項(xiàng)目名稱(chēng)：近海山區(qū)高速公路建設(shè)精益創(chuàng)新集成關(guān)鍵技術(shù)研究及示范應(yīng)用

　　獲獎(jiǎng)等級(jí)：一等獎(jiǎng)

　　溶江特大橋

　　近十年來(lái)，廣東省高速公路迅速發(fā)展，連續(xù)數(shù)年保持全國(guó)首位，截至2018年底，廣東省高速公路通車(chē)總里程已達(dá)8338公里。廣東省地處南海北部，除珠江三角洲平原與潮汕平原外，其余均為山地、丘陵，全省80%的高速公路屬于典型的近海山區(qū)高速公路，高速公路所經(jīng)區(qū)域地形、地質(zhì)及環(huán)境條件復(fù)雜多變，最主要的特性是海洋環(huán)境，富含氯鹽和硫酸鹽等腐蝕離子；地質(zhì)條件復(fù)雜，軟土地基深厚，滑坡等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)；水網(wǎng)密布、地形復(fù)雜，橋隧比例大；環(huán)境保護(hù)要求高，沿線(xiàn)河砂緊缺；地震烈度大。

　　因此，在近海山區(qū)建設(shè)高速公路時(shí)，既有一般高速公路存在的質(zhì)量“通病”，又有近海山區(qū)面臨的特殊工程問(wèn)題，包括重點(diǎn)構(gòu)造物空間受限、軟基路段橋梁樁基超長(zhǎng)、橋隧結(jié)構(gòu)臨海耐久性問(wèn)題突出、施工原材料獲取難度大、橋梁抗震性能亟需得到提升、隧道路面抗滑性能衰減過(guò)快等。

　　廣東省潮州至惠州高速公路（簡(jiǎn)稱(chēng)“潮惠高速公路”）是一條典型的近海山區(qū)高速公路，起點(diǎn)位于潮州市潮安縣古巷鎮(zhèn)，終于惠東縣大嶺鎮(zhèn)。路線(xiàn)所經(jīng)區(qū)域總體處于東南沿海丘陵區(qū)，以山區(qū)、丘陵為主，局部為平原，沿線(xiàn)多處橫切或沿山間河谷分布，主要河流有韓江、榕江。項(xiàng)目區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度，主要構(gòu)造物有榕江特大橋和蓮花山特長(zhǎng)隧道。其中榕江特大橋位于潮惠高速公路榕江河段，其建筑高度受到雙重限制：橋下Ⅲ級(jí)航道，主跨跨度不小于380米；同時(shí)離揭陽(yáng)潮汕機(jī)場(chǎng)較近，受機(jī)場(chǎng)飛機(jī)起降影響，橋梁高度受機(jī)場(chǎng)控高要求的限制。

　　除了榕江特大橋和蓮花山特長(zhǎng)隧道，潮惠高速公路需要重點(diǎn)解決的工程地質(zhì)問(wèn)題有飽和砂土地震液化、軟土固結(jié)產(chǎn)生的樁基負(fù)摩阻，以及橋臺(tái)處軟土引起的不均勻沉降等。砂料是潮惠高速公路最為緊缺的天然筑路材料，路線(xiàn)經(jīng)過(guò)的榕江及其支流等河流砂料極少。

　　基于此，研究針對(duì)廣東省近海山區(qū)典型高速公路長(zhǎng)期存在的質(zhì)量通病問(wèn)題，結(jié)合潮惠高速公路工程特點(diǎn)及技術(shù)難點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)安全、優(yōu)質(zhì)耐久和生態(tài)環(huán)保3個(gè)方面入手，整合國(guó)內(nèi)技術(shù)實(shí)力雄厚、研究經(jīng)驗(yàn)豐富的單位作為課題主要參加單位，采用理論分析、數(shù)值模擬、室內(nèi)外試驗(yàn)和工程驗(yàn)證等手段，開(kāi)展單項(xiàng)優(yōu)化、多項(xiàng)聯(lián)動(dòng)、一體化系統(tǒng)分析研究，以理論研究為基礎(chǔ)、以工程應(yīng)用為導(dǎo)向、以試驗(yàn)驗(yàn)證為標(biāo)準(zhǔn)、以管理體系為抓手；通過(guò)廣泛調(diào)研、對(duì)比分析現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題開(kāi)展研究，從而得出一系列關(guān)鍵技術(shù)研究成果。

　　01

　　開(kāi)發(fā) “高速公路設(shè)計(jì)方案綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)”

　　以京珠（山嶺區(qū)）、開(kāi)陽(yáng)和肇花（平原區(qū)）、粵贛和潮惠（重丘區(qū)）等高公路為研究對(duì)象，項(xiàng)目創(chuàng)建了高速公路設(shè)計(jì)方案綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，包括環(huán)境保護(hù)類(lèi)、交通安全類(lèi)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)類(lèi)等3個(gè)大類(lèi)、11個(gè)子類(lèi)、91個(gè)指標(biāo)（非固化，可因地制宜選擇），提出了各個(gè)指標(biāo)的量化評(píng)價(jià)方法和具體的評(píng)分規(guī)則，可用于單一設(shè)計(jì)方案的綜合評(píng)價(jià)，也可用于多個(gè)設(shè)計(jì)方案的比選評(píng)價(jià)。

　　同樣是以京珠、開(kāi)陽(yáng)、粵贛等高速公路的實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)為依據(jù)，項(xiàng)目建立了交通運(yùn)行特征預(yù)測(cè)、環(huán)境影響評(píng)、駕駛行為影響評(píng)價(jià)、交通事故率和死傷人數(shù)預(yù)測(cè)、路面行駛質(zhì)量預(yù)測(cè)、養(yǎng)護(hù)管理成本等量化模型，在760公里的高速公路上完成了9種代表車(chē)型的油耗試驗(yàn)，重新標(biāo)定了實(shí)際路況條件下油耗計(jì)算模型和車(chē)輛污染物排放量計(jì)算模型，形成了一套完整的高速公路全壽命周期成本的計(jì)算體系和模型體系。

　　02

　　研發(fā)低塔斜拉橋斜拉索集中錨固的鋼箱梁

　　項(xiàng)目結(jié)合低塔斜拉橋結(jié)構(gòu)體系特征，針對(duì)背景工程榕江特大橋受航空和通航限制的建設(shè)特點(diǎn)，研究分析了整體結(jié)構(gòu)體系和局部性能，識(shí)別于低塔斜拉橋自身獨(dú)有的特征并提出了低塔斜拉橋結(jié)構(gòu)體系。由于橋區(qū)地震烈度高，地震動(dòng)峰值加速度達(dá)0.183伽，研究榕江特大橋主橋和典型引橋抗震性能及減震技術(shù)，研發(fā)了由橫橋向C型彈塑性阻尼器、縱橋向黏滯性阻尼器，以及引橋X型板彈簧擋塊組成的減震體系。

　　項(xiàng)目首創(chuàng)了柔性大跨徑低塔斜拉橋結(jié)構(gòu)體系。受航空限高的制約，斜拉橋主塔在外觀(guān)上最直觀(guān)顯著的特征就是高度小，是典型的低塔斜拉橋結(jié)構(gòu)體系，該特征也成為本橋結(jié)構(gòu)區(qū)別于常規(guī)斜拉橋和矮塔斜拉橋的最大特色和難點(diǎn)。索塔高跨比接近于矮塔斜拉橋，但斜拉索承擔(dān)的荷載比例、主梁梁高等關(guān)鍵設(shè)計(jì)特征則與常規(guī)斜拉橋柔性體系類(lèi)似，使得低塔斜拉橋作為斜拉橋一種特殊的形式，有獨(dú)有的受力特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求，抗震要求高，設(shè)計(jì)難度大，為全國(guó)首座柔性大跨徑低塔斜拉橋。

　　項(xiàng)目研發(fā)了低塔斜拉橋索塔集中式錨箱。拉索與主塔的錨固區(qū)的安全至關(guān)重要，也是控制橋塔設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部位，該處結(jié)構(gòu)可靠與否，將直接關(guān)系到整個(gè)大橋的安全。錨固區(qū)處于空間受力狀態(tài)，設(shè)計(jì)計(jì)算一直是難點(diǎn)和重點(diǎn)之一，目前規(guī)范中沒(méi)有針對(duì)錨固區(qū)的受力特點(diǎn)的專(zhuān)門(mén)規(guī)定，榕江特大橋最具特色的構(gòu)造形式就是采用了集中式索塔錨固構(gòu)造。將所有斜拉索都錨固于塔頂?shù)奈恢?，解決了低塔斜拉橋斜拉索利用率低的問(wèn)題。同時(shí)，這種構(gòu)造也有助于減小索塔承受的不平衡水平索力。

　　項(xiàng)目還研發(fā)了適用于低塔斜拉橋的橫橋向C型彈塑性阻尼器、縱橋向黏滯性阻尼器及引橋X型板彈塑性擋塊，構(gòu)建了低塔柔性斜拉橋減震體系。同時(shí)，建立了低塔斜拉橋的空間動(dòng)力計(jì)算模型，在對(duì)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)研究的基礎(chǔ)上，提出橫橋向采用C型彈塑性阻尼器、縱橋向采用液壓阻尼器的減震體系，并采用非線(xiàn)性時(shí)程方法驗(yàn)證所采用的減震體系的減震效果，完成了縮尺比為1/20的大比例尺模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。

　　03

　　提出考慮樁基沉降與上部結(jié)構(gòu)混凝土徐變耦合作用的超靜定橋梁設(shè)計(jì)方法

　　針對(duì)潮惠高速公路沿線(xiàn)局部基巖埋深大且上部存在深厚軟弱土層的高架橋工程地質(zhì)特點(diǎn)，考慮地震設(shè)防要求，項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)灌注樁和后注漿灌注樁，按地層分布埋設(shè)樁身軸力測(cè)試原件，結(jié)合靜載荷試驗(yàn)獲得分層土樁側(cè)摩阻力、樁端阻力及單樁承載力，尤其是單樁極限承載力，建立不同土性、同種土性不同埋深下灌注樁和后注漿灌注樁的豎向承載特性，給出該地區(qū)灌注樁和后注漿灌注樁的分層側(cè)摩阻力、端阻力推薦值，為該地區(qū)工程設(shè)計(jì)提供參考，同時(shí)檢驗(yàn)施工設(shè)備和施工工藝的適用性。

　　04

　　研制適用于近海地區(qū)的高標(biāo)號(hào)機(jī)制砂混凝土

　　通過(guò)對(duì)近海地區(qū)潮惠高速公路途經(jīng)區(qū)域環(huán)境條件和地質(zhì)資料的基礎(chǔ)分析，結(jié)合實(shí)地調(diào)研惠州、揭陽(yáng)地區(qū)在役高速公路混凝土結(jié)構(gòu)裂化現(xiàn)狀，提出了潮惠高速公路典型機(jī)制砂混凝土結(jié)構(gòu)（灌注樁、墩承臺(tái)、梁體）所處環(huán)境作用等級(jí)劃分，確定了其耐久性評(píng)價(jià)指標(biāo)。同時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)對(duì)比研究機(jī)制砂防腐蝕混凝土和天然河砂混凝土的性能（包括工作性能、力學(xué)性能、耐久性能、收縮變形性能和徐變特性）差異，提出了適用于不同結(jié)構(gòu)部位（灌注樁、墩承臺(tái)和梁）的機(jī)制砂防腐蝕混凝土配合比參數(shù)，研制出面向不同結(jié)構(gòu)部位的機(jī)制砂防腐蝕混凝土，研究確定了花崗巖石粉作為礦物摻和料最大摻量，形成了機(jī)制砂防腐蝕混凝土制備技術(shù)體系。

　　05

　　研發(fā)基于斷級(jí)配設(shè)計(jì)的全厚式露石水泥混凝土

　　針對(duì)目前國(guó)內(nèi)公路建設(shè)中露石水泥混凝土路面露石深度不均的現(xiàn)狀，對(duì)影響路面露石均勻的材料選擇開(kāi)展了深入研究，開(kāi)展了露石混凝土粗集料粒徑、混合料級(jí)配對(duì)露石深度、抗滑性能、降噪特性等影響的研究。通過(guò)理論分析露石混凝土路面抗滑、降噪產(chǎn)生的機(jī)理，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)，粗集料最大粒徑分別選26.5毫米、19毫米、16毫米和13.2毫米；以瀝青混合料級(jí)配（特別是斷級(jí)配）作為設(shè)計(jì)級(jí)配基準(zhǔn)，分別選擇第SMA20、SMA13、SMA16、SMA25、AC13、AC16、AC20、AC25等10組級(jí)配，制作不同級(jí)配的露石混凝土試件。在滿(mǎn)足一般混凝土路面技術(shù)規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，測(cè)定經(jīng)露石工藝處理后露石混凝土表面的露石度及表面均勻程度，研發(fā)基于SMA型斷級(jí)配設(shè)計(jì)的露石混凝土。

　　該項(xiàng)目的研究成果在依托工程潮惠高速公路建設(shè)中得到了充分應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高速公路設(shè)計(jì)方案的綜合評(píng)價(jià)，形成了低塔斜拉橋建造、設(shè)計(jì)及管養(yǎng)的全方位技術(shù)，支撐了深厚軟弱土層樁基的設(shè)計(jì)和施工，有效緩解了河砂資源緊缺的問(wèn)題，提升了隧道路面的行車(chē)安全性，提高了近海山區(qū)高速公路工程質(zhì)量和耐久性水平，為解決高速公路質(zhì)量通病問(wèn)題提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，并取得了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。