“它把高速路的‘一生’压缩给你看”

          近日，国家2016年科学技术奖获奖项目正在公示中，其中，我校交通学院凌建明教授为第一完成人的“滨海地区粉细砂路基修筑与长期性能保障技术”在科学技术进步二等奖名单中。“它就是我们学院加速加载试验系统结出的果实”，机场与道路工程系系主任赵鸿铎教授告诉记者，这台神器能够把道路机场的“一生”压缩在很短的时间内展现给你看。

加速加载试验现场

加载加速器有何神功？

　　众所周知，道路和人一样也有疲劳感。道路的疲劳感表现为塌陷、开裂、破损等现象，这是我们肉眼能看到的；还有路基损坏、桥隧构造疲劳等等都是难以被发现的状况，而这往往都会引发灾难性的后果。有什么办法能够预见这种情况的发生？
          最近，记者到我校嘉定校区交通学院参观，就发现一台这样的机器，它的大名叫“机场与道路加载加速系统”。说是系统，其实就是一台重型卡车一样的橘红色车辆，不过它是一台浑身装备有无数的仪表、线路、机关的车，它还有一个更专业的名字：足尺加速加载设备，专业上又称作MLS66（MobileLoadSimu-lator66）。看到这个名字你就知道了，它不是缩微的实验仪器，而是按照真实的道路环境展开加速加载试验的仪器。“最近，我们为赤道几内亚的一条公路做试验，已经从该国运来了好几个集装箱的材料，包括当地的土壤、修路的建材等等。接下来，我们将按照四五种路的结构足尺修筑，预设仪器、埋设线路，准备下半年开始做试验。”该学院丛林教授告诉记者。
          眼前，橘红色的大家伙大约两人高，长度让人看歪了脖子。还是来看数据吧，它是一个长15（米）×宽2.87（米）×高3.5（3.8米）的魁梧“重卡”，自重45吨。前后的两组轮子，是支撑自身重量的；通体橘红的外表里，装的都是实验仪器：看解剖图后我们发现，6组轮架每组都连接一对直径25厘米的钢轮（外轮胎大小如卡车轮胎），试验时在预设路面上来回跑；大家伙里面还装有水泵、冷却器和风扇，这是用来制作冷却循环水给机器冷却降温的；还有加热系统，这样冬天做夏天的路面环境也不在话下了；不仅如此，设备上还配有监控测量车辙的断面仪，还有配套的地震波模量检测仪，“有了这些仪器，道路情况就尽在掌握之中了。”丛林告诉记者。

这些年它都做了什么？

　　路面加载加速器小试牛刀的几个工程中，宝钱公路的大修是教授们印象颇深的案例。宝钱公路从宝山区直通嘉定上海省界，全程约25公里，是一条修建较早的高等级公路，大修就得先为公路“查体”。“可持续发展的理念要求我们必须牢牢记住可循环的原则”，该学院的刘黎萍教授说，作为沥青路面项目，这条路在使用数十年后，主路状况怎样，路肩情形如何，它们的寿命是否已经到期，哪些材料还能用？“这些都需要加载加速器给出科学的答案。”
          “我们把设备拉到了现场，采获路面上的材料”，刘黎萍介绍，我们在大修工程二期三标段的南侧机动车道上选取了四个试验位置，考察不同工况路面在高温下的变形行为，一组旧路，三组铣刨加罩的路面。“当时正值隆冬，但要试验的路面却是高温下的变化”，刘黎萍说，试验温度要天天保持在60℃，好在我们的设备自带温度控制装置，做起三组铣刨加罩路面状况效果不错。她解释，三组试验分别对应未开振动压实、开振动压实、正常规模施工三种工况，效果不错，根据试验结果，刘黎萍建议：“道路修筑时，一定要压得密实；高温条件下的旧路变形相对较小；新修道路最初一两年扛过去了，后面就皮实了。”
          稍早前，设备还做了沪嘉高速常温下的疲劳损伤性能试验。沪嘉高速也是一条在役高速，加载加速试验设计了四种不同的加载工况，共包括25万次、50万次、75万次和100万次加载区域。“MLS66最大加载速度为6000次/小时，每天运行约13小时”，什么概念？“相当于用60天左右的时间走完沪嘉高速的一生。”
          实验结果让所有人都很满意，大家都没想到，原来只能预估的公路寿命现在可以用仪器加载加速后准确给出了。丛林坦言，博士毕业我就受命扑到这台加速加载器的立项、设计、建设中，十余年的时间让同济交通加速加载进入到世界同行的前列，当然值得。
          据了解，美国、欧洲、南非等纷纷采用加速加载实验系统开展道路试验，而我国到2020年将建成高速公路16.9万公里、高速铁路3.8万公里、民用机场500个以上，从而基本形成国家高速运输系统。巨大的市场需求让这类设备成为急需的利器，正是在这一形势之下，我校在985二期建设中将其列入建设清单。经过7年的建设，终于建成了道路与交通工程科技创新平台，平台也被列入交通部重点实验室名单，现在国际合作的步伐也在不断加快，“中国的市场广阔，我们的舞台很大。”丛林说，现在，美国、德国、法国等纷纷与我们展开合作。

重大工程显神威

          要想干得好，必须起得早，加载加速器的早早建成印证了这句老话的正确。
          港珠澳大桥是当今世界的超级工程。大桥主体工程包含15.8千米深水区桥梁、三座通航斜拉桥桥梁，其钢箱梁跨度从85米至110米不等，桥面铺装面积约50万平方米，如何保证路面沥青使用寿命15年？“大家可能知道，港珠澳大桥的钢箱梁、连续梁采用的都是工厂化施工，因为伶仃洋一年中的好天气不多，为了保证施工进度和桥梁质量，桥面铺装的沥青也采用了工厂化施工工艺”，袁捷教授说，我们把设备拉到中山。工程人员按照大桥工况，模拟桥梁荷载最不利的位置情形，选取长度8米的一段钢梁，按照真实状况铺装沥青，底层4厘米、顶层3厘米，然后开始试验。
          当地时间6月，温度只有28度左右，但模拟的是桥面温度60度的工况，怎么办？仪器自带的箱体加温设备轻松就将温度升到所需水平。于是，温度60度、路面压力5吨左右，轮胎碾压五千次、一万次、两万次、三万次、五万次，车辙反复碾过，路面平整度如何，有裂纹没？“大桥所用沥青及施工工艺得当，效果很不错。”袁捷告诉记者，接下来的加速加载疲劳试验，200万次加速加载试验表明，桥面没有裂缝产生。也就是说，港珠澳大桥在4800万次车辆通过后，桥面依然没有裂缝，什么概念？沪宁高速春节高峰时段每天也就10万辆次。
          用细沙修路，您听说过没有？“如果没有加速加载器，谁也不敢尝试。”交通学院钱劲松教授告诉记者。沙子细小、松软，遇水容易变形，你试过走在细沙中的感觉不？一脚进去，软软地你就使不上劲。崇启通道是一条生态道路，其中上海段30余公里用的就是细沙铺的。土地越来越珍贵，土是不能用了，但长江疏浚挖出大量的细沙，能不能用？凌建明课题组开始尝试。
          “用细沙筑路，关键是要解决车压、充水等变形问题”，钱劲松说，细砂及下层软基会不会过量变形，能否满足长期重载交通需要，常规的路面结构是否适应细沙路基结构特点？我们把MLS66加载加速车运到现场，在修好的两段足尺路上（用真实环境中的实际应用材料），跑了约两千万次，水渗、车辙试验一一模拟到位，实验证明崇启通道的设计使用周期没有问题。“并且，沙和土不一样，水在土里容易往上走，水在沙里上到一定位置就不再往上了，因此，我们建议指挥部将路基降80公分。”钱劲松告诉记者，这样一来全路节约的土地资源、建设成本就非常可观了。单建设资金一公里节约就在一千万以上，30公里就是三四个亿。
          崇启通道已经运行5年多了，至今情况良好，钱劲松说，我们的试验全面揭示了滨海粉细砂路基的结构行为及长期性能演变规律，系统建立了滨海粉细砂路基填料的性能方程，为粉细砂填料的科学认识和路基结构的合理设计提供了理论基础；提出了粉细砂路基包边复合结构体系，构建了滨海粉细砂路基的设计原理和方法，并研发了饱和粉细砂浅层地基处理技术，为充分发挥粉细砂路用性能提供了合理的结构保障，较黏土路基模量提升50%以上、动力变形减少70%以上，并经受了多地300毫米/小时强暴雨的严峻考验；提出了满足颗粒挤密和长轴定向需求的动静碾压工艺组合，开发了包边粉细砂路基同步施工方法和压实度检测的薄壁大体积环刀法，保证了粉细砂路基的有效压实与合理控制，并实现了多雨潮湿地区的雨季施工，施工工期较传统方法缩短30%以上。
          “这一技术目前已经广泛用于环岛公路、生态岛等建设，在我国沿海及南海岛礁建设中发挥了积极的作用。”业内专家评价，正因为如此，它出现在国家科技进步奖的名单中。而凌建明说：这都得益于MLS66加载加速车。