瀝青路面長期性能研究發(fā)展現狀

任俊達

（1.遼寧省交通科學研究院 沈陽市110015；2.高速公路養(yǎng)護技術交通行業(yè)重點實驗室（沈陽） 沈陽市110015）

瀝青路面長期性能研究發(fā)展現狀

任俊達1，2

（1.遼寧省交通科學研究院 沈陽市110015；2.高速公路養(yǎng)護技術交通行業(yè)重點實驗室（沈陽） 沈陽市110015）

高等級公路的早期破壞日益受到人們廣泛關注，為了解決這一難題，開展路面長期性能研究勢在必行，這是我國瀝青路面技術升級的必然選擇。首先回顧了國內外路面長期性能的研究發(fā)展狀況及成果，并對美國路面長期性能的研究做了重點的介紹，同時對國內外瀝青路面長期性能研究做了總結與分析，為我國開展路面長期性能的研究提供參考。

道路工程；長期性能；瀝青路面；發(fā)展現狀

1　引言

隨著生產力的發(fā)展，現代道路工程的特點反映出越來越鮮明的功能化；與此同時，公路交通也逐漸呈現出重載、大交通量、高胎壓的特點。在此期間，伴隨我國瀝青路面設計、施工、材料等技術方法的不斷改進完善，瀝青路面早期損壞現象得到了有效遏制，路面耐久性也得到了進一步的提升，個別路段已實現了“瀝青路面十年不大修”的目標。然而，我們必須清醒地認識到，目前我國瀝青路面的使用壽命仍達不到發(fā)達國家的水平，部分地區(qū)早期病害仍然突出，中長期性能不足問題依舊凸顯，使得道路的服務能力嚴重衰減，影響了公路交通綜合效益的實現，特別是對長期的交通荷載和環(huán)境綜合影響下的路面使用性能的變化規(guī)律缺乏深刻的認識，由此導致的瀝青路面在全壽命周期內的經濟、社會效益未能充分發(fā)揮［1］。

隨著我國高速公路由建設的高峰期轉入養(yǎng)護的高峰期，面對如此大的路網規(guī)模，如何進一步提高我國瀝青路面使用性能和服務水平，延長瀝青路面使用壽命與大中修周期，保證建設與養(yǎng)護資金的有效利用，實現全壽命周期經濟最優(yōu)化是公路科技人員亟待解決的核心問題，也使得瀝青路面長期性能研究成為國際先進國家公路領域課題研究的主攻方向。

2　瀝青路面長期性能研究意義

瀝青路面長期性能研究是通過廣泛的資料調查分析、試驗檢測及成果總結，系統研究交通荷載、環(huán)境氣候、結構、材料、施工、設計和養(yǎng)護維修措施等影響路面性能的基本要素，并探索各要素之間的聯系和規(guī)律，分析呈現出各種不同性能的原因，從而構建科學完整的工程理論體系，對瀝青路面的設計、施工養(yǎng)護、維修、運營和管理等方面的實踐提供指導和幫助［2，3］。

在國內外相關研究的基礎上，開展我國不同地域、交通量及結構的瀝青路面長期性能研究，目的在于為提高我國瀝青路面使用性能，延長瀝青路面使用壽命與大中修周期，實現全壽命周期經濟成本最低，為瀝青路面建設、養(yǎng)護、管理技術的進步提供支撐。具體目的主要體現在以下幾個方面：

（1）通過長期性能研究，提高瀝青路面使用性能，提升路面耐久性、安全性及舒適性，提高資金的使用效率，實現全壽命建設與養(yǎng)護成本節(jié)約。

（2）通過長期使用性能研究，掌握瀝青路面破壞機理及其關鍵性影響因素，提出不同結構類型的瀝青路面長期性能衰變規(guī)律，建立并驗證路面長期使用性能預測模型。

（3）通過長期性能的研究，驗證瀝青路面設計方法中彎沉、疲勞、車轍、平整度等關鍵指標預測模型，為完善現行的瀝青路面結構設計方法，形成與瀝青路面使用性能相關的適合我國的力學-經驗路面設計指南（MEPDG）的設計方法提供支撐。

（4）在路面長期性能變化和預測的基礎上，通過對結構、材料、環(huán)境、施工、路基等因素的系統總結和深入研究，提出進一步提升長期性能的改進措施。

（5）在路面長期使用性能的衰減規(guī)律及預測模型的基礎上，完善科學的路面養(yǎng)護決策體系，延長路面使用壽命，實現養(yǎng)護資金的最大化效益和利用。

3　國外路面長期性能研究現狀

路面長期性能研究已在多個國家開展。自20世紀80年代末起，許多國家開始總結道路修筑和使用經驗，開展關于路面長期性能LTPP（Long Term Pavement Performance）的研究。

國外在路面長期性能研究方面有美國、英國、澳大利亞、奧地利、加拿大、法國、印度、日本、新西蘭、波蘭等，最為系統最具影響的應屬美國，自1984年至今已開展了近30年的長期觀測研究，同時其研究方法、研究思路也被很多其他國家采用或合作研究。美國各州公路工作者協會AASHO（American Association of State Highway Officials）在1956年～1960年間進行了著名的AASHO試驗路，研究了真實荷載作用下路面使用性能的變化規(guī)律，并根據試驗結果提出了AASHTO（American Association of State Highway and Transportation Officials）路面設計指南［4，5］。

歐洲科技合作框架（COST）1994至1997年制定了歐洲瀝青路面長期性能研究計劃（COST 324），自1996年開始實施，包括15個國家、16個研究機構，建立了900多個觀測路段并跟蹤觀測［6］。

自20世紀80年代末起，以美國發(fā)起的LTPP項目為代表，收集了2500多段公路長達20年的多種路面性能數據，包括路面資產信息、路面材料試驗、路面動態(tài)荷載試驗、路面養(yǎng)護和維修、交通量研究、氣候和環(huán)境對路面的影響等超過6000個變量的很全面的路面性能數據，并將之存于一個大型的Oracle數據庫中400多個表中。作為SHRP路面研究項目后期的主要研究領域，美國的LTPP是全世界有史以來最大的路面研究項目。

在80年代初，隨著二三十年前修建的高速公路的損壞，路面性能隨時間變化的情況越來越被公路機構所關心，由美國國家科學院交通研究委員會（TRB）、美國公路和交通運輸協會（AASHTO）和美國聯邦公路（FHWA）提出系統地研究性能數據和促進延長路面壽命的任務。路面長期性能研究是美國戰(zhàn)略公路研究計劃的研究領域之一，通過對路面性能的評估和預測，獲得廣泛而詳細的數據，從而建立起路面性能數據庫，以便能找到適應時機交通量和環(huán)境條件的各種材料、設計方法和施工措施［7］。

LTPP參與者包括美國50個州交通部門、哥倫比亞地區(qū)、波多黎各、10個加拿大的省級交通運輸機構、FHWA、AASHTO、加拿大公路戰(zhàn)略研究項目以及受雇于這些組織并直接參與LTPP產品研發(fā)的許多工程師、研究人員和技術人員。試驗段是LTPP項目的核心，共監(jiān)測瀝青和水泥混凝土路面大約有2500個試驗段，試驗路包括一般路面研究（GPS）和特殊路面研究（SPS），分布在全美50個州、波多黎各區(qū)、哥倫比亞特區(qū)和加拿大境內。自1998年以來，每年AASHTO通過常務委員會研究分配NCHPR的一部分資金，主要為LTPP數據分析項目和為FHWA數據收集提供資金預算［8］。

針對大多數美國州際公路網接近使用壽命末期這一現狀，如何進行公路養(yǎng)護、使路面更好地發(fā)揮其使用性能，從而將其壽命進行提升成為關注熱點，Simpson［9］等依托于LTPP計劃，建立了一個覆蓋全國的路面管理系統，包括標準化的數據采集、路面設計方法等，利用該系統改進了路面性能模型。

應試教育下，學生除了課本的閱讀外，閱讀更多是的工具書和教輔資料，課外閱讀行為是針對考試而產生的，這大大降低了學生閱讀的興趣。且閱讀行為是以考試為目的，讓學生產生了不愿閱讀其他的書籍的想法，長此以往，學生的閱讀積極性減弱，閱讀量無法增加。學生的閱讀量少，不僅影響了學生對知識領域的開辟，還直接導致了知識儲備的貧瘠，影響個人在學習上的發(fā)展，閱讀能力無法得到提升。

Lee［10］等針對現有力學-經驗法對水泥混凝土橫向裂縫預測不精確的問題，利用LTPP數據庫，對水泥混凝土路面的橫向裂縫預測模型進行了改進和修正，通過對數據進行挖掘發(fā)現：利用傳統的回歸方法并不適用于該模型，而基于泊松分布的廣義線性模型和廣義加性模型更加合適。

Ker［11］等針對現有力學-經驗法對水泥混凝土斷裂預測模型不精確的問題，利用LTPP數據庫，對水泥混凝土路面的斷裂預測模型進行了改進和修正，通過對數據進行挖掘發(fā)現：利用傳統的回歸方法并不適用于該模型，而基于似然估計和泊松分布的廣義線性模型和廣義加性模型更加合適。

4　我國瀝青路面長期性能研究現狀

瀝青路面作為目前不能有效設計的土木工程結構，對其結構行為認識仍缺乏核心的理論依據，力學方法在路面分析和設計中的發(fā)揮和效果都差強人意，室內試驗與現場路面性能也缺乏必然聯系，不同地區(qū)積累的經驗認識存在較大差異。因此，隨著我國高速公路建設的迅猛發(fā)展，開展瀝青路面長期性能的研究勢在必行。

長安大學武建民［12，13］在確定瀝青路面長期使用性能評價指標體系的基礎上，通過對路面使用性能的檢測數據進行分析，對半剛性基層瀝青路面的疲勞破壞標準和設計指標進行了深入的分析；同時結合長期性能數據，對代表路段的車轍預測模型進行標定。

長安大學郝大力［14］結合“河南省高速公路路面長期性能”研究項目，從對典型的高等級路面的損壞狀況及損壞特點進行調查分析入手，對我國開展路面長期性能研究的重要性及由此產生的深遠意義進行了闡述。通過開展路面性能的評價與分析研究，結合工程實際，選擇確定了適于開展路面長期性能觀測的實體工程，建立了不同面層結構的試驗路段和道路環(huán)境場試驗路段，研究開發(fā)了基于網絡平臺的LTPP信息管理系統（IMS）。

張慧彧［15］采用灰關聯理論對瀝青路面長期性能影響因素的敏感性大小進行了確定，并在分析現有瀝青路面設計規(guī)范的基礎上，確定了長期性能的觀測指標；與此同時，結合美國LTPP相關研究成果，對我國開展瀝青路面長期性能觀測指標體系進行補充，對完善我國基于長期性能的瀝青路面設計體系奠定基礎。

我國“高速公路瀝青路面長期性能研究”在對各種實驗方法和手段綜合分析研究的基礎上初步建立了基于瀝青路面長期性能的研究體系、試驗與驗證體系和長期性能觀測體系，初步制定了基于長期性能的綜合試驗方法、長期性能觀測路段（GPS、SPS）確定方法、長期性能觀測方法，并在浙江、山東、山西、陜西、四川和黑龍江省建立了22.44 km，包含50個試驗段的示范試驗路，開發(fā)并初步建立了“高速公路瀝青路面長期性能觀測信息管理系統”，切實推動了瀝青路面長期性能研究，取得了較豐富的成果［16］。

2014年，交通運輸部開展了我國“高速公路瀝青路面長期性能研究（二期）”的招標工作，具體要求如下：

（1）研究范圍：東部濕潤區(qū)、黃土高原干濕過渡區(qū)、東南濕熱區(qū)、西南潮暖區(qū)、西北干旱區(qū)，同時考慮代表性路段。

（2）長期性能指標體系至少包括：表明功能指標（平整度、抗滑性能、車轍、路面破損等）、結構性能指標（彎沉、模量等）、材料參數指標（配合比、強度、模量等）及環(huán)境、交通量參數等。

（3）數據包括：歷史數據，新觀測補充數據；交通荷載、環(huán)境、路面材料、路面結構設計、施工技術、養(yǎng)護技術與路面長期性能關系；不同類型的瀝青路面長期性能衰變規(guī)律；提出長期性能優(yōu)越的瀝青路面典型結構和設計方法及進一步提升性能的改進措施。

從上述諸多研究現狀可以看出，瀝青路面長期性能觀測是開展高速公路瀝青路面長期性能研究的必要手段。與此同時，我國也已逐步開展了路面性能的跟蹤觀測研究，路面性能跟蹤觀測的成果已對當地路面建設和養(yǎng)護水平的提高起到了積極的作用。但從國內發(fā)展情況來看，國內的這些項目往往僅限于對所在地區(qū)的個別路段進行觀測，觀測路面的結構、材料等比較單一。且觀測數據僅局限在路面功能性數據上，缺少標準統一的觀測方法和手段，數據的準確性和可靠性仍嫌不足，對路面施工期、營運期、結構性能和材料性能的數據相對較少，而且數據深挖掘有限，其成果和意義并沒有完全體現，代表性的觀測成果和研究仍相當缺乏。

5　結語

綜上所述，通過對瀝青路面長期性能的研究，深入調研、引進和學習國外先進技術成果，通過對已有瀝青路面長期使用性能檢測和數據的搜集、整理，以及補充檢測數據的分析和深挖掘，旨在較為清晰地確定瀝青路面性能和各個影響因素的定量關系，屬于基礎學科研究領域，研究成果可以較好地控制瀝青路面性能設計，改善路面的使用性能和使用壽命，降低路面建養(yǎng)成本，從而能夠準確地提高設計的可靠度和正確性，顯著提高交通投資收益，降低資源和能源的消耗，有利于提高交通行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展水平，有利于促進國民經濟的轉型和升級，在經濟建設中具有不可忽視的地位。

［1］ 裴建中.瀝青路面細觀結構特性與衰變行為［M］.北京：科學出版社，2010.

［2］ 張波.瀝青路面長期性能研究［D］.西安：長安大學，2010.

［3］ 郝大力，王秉剛.路面長期性能研究綜述［J］.國外公路，1999，19（1）：11-15.

［4］ 王甲飛.瀝青路面長期性能研究［D］.西安：長安大學，2011.

［5］ 郝大力.路面性能的評價與分析研究［D］.西安：長安大學，2000.

［6］ European Commission Directorate General Transport.COST 324 long term performance of road pavements：final report of the action［R］.Directorate-General for Transport，1997.

［7］ 賈渝.美國公路戰(zhàn)略研究計劃路面長期性能項目綜述［J］.國外公路，1992，12（4）：33-36.

［8］ FHWA，KeyFindings fromLTPPAnalysis：1990-1999，FHWA-RD-00-085，2000.

［9］ Simpson A L，Engineer P E P，López Jr A，et al.Contributions of the Long-Term Pavement Performance Program to Pavement Management System Improvements：Better Data and Performance Models［C］//Seventh International Conference on Managing Pavement Assets.2008：1-11.

［10］ Lee Y H，Ker H W，Lin C H.Development of Transverse Cracking Prediction Models for Jointed Concrete Pavements Using LTPP Database［J］.database（http：//www.datapave.com or LTPP DataPave Online），2008，5：7.

［11］ Ker H W，Lee Y H，Lin C H.Development of Faulting Prediction Models for Rigid Pavements Using LTPP Database［J］. Statistics，2008，218（0037.0）：1-10.

［12］ 西安公路研究所.陜西省高等級公路半剛性基層瀝青路面長期使用性能研究報告［R］.2001.

［13］ 武建民.半剛性基層瀝青路面使用性能衰變規(guī)律研究［D］.西安：長安大學，2005.

［14］ 郝大力.路面性能的評價與分析研究［D］.西安：長安大學，2000.

［15］ 張慧彧.我國瀝青路面長期性能觀測指標研究［D］.長安大學，2011.

［16］ 孟書濤，等.高速公路瀝青路面長期性能研究（一期）可行性研究報告［R］.交通運輸部公路科學研究院.北京：2006.

Development Situation of Long-term Performance of Asphalt Pavement Research

REN Jun-da1，2
（1.Liaoning Transportation Research Institute，Shenyang 110015，China；2.Key Laboratory of Expressway Maintenance Technology Ministry of Communications（Shenyang），Shenyang 110015，China）

The early destruction of highway has seen a growing and widely concern.In order to solve this difficult problem，it is imperative to carry out the research of long term pavement performance，which was also the necessary choice for technology upgrading of asphalt pavement.In this paper，the developments and research results of long-term performance of asphalt pavement both at home and abroad were mainly reviewed，especially the situation in America.In the meantime，the long-term performance of asphalt pavement research both at home and abroad were summarized and analyzed，which provided reference for the study of long-term performance of asphalt pavement in China.

Road engineering；Long term performance；Asphalt pavement；Development situation

U416.2

B

1673-6052（2016）05-0063-04

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.05.017

※遼寧省交通科技項目（201507）