从试验环道看长寿命路面的“中国制造”

文

改革开放40年来，我国公路建设经历了从无到有、从小到大、从弱到强的“第一次”跨越式发展历程。随着2019年中共中央国务院印发了《交通强国建设纲要》，未来30年，我国面临着路面技术“第二次”跨越式引领发展的新目标。

为什么要研发中国长寿命路面？

路面技术永恒主题

研发长寿命路面是提升我国路面工程的本质安全性水平，实现路面技术“第二次”跨越式引领发展的一个契机。它不仅是定性的理念，更是定量的技术标准和体系，不仅包括材料和结构设计的创新，还涉及施工工艺和质量控制的革新。这项技术不仅适用于新建工程，在养护、改扩建工程中同样具有重要意义，是建设绿色交通、智慧交通的具体体现和基础平台。

国内具备良好的研发条件

实践证明，国内大多数高速公路结构安全寿命大于15年，说明我国现有设计、施工水平有较大的储备，有希望实现路面长寿命的目标。

已有经验缺乏数据支撑

虽然，我国公路建设实践经验、科研能力和人才资源已经具备世界先进水平。但目前仍然缺乏长期的、全寿命周期的、体系化的、多元化的路面材料和结构服役性能演化数据。

我国国情需要

世界各国都在研究适合本国国情的长寿命路面建养技术，我国也要在学习国外先进技术的同时，探索适合本国国情的长寿命路面建养技术，走出中国自己的长寿命路面之路。

足尺环道与室内多尺度试验相比，具备从材料和结构角度综合评价其全寿命周期服役性能的优势。与实际工程长期性能监测相比，足尺环道能够在较短的时间内获得路面总体系统的检测试验结果，风险相对较小，成本较低。

链接：

我国长寿命沥青路面标准

结构安全寿命：至少使用50年或承受2亿次累计标准轴载，不需要结构性维修。

使用功能寿命：沥青面层维修周期不少于15年。

研发目标与平台建设

目前，我国现有的长寿命路面结构设计方法、设计模型还缺乏扎实、系统的试验数据验证，尤其是路面超长服役周期内的服役性能演化规律试验数据，实际上这也是世界各国共同存在的问题。为此，交通运输部建立了世界上第一条以长寿命路面服役性能验证为目标的宽刚度域基层沥青路面试验环道——RIOHTrack环道。

RIOHTrack环道全长2038米，设置双向二车道，共有38种试验路段，其中19种沥青混凝土面层结构为主要试验段。环道采用实车重载加载模式，并确定了以5000万次累计标准轴载的加载总目标，每天运行加载10～12小时，采集宽刚度域基层路面多元服役性能数据，以期填补世界范围内的数据空白，验证现有的路面设计模型，研发长寿命沥青路面的设计方法和指标体系。

链接：

RIOHTrack名字的由来

RIOH是交通运输部公路科学研究院的英文简称，环道由公路所负责建设和运营管理，因此按照国际惯例起名为RIOHTrack环道。

环道建设与发展时间轴

2006年 沙庆林院士倡议建设RIOHTrack环道

2007～2014年 经过8年的论证，由国家发改委投资建设

2014年8月～2015年11月 环道经历一年多的建设期

2015年11月～2016年11月 环道进入为期一年的“零荷”状态标定试验

2016年11月至今 加载试验和数据采集

此外，环道设置了专有加载系统，采用6辆百吨级的载重列车加载，配备了完善的室内评价系统、试验系统，以及数据监测和采集系统，采集的所有数据由数据平台进行汇总，统一对外发布。

4年来的阶段性认知和启示

对环道的阶段性认知

2016年11月至今年1月，环道已经运营了约4年的时间，经历了2400万次加载，也取得了阶段性成果。通过在相同的地质条件、气候环境和荷载状态下，比较环道采用的不同类型路面结构的服役性能，得出以下几个方面的结论：

裂缝 虽然环道设置了几个结构层较薄的路面结构，但经过巨大的荷载加载后，至今仍未产生任何纵向裂缝。横向裂缝以行车道裂缝为主，且主要为自上而下的荷载型裂缝或对应裂缝。目前，环道正常路段上的横向贯通缝为4条，行车道裂缝为25条。

承载能力 行业内一般采用弯沉值来评价路面承载能力。数据显示，环道各类路面结构的弯沉值受环境温度影响较大，随每年气温的变化呈现出年周期性变化，夏季弯沉值最大，冬季弯沉值最小。此外，弯沉值也受到结构形式的影响，其中倒装式结构的弯沉值最大。

车辙 通过研究2017～2019年环道的车辙数据发现，每年夏天各个路段的车辙最大，冬季则呈现明显的降低趋势。可以判断出车辙并不是随着荷载作用次数增加而单调增加的，而是随年度气温的变化呈现出波动增长的趋势，说明路面车辙的形成不能仅依靠传统的黏弹塑性模型来解释，可能还有其他内在机理需要进一步挖掘。

现阶段，我国很多地区已引进长寿命路面的理念，并因地制宜地提出了适合我国国情的长寿命沥青路面设计方法，进一步延长了我国沥青路面的设计寿命。王永生 摄

平整度 通过观测发现，尽管倒装式路面结构的弯沉、车辙较大，但平整度却最好，复合式路面结构的平整度最差。夏季，路面平整度与车辙、弯沉指标有良好关系，冬季则关系较差。总体上，路面结构平整度越小，车辙越大，弯沉值与平整度呈二分状态。

抗滑性能 环道的19种结构铺设了四种沥青混合料表面层，分别是碎石含量为65%的SAC13-65、碎石含量为70%的SAC13-70、碎石含量为75%的SMA13以及碎石含量为80%的多孔隙沥青混凝土PAC13。2019年，PAC13的试验路段出现了较为严重的剥落病害，相关的检测数据不具备参考价值。其他三类密实型混合料经历了2400万次加载后，表面层纹理深度均在0.7以上，说明总体纹理深度较好，抗滑性能良好。

环道施工建设经验总结

经历了2400万次加载后，环道各个路段的总体性能状况良好，未产生水损坏及纵向开裂等问题，说明环道当初设计的主要技术指标和施工质量较好，为后期环道加载试验提供了良好的平台。总结当初环道建设的经验，主要体现为以下几个方面：

沥青混凝土设计 除SMA13和PAC13外，环道所有沥青混凝土均采用多碎石沥青混凝土，并按照重载交通的标准，采用最紧密状态的设计方法；且在中、下面层和基层大量使用30号和50号沥青替代SBS改性沥青。

半刚性材料 环道采用标准为6兆帕的高强度水稳碎石，严格按照2015年版《公路沥青路面施工技术细则》施工，并验证相关指标。

路面结构 普遍设置了改性沥青防水粘结层，解决结构的水损坏问题。

工程施工 严格按照四阶段配合比设计，在传统三阶段配合比设计基础上，增加理论配合比设计，确定合理的级配曲线。加强现场压实控制和施工质量管理。

路面服役性能评价方法总结

服役性能的评价方法是多元化的，不同类型的路面结构服役性能差异较大，沥青面层薄厚程度并不是评价路面结构耐久性的主要指标，需要针对长寿命路面的技术标准，寻求适宜的评价方法。

关于裂缝发展形态的思考

纵向裂缝 在重载交通条件下，目前环道路面仍未产生纵向裂缝，是否可以推断：实际工程中的纵向裂缝大多来自于路基或施工质量问题。如果推断成立，那么纵向裂缝将可避免，不再是长寿命路面正常疲劳损伤的主要表现。这对于长寿命路面设计体系来说，将会是较大的变革。

横向贯通缝 环道正常产生的4条横向贯通裂缝，其中3条出现在没有进行任何加载、气温骤降的情况下，充分说明横向贯通缝主要是温度裂缝，不是一般认为的反射裂缝。

行车道裂缝 环道目前主要在行车道上产生自上而下的横向裂缝，是否可以推断：长寿命沥青路面的疲劳损伤主要来自于表面。若这一现象进一步得到证实后，将为长寿命沥青路面的设计理论、设计方法带来革命性的变化。

RIOHTrack环道的加载运营，为我国长寿命路面技术研发创造了有利条件。相信随着环道试验的进一步深入，将会发现更加有价值的服役性能演化规律，为建立我国长寿命路面建养技术体系奠定基础。

链接：

宽刚度域基层的路面结构

沥青路面可分为6大类结构，包括半刚性基层结构、组合式或者复合式结构（刚性基层结构）、倒装式结构（半刚性基层和沥青面层之间加柔性基层）、柔性基层结构、厚沥青混凝土结构、全厚式结构。假设按照面层、基层、土基三层结构体系来划分，以上6类结构主要差异在于基层，且基层刚度的差异可以达到1～2个数量级。因此，可将沥青路面结构统称为“宽刚度域基层的沥青路面结构”。路面设计实际上就是“宽刚度域”的基层设计。由于基层品质的不同，对相应的面层和路基提出不同的要求。

RIOHTrack环道在上述结构基础上，更细致地划分了第7类结构，将厚沥青面层结构分为沥青面层24～28厘米和36厘米两种。