风积沙路基公路建设关键技术与应用

通过对地区原材和气候条件，国内外资料与实际工程调研、室内与现场试验、理论与数值分析、试验与工程应用相结合等技术手段，通过风积沙路基的应用，S215线“三莎高速公路”节约概算近20亿元，是新疆迄今为止投资规模较大的交通工程之一，为沙漠高速公路建设风积沙路基应用的成功实践，有效地解决沙漠地区路基材料，以及材料运输和工程质量、进度与成本的难题。本系列丛书系统地从风积沙公路路基性能研究，风积沙公路路基设计与施工以及风积沙路基关键技术与应用，把多年来研究、试验和施工的过程中，积累的大量试验数据和资料，缜密研究，把掌握的先进技术与施工经验科学总结，对指导西部地区就地取材公路建设提供全方面的指导，也为丝绸之路经济带建设国家战略连接西部与中亚国家提供可复制可推广重要依据。 

《风积沙路基公路建设关键技术与应用》总结了风积沙路基高速公路建设的关键技术研究情况，主要内容包括南疆地区道路建设环境、风积沙作为高速公路填料的研究、沥青混合料设计方法及指标研究、南疆地产集料与沥青的黏附性研究、土中易溶盐含量快速测定方法研究、Thiopave沥青混合料温拌改性技术、沥青路面施工工艺及施工质量控制研究、南疆地区风积沙路基高速公路实验检测方法等。

过震文，上海市市政规划设计研究院院长，教授级高级工程师，国务院特殊津贴专家，上海市第七批、第八批援疆干部，2013获新疆维吾尔自治区优秀援疆干部称号。长期从事高速公路建设管理，工程建设经验丰富，先后参与世界第二长跨海大桥上海东海大桥；国家重点公路建设规划上海长江大桥、上海长江隧道工程指挥部指挥长；崇启通道项目；S215线高速公路项目上海代建指挥部指挥长，其中“东海大桥工程关键技术与应用”荣获2007年度国家科技进步一等奖。2006和2010年两次获上海市科学技术进步一等奖，2011年获国家科学技术进步二等奖。

第1章南疆地区道路建设调研1
1.1南疆地区路面使用状况调研分析1
1.1.1阿和沙漠公路破损调查1
1.1.2阿和沙漠公路路面破损调查结果与评价3
1.1.3阿和沙漠公路路面结构性能评价3
1.1.4阿和沙漠公路路面行驶质量6
1.1.5阿和沙漠公路路面安全使用性能调查7
1.2南疆地区路用原材料情况调研分析7
1.2.1石料质量控制措施调研分析7
1.2.2沥青质量控制措施调研分析23
1.3高速公路混凝土建设经验31
1.3.1加强水泥质量控制的措施31
1.3.2对混凝土表面气泡问题的研究和对策32
1.3.3关于原材料碱含量问题的对策36
1.3.4关于不同标准对钢筋安装和保护层厚度允许误差的比较分析38
1.4高速公路路面建设经验41
1.4.1封层碎石优化41
1.4.2沥青路面施工接缝处理41
1.4.3金石改性沥青路面泛黄分析与处理措施42
1.4.4桥头路面产生裂缝调查分析与处理措施43
1.4.5无核密度仪快速检测沥青路面压实度44
1.4.6高精度黏结强度拉拔检测仪检测层间和混合料黏结强度45

第2章风积沙作为高速公路路基填料的研究48
2.1风积沙性能研究50
2.1.1矿岩组成50
2.1.2化学成分50
2.1.3颗粒级配50
2.1.4击实特征51
2.1.5承载比52
2.2风积沙路基设计技术53
2.2.1南疆地区自然地理特征53
2.2.2风积沙路基设计方案55
2.3风积沙路基施工技术58
2.3.1施工方案的确定59
2.3.2试验参数及碾压工艺的确定68
2.3.3洒水方式的确定74
2.3.4压实系数的确定75
2.3.5施工区段长度的确定76
2.3.6检测时间的确定77
2.3.7施工总结78
2.4风积沙填筑路基施工作业指导意见78
2.4.1一般规定78
2.4.2施工准备79
2.4.3路基压实标准及填料强度要求80
2.4.4施工工艺及技术要求81

第3章土壤中易溶盐含量测定方法研究85
3.1土壤中易溶盐含量测定研究85
3.1.1研究背景与必要性85
3.1.2研究现状86
3.1.3研究内容89
3.2实验方案89
3.2.1仪器及试剂89
3.2.2检测依据90
3.2.3实验方案91
3.3实验结果与分析92
3.3.1土样浸提液制备过程的影响因素控制92
3.3.2各影响因素对电导率影响力的重要程度分析94
3.3.3分类方法及线性回归模型的建立107
3.4方法可行性验证109
3.4.1实验耗时比对109
3.4.2实验室间比对110
3.4.3方法间精准度比较111

第4章南疆地区沥青混合料设计方法与技术标准研究113
4.1沥青混合料的研究背景和内容113
4.1.1研究背景113
4.1.2研究内容115
4.2不同设计方法下沥青混合料性能对比研究116
4.2.1高温稳定性室内试验研究117
4.2.2低温抗裂性能试验研究118
4.2.3混合料水稳定性能试验研究119
4.2.4力学性能试验研究121
4.3南疆地区沥青混合料设计方法优化研究135
4.3.1Superpave配合比设计现状135
4.3.2设计级配优化研究136
4.3.3室内设计次数优化研究140
4.3.4限制区对Superpave性能的影响145
4.3.5设计空隙率优化研究149
4.3.6粉胶比选择优化研究151
4.4Thiopave沥青混合料温拌改性技术153
4.4.1Thiopave沥青改性机理及性能研究155
4.4.2Thiopave改性沥青混合料温拌特性和降温效果161
4.4.3Thiopave改性沥青混合料性能评价168
4.4.4Thiopave改性沥青混凝土施工工艺188

第5章南疆地产集料与沥青的黏附性试验研究191
5.1沥青混合料抗水损害性能研究概况193
5.1.1水损害机理分析193
5.1.2水敏感性影响因素195
5.1.3不利空隙率范围假设196
5.2沥青混合料水稳定性机理分析197
5.2.1沥青混合料水稳定性影响因素分析197
5.2.2适度老化对混合料水稳定性的改善机理分析202
5.2.3消石灰（生石灰）对沥青混合料水稳定性的改善机理分析203
5.2.4非材料因素分析204
5.3沥青混合料抗水损害性能评价方法的试验研究207
5.3.1试验方法的分类208
5.3.2评价方法的设计理论210
5.3.3国内外主要评价方法的介绍214
5.4抗剥落剂与南疆地区石料配伍性研究216
5.4.1沥青混合料水稳定性方案的比较218
5.4.2针片状颗粒含量对沥青混合料水稳定性的影响220
5.4.3不同添加条件对抗剥落效果的影响221
5.4.4抗剥落剂选择与应用方案确定221

第6章南疆地区沥青路面施工工艺及施工质量控制研究223
6.1沥青混合料离析的原因及防治措施研究224
6.1.1离析的种类224
6.1.2沥青路面离析的测定及判别225
6.1.3离析的防治措施227
6.2沥青路面压实工艺研究229
6.2.1压实的设备类型229
6.2.2影响路面压实的因素231
6.2.3碾压工艺233
6.2.4压实度的检查237
6.3沥青路面质量控制的研究237
6.3.1设备和施工要求237
6.3.2动态质量控制图的应用238
6.3.3沥青路面的优质优价242
6.4S215线三莎高速公路底基层施工工艺及施工质量控制249
6.4.1施工工艺及方法250
6.4.2质量保证措施252
6.4.3安全保证措施252
6.4.4文明施工措施253
6.4.5环境保护措施253
6.5S215线三莎高速公路路面基层施工工艺及施工质量控制253
6.5.1施工准备253
6.5.2施工工艺及方法254
6.5.3质量保证措施257
6.5.4安全保证措施258
6.5.5环境保护措施258
6.6S215线三莎高速公路路面封层、黏层施工工艺及施工质量控制259
6.6.1施工准备259
6.6.2施工方案259
6.6.3质量控制260
6.6.4安全生产及文明施工261
6.6.5环保、水保主要措施262
6.6.6其他事项262
6.7S215线三莎高速公路沥青混凝土面层施工工艺及质量262
6.7.1材料262
6.7.2沥青混合料技术要求266
6.7.3主要工程机械267
6.7.4施工工艺268
6.7.5试验段铺筑271
6.7.6质检项目和频率272
6.7.7施工过程质量控制重点环节274

附录Ⅰ南疆地区高速公路试验检测方法研究279

附录ⅡThiopave改性沥青混凝土试验段铺筑298

参考文献303

　　2013年9月和10月，国家主席习近平在出访中亚和东南亚国家期间，先后提出共建“丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”（以下简称“一带一路”）的重大倡议，得到国际社会的高度关注。总理在参加2013年中国东盟博览会时强调，铺就面向东盟的海上丝绸之路，打造带动腹地发展的战略支点。加快“一带一路”建设，有利于促进沿线各国经济繁荣与区域经济合作，加强不同文明交流互鉴，促进世界和平发展，是一项造福世界各国人民的伟大事业。
　　2015年3月，国家发改委、外交部、商务部经国务院授权发布了《推动共建丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路的愿景与行动》。要求发挥新疆独特的区位优势和向西开放重要窗口作用，深化与中亚、南亚、西亚等国家交流合作，形成丝绸之路经济带上重要的交通枢纽、商贸物流和文化科教中心，打造丝绸之路经济带核心区。提出了基础设施互联互通是“一带一路”建设的优先领域。抓住交通基础设施的关键通道、关键节点和重点工程，优先打通缺失路段，畅通瓶颈路段，配套完善道路安全防护设施和交通管理设施设备，提升道路通达水平。
　　对于新疆而言，通过参与丝绸之路经济带建设，推进一大批交通、能源通道等重大基础设施建设项目，将为新疆区域协调发展带来重大机遇，必将破除新疆区域内经济发展不平衡的难题，实现南北疆协调发展，尤其是带动南疆等少数民族人口集中地区的发展。近年来，新疆投入数百亿元加快国际道路运输通道建设，“十二五”是新疆交通运输发展历史上投资规模、增长速度快、社会效益好、取得成效显著的五年。截至2015年底，全疆公路总里程达到17.6万km，较“十一五”末增加23万km。高速公路通车里程达到4316km，达到了“十一五”末的5.1倍。普通公路技术状况显著改善，自治区县城、兵团团场通二级公路比例由“十一五”末的45%和20%增加到92%和82%，普通国道二级及以上比重达到50%。15个陆路口岸公路全部实现黑色化，新藏公路等重要国边防公路整治全面完成。农村交通条件显著改善，全疆建制村（连）通硬化路率达到88%，较“十一五”末提高了28个百分点。
　　“十三五”期间，新疆交通建设计划投资1800亿元以上，建设总里程4万km，通车总里程达到20万km（含兵团），其中高速公路达到5500km、农村公路达到13万km。
　　综合运输大通道由两种或两种以上运输方式线路组成，承担主要客货运输任务的运输走廊，构成综合交通网的主骨架，是国家“一带一路”战略、全面向西开放的运输大动脉。主要包括以高速公路、国道为主体的干线公路，含客运专线在内的干线铁路，通道内各运输方式功能互补、布局协调，充分体现大运量、高效率、多样性和集约性特征。
　　（1） 丝绸之路经济带北通道。
　　（2） 丝绸之路经济带中通道。
　　（3） 丝绸之路经济带南通道。
　　（4） 中巴经济走廊通道。
　　（5） 沿边开发开放战略通道。
　　新疆地区以及中亚地区多沙漠，公路等基础设施欠发达，阻碍了当地的发展。沿途地质情况复杂，也使得筑造材料运输难度大，一般材料不适应当地环境气候情况等，为解决种种矛盾，如何就地取材，趋利避害，同时又能够经济优质地满足建设要求，就使得风积沙路基的研究尤为必要。
　　新疆深居亚欧大陆腹地，是地球上距海洋远的一块陆地，属于典型的大陆性气候特征，昼夜温差和季节变化很大，夏季短而炎热，高温时可达40℃以上，沥青路面温度可达60℃；冬季长而严寒，低温时可达-20℃以下，同一地方冬夏温差可达50～60℃，昼夜温差达15～20℃。气温变化剧烈，降水稀少，蒸发强烈，气候极为干燥。植被稀疏，人口分布极不均衡，沙漠面积占全国沙漠面积的近60%，境内有40%的土地是不毛之地，42%的荒漠有植被覆盖，但覆盖率很低，北疆地区覆盖率为5%～10%，南疆地区仅为5%左右。该地区特别是沙漠地区的突出特征是地域广阔、人口稀少、交通相对闭塞、经济发展水平较为落后。
　　结合上述特殊的原材和气候条件，通过国内外资料调研与实际工程调研相结合、室内试验与现场试验相结合、理论分析与数值分析相结合、试验与工程应用相结合等技术手段，作者团队以南疆地区S215高速公路项目为依托，开展了以下关键技术研究： ① 风积沙填筑高速公路施工技术；② 砾石土中易溶盐总盐含量测定方法研究；③ 沥青混合料设计方法与技术标准研究；④ 沥青与南疆碎石集料的黏附性试验研究；⑤ Thiopave沥青混合料温拌改性技术；⑥ 南疆地区沥青路面施工工艺及质量控制研究。
　　作为国内高等级公路建设史上首条大量使用风积沙填筑的沙漠高速公路，S215三莎高速公路全线80%线路应用风积沙填筑，途经塔克拉玛干沙漠区、盐渍土等复杂地质，是新疆迄今为止投资规模的交通工程之一，为沙漠高速公路建设风积沙路基应用的成功实践，成为新疆首条达到六通标准的代建公路，工程历时4年，节约概算近20亿元，是上海对口支援新疆工作项目内容，上海派出的代建指挥部带领全线参建单位经受住了建设环境复杂、管理跨度大、施工环境苦、技术难度高等严峻考验，以管理出效益，发挥代建引领作用，体现“上海”管理特色，以高质量完成了各项建设任务，创出了上海品牌。项目团队把研究、试验、施工和检测过程中积累的大量的试验数据和资料，进行了缜密分析研究，把掌握的先进技术与施工经验进行了整理，为丝绸之路经济带建设连接西部与中亚国家提供可复制可推广重要依据。
　　本书即是由这些研究成果整理而成，同时也归纳总结了风积沙路基公路建设过程中料场选择、材料控制、施工机械组合和组织设计等方面的成功经验。书中不当之处，敬请读者批评指正。