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1、公路及公路科技发展 张登良 教授,一、世界公路发展,1概况 1999年 公路总里程：约2000万公里 高速公路：约20万公里,1999年世界前20位国家的公路和高速公路里程,2发展过程四个阶段 .19世纪末20世纪30年代普及阶段改建与加铺路面 .20世纪3050年代改善阶段 着手高速公路与干线公路规划 .20世纪5080年代高等级公路发展阶段 基本形成以高速公路为骨架的干线公路网 年份 高速公路总里程 1960年 3万公里 1970年 7万公里 1980年 11万公里 2000年 20万公里 .20世纪80年代以来综合发展阶段提高通行能力与服务水平 重点解决车流合理导向、运行安全及环境保护等
2、,二、我国公路发展,1发展过程 三个阶段 .50年代初恢复阶段 .50年代末80年代末大规模建设阶段 .80年代末以来高等级公路大发展阶段,我国高速公路发展一览表,高速公路里程已跃居世界第二位。 随着京沈、京沪国道主干线的贯通国道主干线系统进入了联网建设阶段. 公路运输在交通运输中地位提高. 2000年客运量占91.3%，货运量占77.9%。 从1999年至今，公路总里程增长超过10万公里，公路建设资金投入占年GDP总值近3%。,2004年部分省、市、自治区交通投资额,2004年部分省、市、自治区交通投资额,全国高速公路基本情况,备注：所有里程数均为按路线四舍五入的结果。统计截至期为2001年
3、年底,我国公路的发展历程,2问题与差距 （1）公路密度低 （2）结构性矛盾突出 大通道尚未形成 农村公路交通落后 西部地区路网密度只有全国平均水平的56% （3）技术水平低 三级以下公路占86%，其中等外公路占13% 中级以下路面占58%，其中低级以下占1/3,3发展战略目标 以市场为导向、以可持续发展为前提，建立客运快速化和货运物流化的智能型综合交通运输体系。 到2010年五纵七横国道主干线系统全面建成，西部公路建设取得突破性进展，实现两个明显改善。到2020年，国家重要公路干线网络建成相当规模，公路运输与国民经济发展基本相适应。到2040年，建成畅通、安全、便捷、高效的智能型公路运输系统、
4、基本实现现代化。,“五纵七横”统计表,我国公路交通发展的长远计划，预计到2020年达到美国2001年的水平（2.76公里/百辆汽车）。 若2020年我国汽车保有量达1.1亿辆，则我国公路总里程应为304公里左右，需新增130万公里，每年新增约7万公里。,交通部对“十五”计划的主要目标进行调整： 公路总里程 195万公里 新增里程 28万公里（原15万公里） 年均增长 5.6万公里 高速公路达 3.5万公里（原2.5万公里） 路网密度 20.3公里/百平方公里（原16.1）,2004年目标 公路总里程 188万公里 新增公路里程 7万公里 高速公路 3.3万公里,2004年重点解决： 继续组织实
5、施通畅工程和通达公程； 加大对国家商品粮基地地区公路基础设施建设； 加强海港码头、河流渡口、渡船的建设与改造； 落实耕地保护制度，改建和完善农村公路的绿化； 在国省干线公路实施以“消除隐患、关爱生命”为主体的公路交通安全保障工程。,三、我国公路科技发展,1近年来的科技成果 高速公路建设成套技术 深基础大跨径桥梁和长大隧道建设技术 水泥混凝土路面滑模施工技术 公路养护管理系统 旧桥加固成套技术 数字摄影测量技术 集装箱运输电子信息传输技术 全球卫星定位遥感技术 高速公路智能化技术,2公路科技进步与创新 （1）把握世纪公路科技发展趋势和关键技术 以智能运输系统（ITS）技术的研究开发为标志。其根本
6、目标是以最少的资源消耗，为社会提供最全面的服务，最大限度地满足经济社会发展和人类生活对运输的需求。 发展趋势 智能交通运输系统和环保技术 交通运输安全技术 开发新材料、新技术,关键技术 全球卫星定位系统（GPS）技术在测量中的应用 地理信息系统（GIS）技术 计算机辅助设计（CAD） 道路检测技术的自动化和无破损检测技术 智能运输系统技术（ITS）,（2）公路科技发展的重点领域和技术 新材料、新工艺的推广应用，提高公路建设的效率和质量。如：高性能水泥混凝土、沥青混合料的改性与物理加强技术，路面设计体系，路面混合料设计规范等。 快速、无损检测设备的开发研制与应用，保证工程施工质量、提高运营管理水
7、平。如：落锤式弯沉仪（FWD）的开发应用，地质雷达测定路面厚度。,以GIS-T和3D-CAD的开发应用为突破，全面提高计算机应用水平，促进公路勘测设计和管理自动化。 地理信息系统（GIS-T）具有强大的分析和数据管理功能。 计算机辅助设计（CAD）将由二维的平面设计提高到三维立体设计（3D-CAD），并与全球定位系统（GPS）三维测量技术、航测技术和遥感地质判读技术集成。 高度重视公路环保技术 防止对景观、自然和社会环境的破坏； 降低车辆行驶引发的噪声、废气和电磁污染； 借助GIS系统进行公路环境评价与绿色设计，边坡和生物稳定技术，废旧材料的综合利用技术。,ITS（智能运输系统）（Intell
8、igent Traffic System）引入我国高等级公路管理，提高交通管理控制水平。 ITS是高新技术的集成，具有诱人的前景，但也具有很高的风险和挑战性，应采取积极稳妥的态度。 山区高等级公路建设技术。,3桥梁建设水平与技术发展方向 （1）我国桥梁建设水平已跻身于世界先进行列 斜拉桥 南京长江二桥钢箱梁斜拉桥，主跨628米，名列世界第三位。 福建青州闽江结合梁斜拉桥，主跨605米，名列世界第五位。 正筹划建设的香港昴船州大桥、江苏苏通大桥，主跨均达1000米以上。,悬索桥 已建的西陵长江大桥，主跨900米；广东虎门大桥，主跨888米；宜昌长江大桥，主跨960米；江阴长江大桥，主跨1385米
9、，名列世界第四位。 在建的润扬长江大桥，主跨1490米，位居世界第三位。 规划建设的青岛海湾大桥，主跨1652米，位居世界第二位；琼州海峡大桥，主跨1600米。,连续刚构桥 虎门大桥副航道桥，主跨270米，列居世界第四位；泸州长江二桥，主跨252米，名列世界第七位。,拱桥 山西新丹河大桥，跨径146米，是世界最大跨度的石拱桥。 跨径大于300米的混凝土拱桥世界上仅有5座，中国占3座，其中重庆万县长江大桥，主跨420米，为世界最大跨度和规模的混凝土拱桥。 广东丫髻沙珠江大桥，主跨360米中承式钢管混凝土拱桥，为世界第一钢管混凝土拱桥。 在建的巫山长江大桥，主跨460米，这将又是一座创世界纪录的钢
10、管混凝土拱桥。 在建的上海芦浦大桥，为主跨550米中承式钢箱拱桥，建成后比世界第一的美国新河桥还长31.8米，将夺冠世界第一钢拱桥。,（2）桥梁技术发展方向 进一步提高跨越海峡海口、具有深水基础的特大跨径桥梁的技术水平。 大跨度桥梁向更长、更大、更柔方向发展； 新材料开发应用； 高强、高弹模、轻质：如超高强硅烟和聚合物混凝土，高强双向钢丝钢纤维增强混凝土等。,新技术应用 运用CAD技术进行有效的快捷优化和仿真分析；利用GPS和遥控技术控制桥梁施工； 大型深水基础工程（100300米）； 桥梁自动监测和管理系统； 桥梁美学及环境保护。,四、我国ITS的发展,1概况 ITS是把先进的检测、通讯及计
11、算机技术综合应用于汽车和公路所形成的道路交通运输系统。 ITS包括：（1）先进的交通信息系统（ATIS）；（2）先进的交通管理系统（ATMS）；（3）先进的车辆系统（AVCS）；（4）先进的公共交通系统（APTS）；（5）商用车辆运营系统（CVOS）。 美、日、欧经20多年的发展，已形成三大体系。 我国90年代引入智能运输概念 “九五”期间进行战略研究起步阶段,2意义 是公路运输发展的必然选择 是信息社会对运输提出的必然要求 是现代化运输的发展方向 是实现我国建立智能型综合运输体系的内在需求 是一项重要的战略任务,3战略目标 第一阶段2010年 提高智能化的运营和管理水平 重点发展集中信息服务
12、、专用短程通讯和标准规范等 第二阶段 2010年始20年左右的时间 在较完善的高等级公路网的基础上，以信息技术为基础，以通讯电子技术为手段，集成其他高新技术，有效地运用于整个公路运输管理系统，基本达到智能型综合交通运输系统长期发展战略目标的需求。 第三阶段 到2040年左右 全面建成公路运输系统，实现公路运输的智能化、现代化。,4“十五”期间ITS建设重点 国道主干线电子收费系统示范工程。 重点研究开发收费系统技术标准 高速公路以处理紧急事件为重点的管理系统 重点建设监控和通讯系统 现代运输体系和物流体系的开发和示范工程。 重点开发货运管理系统 城市间客运快速管理和信息服务系统。 重点建设城市
13、间客运快捷、安全、便捷、高效的运输服务网络、实现联网售票、提供出行信息服务。,五、美国战略公路研究计划（SHRP）简介,1概况 为期5年，耗资1.5亿美元 是公路研究史上最大的研究计划之一。,2立项 根据美国国家科委（NRC）1983年为美国联邦公路局（FHWA）提出的一项特别研究报告“美国公路：加速寻求新技术”而制定的。报告指出：美国公路部门的研究费用比其他工业部门少，公路研究只能解决一些局部问题，忽视了能产生巨大经济效益的重大关键技术。,1984年AASHTO开始向美国国会游说支持SHRP，并在FHWA的资助下用两年时间在沥青、路面长期性能、公路营运和混凝土结构等4个研究课题制订了详细的研
14、究计划，于1986年5月提出SHRP最终研究计划报告。 1987年4月美国国会通过SHRP计划开始执行。 SHRP计划于1993年3月结束，其中路面长期性能项目还将继续15年，由FHWA新成立的一个机构负责组织管理。,3.SHRP 沥青规范,背 景,针入度不能反映沥青的高、低温特性，即同一标号的沥青，高低温性能不尽相同,试 验 设 备,Supepave 结合料试验设备,旋转薄膜烘箱（RTFO),短期（施工过程）老化 163 15r/min 空气流4000ml/min，85min,压力老化箱（PAV）,长期（使用期）老化,20h，高压，高温 2070KPa 90、100或110（视标号定） 逐渐
15、释放压力810min 然后163再烘30min以除去气泡,动力剪切流变仪(DSR）,评价高温及疲劳性能 （中等温度）,高温性能 初始结合料 RTFO老化后结合料 疲劳性能 PAV老化后结合料,10弧度/sec摆动（往复旋转),粘弹性材料应力-应变响应,粘弹性状,G*-复数剪切模量,重复剪应力脉冲时对其总变形抗力的量测,可恢复（弹性）与不可恢复变形的相对数值指标，即 的相位差。 =90，G*不具有弹性成分； =0，G*不具有粘性成分； =090，粘弹性。,-相位角,试板半径及试样厚度h,初始、RTFO沥青=12.5mm,h=1mm, PAV沥青=4mm, h=2mm, 10个调节循环，10个循环试验,永久变形指标,疲劳开裂指标,越大越好,越小越好,旋转粘度仪（RV） 布鲁克菲尔德粘度计,施工和易性的指标 沥青811g， 135 20r/min,测定在确定的温度和旋转速度时所需的扭矩，用Pa.s表示,用粘度-温度曲线确定施工温度,拌和 0.170.02 Pa.s 碾压 0.280.03 Pa.s,弯曲梁流变仪（BBR）,评价沥青的低温性能 劲度性状,量测恒定荷载，恒定温度下沥青的变形或蠕变 试验用PAV老化后沥青 蠕变荷载模拟温度应力（降温过程）980mN，240sec,计算蠕变模量S（t）
