陕西省延志吴高速公路建设科技创新篇

2013年12月17日 中国公路网


    全长109.846公里的延志吴高速公路(延安至志丹至吴起)是陕西省今年通车项目中里程最长的一个,该线路的建成通车将结束志丹县、吴起县这两个陕西省十强县不通高速公路的历史,同时也为延安开辟一条红色旅游大通途,对完善陕西省高速公路网、优化延安市路网结构,促进区域经济发展,做大做强延安“红色旅游业”,实现白于山区的城乡一体化统筹,增强革命老区自我发展能力,推动陕甘宁革命老区振兴规划变为现实,带动沿线人民群众脱贫致富具有重要的意义。

  延志吴高速公路是陕西省高速公路“2367”路网规划七横中延吴线(延水关~吴起)的重要一段,它位于陕西北部黄土高原丘陵沟壑区,路线起于包茂高速公路延安安塞沿河湾立交处,向西途经安塞县招安镇、王窑乡,志丹县侯市乡、保安镇、顺宁乡、纸坊乡、金丁乡,吴起县薛岔乡,止于吴起县走马台,全长109.846公里。全线按双向四车道高速公路技术标准,设计速度80公里/小时,路基宽度24.5米,全线共有桥梁202座,隧道10座,桥隧比例占建设里程的57.2%。全线设互通式立交6座,分离式立交2座,服务区1处,停车区2处,养护工区2处,监控分中心1处,匝道收费站4处。项目于2008年12月开工。原项目法人为延安市高速公路建设管理局,2011年8月2日移交省交通运输厅,项目法人变更为陕西省交通建设集团公司,建设执行机构为陕西省交通建设集团公司延志吴高速公路建设管理处。

  在建设过程中,延志吴高速公路建设管理处高度重视高速公路建设科技创新,依托实际工程,积极开展科技项目研究工作,大力推广新技术、新材料、新工艺、新设备在工程实践中应用,全面提升项目建设品质。为了各项科研工作的顺利开展,管理处专门成立了以常海洲处长为组长的科技管理工作组,进行科技项目管理工作,确保各项工作扎实开展。

  传统的重力式挡土墙的稳定性主要依靠墙身自重来保证,因而有墙身断面大、圬工量大、占地多、不能充分发挥建筑材料的强度性能,且不易实施施工的机械化和工厂化等缺点。轻型挡土墙无论从经济上,还是从结构上均优于重力式挡土墙。从经济角度考虑,对于同一工程,轻型挡土墙比重力式挡土墙节省投资约20%-30%,墙体越高,节省的就越多,尤其对陕北缺乏石料的地区,其经济效益将会更可观;轻型挡土墙可大大地减少用地面积;对地基承载力的要求较低,且能承受一定的不均匀沉降;其抗震性能明显优于重力式挡土墙;比重力式挡土墙的造型美观,在公路穿越城镇路段,轻型挡土结构更符合城市建设的需要。轻型挡土墙在经济上、结构上更为合理,也更加美观,更有利于推动公路建设事业的发展。

  陕北沟谷地形坡陡沟深,采用标准跨径的山区桥梁,其下部结构往往呈现以下特点:桥墩沿山体高低布设,桥墩台的边坡为高陡坡甚至为高急坡;运营期桥面集中排水容易冲刷桩基附近软弱岩土;水土流失或桩基附近岩土崩塌导致有效桩长不足。通过开展沟谷地形梁桥下部结构安全评估与防护管理对策的研究,对于完善黄土冲沟区域梁桥下部结构安全评价方法,发现运营责任期内的性能退化演变规律,提示潜在的危险,形成防护管理对策,为沟谷地形梁桥下部结构制定优化防护策略,实现梁桥安全性能和管养费用的平衡,确保山区梁桥结构的安全运营具有十分重要的意义。同时研究成果可为量大面广的混凝土梁桥的寿命周期设计与全寿命管养奠定坚实的理论基础,实现寿命周期费用最省,指导沟谷地形梁桥的寿命周期设计,以及服役梁桥的安全评定与防护管理,从而为合理制定混凝土梁桥的设计、检测、评定、维修和加固决策提供科学依据。

  陕北地区夏热冬寒,对于沥青混合料的高温和低温性能要求均很高,目前的纳米改性沥青很难满足该地区路用性能的要求。项目致力于研究能够同时改善改性沥青高温和低温性能的纳米材料以及表面活性剂,系统地对纳米改性沥青的性能进行分析比较,建立夏热冬寒地区纳米改性沥青成套技术。项目研究的夏热冬寒地区纳米改性沥青路面技术的推广使用,将从根本上同时减少夏热冬寒地区车辙和开裂现象。而车辙和开裂是我国沥青路面的两大主要病害,这两大病害的同时消除有助于在很大程度上提高沥青路面的使用寿命,既能减少沥青路面养护和改建成本,还能节省宝贵的资源和减少对于环境的污染,有利于社会的可持续发展。

  当隧道穿越水平层状岩体时,复杂的受力特性使隧道工作者面临着严峻的挑战。确保结构稳定、支护和施工方法有效合理,成为水平层状围岩隧道首要解决的问题。在水平层状围岩隧道的施工中,有两个问题显得尤为突出:一是隧道开挖过程中,由于层状围岩层间粘聚力较小,在爆破的扰动下,开挖后容易在拱部出现较大面积的超挖,影响工期和增加工程造价。二是在层状围岩隧道施工中,开挖后容易在拱肩发生掉块、较大面积坍塌等威胁工程安全的事故。该课题的研究,可以优化支护参数、施工方法,有效防止隧道开挖过程中拱部掉块、坍塌等事故,减少隧道开挖过程中出现的超欠挖问题,这对于保证工程安全、缩短工期和降低工程造价意义重大。课题的研究对于陕北地区、乃至西北地区的层状围岩隧道的设计和施工都具有重要意义。

  沥青路面使用性能具有巨大的优势,随着现代交通的发展,公路超载不断加剧,使得沥青路面存在诸多问题。在构造物之间的短路段采用沥青斜向预应力混凝土复合路面,不仅可以提高短路基、路面的稳定性,解决不均匀沉降这一困扰此类地区的工程技术问题,加强构造物与路基路面的变形协同性,而且可以减少项目前期建设投资和后期养护成本,有效提高道路使用寿命和经济效益。随着国家“十二五”公路规划建设的逐步推进,中西部高速公路建设里程出现大幅增长,但是由于中西部地区地质条件差、地形复杂,造成高速公路沿线桥梁等构造物密集。因此,开展沥青斜向预应力混凝土复合路面研究,不仅可以解决延志吴高速公路构造物之间的短路基路面的稳定性及协同变形等问题,延长路面使用寿命,研究成果可在中西部类似地形的高速公路建设中进行推广,将产生巨大的社会经济效益。

  沥青路面产生病害后,降低了路面服务使用性能,对行车造成了安全威胁。采用高强、耐久的中面层,对于改善沥青路面的长期使用性能是至关重要的。课题通过在材料选择、混合料设计、性能测试和路面结构设计等方面的改善,提高中面层强度,减少上面层厚度,形成高强、耐久、经济的沥青路面。该技术的核心是采用废旧高分子材料,以合理化剂量和适当方法,拌制高粘结性、高粘聚力的改性沥青混合料,用于强化中面层的强度,配合合理的集料级配类型,达到高强度、耐久的目的;上面层采用合理的级配形式,采用高浓度聚合物改性沥青形成薄层磨耗层,达到面层抗磨耗耐久,以及节约优质石料和建设成本的作用;同时采用适当措施增强沥青层之间的粘结及防水作用,提高路面的整体性能,延长期沥青层使用寿命,降低后期的维修养护工作量。

  高速公路通车运营2~3年后,往往会出现不同程度的早期损害。从其破坏程度和危害性来看,沥青路面一般采用半刚性基层,易产生干缩和温缩裂缝,进而反射到沥青面层,早期反射裂缝直接导致的路面结构性破坏大显突出,影响路面的使用寿命。课题提出了在低温条件下,运用温度应力,进行半刚性基层裂缝修补的处治方法,提高路面的使用性能和使用寿命。课题研究路面基层处于最低温度时对裂缝处进行钻孔处理,并注入强度高、粘结性好、有微膨胀性能的材料进行修补,使路面在低温收缩状态下裂缝修补材料能与沥青路面和基层有效结合形成整体,裂缝处结构稳定;当在高温膨胀状态下,裂缝处修补材料与基层材料均产生温度应力使接缝处连接更加紧密,从本质上解决沥青路面基层的反射裂缝问题,从而提高沥青路面的使用性能和耐久性,降低路面周期养护与维修费用。

  此外,管理处积极参与《LED照明控制技术》、《收费广场无缝耐久性路面》等三项新技术推广工作;积极参与《半刚性基层》、《温拌沥青》等四项地方标准的申报工作。

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