1、公路與公路科技發展(2)3-31第一頁，共109頁。一、世界公路發展第二頁，共109頁。1概況1999年 公路總里程：約2000萬公里 高速公路：約20萬公里 第三頁，共109頁。1999年世界前20位國家的公路和高速公路里程國 家總里程/km高速公路/km主干線或國道/km鋪面率，路網密度/km（100km2）-1美國63482278872760862558.865印度33196443450845.7112巴西172492416424793.520中國13516911160515767393.814日本11522076114655674.9305俄羅斯9480004554835.330澳大利

2、亞91300013601720038.713加拿大9019021657112318735.39法國8935001100027500100.0162西班牙663795103172412499.0131意大利654676695746043100.0217德國640735115154132199.1177南非5341312032109411.844土耳其38596017493138834.050波蘭3810462681785565.6122英國371913335848194100.0162印度尼西亞3427002735746.318墨西哥32397762593168729.716巴基斯坦254410

3、33965879.5136阿根廷2154737343840729.48第四頁，共109頁。2發展過程四個階段.19世紀末20世紀30年代普及階段改建與加鋪路面.20世紀3050年代改善階段 著手高速公路與干線公路規劃.20世紀5080年代高等級公路發展階段 基本形成以高速公路為骨架的干線公路網年份 高速公路總里程1960年 3萬公里1970年 7萬公里1980年 11萬公里2000年 20萬公里.20世紀80年代以來綜合發展階段提高通行能力與服務水平 重點解決車流合理導向、運行安全及環境保護等第五頁，共109頁。二、我國公路發展第六頁，共109頁。1發展過程三個階段.50年代初恢復階段.50年

4、代末80年代末大規模建設階段.80年代末以來高等級公路大發展階段第七頁，共109頁。我國高速公路發展一覽表年 份（年）高速公路通車里程（公里）公路通車總里程（萬公里）高速公路所占比例（）1985094.2401986096.2801987098.220198814799.960.151989271101.430.271990522102.830.511991574104.110.551992652105.670.6219931145108.351.0619941603111.781.4319952141115.701.8519963422118.582.8919974771122.643.89

5、19988733127.86.83199911000133.68.23200016000140.311.40200119453143.513.24200225130176.514.2320032980018116.46第八頁，共109頁。高速公路里程已躍居世界第二位。隨著京沈、京滬國道主干線的貫通國道主干線系統進入了聯網建設階段.公路運輸在交通運輸中地位提高.2000年客運量占91.3%，貨運量占77.9%。從1999年至今，公路總里程增長超過10萬公里，公路建設資金投入占年GDP總值近3%。第九頁，共109頁。第十頁，共109頁。2004年部分省、市、自治區交通投資額福建125（其中30億為

6、農村公路）吉林140廣東280（其中225億用于公路建設）遼寧163（其中94.5用于高速公路）云南160北京350廣西130河南270海南120山西125貴州104湖北175新疆130140湖南130寧夏33江西158.5青海40安徽150內蒙古150山東215(其中172億用于公路建設)四川135上海240陜西125浙江373甘肅100江蘇280-300重慶1262004年部分省、市、自治區交通投資額第十一頁，共109頁。 項目省份2001年里程情況2000年里程（年報）2001年增加里程排序情況合計四車道六車道八車道省份里程總計1945317118227065163143139合計194

7、53北京33514319226768山東2077天津305293123050河北1565河北15651230335148085廣東1500山西58642216451868江蘇1384內蒙古151151151四川1133遼寧10697073273510681河南1076吉林38238235428遼寧1069黑龍江416416285131廣西822上海1111119813湖北807江蘇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山東2077197

8、899200671陜西543河南10761076505571云南517湖北80778423569238新疆432湖南585585449136江西421廣東1500996476281186314黑龍江416廣西822684136281210吉林382海南573573601-28福建363重慶340 25684199141重慶340四川11339561771000133北京335貴州31031025852貴州310云南517427905170天津305西藏寧夏240陜西54351033349194內蒙古151甘肅13 13130上海111青海262626青海26寧夏24024083157甘肅13新

9、疆4324266444466-14西藏 全國高速公路基本情況備注：所有里程數均為按路線四舍五入的結果。統計截至期為2001年年底第十二頁，共109頁。我國公路的發展歷程年份總里程(萬km)高速公路(km)一級公路(km)二級專用(km)二級公路(萬km)三級公路(萬km)四級公路(萬km)等外公路(萬km)1985年94.24042202.1212.8245.6333.61986年96.28074802.3813.6847.6432.511987年98.2201 34102.8014.8449.1231.391988年99.961471 67303.2915.9450.3130.281989年

10、101.432712 1016833.7416.4351.1129.841990年102.835222 61711994.217.0052.5028.701991年104.115742 89714594.6317.8053.5427.651992年105.676523 93520865.2718.4954.2426.981993年108.351 1455 20227506.0619.3655.9526.131994年111.781 6036 33428406.9520.0758.0325.641995年115.702 1419 58035648.1320.2860.6824.621996年11

11、8.583 42211 77941309.2921.6761.9323.771997年122.644 77114 637492810.6623.0863.5722.891998年127.808 73315 277并人二級12.5225.7966.2020.921999年135.2011 60517 71614.0026.9171.8419.502000年140.2716 13420 08815.2627.6775.0318.672002年176.5251302746819.7131.5181.8038.22第十三頁，共109頁。2問題與差距 （1）公路密度低 （2）結構性矛盾突出 大通道尚未形

12、成農村公路交通落后西部地區路網密度只有全國平均水平的56% （3）技術水平低三級以下公路占86%，其中等外公路占13%中級以下路面占58%，其中低級以下占1/3第十四頁，共109頁。3發展戰略目標以市場為導向、以可持續發展為前提，建立客運快速化和貨運物流化的智能型綜合交通運輸體系。到2010年五縱七橫國道主干線系統全面建成，西部公路建設取得突破性進展，實現兩個明顯改善。到2020年，國家重要公路干線網絡建成相當規模，公路運輸與國民經濟發展基本相適應。到2040年，建成暢通、安全、便捷、高效的智能型公路運輸系統、基本實現現代化。第十五頁，共109頁。“五縱七橫”統計表名 稱里程(km)名 稱里程

13、(km)“五縱”約15590“七橫”約203001同江三亞約57001綏芬河-滿洲里約12802北京福州約25402丹東拉薩約45903北京珠海約23103青島銀川約16104二連浩特河口約36104連云港霍爾果斯約39805重慶湛江約14305上海成都約27706上海瑞麗約40907衡陽昆明約1980第十六頁，共109頁。我國公路交通發展的長遠計劃，預計到2020年達到美國2001年的水平（2.76公里/百輛汽車）。若2020年我國汽車保有量達1.1億輛，則我國公路總里程應為304公里左右，需新增130萬公里，每年新增約7萬公里。第十七頁，共109頁。交通部對“十五”計劃的主要目標進行調整：

14、公路總里程 195萬公里新增里程 28萬公里（原15萬公里）年均增長 5.6萬公里高速公路達 3.5萬公里（原2.5萬公里）路網密度 20.3公里/百平方公里（原16.1）第十八頁，共109頁。2004年目標公路總里程 188萬公里新增公路里程 7萬公里高速公路 3.3萬公里第十九頁，共109頁。2004年重點解決：繼續組織實施通暢工程和通達公程；加大對國家商品糧基地地區公路基礎設施建設；加強海港碼頭、河流渡口、渡船的建設與改造；落實耕地保護制度，改建和完善農村公路的綠化；在國省干線公路實施以“消除隱患、關愛生命”為主體的公路交通安全保障工程。第二十頁，共109頁。三、我國公路科技發展第二十一

15、頁，共109頁。1近年來的科技成果高速公路建設成套技術深基礎大跨徑橋梁和長大隧道建設技術水泥混凝土路面滑模施工技術公路養護管理系統舊橋加固成套技術數字攝影測量技術集裝箱運輸電子信息傳輸技術全球衛星定位遙感技術高速公路智能化技術第二十二頁，共109頁。 2公路科技進步與創新 （1）把握世紀公路科技發展趨勢和關鍵技術 以智能運輸系統（ITS）技術的研究開發為標志。其根本目標是以最少的資源消耗，為社會提供最全面的服務，最大限度地滿足經濟社會發展和人類生活對運輸的需求。發展趨勢 智能交通運輸系統和環保技術交通運輸安全技術開發新材料、新技術第二十三頁，共109頁。關鍵技術 全球衛星定位系統（GPS）技術

16、在測量中的應用地理信息系統（GIS）技術計算機輔助設計（CAD）道路檢測技術的自動化和無破損檢測技術智能運輸系統技術（ITS）第二十四頁，共109頁。 （2）公路科技發展的重點領域和技術新材料、新工藝的推廣應用，提高公路建設的效率和質量。如：高性能水泥混凝土、瀝青混合料的改性與物理加強技術，路面設計體系，路面混合料設計規范等。快速、無損檢測設備的開發研制與應用，保證工程施工質量、提高運營管理水平。如：落錘式彎沉儀（FWD）的開發應用，地質雷達測定路面厚度。第二十五頁，共109頁。以GIS-T和3D-CAD的開發應用為突破，全面提高計算機應用水平，促進公路勘測設計和管理自動化。地理信息系統（GI

17、S-T）具有強大的分析和數據管理功能。計算機輔助設計（CAD）將由二維的平面設計提高到三維立體設計（3D-CAD），并與全球定位系統（GPS）三維測量技術、航測技術和遙感地質判讀技術集成。高度重視公路環保技術防止對景觀、自然和社會環境的破壞；降低車輛行駛引發的噪聲、廢氣和電磁污染；借助GIS系統進行公路環境評價與綠色設計，邊坡和生物穩定技術，廢舊材料的綜合利用技術。第二十六頁，共109頁。ITS（智能運輸系統）（Intelligent Traffic System）引入我國高等級公路管理，提高交通管理控制水平。ITS是高新技術的集成，具有誘人的前景，但也具有很高的風險和挑戰性，應采取積極穩妥的

18、態度。山區高等級公路建設技術。第二十七頁，共109頁。3橋梁建設水平與技術發展方向 （1）我國橋梁建設水平已躋身于世界先進行列 斜拉橋 南京長江二橋鋼箱梁斜拉橋，主跨628米，名列世界第三位。福建青州閩江結合梁斜拉橋，主跨605米，名列世界第五位。正籌劃建設的香港昴船州大橋、江蘇蘇通大橋，主跨均達1000米以上。第二十八頁，共109頁。懸索橋已建的西陵長江大橋，主跨900米；廣東虎門大橋，主跨888米；宜昌長江大橋，主跨960米；江陰長江大橋，主跨1385米，名列世界第四位。在建的潤揚長江大橋，主跨1490米，位居世界第三位。規劃建設的青島海灣大橋，主跨1652米，位居世界第二位；瓊州海峽大橋

19、，主跨1600米。第二十九頁，共109頁。連續剛構橋虎門大橋副航道橋，主跨270米，列居世界第四位；瀘州長江二橋，主跨252米，名列世界第七位。第三十頁，共109頁。拱橋山西新丹河大橋，跨徑146米，是世界最大跨度的石拱橋。跨徑大于300米的混凝土拱橋世界上僅有5座，中國占3座，其中重慶萬縣長江大橋，主跨420米，為世界最大跨度和規模的混凝土拱橋。廣東丫髻沙珠江大橋，主跨360米中承式鋼管混凝土拱橋，為世界第一鋼管混凝土拱橋。在建的巫山長江大橋，主跨460米，這將又是一座創世界紀錄的鋼管混凝土拱橋。在建的上海蘆浦大橋，為主跨550米中承式鋼箱拱橋，建成后比世界第一的美國新河橋還長31.8米，將

20、奪冠世界第一鋼拱橋。第三十一頁，共109頁。 （2）橋梁技術發展方向進一步提高跨越海峽海口、大江大河、具有深水基礎的特大跨徑橋梁的技術水平。大跨度橋梁向更長、更大、更柔方向發展；新材料開發應用； 高強、高彈模、輕質：如超高強硅煙和聚合物混凝土，高強雙向鋼絲鋼纖維增強混凝土等。第三十二頁，共109頁。新技術應用運用CAD技術進行有效的快捷優化和仿真分析；利用GPS和遙控技術控制橋梁施工；大型深水基礎工程（100300米）；橋梁自動監測和管理系統；橋梁美學及環境保護。第三十三頁，共109頁。第三十四頁，共109頁。第三十五頁，共109頁。第三十六頁，共109頁。第三十七頁，共109頁。第三十八頁，

21、共109頁。第三十九頁，共109頁。四、我國ITS的發展第四十頁，共109頁。1概況ITS是把先進的檢測、通訊及計算機技術綜合應用于汽車和公路所形成的道路交通運輸系統。ITS包括：（1）先進的交通信息系統（ATIS）；（2）先進的交通管理系統（ATMS）；（3）先進的車輛系統（AVCS）；（4）先進的公共交通系統（APTS）；（5）商用車輛運營系統（CVOS）。美、日、歐經20多年的發展，已形成三大體系。我國90年代引入智能運輸概念“九五”期間進行戰略研究起步階段第四十一頁，共109頁。 2意義是公路運輸發展的必然選擇是信息社會對運輸提出的必然要求是現代化運輸的發展方向是實現我國建立智能型綜合

22、運輸體系的內在需求是一項重要的戰略任務第四十二頁，共109頁。3戰略目標第一階段2010年提高智能化的運營和管理水平重點發展集中信息服務、專用短程通訊和標準規范等第二階段 2010年始20年左右的時間在較完善的高等級公路網的基礎上，以信息技術為基礎，以通訊電子技術為手段，集成其他高新技術，有效地運用于整個公路運輸管理系統，基本達到智能型綜合交通運輸系統長期發展戰略目標的需求。第三階段 到2040年左右全面建成公路運輸系統，實現公路運輸的智能化、現代化。第四十三頁，共109頁。4“十五”期間ITS建設重點國道主干線電子收費系統示范工程。重點研究開發收費系統技術標準高速公路以處理緊急事件為重點的管

23、理系統重點建設監控和通訊系統現代運輸體系和物流體系的開發和示范工程。重點開發貨運管理系統城市間客運快速管理和信息服務系統。重點建設城市間客運快捷、安全、便捷、高效的運輸服務網絡、實現聯網售票、提供出行信息服務。第四十四頁，共109頁。五、美國戰略公路研究計劃（SHRP）簡介第四十五頁，共109頁。 1概況為期5年，耗資1.5億美元是公路研究史上最大的研究計劃之一。第四十六頁，共109頁。 2立項 根據美國國家科委（NRC）1983年為美國聯邦公路局（FHWA）提出的一項特別研究報告“美國公路：加速尋求新技術”而制定的。報告指出：美國公路部門的研究費用比其他工業部門少，公路研究只能解決一些局部問

24、題，忽視了能產生巨大經濟效益的重大關鍵技術。第四十七頁，共109頁。1984年AASHTO開始向美國國會游說支持SHRP，并在FHWA的資助下用兩年時間在瀝青、路面長期性能、公路營運和混凝土結構等4個研究課題制訂了詳細的研究計劃，于1986年5月提出SHRP最終研究計劃報告。1987年4月美國國會通過SHRP計劃開始執行。SHRP計劃于1993年3月結束，其中路面長期性能項目還將繼續15年，由FHWA新成立的一個機構負責組織管理。第四十八頁，共109頁。3.SHRP 瀝青規范第四十九頁，共109頁。背 景針入度不能反映瀝青的高、低溫特性，即同一標號的瀝青，高低溫性能不盡相同第五十頁，共109頁

25、。試 驗 設 備第五十一頁，共109頁。Supepave 結合料試驗設備第五十二頁，共109頁。旋轉薄膜烘箱（RTFO)短期（施工過程）老化163 15r/min空氣流4000ml/min，85min第五十三頁，共109頁。壓力老化箱（PAV）第五十四頁，共109頁。長期（使用期）老化20h，高壓，高溫2070KPa90、100或110（視標號定）逐漸釋放壓力810min然后163再烘30min以除去氣泡第五十五頁，共109頁。動力剪切流變儀(DSR）第五十六頁，共109頁。評價高溫及疲勞性能（中等溫度）高溫性能 初始結合料 RTFO老化后結合料疲勞性能 PAV老化后結合料第五十七頁，共109

26、頁。10弧度/sec擺動（往復旋轉)第五十八頁，共109頁。粘彈性材料應力-應變響應第五十九頁，共109頁。粘彈性狀第六十頁，共109頁。G*-復數剪切模量重復剪應力脈沖時對其總變形抗力的量測第六十一頁，共109頁。可恢復（彈性）與不可恢復變形的相對數值指標，即的相位差。=90，G*不具有彈性成分；=0，G*不具有粘性成分；=090，粘彈性。-相位角第六十二頁，共109頁。試板半徑及試樣厚度h初始、RTFO瀝青=12.5mm,h=1mm,PAV瀝青=4mm, h=2mm, 10個調節循環，10個循環試驗第六十三頁，共109頁。永久變形指標疲勞開裂指標越大越好越小越好第六十四頁，共109頁。旋轉

27、粘度儀（RV） 布魯克菲爾德粘度計第六十五頁，共109頁。 施工和易性的指標 瀝青811g， 135 20r/min測定在確定的溫度和旋轉速度時所需的扭矩，用Pa.s表示第六十六頁，共109頁。用粘度-溫度曲線確定施工溫度拌和 0.170.02 Pa.s碾壓 0.280.03 Pa.s第六十七頁，共109頁。彎曲梁流變儀（BBR）第六十八頁，共109頁。評價瀝青的低溫性能勁度性狀量測恒定荷載，恒定溫度下瀝青的變形或蠕變試驗用PAV老化后瀝青蠕變荷載模擬溫度應力（降溫過程）980mN，240sec第六十九頁，共109頁。計算蠕變模量S（t）和蠕變速率（m）式中：P荷載，N； L梁支承間距，L=1

28、02mm,； b梁寬，b=12.5mm； h梁高，h=6.25mm； 橈度，mm； t加載時間，sec； Superpave規定 t=60S.第七十頁，共109頁。mS(t)隨時間的變化率即lg S(t)lg(t)曲線，t=60s處曲線的斜率第七十一頁，共109頁。直接拉力試驗儀（DTT）第七十二頁，共109頁。評定瀝青的低溫性能當彎曲梁流變試驗結果不滿足要求時使用PAV老化后的瀝青，拉伸速率1mm/min測量瀝青在確定溫度下的伸長率式中：伸長量，mm； 有效標距長度，27mm；第七十三頁，共109頁。室內試驗與使用性能的關系第七十四頁，共109頁。瀝青規范第七十五頁，共109頁。特點所有性能

29、級（PG）所要求的物理性能保持不變，但必須達到這些性能的溫度不同。第七十六頁，共109頁。技術指標與標準安全性閃點，230施工和易性135粘度，3Pa.s永久變形初始瀝青G*/sin1KPa RTFO瀝青G*/sin2.2KPa老化- PTFO 質量損失1%。疲勞開裂-PTFOPAV老化后瀝青 G*sin5000KPa低溫開裂-RTFOPAV老化后瀝青 蠕變模量 S(60s.)300Mpa 蠕變速率 m0.3 第七十七頁，共109頁。瀝青性能分級PG 52 -34性能分級七天平均最高路面設計溫度最低路面設計溫度第七十八頁，共109頁。表達PG Th-Tl其中：Th根據一年中最熱7天平均最高氣溫

30、計算所得路表下20mm處的溫度； Tl根據一年中一天最低氣溫計算所得路表溫度。第七十九頁，共109頁。考慮保證率，統計20年氣象資料 美國Th4682（每6一級） Tl-10-46（每6一級）Superpave結合料等級高溫級（） 低溫級（）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第八

31、十頁，共109頁。當ESAL=（13）107時 （18000磅） 提高一個等級當ESAL3107時 可考慮再提高一個等級對慢速移動設計荷載，提高一個等級對停駐的設計荷載，提高二個等級對于高溫第八十一頁，共109頁。性能分級瀝青結合料規范第八十二頁，共109頁。第八十三頁，共109頁。第八十四頁，共109頁。路面溫度可根據氣溫應用 Superpave TM軟件程序中等規則進行估算或可由規定機構提供或遵循PPX列出的方法。如供方保證瀝青結合料在滿足所有應用安全標準的溫度下適宜泵送和拌和，經規定機構認可，這項要求可以放棄。對于未改性瀝青產品質量控制，初始瀝青的粘度測試可以代替 G/ *Sin&的動力

32、剪切測試，在試驗溫度瀝青為牛頓液體。任何測試粘度的標準方法均可采用，包括毛細管或旋轉粘度計(AASHTO T201 或 T202)。PAV老化溫度以模擬氣候條件為基礎，為三種溫度中等一種： 90oC, 100oC 和 110oC, 對PG64和以上的情況PAV溫度為100oC,沙漠氣候為110oC 。物理硬化：按照TP1，13.1節進行一組瀝青梁TP1試驗，只是在高于最小性能溫度10oC時將調節時間延長到24小時+或-10分鐘。報告24小時勁度和m值僅供參考。如蠕變勁度低于300MPa,則不需進行直接拉力試驗，如蠕變勁度介于300至600MPa之間，則直接拉力破壞應變要求可以代替蠕變勁度要求，

33、在兩種情況下m值要求都必須滿足。表注:第八十五頁，共109頁。六、瀝青路面再生 Recycling Asphalt Pavement (RAP)第八十六頁，共109頁。目的節約能源降低成本減少環境污染第八十七頁，共109頁。分類 再生冷混合料 一般用乳化瀝青或再生劑 用于低等級道路罩面或上鋪封層 再生熱混合料 用于中、重交通罩面 用粘稠瀝青或外加再生劑第八十八頁，共109頁。再生的選擇有嚴重車轍或裂縫的路面需罩面或改建的工程原路面集料符合要求（破裂面、細料含量、磨光程度）原路面瀝青便于再生（含膠乳、膠粉、硫、塑料、碳黑等外加劑均不利于再生）第八十九頁，共109頁。再生瀝青路面設計第九十頁，共109頁。目標能生產出具有新混合料同樣性能的瀝青混合料新老瀝青結合料，必要時加再生劑第九十一頁，共109頁。設計步驟： 原路面取樣試驗 確定摻配比例 確定新瀝青結合料及再生劑數量 確定新