公路及公路科技发展概述.pptx

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1、公路及公路科技发展张登良张登良 教授教授一、世界公路发展1概况概况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国家总里程/km高速公路/km主干线或国道/km铺面率，路网密度/km（100km2）-1美国63482278872760862558.865印度33196443450845.7112巴西172492416424793.520中国13516911160515767393.814日本11522076114655674.9305俄罗斯9480004554835.330澳大利亚91300013601720038.713加拿大901

2、9021657112318735.39法国8935001100027500100.0162西班牙663795103172412499.0131意大利654676695746043100.0217德国640735115154132199.1177南非5341312032109411.844土耳其38596017493138834.050波兰3810462681785565.6122英国371913335848194100.0162印度尼西亚3427002735746.318墨西哥32397762593168729.716巴基斯坦25441033965879.5136阿根廷215473734384

3、0729.482发展过程发展过程四个阶段四个阶段.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二、我国公路发展1发展过程发展过程三个阶段.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年份（年）高速公路通车

4、里程（公里）公路通车总里程（万公里）高速公路所占比例（）1985094.2401986096.2801987098.220198814799.960.151989271101.430.271990522102.830.511991574104.110.551992652105.670.6219931145108.351.0619941603111.781.4319952141115.701.8519963422118.582.8919974771122.643.8919988733127.86.83199911000133.68.23200016000140.311.4020011945314

5、3.513.24200225130176.514.2320032980018116.46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、自治区交通投资额福建125（其中30亿为农村公路）吉林140广东280（其中225亿用于公路建设）辽宁163（其中94.5用于高速公路）云南160北京350广西130河南270海南120山西125贵州104湖北175新疆13014

6、0湖南130宁夏33江西158.5青海40安徽150内蒙古150山东215(其中172亿用于公路建设)四川135上海240陕西125浙江373甘肃100江苏280-300重庆1262004年部分省、市、自治区交通投资额项目省份2001年里程情况2000年里程（年报）2001年增加里程排序情况合计四车道六车道八车道省份里程总计1945317118227065163143139合计19453北京33514319226768山东2077天津305293123050河北1565河北15651230335148085广东1500山西58642216451868江苏1384内蒙古151151151四川11

7、33辽宁10697073273510681河南1076吉林38238235428辽宁1069黑龙江416416285131广西822上海1111119813湖北807江苏13841299851090294浙江774浙江77475420627147安徽597安徽597597470127山西586福建3633521134518湖南585江西4214214147海南573山东2077197899200671陕西543河南10761076505571云南517湖北80778423569238新疆432湖南585585449136江西421广东1500996476281186314黑龙江416广西822

8、684136281210吉林382海南573573601-28福建363重庆34025684199141重庆340四川11339561771000133北京335贵州31031025852贵州310云南517427905170天津305西藏宁夏240陕西54351033349194内蒙古151甘肃1313130上海111青海262626青海26宁夏24024083157甘肃13新疆4324266444466-14西藏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年年底我国公路的发展历程年份总里程(万km)高速公路(km)一级公路(km)二级专用(km)二级公

9、路(万km)三级公路(万km)四级公路(万km)等外公路(万km)1985年94.24042202.1212.8245.6333.61986年96.28074802.3813.6847.6432.511987年98.220134102.8014.8449.1231.391988年99.96147167303.2915.9450.3130.281989年101.4327121016833.7416.4351.1129.841990年102.83522261711994.217.0052.5028.701991年104.11574289714594.6317.8053.5427.651992年10

10、5.67652393520865.2718.4954.2426.981993年108.351145520227506.0619.3655.9526.131994年111.781603633428406.9520.0758.0325.641995年115.702141958035648.1320.2860.6824.621996年118.5834221177941309.2921.6761.9323.771997年122.64477114637492810.6623.0863.5722.891998年127.80873315277并人二级12.5225.7966.2020.921999年135.

11、20116051771614.0026.9171.8419.502000年140.27161342008815.2627.6775.0318.672002年176.5251302746819.7131.5181.8038.222问题与差距问题与差距（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1/33发展战略目标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

12、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、基本实现现代化。“五纵七横”统计表名称里程(km)名称里程(km)“五纵”约15590“七横”约203001同江三亚约57001绥芬河-满洲里约12802北京福州约25402丹东拉萨约45903北京珠海约23103青岛银川约16104二连浩特河口约36104连云港霍尔果斯约39805重庆湛江约14305上海成都约27706上海瑞丽约40907衡阳昆明约1980我国公路交通发展的长远计划，预计到20

13、20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

14、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

15、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

16、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）（IntelligentTrafficSystem）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

17、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，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。

18、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

19、、大江大河、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概况概况ITS是把先进的检测、通讯及计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

20、 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、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

21、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“十十五五”期间期间ITS建设重点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立项立

22、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

23、责组织管理。3.SHRP 沥青规范背背 景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试 验验 设设 备备Supepave 结合料试验设备结合料试验设备旋转薄膜烘箱（旋转薄膜烘箱（RTFO)短期（施工过程）老化16315r/min空气流4000ml/min，85min压力老化箱（压力老化箱（PAV）长期（使用期）老化20h，高压，高温2070KPa90、100或110（视标号定）逐渐释放压力810min然后163再烘30min以除去气泡动力剪切流变仪动力剪切流变仪(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

24、料10弧度/sec摆动（往复旋转)粘弹性材料应力粘弹性材料应力-应变响应应变响应粘弹性状粘弹性状G*-复数剪切模量复数剪切模量重复剪应力脉冲时对其总变重复剪应力脉冲时对其总变形抗力的量测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。-相位角相位角试板半径试板半径及试样厚度及试样厚度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（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8

25、11g，13520r/min测定在确定的温度和旋转速度时所需的扭测定在确定的温度和旋转速度时所需的扭矩，用矩，用Pa.s表示表示用粘度用粘度-温度曲线确定施工温度温度曲线确定施工温度拌和0.170.02Pa.s碾压0.280.03Pa.s弯曲梁流变仪（弯曲梁流变仪（BBR）评价沥青的低温性能评价沥青的低温性能劲度性状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计算蠕变模量计算蠕变模量S（t）和蠕）和蠕变速率（变速率（m）式中：P荷载，N；L梁支承间距，L=102mm,；b梁宽，b=12.5mm；h梁高，h=6.2

26、5mm；桡度，mm；t加载时间，sec；Superpave规定t=60S.mS(t)随时间的变化率随时间的变化率即lgS(t)lg(t)曲线，t=60s处曲线的斜率直接拉力试验仪（直接拉力试验仪（DTT）评定沥青的低温性能评定沥青的低温性能当弯曲梁流变试验结果不满足要求时使用PAV老化后的沥青，拉伸速率1mm/min测量沥青在确定温度下的伸长率式中：伸长量，mm；有效标距长度，27mm；室内试验与使用性能的关系室内试验与使用性能的关系沥青规范沥青规范特点特点所有性能级（PG）所要求的物理性能保持不变，但必须达到这些性能的温度不同。技术指标与标准技术指标与标准安全性闪点，230施工和易性135粘

27、度，3Pa.s永久变形初始沥青G*/sin1KPaRTFO沥青G*/sin2.2KPa老化-PTFO质量损失1%。疲劳开裂-PTFOPAV老化后沥青G*sin5000KPa低温开裂-RTFOPAV老化后沥青蠕变模量S(60s.)300Mpa蠕变速率m0.3 沥青性能分级沥青性能分级PG52-34性能分级七天平均最高路面设计温度最低路面设计温度表达表达PG Th-Tl其中：Th根据一年中最热7天平均最高气温计算所得路表下20mm处的温度；Tl根据一年中一天最低气温计算所得路表温度。考虑保证率，统计考虑保证率，统计20年气象资料年气象资料 美国美国Th4682（每（每6一级）一级）Tl-10-46

28、（每（每6一级）一级）Superpave结合料等级结合料等级高温级（）低温级（）PG46 -34，-40，-46PG52 -10，-16，-22，-28，-34，-40，-46PG58 -16，-22，-28，-34，-40PG64 -10，-16，-22，-28，-34，-40PG70 -10，-16，-22，-28，-34，-40PG76 -10，-16，-22，-28，-34 PG82 -10，-16，-22，-28，-34当ESAL=（13）107时（18000磅）提高一个等级当ESAL3107时可考虑再提高一个等级对慢速移动设计荷载，提高一个等级对停驻的设计荷载，提高二个等级对于高温

29、对于高温性能分级沥青结合料规范a.路面温度可根据气温应用路面温度可根据气温应用 Superpave TM软件程序中等规则进行估算或软件程序中等规则进行估算或可由规定机构提供或遵循可由规定机构提供或遵循PPX列出的方法。列出的方法。b.如供方保证沥青结合料在满足所有应用安全标准的温度下适宜泵送和如供方保证沥青结合料在满足所有应用安全标准的温度下适宜泵送和拌和，经规定机构认可，这项要求可以放弃。拌和，经规定机构认可，这项要求可以放弃。c.对于未改性沥青产品质量控制，初始沥青的粘度测试可以代替对于未改性沥青产品质量控制，初始沥青的粘度测试可以代替 G/*Sin&的动力剪切测试，在试验温度沥青为牛顿液

30、体。任何测试粘度的的动力剪切测试，在试验温度沥青为牛顿液体。任何测试粘度的标准方法均可采用，包括毛细管或旋转粘度计标准方法均可采用，包括毛细管或旋转粘度计(AASHTO T201 或或 T202)。d.PAV老化温度以模拟气候条件为基础，为三种温度中等一种：老化温度以模拟气候条件为基础，为三种温度中等一种：90oC,100oC 和和 110oC,对对PG64和以上的情况和以上的情况PAV温度为温度为100oC,沙漠气候为沙漠气候为110oC。e.物理硬化：按照物理硬化：按照TP1，13.1节进行一组沥青梁节进行一组沥青梁TP1试验，只是在高于最试验，只是在高于最小性能温度小性能温度10oC时将

31、调节时间延长到时将调节时间延长到24小时小时+或或-10分钟。报告分钟。报告24小时小时劲度和劲度和m值仅供参考。值仅供参考。f.如蠕变劲度低于如蠕变劲度低于300MPa,则不需进行直接拉力试验，如蠕变劲度介于则不需进行直接拉力试验，如蠕变劲度介于300至至600MPa之间，则直接拉力破坏应变要求可以代替蠕变劲度要求，之间，则直接拉力破坏应变要求可以代替蠕变劲度要求，在两种情况下在两种情况下m值要求都必须满足。值要求都必须满足。表注表注:六、沥青路面再生 Recycling Asphalt Pavement(RAP)目的目的节约能源降低成本减少环境污染分类分类再生冷混合料一般用乳化沥青或再生剂

32、用于低等级道路罩面或上铺封层再生热混合料用于中、重交通罩面用粘稠沥青或外加再生剂再生的选择再生的选择有严重车辙或裂缝的路面需罩面或改建的工程原路面集料符合要求（破裂面、细料含量、磨光程度）原路面沥青便于再生（含胶乳、胶粉、硫、塑料、碳黑等外加剂均不利于再生）再生沥青路面设计再生沥青路面设计目标目标能生产出具有新混合料同样性能的沥青混合料新老沥青结合料，必要时加再生剂设计步骤：设计步骤：原路面取样试验确定掺配比例确定新沥青结合料及再生剂数量确定新料集料级配再生沥青混合料设计调整原路面混合料取样试验原路面混合料取样试验切削或钻孔抽提后沥青试验及集料试验沥青试验针入度和60粘度集料试验筛分、强度和表

33、面性能RAP掺配比例确定掺配比例确定经济污染小成品质量能符合要求便于施工通常通常RAP为为3050%新加沥青数量计算新加沥青数量计算式中：B-总混合料中全部集料百分率；C-集料混合料中回收集料百分率；D-RAP中沥青结合料百分率；WT-试件总量；AV-新加沥青结合料重量；A-总混合料中沥青结合料百分率。再生剂用量确定再生剂用量确定使沥青恢复到原来的粘度确定新料集料级配确定新料集料级配根据RAP中集料级配及设计级配计算确定再生后沥青混合料试验再生后沥青混合料试验要求同新拌混合料必要时调整RAP的比例生产配合比调整生产配合比调整使其符合新拌沥青混合料各项指标要求再生沥青混合料生产再生沥青混合料生产

34、基本与新沥青混合料相同RAP基本上作为集料处理只是对通过HMA装置的送料稍加调整可采用间歇式拌和机，也可用鼓筒式拌和机间歇式拌和机制备再生混合料间歇式拌和机制备再生混合料须作改型RAP直接加进料仓增加进料仓及从进料仓到称料仓的传送带新集料在干燥器中过热(因RAP不加热)在间歇式装置拌和机中添加在间歇式装置拌和机中添加RAP鼓筒式拌和机制备再生混合料鼓筒式拌和机制备再生混合料RAP约在鼓筒的中央加入混合料必须将RAP与直接火焰隔开采用微波加热装置可使用100%-RAP在鼓筒式拌和装置的鼓筒中央添加在鼓筒式拌和装置的鼓筒中央添加RAP（3）双滚筒搅拌设备制备再生混合料图5双滚筒式沥青混合料搅拌设备

35、筒内温度变化曲线（成品料温度为149，回收旧料比例为50%，集料含水量为5%）图4双滚筒式沥青混合料搅拌设备1-燃烧器；2-新沥青；3-回收材料入口；4-矿粉入口；5-外筒；6-内滚筒；7-新矿料入口特点由连续自行跌落式变为连续强制式砂石料的运动方向与燃烧气体的流动方向由顺流式变为逆流式沥青喷洒的位置不再直接暴露在高温燃烧流中。效果：RAP的利用率可高达50%粉尘排放量大幅降低，且无黑烟排放。较高的砂石料加热温度可使用多种再生料可使用较软的沥青可节省燃料达10%可提高产量15%生产注意事项生产注意事项RAP中水分尽量少(能源、生产率、剥落)RAP应均匀一致（不同层位分别堆放）应有清除超尺寸材料的装置加强试验与评价欢欢 迎迎 交交 流流 谢谢 谢谢！