延長(zhǎng)路面壽命是行業(yè)使命

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改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)瀝青路面技術(shù)發(fā)展迅速，成效顯著，路面早期損壞問(wèn)題已基本解決，路面使用性能不斷提升。但與發(fā)達(dá)國(guó)家20～40年的瀝青路面設(shè)計(jì)和使用壽命相比，我國(guó)瀝青路面還存在著壽命短、維修頻繁等問(wèn)題，成為建設(shè)“交通強(qiáng)國(guó)”的短板之一。借鑒長(zhǎng)壽命瀝青路面的設(shè)計(jì)理念，提高路面質(zhì)量，延長(zhǎng)路面壽命已成為當(dāng)務(wù)之急。

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長(zhǎng)壽命路面溯源

長(zhǎng)壽命路面的歷史可以追溯到20世紀(jì)50年代初期，當(dāng)時(shí)英國(guó)修筑了多條設(shè)計(jì)壽命為20年的試驗(yàn)路段，在這些試驗(yàn)段路面性能的分析基礎(chǔ)上，提出了早期的長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)方法，即在道路使用20年后，通過(guò)對(duì)原路面補(bǔ)強(qiáng)來(lái)實(shí)現(xiàn)40年的設(shè)計(jì)壽命。研究表明，采用這種設(shè)計(jì)方法后，當(dāng)重載交通路面設(shè)計(jì)年限增至40年以上時(shí)，無(wú)需結(jié)構(gòu)性維修，既可以降低道路養(yǎng)護(hù)成本，又可以減少道路交通延誤，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益最佳。

2000年，美國(guó)瀝青路面聯(lián)盟（簡(jiǎn)稱(chēng)“APA”）在路況調(diào)查的基礎(chǔ)上，提出了“設(shè)計(jì)年限為50年以上，設(shè)計(jì)年限內(nèi)病害主要出現(xiàn)在路面結(jié)構(gòu)層的上部，壽命周期內(nèi)無(wú)明顯的結(jié)構(gòu)性修復(fù)或重建，僅需周期性的表層更新維護(hù)”的長(zhǎng)壽命路面理念。

2009年，歐洲長(zhǎng)壽命瀝青路面聯(lián)盟將長(zhǎng)壽命路面定義為“一種設(shè)計(jì)良好，施工有保障的路面，當(dāng)最大單獨(dú)荷載和環(huán)境條件未超過(guò)設(shè)計(jì)值，且周期性進(jìn)行表層維護(hù)時(shí)，結(jié)構(gòu)壽命即可無(wú)限長(zhǎng)”。

國(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)的長(zhǎng)壽命路面研究還處于試驗(yàn)階段，很多大學(xué)和科研院所等對(duì)此開(kāi)展了相關(guān)的理論研究，為解決關(guān)鍵技術(shù)做出了一定貢獻(xiàn)。2000年以來(lái)，江蘇、山東、廣東、河南、河北等地陸續(xù)修筑了長(zhǎng)壽命瀝青路面實(shí)體工程的試驗(yàn)路段，基本涵蓋了各種類(lèi)型的路面結(jié)構(gòu)。有些試驗(yàn)路段在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀測(cè)研究后，取得了寶貴經(jīng)驗(yàn)，為進(jìn)一步推廣長(zhǎng)壽命瀝青路面奠定了良好的基礎(chǔ)。

發(fā)展“長(zhǎng)壽命”的主要問(wèn)題

內(nèi)涵有待明確

歐美國(guó)家常規(guī)瀝青路面的壽命可達(dá)20～40年，長(zhǎng)壽命瀝青路面可達(dá)40年或50年。我國(guó)瀝青路面的設(shè)計(jì)壽命一般不超過(guò)15年，目前的迫切任務(wù)是要提高路面質(zhì)量、延長(zhǎng)壽命，為面廣量大的路面工程提供解決方案，而非僅僅修筑少量的長(zhǎng)壽命路面試驗(yàn)路。因此，要結(jié)合我國(guó)國(guó)情確定合理的路面設(shè)計(jì)壽命，進(jìn)一步明確長(zhǎng)壽命瀝青路面的定義。

理論體系有待完善

力學(xué)計(jì)算模型的可靠性 疲勞極限理論將力學(xué)指標(biāo)與瀝青路面的病害相關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)彈性層狀體系進(jìn)行計(jì)算，其與真實(shí)值的差異如何，有待進(jìn)一步論證；此外，瀝青路面服役狀況是交通環(huán)境、氣候環(huán)境、路面材料及層間粘結(jié)等多種因素耦合的結(jié)果，彈性層狀體系能否適用有待進(jìn)一步論證。

何文儒 攝目前，我國(guó)高速公路設(shè)計(jì)壽命為15至20年，現(xiàn)行的設(shè)計(jì)方法導(dǎo)致道路結(jié)構(gòu)需要周期性維護(hù)，造成大量資源浪費(fèi)。

舒運(yùn)平 攝長(zhǎng)壽命瀝青路面在國(guó)外已有數(shù)十年的歷史，是在大量工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析研究而實(shí)現(xiàn)理論化。其特點(diǎn)是路面壽命長(zhǎng)，服役年限內(nèi)病害主要出現(xiàn)在路面結(jié)構(gòu)層的上部，僅需周期性的表層更新維護(hù)，無(wú)需結(jié)構(gòu)性修復(fù)或重建，因此壽命周期成本低。

模型參數(shù)輸入的準(zhǔn)確性 瀝青混合料的模量是力學(xué)模型的核心輸入?yún)?shù)，然而，對(duì)于力學(xué)響應(yīng)這一客觀存在的物理量，不同的模量取值范圍得到的力學(xué)響應(yīng)亦不相同。如何科學(xué)準(zhǔn)確地界定模量特性及取值范圍，提高設(shè)計(jì)精度，是未來(lái)亟需研究的一個(gè)方向。

指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)的合理性 “疲勞極限”是長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)，但其標(biāo)準(zhǔn)可謂“百家爭(zhēng)鳴”，且這些標(biāo)準(zhǔn)均是針對(duì)柔性基層的，對(duì)半剛性基層的適用性尚待論證。

反射裂縫的認(rèn)識(shí) 盡管?chē)?guó)外也嘗試了半剛性基層的長(zhǎng)壽命瀝青路面，但可以借鑒的工程經(jīng)驗(yàn)有限。我國(guó)瀝青路面以半剛性基層為主，如何在長(zhǎng)壽命路面中減少反射裂縫，以及反射裂縫對(duì)路面結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期性能的影響仍有待研究。

路用性能有待觀測(cè)

國(guó)內(nèi)有些長(zhǎng)壽命瀝青路面試驗(yàn)路表現(xiàn)出較好的路用性能，沒(méi)有發(fā)生結(jié)構(gòu)性的損壞，路面綜合狀況優(yōu)于常規(guī)路面結(jié)構(gòu)。但由于服役時(shí)間短（最長(zhǎng)16年）、規(guī)模小，路面性能有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

驗(yàn)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)有待完善

長(zhǎng)壽命路面質(zhì)量驗(yàn)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵是施工能否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，減小工程風(fēng)險(xiǎn)，但是目前的標(biāo)準(zhǔn)中依舊存在設(shè)計(jì)、材料與施工脫節(jié)的現(xiàn)象。現(xiàn)行規(guī)范中混合料性能評(píng)價(jià)指標(biāo)還存在著一定的局限性，尚需完善。

發(fā)展可行性分析

當(dāng)前，我國(guó)物流持續(xù)迅猛發(fā)展，重載交通以及高壓輪胎對(duì)公路瀝青路面結(jié)構(gòu)承載能力的挑戰(zhàn)日益嚴(yán)峻，交通擁堵引起的慢速交通對(duì)路面的抗剪切流變性能要求進(jìn)一步提高。同時(shí)，大流量交通下的路面養(yǎng)護(hù)維修條件愈發(fā)嚴(yán)苛，且頻繁維修降低了道路的通行能力、路網(wǎng)的運(yùn)輸效率以及公眾的出行滿(mǎn)意度，龐大的路面建設(shè)維修需求與筑路資源稀缺之間的矛盾正日益凸顯。

發(fā)展長(zhǎng)壽命路面技術(shù)是解決上述幾大問(wèn)題的重要途徑。長(zhǎng)壽命路面壽命期內(nèi)的維修費(fèi)用較低，不需要結(jié)構(gòu)性的大修，可以節(jié)省大修費(fèi)用，同時(shí)也減少了路面日常養(yǎng)護(hù)的工作量和費(fèi)用，降低原材料的消耗，降低路面維修對(duì)交通的干擾，提高公眾出行滿(mǎn)意度。

目前，我國(guó)在瀝青路面材料、混合料設(shè)計(jì)、施工裝備和工藝控制等方面已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，具備開(kāi)展長(zhǎng)壽命路面工程應(yīng)用的良好基礎(chǔ)。全國(guó)各地修建的不同結(jié)構(gòu)形式的長(zhǎng)壽命路面試驗(yàn)路，積累了大量的研究成果和路用性能觀測(cè)資料。國(guó)內(nèi)擁有多臺(tái)大型路面加速加載設(shè)備、北京RIOHTrack環(huán)道設(shè)施等為工程研究和性能驗(yàn)證提供了有力的支撐條件。

下一步工作建議

長(zhǎng)壽命路面研究是一個(gè)長(zhǎng)期的、系統(tǒng)的工程，存在諸多關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題及技術(shù)瓶頸，在大規(guī)模開(kāi)展研究工作之前，有必要進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)研工作，了解國(guó)內(nèi)外的研究狀況和理論進(jìn)展，分析長(zhǎng)壽命目標(biāo)的適宜性，提出相應(yīng)的發(fā)展對(duì)策，指導(dǎo)未來(lái)的研究工作科學(xué)有序地開(kāi)展。

制定長(zhǎng)壽命瀝青路面發(fā)展的技術(shù)路線(xiàn)圖

在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，設(shè)定發(fā)展目標(biāo)，制定技術(shù)路線(xiàn)圖，分布實(shí)施，循序漸進(jìn)。建議擬定目標(biāo)：2035年，我國(guó)瀝青路面的使用壽命達(dá)到30年，到2050年，我國(guó)長(zhǎng)壽命路面的使用壽命力爭(zhēng)達(dá)到50年。

深入研究瀝青路面的長(zhǎng)期服役性能

深入分析服役環(huán)境的空間和時(shí)間屬性，從結(jié)構(gòu)性能、路表性能和材料性能多維度解析瀝青路面長(zhǎng)期服役性能演變規(guī)律，明確現(xiàn)階段既有瀝青路面壽命水平，揭示瀝青路面典型病害特征和損壞機(jī)理，為建立長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)方法指標(biāo)體系提供基礎(chǔ)。

開(kāi)展長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究

針對(duì)既有的模型難以解釋路面病害，以及理論計(jì)算指標(biāo)與實(shí)測(cè)指標(biāo)間差異化明顯的問(wèn)題，建立多場(chǎng)耦合作用下路面結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演化力學(xué)分析理論，提出相應(yīng)的路面結(jié)構(gòu)失效準(zhǔn)則，形成長(zhǎng)壽命瀝青路面相關(guān)的設(shè)計(jì)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)。

重視既有瀝青路面升級(jí)改造策略研究

構(gòu)建既有道路評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，基于加速加載試驗(yàn)和長(zhǎng)期性能跟蹤觀測(cè)試驗(yàn)獲取路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)，修正現(xiàn)有殘余壽命預(yù)估模型；提出既有道路升級(jí)改造成為長(zhǎng)壽命路面可行性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，從結(jié)構(gòu)和材料層面，結(jié)合全壽命周期理念，提出升級(jí)改造方案。

開(kāi)展瀝青路面結(jié)構(gòu)層性能指標(biāo)及材料研究

提出長(zhǎng)壽命瀝青路面各結(jié)構(gòu)層材料設(shè)計(jì)指標(biāo)和性能要求，及可供選擇的原材料和混合料類(lèi)型；開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)層功能需要的新型材料，進(jìn)一步優(yōu)化我國(guó)現(xiàn)有瀝青混合料設(shè)計(jì)體系。同時(shí)，針對(duì)目前和未來(lái)筑路原材料短缺等問(wèn)題，開(kāi)展可替代原材料研究；實(shí)現(xiàn)材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的協(xié)同一致。

加強(qiáng)施工質(zhì)量管控技術(shù)研究

確定路基、路面施工質(zhì)量關(guān)鍵控制指標(biāo)，建立相應(yīng)的指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、材料和施工一體化，并結(jié)合數(shù)字化施工技術(shù)和“優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)”質(zhì)量管理方法，提高路基模量的驗(yàn)收要求，研究進(jìn)一步提升瀝青路面施工質(zhì)量的控制方法和手段，形成相應(yīng)的質(zhì)量檢評(píng)標(biāo)準(zhǔn)。

鄭思 攝2000年后，國(guó)外長(zhǎng)壽命路面、永久路面、長(zhǎng)效路面等概念引入我國(guó)，使國(guó)家瀝青路面技術(shù)進(jìn)入了“百花齊放”時(shí)期。

鏈接：

國(guó)內(nèi)長(zhǎng)壽命路面研究案例

2002年

自2002年開(kāi)始，江蘇省通過(guò)“長(zhǎng)效性瀝青路面在通啟高速公路上的應(yīng)用研究”“長(zhǎng)久性路面的研究”及“瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的引進(jìn)與開(kāi)發(fā)研究”等科研課題，依托沿江高速、通啟高速等高速公路，建設(shè)了15條長(zhǎng)壽命瀝青路面試驗(yàn)段，路面結(jié)構(gòu)涉及柔性基層、組合式基層和連續(xù)配筋基層。十余年的連續(xù)觀測(cè)表明，各類(lèi)長(zhǎng)壽命路面試驗(yàn)路路況良好，比半剛性基層路段表現(xiàn)出一定的性能優(yōu)勢(shì)。

2003年～2008年

山東省交通科學(xué)研究院聯(lián)合美國(guó)聯(lián)邦公路局FHWA、NCAT等開(kāi)展了永久性瀝青路面的研究，2005年在濱大高速公路首次鋪筑了重載交通條件下具備路面響應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和長(zhǎng)期性能觀測(cè)條件的永久性瀝青路面試驗(yàn)路，同時(shí)研究了瀝青材料在小應(yīng)變條件下的疲勞狀態(tài)，驗(yàn)證提出了疲勞破壞極限狀態(tài)指標(biāo)及閾值，最終認(rèn)為組合式基層結(jié)構(gòu)最適合當(dāng)時(shí)重載交通條件，并在后期的濟(jì)萊、青臨高速中予以推廣。

2005年

沙慶林院士主持西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目“重載交通長(zhǎng)壽命瀝青路面關(guān)鍵技術(shù)研究”，以長(zhǎng)壽命半剛性基層瀝青混凝土面層試驗(yàn)路，在40年內(nèi)不產(chǎn)生路面結(jié)構(gòu)性破壞，10年內(nèi)瀝青面層的轍槽深度小于15毫米，不需維修處理為目標(biāo)。按照“強(qiáng)基優(yōu)面穩(wěn)土基”的路面設(shè)計(jì)理論，以瀝青膜水平隔斷層和豎向防水土工膜保持土基強(qiáng)度穩(wěn)定的措施，采用加厚半剛性基層的方法來(lái)防止基層的結(jié)構(gòu)性破壞，在河北省秦皇島市鋪筑了實(shí)體工程試驗(yàn)路。

2011年

交通運(yùn)輸部立項(xiàng)開(kāi)展《公路長(zhǎng)壽命瀝青路面技術(shù)規(guī)程》編制工作，并推薦5種可應(yīng)用于長(zhǎng)壽命路面的典型結(jié)構(gòu)，包括強(qiáng)基薄面結(jié)構(gòu)（第二代半剛性基層結(jié)構(gòu)）、復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)、改進(jìn)型半剛性基層路面結(jié)構(gòu)、厚瀝青路面結(jié)構(gòu)、全厚式瀝青路面結(jié)構(gòu)。

2015年

交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院在北京通州建成了世界上第一條面向建立長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)體系的RIOHTrack環(huán)道。

2019年

蘇交科等單位結(jié)合《長(zhǎng)壽命路面（30年以上）技術(shù)預(yù)研究》項(xiàng)目研究成果，提出了現(xiàn)階段長(zhǎng)壽命路面的研究目標(biāo)：設(shè)計(jì)及使用壽命30年以上；路表10厘米以?xún)?nèi)周期性維護(hù)（10～15年）；路表10厘米以下的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命30年以上；全壽命周期節(jié)省費(fèi)用25%。

2019年10月

北京香山科學(xué)會(huì)議以“中國(guó)長(zhǎng)壽命路面關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題及技術(shù)前沿”為主題，提出了“到2035年基本建成交通強(qiáng)國(guó)之時(shí)，我國(guó)路面使用壽命達(dá)到30年，到2050年，全面建成人民滿(mǎn)意、保障有力、世界前列的交通強(qiáng)國(guó)之時(shí)，我國(guó)路面使用壽命應(yīng)力爭(zhēng)達(dá)到50年”的倡議。