山东在长寿命路面技术方面的探索

文

山东沥青路面发展情况概述

1990年～1998年：起步阶段

这一时期山东关于沥青路面相关研究较少，当时的早期水损坏问题较为严重，在半刚性基层的反射裂缝与渗水综合作用下，沥青路面出现了许多基层破坏的问题。

1998年～2002年：发展阶段

山东开始大量研究沥青路面新材料、新工艺。1999年，山东省交通科学研究院提出了多级嵌挤理论，并在设计中逐渐采用Superpave设计方法，沥青表面层早期损害问题，如水损害、车辙等均在很大程度上得到了解决。

2003年～2007年：深入发展阶段

山东开始对沥青面层、半刚性基层、柔性基层以及路面结构进行研究。2005年，铺筑完成了滨大高速长寿命试验路，包括5种沥青路面结构。这一阶段，山东的沥青路面材料与结构形式不再单一，逐步走向多样化与合理化，从此前完全照搬国外设计理论，逐渐迈向探索和理性思考的过程，提出了具有山东特色的排水型大粒径沥青混合料柔性半刚性基层结构，被广泛应用于实际工程中。

2008年至今：细化研究与推广应用阶段

这一阶段，山东开始重视沥青路面的各层材料设计和结构层间的处理，推广采用长寿命沥青路面设计方法和结构，提出了适应复杂重载条件的新一代高品质耐久性沥青路面的设计理论与方法。

陈东 摄近年来，山东省交通科学研究院也尝试研究全厚式沥青路面结构，以期减少整个路面结构层的厚度，达到减少结构层厚度且能实现长寿命的目的。

新型路面结构的探索

滨大高速试验段：提出新型路面结构

2003年，山东省交通科学研究院在滨大高速选取滨州境内5公里高速公路，铺筑重载复杂气候条件下，具备路面响应实时监测和长期性能观测条件的5种永久性沥青路面结构试验路（如图1所示），路面结构寿命设计采用50年和35年。

图1.滨州长寿命试验路段路面结构形式

滨大高速试验路结构一为在土基上铺筑了50厘米厚的沥青混凝土的全厚式永久沥青路面结构，按照结构寿命50年、单轴轴载18吨进行设计。结构二和结构三为采用了相同的路面结构、不同的施工材料的全厚式永久沥青路面结构，铺设沥青混凝土厚度为37厘米，设计寿命为35年。结构四为山东省交通科学研究院提出的新型路面结构，即参照在半刚性基层上加铺15厘米的大粒径沥青混合料的组合式基层结构。结构五为传统的半刚性基层加常规的沥青路面结构。

这个项目创立了适合我国重载交通和复杂自然环境条件的长寿命沥青路面设计理论与方法，揭示了路面结构工作状态和材料损伤过程，提出了相应的设计指标和参数，突破了工程应用中沥青层底拉应变无法检测的技术瓶颈，推动了重载条件下，长寿命沥青路面设计理念的创新和沥青路面工程的技术进步。

2006年，项目在美国“国际永久性沥青路面大会”上，荣获APA颁发的“科技创新”奖。2010年，项目又荣获国家科技进步二等奖、山东省科技进步一等奖。

2005～2007年，山东境内新建的763.8公里高速公路，以及300公里养护大修工程中，均应用了新型组合式基层结构。

济莱高速试验段：延伸研究成果

2007年，为进一步延伸滨大高速长寿命试验路研究成果，山东省交通科学研究院在济莱高速铺设了3公里的试验路，采用了三种路面结构（如图2所示），结构一为全厚式沥青混凝土结构，结构二为在全厚式沥青混凝土下加铺沥青碎石结构，结构三为半刚性基层上加铺大粒径沥青混合料的组合式基层结构，同时在室内铺筑足尺路面进行加速加载与试验路联合对接研究。

按照ME-PDG和Peroad进行计算，以及加速加载试验数据与现场试验路疲劳曲线进行预测，得出结构三的疲劳寿命可以达到26.9年，接近30年，满足长寿命路面的要求。此外，本项目通车至今已经历13年复杂交通和气候条件，路面状况依旧良好，验证了在重载交通下，采用新型高性能水泥混凝土与高模量沥青混合料耐久性路面结构，能够获得更好的延长路面寿命的效果。

图2.济莱高速路面结构形式

青临高速试验项目：工程实践

青临高速公路，即山东青州至临沭高速公路，是G25长深高速公路的一段，主线全长228.33公里，全线采用双向六车道高速公路标准建设，设计行车时速120公里。青临高速公路试验段是对滨大高速长寿命试验路和济莱高速试验路路面结构研究成果的实践（如图3所示）。

图3.新一代耐久性路面典型结构形式

青临高速全线采用组合式基层结构建设，截至今年3月已通车运营7年，在大量重型荷载作用下，沥青路面几乎没有任何损坏。实践证明，山东省目前采用的组合式基层结构，无论是从沥青路面施工技术还是路面质量和道路运营情况来看，完全具备长寿命的基因。

新一代高品质沥青混合料的应用

随着我国经济社会的发展，沥青材料的铺筑环境逐渐多样化，包括高速公路长大纵坡、大容量公交专用道与港湾等，路面荷载作用的多样化对沥青混合料的品质提出了更高的要求，全面提升沥青混合料的耐久性成为亟待解决的重要问题。同时，在沥青混合料设计方面，山东面临着6大难点（如图4所示）。

针对这些问题，山东省交通科学研究院提出了“新一代高品质沥青混合料设计核心”（如图5所示），并联合中海油青岛研究中心，对新一代高劲度沥青及高品质沥青混合料设计理论与方法、新材料的研发、设计生产一体化进行了深入研究。

通过大量的研究，山东交通科学研究院提出了基于高劲度胶结料性能的混合料设计参数选择方法和性能评价标准，发明了针对不同特殊荷载环境的典型铺装结构。同时，提出了新一代高劲度沥青混合料垛积密实填充法设计理论及方法，研发了适应不同环境、层位与功能需求的硬质改性沥青混合料和新型间断式沥青混合料（如图6所示）。

通过先强化蒸馏，再采用高极性物质吸附，最终通过模量递升的方法，实现工厂化生产高性能改性沥青胶结料，攻克了沥青混合料性能全面提升的技术难题，为各类严酷荷载环境下的耐久性路面设计奠定了坚实的基础。目前，在我国重载公路、港口、机场、城市道路等实现了大规模的工程应用。

图4.沥青混合料设计面临的6大难点

图5.新一代沥青混合料设计核心

图6.新一代沥青材料设计思路