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高原山区高速公路建设支撑技术
发布:admin 发布时间:2016-06-29 浏览次数:3308


 

一、立项背景

    云贵高原是我国四大高原之一,是通往东南亚、南亚的重要陆路通道,战略位置十分重要(图1.1),也是老、少、边、穷地区,社会经济发展滞后。

    该地区地形地质条件极其复杂(图1.2),地形高差起伏大,山高谷深,横坡陡峻,构造发育,岩石十分破碎,软岩分布广,自然灾害严重;气候多变,立体气候明显(图1.3),干湿季节分明,日温差大;广泛分布的碳酸盐岩和红层软岩地区土壤贫瘠,水土流失严重,生态环境十分脆弱(图1.4)。

 

 

 

图1.1战略位置十分重要

      

(a)地形复杂                           (b)自然灾害严重

图1.2 地形地质条件极其复杂

            

(a)“寒带”丽江(玉龙雪山)      (b)“温带”昆明         (c)“热带”西双版纳

 图1.3 立体气候明显

          

(a)碳酸盐岩地区土壤贫瘠               (b)水土流失严重

    在如此恶劣的高原环境下修建高速公路必然面临四大技术难题:

    (一)路基工程量大,一般支挡结构难以满足要求,易产生边坡地质灾害(图1.5);

   

图1.5 滑坡地质灾害

(二)路面低温开裂、高温车辙,水损害严重(图1.6);

         

a)路面车辙            (b)路面开裂         (c)水损害、翻浆冒泥

图1.6 路面破坏严重

    (三)半填半挖路基工程量大,斜坡路基易失稳和不均匀变形(图1.7);

     

图1.7 斜坡路基失稳           图1.8 红色酸性土壤边坡生态恢复困难

(四)公路路域生态易恶化,水土易流失(图1.8)。

    上世纪90年代,随着高原山区公路建设等级的提高及向纵深的不断推进,上述四大问题日益突出,严重制约了高原山区高速公路的建设(图1.9),时刻威胁公路的运营安全和畅通(图1.10)。

图1.9 高速公路建设难度加大   

图1.10 运营安全受到威胁

二、研究目的

    高原山区地形地质极其复杂,立体气候异常突出,生态环境十分脆弱,地质灾害全国之最。在如此恶劣的高原环境下修建高速公路面临传统支挡技术落后、高品质路面材料匮乏、路基变形破坏严重、路域生态修复困难等技术难题。自1995年以来,交通部先后组织开展了2项重点联合攻关科技计划、3项西部交通建设科技项目,云南省组织开展了3项科技攻关项目的研究。项目依托云南12年来的高速公路建设,通过省内外120多名科技人员的联合攻关,研发了3种支挡加固结构、1种新型沥青改性剂、1种绿化基材和2种植生工法,创建了3套评价与分析方法体系,突破了高原山区高速公路建设的关键技术瓶颈。

三、主要研究内容

    项目主要进行了以下4方面的研究:

    (一)路基支挡结构与加固创新技术

    首创小截面、大高度预应力锚索桩板墙,实现了轻型化;开发新型锚定板挡墙;创新高陡度预应力锚索框架;基于9个实体工程约20万试验实测数据,创新三种支挡加固结构设计理论和方法;为高原复杂环境下的公路建设提供了先进的支挡与加固技术;

            

    (二)系列硅藻土沥青改性剂及其改性沥青路面施工技术

    发明以储量丰富的硅藻土为原料的沥青改性剂及其焙烧提纯制备方法和工艺,成本较常用SBS改性剂降低60%以上;开发满足日温差大、强紫外线等不同条件要求的系列产品及沥青路面施工控制技术;

 

(三)高原山区公路路基稳定性评价与不协调变形控制方法体系

    建立的评价方法实现安全系数与强度参数的协调一致,有效提高陡斜地形、沟谷软基等条件下路基稳定性评价的准确度和可靠性;揭示山区公路填-挖交界、新-老路基结合情况下特有的路面损坏模式,构建路基不协调变形控制指标与方法体系,突破基于总沉降控制进行路基设计的传统;

    (四)公路路域生态恢复新技术

    提出以路用乡土植物筛选方法、不同区域和立地条件典型植物配置模式、建植管养技术为核心的路域生态恢复技术体系;以云南地材为基础,开发一种绿化基材以及植生袋和生态种植毯2种植生工法,解决酸性土壤和岩石边坡的路域生态恢复难题,形成思小高速公路等具有重大影响的示范工程。

    

四、取得的主要成果

    该项目已获得国家专利6项,计算机软件著作权2项,主编技术指南3部,出版专著3部,发表论文45篇,培养了一批科技人才,推动了行业和区域科技进步与发展。总体技术指标达到国际先进水平,部分达到国际领先水平。

    该项目研究成果实用性强,不仅全面支撑了云南省11条高速公路的建设,而且在全国其他6个省区得到推广应用,取得了重大的经济、社会和环境效益,国防意义重大,应用前景广阔。成果获云南省科技进步一等奖和中国公路学会科学技术一等奖,国家科学技术进步奖二等奖。

  

五、社会经济效益

    项目成果被建设、设计、管理等单位广泛采用,在云南省及其他省山区高速公路、低等级公路、铁路建设与养护中得到了推广应用。

    (一)成果全面支撑云南省元磨、思小、水麻等11条、总里程2500km高速公路的建设,主要解决了高原山区高速公路新型路基支挡结构与加固、高原山区路基稳定性评价与不协调变形控制、公路路域环境生态恢复的技术难题,取得了直接经济效益超过11.95亿元,社会、环境和国防效益巨大。在项目研究成果支撑下,云南高速公路总里程已居西部省区之首,昆玉高速获2002年中国建筑工程鲁班奖,玉元高速获2003年国家优质工程奖。在过去10年的时间里,先后在香格里拉等15个总段的新建沥青路面和大、中、小修工程中应用硅藻土改性沥青路面技术,近三年来取得了直接经济效益15481万元。

    (二)项目成果成功地解决了我国唯一一条国家AA级旅游景区(热带雨林)思小高速公路高路堤支挡、高边坡加固及动植物保护的关键技术,创建了生态示范路工程,得到了社会各界的高度评价。

    (三)成果已在贵州、四川、广西、重庆、陕西、广东6省区、至少21条高速公路建设中得到推广应用,极大地推动了我国山区高速公路建设的发展,取得了直接经济效益超过12.62亿元,并被列为交通部重点推广计划。

    (四)项目成果在铁路系统,如西安铁路局,得到了成功应用,极大地促进了铁路建设的发展。

    (五)成果纳入《公路路基设计规范》,编制的《硅藻土改性沥青路面设计施工指南》、《高路堤轻型支挡结构设计与施工指南》和《高陡度预应力锚索框架设计与施工指南》,填补了相关标准的空白,为高原山区公路建设和环境保护提供了较为全面的技术支撑。

    (六)项目开发的“高轻型支挡结构设计计算软件系统”,已在山区支挡结构的设计中得到了推广应用,研制的“边坡病害治理工程监控评价管理系统”已得到成功应用。

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