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1、 工艺研发项目立项申请报告项目名称：市政道路“白改黑”柔性基层施工关键技术研究与应用负责人： 项目经费： 起止年限： 1、 立项背景为促进南沙自贸区与中心城区之间实现高效互通和联动发展，南沙区政府提出“三高三快”总体规划方案，“三高三快”通道指：京珠高速、南沙港快速、东新高速；番禺大道南沙大道、东部快速干线和快速景观大道。本项目是“三高三快”规划中的一部分，是“南沙与广州中心城区连接通道”方案中的“路径一”，是快速通道网络中的重要一环，可直接打通南沙港快速、京珠高速与明珠湾核心区的快速交通，对区域发展作用重大，实现广州中心城区在3040分钟内与明珠湾区、蕉门河中心区、明珠科学园等重点区域的快速
2、、便捷连接。由于水泥路面缺陷较多、维护成本高且不便利，近年来逐渐向黑色沥青路面转变，即市政道路“白改黑”项目。通过项目改造可提升道路交通能力，补充服务功能，提升交通安全性能，为沿线企业居民提供更好的出行体验。近年来随着粤港澳大湾区建设的步伐加快，南沙地区经济快速增长，城市快速扩建，交通网的建设越来越完善，但也不断出现新问题，再加上道路交通运输量不断加大，道路磨损状况不断严重，不断出现裂开，导致交通效率低。市政道路“白改黑”项目研究以S111省道为依托，北起南沙港快速庙贝沙立交出入口，南至京珠高速桥底进行改造，全长约5.3km。其中南沙港快速庙贝沙出入口至S358段现状为双向两车道的二级公路，长
3、约3.7km，路基宽度约14m16m；S358至京珠高速桥底段现状为双向四车道的一级公路，长约1.6km，路基宽度约23米。该路段水泥地面已不适应当今社会的发展，经济的快速运转给城市道路带来的压力越来越大，原来的水泥地面存在维修困难、噪声大、灰尘容易堆积等问题。为了解决这些问题，项目部提出了“白改黑”的设计理念，它相对于水泥地面，具有路面平整性好、行车噪声小、防滑、抗病害能力强、容易维修、不扬尘等优点，是优化道路质量的重要手段，但是它的设计理念在实施的过程中也会出现很多问题，需要对其关键技术进行不断的研究。其研究成果将为广东省乃至全国市政道路“白改黑”工程提供技术借鉴，对我国构建“资源节约型”
4、、“环境友好型”交通发展新模式具有突出的现实意义和深远的社会影响力。二、国内外研究概况及可行性分析2.1国内外“白改黑”研究状况2.1.1 理论研究方面关于白改黑工程中沥青加铺层的设计理论和方法的研究，国外开展得比较早，并已取得了一些有益的成果。20 世纪 50 年代初，美国联邦公路局提出了混凝土路面差额概念的沥青加铺层厚度计算方法。1981，Waterway 试验中心提出了弹性层状理论和动力刚度模量法两种加铺设计方法。欧洲一些国家采用线弹性断裂力学、能量原理等方法进行了计算分析，提出了各自的加铺设计理论和方法。此外，目前国外常用的还有 AI 挠度法、COE 经验法、AASHTO 经验法等。在
5、我国，长安大学利用弹性层状体系理论、断裂力学、有限元等方法进行了计算分析，并取得了一定的成果。此外，我国现行规范也对旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土的设计做出了一些指导性规定。2.1.2 试验研究方面国外从20世纪80年代初就开始对采用土工材料防治白改黑工程中路面反射裂缝进行试验研究和工程实践，有成功的经验，也有失败的教训，但是在材料选型、施工工艺等方面已经积累了较丰富的经验。我国在吸取国外经验的基础上，从20世纪90年代中期开始进行这方面的试验研究。国内外的工程实践和研究结果表明：抗拉强度高、延伸率适中、具有防水作用的土工复合材料能有效抑制和延缓反射裂缝。在市政道路白加黑路面改建中，由于加铺
6、沥青层反射裂缝的普遍性和严重性，决定了对反射裂缝的研究需要一直持续。在路面设计、施工过程中，合理选择防范反射裂缝的工程措施，可以有效延缓反射裂缝的出现，增加白改黑工程中沥青加铺层的使用寿命。抗拉强度高、延伸率适中、具有防水作用的土工复合材料，能有效消除反射裂缝，具有广阔的应用前景。2.1.3 数值模拟研究方面关于白改黑工程中反射裂缝，外国学者采用COT和CDCTS试验仪器评估了沥青混合料在低温条件下的断裂和疲劳性能；基于有序logistic回归模型的统计方法研究了低温对于沥青路面反射裂缝的影响；通过建立二维有限元模型研究了沥青路面反射裂缝扩展情况；提出了一种新程序来研究不同频率和不同幅度下的两
7、个荷载对反射裂缝扩展的影响。国内学者基于Ansys有限元分析软件，通过断裂力学裂缝与有限元相结合的方法，以应力强度因子为研究指标，研究车载型反裂缝射裂纹的开裂扩展趋势。通过Pook和Richard准则裂缝得到的复合型应力强度因子（K诃）研究反射裂纹上最裂缝危险点和路面最危险位置。使用Paris公式探讨改变裂缝裂纹反射深度、加铺层弹性模量和厚度对路面疲劳断裂缝裂寿命的影响。2.1.4 施工工艺研究方面旧水泥混凝土路面白改黑综合处治技术大体上可以分为三大类：第一类局部基层修复，拉毛处理，中间粘结层施工，摊铺沥青面层。第二类处置基层，原板块破碎，新铺中间层，最后摊铺沥青面层。第三类移除原旧混凝土板块
8、，局部路基修整，重新摊铺水稳层。其中加铺沥青混凝土面层是近年来旧路改建的趋势。2.2可行性分析在经济方面，市政道路“白改黑”的设计是在原有坏的道路上进行重修，这样不仅节约成本，还利用了原有的城市道路。在技术方面：“白改黑”城市道路是复合型道路，以前的水泥路面承载能力小、容易破损，在道路上经常有维修车，导致道路的运输效率低。“白改黑”复合型道路地面相对于水泥路面承载能力更强，更不易破损，还具有路面平整性好、行车噪声小、防滑、抗病害能力强、容易维修、不扬尘等优势。市政道路“白改黑”设计理念的出现，大大改善了旧混凝土道路的开裂、塌陷等问题。中交四航局广州南沙工程有限公司依托南沙与广州中心城区连接通道
9、路径一工程设计总承包项目实施本科研项目。科研团队由公司专家及项目部工程技术人员组成，相关科研人员有市政道路“白改黑”施工经验，有良好的研发基础和条件。同时本项目研究已获得申报单位的高度重视，并在资金、人员和设备方面给予积极配合，并给予相关项目的支持。项目研究还可以充分利用国内外研究成果，并利用申报单位的研究基础和技术支撑，提高技术水平，并创造出自己的技术特色。2.3课题研究意义课题的研究来源于工程而又直接服务于工程，应用前景广阔，科研与业务实施、拓展紧密结合。市政道路“白改黑”工程目前在我国市政道路施工中得到相当广泛的应用，同时也作为交通运输部的绿色科技示范工程项目重点推进的技术之一。在现阶段
10、的道路交通当中，车流量显著增大，大型车辆、超载车辆显著增多，传统的水泥路面已经不能满足当前的交通压力。长时间的超载车辆的通行，造成了老路面的不同程度的损坏，个别路段出现了裂缝、错层、表面松散等情况，严重影响了道路的通行安全。如何提高新铺路面的使用性能和增加路面的抗破坏性已经成为了极其重要的一个问题。我们通过技术研究，借鉴国内外的成功经验，针对当前新时期对道路服务能力、安全舒适、控制噪音和环境保护的需求，经综合比较论证，沥青路面能够使车辆行驶更加安全，平稳，行车感觉更为舒适;同时能大幅降低车辆行驶噪音，有效减少行车扬尘，有利于保护城市环境质量，同时利用改性沥青优点建成的城市道路显著的提升了沥青道
11、路的稳定性，还能明显减少路面裂纹现象，使城市道路的质量有了显著提升，使用寿命也相应延长，从而提高了城市道路的抵抗重交通的能力。通过工程实例为市政道路“白改黑”工程关键技术的研究与应用积累经验，为以后公路的改造工程提供工程实践的参考案例。三、项目研发目标及主要内容3.1研发目标及关键技术3.1.1研发目标本课题是充分借鉴和吸收国内外相关研究成果的基础上，依托南沙与广州中心城区连接通道路径一工程设计总承包项目，紧紧围绕“市政道路“白改黑”工程关键技术研究与应用”，对市政道路“白改黑”工程的沥青道路施工质量控制以及防止加铺的沥青面层开裂等方面进行较为全面的技术研究，为公司积累相关基础经验。指导后续“
12、白改黑”工程施工。3.1.2 关键技术本项目科研关键技术如下：1、在“白改黑”工程中，通过应力扩散机理的研究、质量通病的分析，形成符合本工程“白改黑”施工工艺及相关标准。2、对混凝土面板与加铺沥青中间的间隔层进行研究，确定最适合本工程的材料。本科研项目拟达到的技术水平为：国内领先。3.2预期技术创新点创新点1：采用柔性基层代替半刚性基层增强路面结构稳定性针对交通荷载大和环境因素较为恶劣的情况，采用柔性基层路面代替半刚性基层路面，降低半刚性沥青路面维修困难所造成的社会影响，降低维修次数，从而减少维修费用。创新点2：采用聚酯玻纤布来减缓或防止“白改黑”沥青面层开裂根据间隔层的特点，采用聚酯玻纤布，
13、解决土工格栅等土工织物因路面雨水的下渗，从而导致基层的水浸软化，产生沥青面层在反射开裂处的剥离破坏。并改善路面结构应力分布，抵制和延缓由于基层裂缝引起沥青反射裂缝的发生，起到防止雨水下渗和防止基层软化的功能。3.3 项目主要研究内容1、“白改黑”工程中施工工艺的研究。主要研究应力扩散机理、通过对质量通病的分析，形成符合本工程“白改黑”施工工艺。（1） 根据应力扩散分析，研究沥青摊铺、碾压的施工工艺。（2） 根据质量通病问题，研究通病防治措施在本工程施工过程中的实际应用，确定各施工工艺中的相关标准。2、“白改黑”工程中防开裂土工材料研究。根据以往“白改黑”工程经验，研究如何更好利用起到防裂和缓裂
14、作用的土工织物，延长道路“白改黑”工程中沥青路面的使用寿命，减少后期运营维护投入，研究如何根据不同的道路荷载等级以及气候条件下采用相应的间隔材料。四、研究开发方法及技术路线本科研项目以南沙与广州中心城区连接通道路径一工程设计总承包项目为依托开展市政道路“白改黑”工程关键技术的应用研究，通过资料学习、考察调研、试验研究、数值模拟等手段将市政道路“白改黑”工程中的技术应用于本项目。技术线路如下：图4-1技术线路图结合依托工程实施过程的特点，整理在市政道路“白改黑”工程中普遍存在问题及难点，进而细化研究内容及课题研究目标，针对质量控制技术、防裂材料选取两个研究重点内容展开相关工作。1、进行案例及文献
15、调研，对市政道路“白改黑”工程关键技术的应用进行相关文献调研，学习国内外“白改黑”质量控制的相关经验，分析“白改黑”目前在国内旧混凝土路面改建应用过程中产生质量问题的原因，并提出相关的应对措施，总结施工工艺的各项标准，给项目实施过程提供指导。2、通过对应力扩散机理分析，提出摊铺、碾压施工的工艺标准。3、通过对材料分析比选，选取最适合本工程白改黑间隔层的土工材料。4、通过试验验证所选取的材料在本工程交通荷载条件以及环境因素下的材料性能和应用效果。5、通过研究如何根据不同的气候条件以及交通荷载条件采用相应的防开裂间隔层，提出适用于本项目“白改黑”中的防开裂材料以及相关施工工艺，形成指导后续施工的技术内容。 最后，形成市政道路“白改黑”工程关键技术研究，汇总各分项研究结论，编写项目研究成果报告，同时撰写学术稿件发表专业学术论文；并将研究成果结合实际工作进行推广应用。五、项目考核目标编写提示：成果考核目标分可接受的主要成果考核目标见下表。表5-1主要成果形式及考核要求表主要成果形式及考核要求表序号成果形式成果数量备注1新产品（或新材料、新装备、新品种/系）/2新工艺（或新方法、新模式、新技术）/3发明专利（项）申请/授权/4实用新型专利（项）申请/授权25软件著作权（项）授权/6工法国家级/省部级/集团/7
