文/吕思忠 马士杰
获奖等级:特等奖
项目名称:超长服役高速公路改扩建路基路面评估、协调及整体提升关键技术
← 济青高速南线
由山东高速股份有限公司、山东省交通科学研究院、山东大学等单位组成的创新技术团队,依托交通运输部科技示范工程,在全面评估了济青高速公路25年服役路面的基础上,开展了一系列研究,并最终形成了“超长服役高速公路改扩建路基路面评估、协调及整体提升关键技术”项目研究成果。
作为早期建设的高速公路之一,济青高速在大交通量、重载条件下已运营25年,处于超长服役状态,其改扩建工程面临超长服役条件下旧路结构评价与利用、改扩建路基路面一体化设计、新旧路基地基协调变形控制、新旧路面结构寿命匹配与性能协调等提升整体长寿命化的重大技术难题。
面对难题,项目团队开展了联合攻关,并在超长服役沥青路面性能演变规律及结构层损伤状态精准评估、新旧路基路面结构一体化设计及协调匹配、新旧路基路面长寿命化整体提升等方面取得了重大突破,验证和完善了我国经典路面技术,建立了大交通量高速公路改扩建路面整体长寿命化升级技术体系。
其中,在超长服役沥青路面性能演变规律及结构层损伤状态精准评估方面,项目团队提出了超长服役状态下,道路结构、材料全方位的检测评估技术,实现了结构层材料性能、服役状态和寿命的预估;开发了FWD动力响应与空、地耦三维雷达联合的结构损伤状态评估方法,建立了旧路损伤快速协同评估技术体系;明确了超长服役路基平衡湿度,提出了参数确定方法;提出了超长服役路面各结构层模量参数确定方法和有效计算模型,阐明了损伤状态下材料模量与结构模量的关系;基于室内定点脉冲加速加载与现场加速加载,揭示了沥青路面损伤状态及性能演变规律,构建了在役道路剩余寿命预估模型。
在新旧路基路面结构一体化设计及协调匹配技术方面,项目团队建立了新旧路基差异变形分级标准;提出了路基刚度补偿分层设计方法,制定了控制标准;建立了全时温参数的疲劳损伤沥青路面结构设计方法,开发了计算智能云平台;基于新旧车道荷载重分布规律及加铺前后应力变化,实现了基于模量衰变的旧路加铺精准设计、新旧路面结构层共同参与的加铺层精准设计、新旧路基路面结构一体化设计,以及新旧道路结构服役状态的协调与匹配。
在新旧路基路面长寿命化整体提升技术方面,项目团队构建了新旧路基差异变形分类控制与处治技术体系;开发了拼接界面综合处治措施;提出了保通条件下的“反开挖”施工工艺,提升了拼接部位的施工整体质量和效率;全线中上面层采用单机全幅摊铺成型,保证均匀无离析、横向一字坡和纵向无接缝;形成了改扩建路基路面耐久性提升的施工新技术,实现了改扩建长寿命化路面结构与材料的优化提升。
← 旧路损伤快速协同评估技术体系
截至目前,该项目的研究成果已在济青高速改扩建工程310公里的路基路面上全面应用,并成功应用于京台高速、京沪高速、日兰高速等多项改扩建工程中,应用里程超过1000公里。仅济青高速改扩建工程直接经济效益就超过了13亿元,社会、经济与环境效益巨大,有力助推了交通强国战略的实现进程。
2021年,该项目研究成果荣获中国公路学会科学技术奖特等奖。
该项目的第一完成单位——山东高速股份有限公司(以下简称“山东高速”)成立于1999年,由山东高速集团有限公司控股,2002年3月,在上海证券交易所上市,主要从事交通基础设施投资运营,以及高速公路产业链上下游相关行业的股权投资,总资产929.17亿元。目前,运营管理路桥里程2818公里,荣获全国质量奖、全国实施卓越绩效模式先进企业、青年文明号、巾帼文明岗、文明示范窗口等荣誉称号。山东高速与时俱进,凝练形成了独具齐鲁文化特色和公司特质的“畅和”文化。
富员强企,回报社会的企业使命。山东高速通过对路桥的科学运营、精心呵护,为驾乘人员提供快捷、畅通、优美、文明的平安大道。同时,山东高速持续改进收费、养护、路政等各项服务质量,做到管理科学高效、道路安全畅通、执法文明公正、行车规范有序、环境整洁顺美、服务热情周到。
立志百年企业,打造中国高速第一品牌的企业愿景。山东高速坚定不移地坚持自主创新,专注主业,培育企业的核心竞争优势,抢抓机遇,以滚动式发展路桥主业不断实现自我超越。通过收购兼并、合作开发等方式扩展经营领域,山东高速推进“适度相关多元化”战略,推动城市运营发展;不断寻找新的利润增长点,增强企业发展后劲,使山东高速真正成为可持续发展的百年企业,并以打造“中国高速第一品牌”为目标,成为当之无愧的行业领袖。
未来,山东高速将继续坚持以人为本,聚焦路桥主业,抢抓新旧动能转换发展机遇,努力让社会公众享受到高品质的出行服务,打造全国一流的路桥运营服务商,勇当交通领域新旧动能转换主力军,为加快建设交通强省、交通强国贡献力量。
该项目的第二完成单位——山东省交通科学研究院(以下简称“山东交科院”)是山东省交通运输行业唯一的综合科研机构。拥有交通运输部高速公路养护技术交通行业重点实验室(济南)、山东省道路结构与材料重点实验室等5个省部级重点科研平台,拥有多支具有一定影响力的创新团队。
成立40多年来,山东交科院始终将科技创新作为自身发展壮大的根本动力,为山东省交通运输事业的发展与科技创新引领做出了积极贡献。
科研成果硕果累累。围绕综合交通、智慧交通、绿色交通、安全交通等众多领域,山东交科院积极开展科技攻关与技术研发,共获得77项各级科技进步奖,其中获国家科技进步奖4项、省部级科技进步奖一等奖7项、山东省科技进步奖二等奖20余项,主持或参与编制国家标准5项、地方标准35项、行业标准6项,专利授权100余项,为山东省交通运输行业发展提供了科技支撑。
创新引领基础设施建设。2005年,山东交科院率先在全国实现由沥青路面结构向设计寿命30年长寿命沥青路面转变的重大变革,创立了适合于我国重载交通的永久性沥青路面设计方法,被誉为“山东路面模式”,极大提升了结构耐久性和整体服务质量。将高水平交通科研成果应用到全国20个省份,以及“一带一路”沿线国家,通过技术革新节约施工资源成本、提升施工质量和水平,带动了交通基础设施的建设水平提升,从而全面提高了山东交通科技的知名度和影响力。
表1 山东高速及山东交科院主要科技创新成果
科研创新平台不断丰富。山东交科院致力于发挥创新平台在科技研发、技术转移、资源信息共享的排头兵作用,全面提升科研建设水平,建设了大型多点加速加载试验系统、高精度多尺度多因素耦合材料性能综合试验系统、足尺桥梁结构力学试验分析系统等,重点打造省公路工程废旧材料循环利用工程研究中心、省路域安全与应急保障重点实验室、桥隧结构性能评估与耐久性提升省工程实验室,使其成为山东省集高水平科技创新研发、高端科技人才培养、高层次科技成果转化于一体的重要科研基地。