全厚式长寿命路面的龙江“首秀”

■ 文/图｜黑龙江省交投公路建设投资有限公司 张扬

为从根本上改善和提高季节性冻土区高速公路沥青路面的使用性能并延长其使用寿命，黑龙江省交投公路建设投资有限公司根据长寿命路面各结构层的受力特点及对材料的性能要求，借鉴国内外全厚式长寿命沥青路面的研究成果，结合季节性冻土区重载交通与复杂的自然环境特点，提出了新型全厚式长寿命沥青路面结构，在哈尔滨至肇源高速公路（以下简称“哈肇高速”）完成了全厚式长寿命沥青路面技术在季节性冻土区的“首秀”。

我国幅员辽阔，根据环境气候条件可分为多年冻土区、季节性冻土区和全年不冻区。其中，季节性冻土区气候特点具有很强的地域性，其昼夜温差大、冬季寒冷干燥、冰冻期较长且极寒天气较多。季节性冻土区修筑的沥青路面时常会遭受严重的冻结与融化破坏。

目前，季节性冻土区高速公路大多采用半刚性基层沥青路面结构形式，尽管这种结构承载能力强，但其存在出现反射裂缝、唧泥（车辆通过时基层细料和水一起从板接缝处挤出，由缝中喷溅出稀泥浆的现象）和层间结合不好等早期损坏问题，加之季节性冻土区气候变化大、环境恶劣，沥青路面易出现开裂、坑槽、冻胀等典型病害，导致沥青路面未达到设计寿命就需要大修。特别是结构性大修，对社会与自然资源的消耗大、运营维护成本高，难以实现全寿命周期技术经济优化的要求。

因此，如何设计出使用年限长、服役性能好的季节性冻土区长寿命路面，成为公路行业关注的问题。近些年来，国内外研究人员纷纷对长寿命沥青路面研究展开了积极的探索，其中全厚式沥青路面作为长寿命路面的一种，受到研究人员及相关建设单位的青睐。如下图所示，美国、日本、德国、法国等都纷纷开展了全厚式长寿命路面的研究及应用，并且都取得了不错的效果。

美国、日本、德国、法国 全厚式 长寿命沥青结构组合示意图

然而，完全照搬国外及其他地区这种长寿命路面设计的模式是行不通的，必须针对不同地区，不同气候条件因地制宜去设计长寿命沥青路面。

哈肇高速是黑龙江省“2866”高速公路网中的8条省会放射线之一，起点位于哈尔滨市松北区中源大道与王万铁路交叉处，向西经肇东市、五站镇、大庆采油十厂、肇州县，在肇源县G45大广高速k133+067处南下与吉林高速网相通，是黑龙江省西向出省的主通道，为黑龙江省主要干线公路。

链接

黑龙江“2866”高速公路网

2016 年5 月，黑龙江省发改委印发了《黑龙江省省道网规划（2015-2030）》，在国家高速公路网基础上，规划了省级高速公路，与国家高速公路共同构建了“两环、八射、六横、六纵”的“2866”高速公路网，规划总里程7256 公里。

为从根本上改善和提高季节性冻土区高速公路沥青路面的使用性能并延长其使用寿命，在借鉴国内外全厚式长寿命沥青路面研究成果的基础上，2022年8月9日，随着最后一层EME高模量沥青混合料的铺筑，国内季节性冻土区首个全厚式长寿命路面试验路在哈肇高速顺利铺筑完成。

哈肇高速全厚式长寿命路面设计方案及理念

设计理念

在哈肇高速全厚式长寿命沥青路面铺筑试验中，增设抗疲劳层的全厚式沥青混凝土路面具有更长的疲劳寿命。

适当增加沥青层的厚度、提高下面层和基层的模量，改善路面结构的耐久性。

借鉴法国高模量沥青混合料设计法并基于连续式集料嵌挤基准法的合理贝雷比参数RBRs，用于高模量沥青混合料矿料级配组成的设计调控。

设计方案

试验路结构层由改善土路基和全厚式沥青路面结构组成，其中，改善土基厚度为74厘米，路面结构层由20厘米级配碎石层（结构层宽度14米）、2厘米抗疲劳层AC-5（结构层宽度14米）、12厘米高模量沥青混合料EME-20下层（结构层宽度12.4米）、12厘米高模量沥青混合料EME-20上层（结构层宽度11.25米）、6厘米高模量沥青混合料EME-16（结构层宽度11.25米）、4厘米SMA-13（结构层宽度11.25米）组成，路面结构层总厚度为56厘米。

长寿命试验路结构组合示意图

试验路沥青路面结构组合采用两种铺筑方案，如下图所示。其中，“k77+022～k79+000段”EME-16和EME-20高模量混合料均使用高模量沥青；“k79+000～k81+571段”高模量混合料采用“改性沥青/基质沥青+高模量剂”，EME-20采用“90#A级道路石油沥青+高模量剂”，EME-16采用“SBS改性沥青+高模量剂”。对高模量沥青以及高模量添加剂两种方式制备的高模量沥青混合料的对比分析，有助于探索适用于季节性冻土区工程条件的全厚式长寿命沥青路面合理材料类型与结构组合。

全厚式长寿命试验路铺筑方案

哈肇高速全厚式长寿命沥青路面性能观测

全厚式长寿命试验路中EME-20沥青混合料层施工完成后的状态见下图。从图中可以看出，结构层碾压完成后表面均匀、密实，外观良好。

EME-20铺面状态

全厚式长寿命试验路整体结构施工完成且完全冷却成型后，对路面进行钻芯取样，由下图可知，芯样完整、层间黏结紧密。对钻取的芯样中两个层位的高模量沥青混合料进行动态模量（45℃，10Hz）、贯入强度、渗水系数和压实度等指标的检测，结果如下表所示。

采用不同材料组成方案的长寿命路面芯样

全厚式长寿命试验路性能检测结果表

由检测结果可知，试验路铺筑完成后，两个层位的高模量沥青混合料均满足各项性能检测指标的技术要求，性能优良，将其用于长寿命沥青路面中，可满足长寿命路面不同结构层的使用性能要求，并能有效减小全厚式沥青路面结构层的厚度。

全厚式长寿命沥青路面技术优势与效益分析

性能更强

与传统沥青路面层相比，全厚式长寿命沥青路面采用了较厚的沥青层柔性路面，降低了路面底部开裂的可能性，避免了结构性车辙。

寿命更长

通常全厚式长寿命沥青路面设计使用寿命为40年以上，而传统路面结构的使用寿命通常为15年左右。但从使用寿命而言，全厚式长寿命沥青路面是传统路面结构的2倍之多。

长寿命路面结构层受力特点

路面40年所需费用表

效益更优

从“路面40年所需费用表”可知，与原设计方案采用传统半刚性基层沥青路面相比，采用全厚式长寿命沥青路面结构方案的初期建设费用有所提高。但相对于半刚性基层沥青路面，尽管全厚式长寿命沥青路面的初期建设成本每车道每公里高出8.5万元，但根据长期的运营及养护费用来看，全厚式长寿命沥青路面结构的优越性使其拥有更长的使用寿命，在40年内的使用成本反而更低，相较于半刚性基层沥青路面，使用成本每车道每公里降低了431.2万元，经济性更好。

此外，路面使用性能的提高及使用寿命的延长，还可缓解沥青路面频繁翻修过程中产生的大量废料和环境污染问题，符合可持续发展战略中废物资源化利用的要求，减少了开山采石对生态环境的破坏。因此，全厚式长寿命沥青路面技术不仅具有经济性优势，同时具备显著的社会效益。

基于高模量沥青混合料的全厚式长寿命沥青路面在哈肇高速公路的应用，结果显示初期使用效果良好，这为全厚式长寿命沥青路面技术在季节性冻土区高速公路沥青路面工程中的应用拉开了序幕。为积累季节性冻土区长寿命沥青路面技术的发展经验，黑龙江省交投公路建设投资有限公司将对全厚式长寿命沥青路面长期性能开展持续跟踪观测与研究。