“沿海地区高速公路病害精确诊断及维修关键技术研究”项目于2009年12月立项，项目由天津市交通科学研究院、天津高速公路集团有限公司、天津城建大学合作完成2011年12月完成,2014年3月通过了天津市高新科技成果转化中心组织的项目成果鉴定。该研究项目成果获2014年度“全国市政行业市政工程科学技术奖”一等奖，其成果适用于我国沿海地区高速公路的养护工程、改扩建工程及特殊病害处治工程。

瑞雷波检测作业现场

    项目研究技术原理 

    “沿海地区高速公路病害精确诊断及维修关键技术研究”项目研究所采用的技术原理如下。

    1）通过多种无损检测技术的优势互补和有机结合，对路面使用性能、典型病害特征、结构完整性、结构强度、交通荷载等多项指标进行综合分析，实现病害的精确诊断。

    2）通过对多条沿海地区高速公路交通量和路面弯沉退化研究，提出标准轴载次数随时间的变化规律以及路面弯沉随累计标准轴载次数的退化方程。

    3）采用空间代时间法和数理统计方法，提出基于不同路面基层、路基状况的路面使用性能衰变方程。

落锤弯沉仪检测作业现场

    4）基于路面使用性能衰变方程和寿命成本分析，提出适合沿海地区高速公路维修的最优方案，实现寿命成本的最小化。

    5）通过理论分析、室内试验、施工工艺研究，提出软土路基化学注浆加固、抗滑桩与注浆综合处理失稳性路基、泡沫沥青冷再生半刚性基层三种维修关键技术，在实体工程进行应用。

地质雷达检测作业现场

    研究成果及技术创新点

    “沿海地区高速公路病害精确诊断及维修关键技术研究”项目研究的成果及创新点如下。

    1）首次提出了沿海地区高速公路病害精确诊断技术。综合采用地质雷达图像、落锤弯沉仪动态模量、动力锥贯入仪转换模量、瑞雷波波速建立路面、基层、路基病害检测方法和评估标准。

    2）提出了沿海地区高速公路路面弯沉退化方程。基于临界累计标准轴载参数、弯沉值衰减速率参数，表征路面基层、路基状况。

    3）提出了考虑交通荷载和结构强度等参数的适合沿海地区特点的路面使用性能衰变方程。基于临界累计标准轴载次数参数、路面状况指数表征路面基层、路基状况。

    4）提出了基于路面使用性能衰变方程和寿命成本分析的最优维修方案。基于路面使用性能衰变方程确定半刚性基层路面维修预期寿命。

    5）首次提出了落锤弯沉仪动态模量作为路基注浆效果的评价指标及标准。

    该项目相关研究成果获得授权国家发明专利3项，实用新型专利2项。在国内外期刊上发表学术论文23篇（核心期刊18篇，EI收录10篇）。编制地方标准2部。

动力锥贯入仪检测作业现场

    与国内外同类技术的比较

    与国外同类技术相比较，该项目研究技术成果具有以下几方面的特点。

    1）将多种无损检测技术有机结合，建立评估标准及诊断技术，首次实现了沿海地区高速公路典型病害精确诊断，弥补了目前国内外高速公路各项检测技术、方法及评价指标不够完善，多种检测技术综合应用的不足。

    2）国内外已有的衰变方程无法反映出基层、路基病害对使用性能衰变规律的影响，且参数工程物理意义不明确。因此，首次提出的基于不同路面基层、路基状况的路面弯沉退化方程和使用性能衰变方程，为实现路面寿命成本的最小化奠定了理论基础。

    3）国内采用经验法确定维修预期寿命，受人为因素影响大，预期寿命成本与实际情况波动性大，本项目基于路面使用性能衰变方程进行寿命成本分析，提出了适合沿海地区高速公路维修的最优方案，实现了寿命成本的最小化。

    4）首次提出了落锤弯沉仪动态模量作为路基注浆效果的评价指标及标准和基于振动成型法泡沫沥青冷再生半刚性基层的工程级配范围。

路基注浆加固作业现场

    项目应用成果与效益

    该项目研究成果已成功应用于天津（京哈、京沪、津蓟、长深、滨石等）、河北（肃宁至临清）、江西（梨温）等高速公路中，检测里程4000km，维修面积548.4万m²，新增利税1474.886266万元，节支总额10453.8万元，取得了显著的经济、社会和环境效益。

    经济效益  该项目推广应用的经济效益主要体现在以下几方面。

    1）该项目研究成果的成功应用为天津市市政工程研究院在检测和维修加固设计带来了直接经济效益，2011年至2013年间检测和维修加固设计项目共计新增利税1474.886266万元。

    2）该项目研究成果于2011年至2013年应用于津蓟、蓟平、长深、滨石、京沪、津晋、津港、滨保、荣乌及津沧高速公路维修工程，项目方案优化所节约的工程费用约8288万元；2011年至2012年应用于京哈高速公路路面维修工程，采用泡沫沥青冷再生技术方案代替传统维修方案，节约工程费用约2165万元。

泡沫沥青再生半刚性基层作业现场     

    社会效益  该项目推广应用的社会效益主要体现在以下几方面。

    1）该项目的研究成果在工程中大面积推广，具有施工经济、维修周期短、适用性强、维修效果好的特点，有效地减少施工对周围环境和交通的影响；基层冷再生技术可就地取材，大大减少了开山取石的需求量，有效的保护了自然环境；采用抗滑桩与注浆化学加固技术可避免对既有公路的开挖和扰动，实现了环境保护的目的。

    2）该项目研究成果的应用，可保证沥青路面具有良好路用性能，道路的通行能力使用寿命显著提高，有效减少了养护维修成本。

    该项目研究成果的推广应用，对我国沿海地区沥青路面更好的发挥其运输能力，推动经济发展具有重大意义。

    （天津市交通科学研究院 供稿）

    注：本文刊载于《市政技术》2016年第1期，第3、4页。