。自2013年1月起至2015年11月止,在陜西省交通運輸廳的大力支持下,完成人申愛琴,常海洲,趙寶俊,郭寅川共同立項,開展了“瀝青斜向預應力水泥混凝土復合路面研究”(見合同附件2)。在項目的實施過程中,完成人申愛琴,常海洲,趙寶俊,郭寅川通力合作,共同參與制定了標準規范,即《瀝青斜向預應力水泥混凝土復合路面技術規范》,目前已經專家評審并修改完成,待印刷階段。申愛琴,郭寅川共同獲得發明專利“一種斜向預應力無縫水泥混凝土材料”(CN103342518B)和發明專利“一種CPC -AC復合路面纖維瀝青混合料及其制備方法”(CN106587744B);郭寅川、呂政樺、申愛琴共同獲得發明專利“一種試驗室馬歇爾試件拌和及裝料一體化裝置”(CN105606434B)和發明專利“一種水泥路面裂縫清雜及灌漿一體化便攜裝置”(CN201610111766);郭寅川、申愛琴、李博成共同獲得實用新型專利“一種植石式層間處治方法鋪筑的復合路面”(CN204662194U)和實用新型專利“斜向預應力水泥混凝土-瀝青混凝土復合路面”(CN204662193U)。郭寅川、申愛琴、李博共同發表中文核心論文《基于貝雷法的SMA-13雙指標控制配合比優化設計》;申愛琴、郭寅川共同發表SCI論文《Relationship between flexural strength and pore structure of pavement concrete under fatigue loads-Freeze-thaw interaction in seasonal frozen regions》;申愛琴、郭寅川、呂政樺共同發表SCI論文《Grey target optimization and the mechanism of cold recycled asphalt mixture with comprehensive performance》 
排序主要完成單位及對本項目的貢獻
1陜西省交通建設集團公司:全面負責研究經費籌措;全面組織協調項目的研究工作,主持項目的實施。為項目參加單位提供詳細的依托工程技術方案、技術措施、技術要求、施工關鍵技術;參與指導依托工程的實施、檢測;負責試驗工程的實施和施工技術研究、試驗路效果觀測,參與室內試驗、理論分析和研究報告編寫,組織項目鑒定。對本項目的貢獻:(1)項目研究過程的組織和管理;(2)組織項目的調研工作;(3)負責協調各項目參與單位間的關系;(4)負責配套工程的落實工作;(5)負責施工現場試驗檢測工作;(6)負責課題最終鑒定工作。
2長安大學:(1)研究了一種新型路面結構,即瀝青斜向預應力水泥混凝土復合式路面(CPC-AC),該路面結構不僅延承了CPC路面承載能力強、耐久性好、使用壽命長等優點,同時還可發揮瀝青路面行車舒適性好、噪音小及維修方便等優勢;(2)基于深入的理論分析和大量的室內外試驗,在分析CPC-AC復合式路面受力特點的基礎上,運用基于古德曼模型和剪切彈性模型的雙層梁層間結合理論,開發出室內雙層梁彎曲試驗方法;(3)利用ANSYS有限元軟件建立了復合路面結構模型,確定了最不利荷位,計算分析了瀝青層和水泥混凝土層的荷載應力以及層間剪應力隨荷載、瀝青層模量、瀝青層厚度、層間結合系數以及水泥混凝土厚度的變化規律,提出了CPC-AC復合式路面結構設計力學指標;(4)基于粒子干涉理論和散體力學模型,同時結合大量室內試驗,設計了振動密實和多級嵌鎖抗剪級配設計方法,提出通過添加纖維提升復合路面結構中AC型瀝青混合料的抗剪性能及耐久性的方法,并通過大量試驗揭示了纖維對瀝青混合料各項性能的增強機理;(5)利用全壽命周期目標函數及優化模型對瀝青斜向預應力水泥混凝土復合式路面結構厚度進行了優化,并推薦出了最佳CPC-AC復合式路面結構;(6)依托實體工程,鋪筑了CPC-AC復合式路面實體工程段,并開展了CPC-AC復合式路面施工關鍵技術研究;(7)基于壽命周期費用分析方法,對比分析了CPC-AC復合路面結構經濟效益與社會效益,為CPC-AC復合路面結構的推廣應用提供技術指導。
完成單位合作關系說明:
  本項目自2013年1月起,至2015年11月止,由陜西省交通建設集團公司和長安大學共同承擔。其中,陜西省交通建設集團公司為本項目的主持單位,負責課題的立項、組織工作,配套工程的落實工作,施工現場實驗檢測以及課題最終鑒定;長安大學負責制定課題研究大綱,理論研究工作,資料的搜集、整理和調研,以及室內常規試驗研究。項目完成后,長安大學按照合同要求提供一套真實、完整、詳細的技術資料及地方標準,經陜西省交通建設集團公司審查后,由陜西省市場監督管理局組織驗收,陜西省交通運輸廳參與驗收過程。
完成人合作關系情況匯總表:
序號合作方式合作者/項目排名合作起始時間合作完成時間合作成果
1共同立項申愛琴/1,常海洲/2,趙寶俊/3,郭寅川/42013年1月2015年11月瀝青斜向預應力水泥混凝土復合路面研究
2共同參與制定標準規范申愛琴/1,常海洲/2,趙寶俊/3,郭寅川/42015年1月至今瀝青斜向預應力水泥混凝土復合路面技術規范
3發明專利申愛琴/1,郭寅川/42014年1月2015年5月一種斜向預應力無縫水泥混凝土材料
4發明專利申愛琴/1,郭寅川/42016年1月2018年12月一種CPC -AC復合路面纖維瀝青混合料及其制備方法
5發明專利申愛琴/1,郭寅川/4,呂政樺/72016年5月2018年5月一種試驗室馬歇爾試件拌和及裝料一體化裝置
6發明專利申愛琴/1,郭寅川/4,呂政樺/72015年7月2017年7月一種水泥路面裂縫清雜及灌漿一體化便攜裝置
7實用新型專利申愛琴/1,郭寅川/4,李博成/62014年9月2015年9月一種植石式層間處治方法鋪筑的復合路面
8實用新型專利申愛琴/1,郭寅川/4,李博成/62014年9月2015年9月斜向預應力水泥混凝土-瀝青混凝土復合路面
9論文合著申愛琴/1,郭寅川/4,李博成/62017年1月2018年1月CPC-AC復合路面層間結合系數研究
10論文SCI合著申愛琴/1,郭寅川/4,呂政樺/72018年1月2019年1月Grey target optimization and the mechanism of cold recycled asphalt mixture with comprehensive performance
11論文SCI合著申愛琴/1,郭寅川/42017年6月2018年6月Relationship between flexural strength and pore structure of pavement concrete under fatigue loads-Freeze-thaw interaction in seasonal frozen regions


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