曹荣吉：延长路面寿命是行业使命

改革开放以来，我国沥青路面技术发展迅速，成效显著，路面早期损坏问题已基本解决，路面使用性能不断提升。但与发达国家20～40年的沥青路面设计和使用寿命相比，我国沥青路面还存在着寿命短、维修频繁等问题，成为建设“交通强国”的短板之一。借鉴长寿命沥青路面的设计理念，提高路面质量，延长路面寿命已成为当务之急。

目前，国内的长寿命路面研究还处于试验阶段，很多大学和科研院所等对此开展了相关的理论研究，为解决关键技术做出了一定贡献。2000年以来，江苏、山东、广东、河南、河北等地陆续修筑了长寿命沥青路面实体工程的试验路段，基本涵盖了各种类型的路面结构。有些试验路段在经过长期观测研究后，取得了宝贵经验，为进一步推广长寿命沥青路面奠定了良好的基础。

欧美国家常规沥青路面的寿命可达20～40年，长寿命沥青路面可达40年或50年。我国沥青路面的设计寿命一般不超过15年，目前的迫切任务是要提高路面质量、延长寿命，为面广量大的路面工程提供解决方案，而非仅仅修筑少量的长寿命路面试验路。因此，要结合我国国情确定合理的路面设计寿命，进一步明确长寿命沥青路面的定义。

     注：目前，我国高速公路设计寿命为15至20年，现行的设计方法导致道路结构需要周期性维护，造成大量资源浪费。

力学计算模型的可靠性。 疲劳极限理论将力学指标与沥青路面的病害相关联，设计过程中根据弹性层状体系进行计算，其与真实值的差异如何，有待进一步论证；此外，沥青路面服役状况是交通环境、气候环境、路面材料及层间粘结等多种因素耦合的结果，弹性层状体系能否适用有待进一步论证。

模型参数输入的准确性。 沥青混合料的模量是力学模型的核心输入参数，然而，对于力学响应这一客观存在的物理量，不同的模量取值范围得到的力学响应亦不相同。如何科学准确地界定模量特性及取值范围，提高设计精度，是未来亟需研究的一个方向。

指标及标准的合理性 。 “疲劳极限”是长寿命沥青路面设计的主要指标，但其标准可谓“百家争鸣”，且这些标准均是针对柔性基层的，对半刚性基层的适用性尚待论证。

反射裂缝的认识 。 尽管国外也尝试了半刚性基层的长寿命沥青路面，但可以借鉴的工程经验有限。我国沥青路面以半刚性基层为主，如何在长寿命路面中减少反射裂缝，以及反射裂缝对路面结构长期性能的影响仍有待研究。

注：长寿命沥青路面在国外已有数十年的历史，是在大量工程实践的基础上，通过分析研究而实现理论化。其特点是路面寿命长， 服役年限内病害主要出现在路面结构层的上部，仅需周期性的表层更新维护，无需结构性修复或重建，因此寿命周期成本低。

国内有些长寿命沥青路面试验路表现出较好的路用性能，没有发生结构性的损坏，路面综合状况优于常规路面结构。但由于服役时间短（最长16年）、规模小，路面性能有待进一步验证。

长寿命路面质量验评标准的关键是施工能否满足设计要求，减小工程风险，但是目前的标准中依旧存在设计、材料与施工脱节的现象。现行规范中混合料性能评价指标还存在着一定的局限性，尚需完善。

当前，我国物流持续迅猛发展，重载交通以及高压轮胎对公路沥青路面结构承载能力的挑战日益严峻，交通拥堵引起的慢速交通对路面的抗剪切流变性能要求进一步提高。同时，大流量交通下的路面养护维修条件愈发严苛，且频繁维修降低了道路的通行能力、路网的运输效率以及公众的出行满意度，庞大的路面建设维修需求与筑路资源稀缺之间的矛盾正日益凸显。

发展长寿命路面技术是解决上述几大问题的重要途径。长寿命路面寿命期内的维修费用较低，不需要结构性的大修，可以节省大修费用，同时也减少了路面日常养护的工作量和费用，降低原材料的消耗，降低路面维修对交通的干扰，提高公众出行满意度。

目前，我国在沥青路面材料、混合料设计、施工装备和工艺控制等方面已经达到国际先进水平，具备开展长寿命路面工程应用的良好基础。全国各地修建的不同结构形式的长寿命路面试验路，积累了大量的研究成果和路用性能观测资料。国内拥有多台大型路面加速加载设备、北京RIOHTrack环道设施等为工程研究和性能验证提供了有力的支撑条件。

长寿命路面研究是一个长期的、系统的工程，存在诸多关键科学问题及技术瓶颈，在大规模开展研究工作之前，有必要进行系统的调研工作，了解国内外的研究状况和理论进展，分析长寿命目标的适宜性，提出相应的发展对策，指导未来的研究工作科学有序地开展。

在广泛调研的基础上，设定发展目标，制定技术路线图，分布实施，循序渐进。建议拟定目标：2035年，我国沥青路面的使用寿命达到30年，到2050年，我国长寿命路面的使用寿命力争达到50年。

深入分析服役环境的空间和时间属性，从结构性能、路表性能和材料性能多维度解析沥青路面长期服役性能演变规律，明确现阶段既有沥青路面寿命水平，揭示沥青路面典型病害特征和损坏机理，为建立长寿命沥青路面设计方法指标体系提供基础。

针对既有的模型难以解释路面病害，以及理论计算指标与实测指标间差异化明显的问题，建立多场耦合作用下路面结构动态演化力学分析理论，提出相应的路面结构失效准则，形成长寿命沥青路面相关的设计指标与标准。

构建既有道路评价指标体系，基于加速加载试验和长期性能跟踪观测试验获取路面结构内部力学响应数据，修正现有残余寿命预估模型；提出既有道路升级改造成为长寿命路面可行性评价标准，从结构和材料层面，结合全寿命周期理念，提出升级改造方案。

提出长寿命沥青路面各结构层材料设计指标和性能要求，及可供选择的原材料和混合料类型；开发满足长寿命路面结构层功能需要的新型材料，进一步优化我国现有沥青混合料设计体系。同时，针对目前和未来筑路原材料短缺等问题，开展可替代原材料研究；实现材料与结构设计的协同一致。

确定路基、路面施工质量关键控制指标，建立相应的指标评价方法，实现设计、材料和施工一体化，并结合数字化施工技术和“优质优价”质量管理方法，提高路基模量的验收要求，研究进一步提升沥青路面施工质量的控制方法和手段，形成相应的质量检评标准。

注：2000年后，国外长寿命路面、永久路面、长效路面等概念引入我国，使国家沥青路面技术进入了“百花齐放”时期。

长寿命路面的历史可以追溯到20世纪50年代初期，当时英国修筑了多条设计寿命为20年的试验路段，在这些试验段路面性能的分析基础上，提出了早期的长寿命沥青路面设计方法，即在道路使用20年后，通过对原路面补强来实现40年的设计寿命。研究表明，采用这种设计方法后，当重载交通路面设计年限增至40年以上时，无需结构性维修，既可以降低道路养护成本，又可以减少道路交通延误，经济效益和社会效益最佳。2000年，美国沥青路面联盟（简称“APA”）在路况调查的基础上，提出了“设计年限为50年以上，设计年限内病害主要出现在路面结构层的上部，寿命周期内无明显的结构性修复或重建，仅需周期性的表层更新维护”的长寿命路面理念。2009年，欧洲长寿命沥青路面联盟将长寿命路面定义为“一种设计良好，施工有保障的路面，当最大单独荷载和环境条件未超过设计值，且周期性进行表层维护时，结构寿命即可无限长”。

自2002年开始，江苏省通过“长效性沥青路面在通启高速公路上的应用研究”“长久性路面的研究”及“沥青路面结构设计方法的引进与开发研究”等科研课题，依托沿江高速、通启高速等高速公路，建设了15条长寿命沥青路面试验段，路面结构涉及柔性基层、组合式基层和连续配筋基层。十余年的连续观测表明，各类长寿命路面试验路路况良好，比半刚性基层路段表现出一定的性能优势。

 

2003年~2008年

山东省交通科学研究院联合美国联邦公路局FHWA、NCAT等开展了永久性沥青路面的研究，2005年在滨大高速公路首次铺筑了重载交通条件下具备路面响应实时监测和长期性能观测条件的永久性沥青路面试验路，同时研究了沥青材料在小应变条件下的疲劳状态，验证提出了疲劳破坏极限状态指标及阈值，最终认为组合式基层结构最适合当时重载交通条件，并在后期的济莱、青临高速中予以推广。

 

2005年

沙庆林院士主持西部交通建设科技项目“重载交通长寿命沥青路面关键技术研究”，以长寿命半刚性基层沥青混凝土面层试验路，在40 年内不产生路面结构性破坏，10年内沥青面层的辙槽深度小于15毫米，不需维修处理为目标。按照“强基优面稳土基”的路面设计理论，以沥青膜水平隔断层和竖向防水土工膜保持土基强度稳定的措施，采用加厚半刚性基层的方法来防止基层的结构性破坏，在河北省秦皇岛市铺筑了实体工程试验路。

 

2011年

交通运输部立项开展《公路长寿命沥青路面技术规程》编制工作，并推荐5种可应用于长寿命路面的典型结构，包括强基薄面结构（第二代半刚性基层结构）、复合式路面结构、改进型半刚性基层路面结构、厚沥青路面结构、全厚式沥青路面结构。

 

2015年

交通运输部公路科学研究院在北京通州建成了世界上第一条面向建立长寿命沥青路面设计体系的RIOHTrack环道。

 

2019年

苏交科等单位结合《长寿命路面（30年以上）技术预研究》项目研究成果，提出了现阶段长寿命路面的研究目标：设计及使用寿命30年以上；路表10厘米以内周期性维护（10～15年）；路表10厘米以下的路面结构设计寿命30年以上；全寿命周期节省费用25%。

 

2019年10月

北京香山科学会议以“中国长寿命路面关键科学问题及技术前沿”为主题，提出了“到2035年基本建成交通强国之时，我国路面使用寿命达到30年，到2050年，全面建成人民满意、保障有力、世界前列的交通强国之时，我国路面使用寿命应力争达到50年”的倡议。