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改革開放40年來，我國公路建設(shè)經(jīng)歷了從無到有、從小到大、從弱到強(qiáng)的“第一次”跨越式發(fā)展歷程。隨著2019年中共中央國務(wù)院印發(fā)了《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》，未來30年，我國面臨著路面技術(shù)“第二次”跨越式引領(lǐng)發(fā)展的新目標(biāo)。

為什么要研發(fā)中國長壽命路面？

路面技術(shù)永恒主題

研發(fā)長壽命路面是提升我國路面工程的本質(zhì)安全性水平，實(shí)現(xiàn)路面技術(shù)“第二次”跨越式引領(lǐng)發(fā)展的一個(gè)契機(jī)。它不僅是定性的理念，更是定量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和體系，不僅包括材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，還涉及施工工藝和質(zhì)量控制的革新。這項(xiàng)技術(shù)不僅適用于新建工程，在養(yǎng)護(hù)、改擴(kuò)建工程中同樣具有重要意義，是建設(shè)綠色交通、智慧交通的具體體現(xiàn)和基礎(chǔ)平臺。

國內(nèi)具備良好的研發(fā)條件

實(shí)踐證明，國內(nèi)大多數(shù)高速公路結(jié)構(gòu)安全壽命大于15年，說明我國現(xiàn)有設(shè)計(jì)、施工水平有較大的儲(chǔ)備，有希望實(shí)現(xiàn)路面長壽命的目標(biāo)。

已有經(jīng)驗(yàn)缺乏數(shù)據(jù)支撐

雖然，我國公路建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、科研能力和人才資源已經(jīng)具備世界先進(jìn)水平。但目前仍然缺乏長期的、全壽命周期的、體系化的、多元化的路面材料和結(jié)構(gòu)服役性能演化數(shù)據(jù)。

我國國情需要

世界各國都在研究適合本國國情的長壽命路面建養(yǎng)技術(shù)，我國也要在學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，探索適合本國國情的長壽命路面建養(yǎng)技術(shù)，走出中國自己的長壽命路面之路。

足尺環(huán)道與室內(nèi)多尺度試驗(yàn)相比，具備從材料和結(jié)構(gòu)角度綜合評價(jià)其全壽命周期服役性能的優(yōu)勢。與實(shí)際工程長期性能監(jiān)測相比，足尺環(huán)道能夠在較短的時(shí)間內(nèi)獲得路面總體系統(tǒng)的檢測試驗(yàn)結(jié)果，風(fēng)險(xiǎn)相對較小，成本較低。

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我國長壽命瀝青路面標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)構(gòu)安全壽命：至少使用50年或承受2億次累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載，不需要結(jié)構(gòu)性維修。

使用功能壽命：瀝青面層維修周期不少于15年。

研發(fā)目標(biāo)與平臺建設(shè)

目前，我國現(xiàn)有的長壽命路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)模型還缺乏扎實(shí)、系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，尤其是路面超長服役周期內(nèi)的服役性能演化規(guī)律試驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)際上這也是世界各國共同存在的問題。為此，交通運(yùn)輸部建立了世界上第一條以長壽命路面服役性能驗(yàn)證為目標(biāo)的寬剛度域基層瀝青路面試驗(yàn)環(huán)道——RIOHTrack環(huán)道。

RIOHTrack環(huán)道全長2038米，設(shè)置雙向二車道，共有38種試驗(yàn)路段，其中19種瀝青混凝土面層結(jié)構(gòu)為主要試驗(yàn)段。環(huán)道采用實(shí)車重載加載模式，并確定了以5000萬次累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載的加載總目標(biāo)，每天運(yùn)行加載10～12小時(shí)，采集寬剛度域基層路面多元服役性能數(shù)據(jù)，以期填補(bǔ)世界范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)空白，驗(yàn)證現(xiàn)有的路面設(shè)計(jì)模型，研發(fā)長壽命瀝青路面的設(shè)計(jì)方法和指標(biāo)體系。

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RIOHTrack名字的由來

RIOH是交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院的英文簡稱，環(huán)道由公路所負(fù)責(zé)建設(shè)和運(yùn)營管理，因此按照國際慣例起名為RIOHTrack環(huán)道。

環(huán)道建設(shè)與發(fā)展時(shí)間軸

2006年 沙慶林院士倡議建設(shè)RIOHTrack環(huán)道

2007～2014年 經(jīng)過8年的論證，由國家發(fā)改委投資建設(shè)

2014年8月～2015年11月 環(huán)道經(jīng)歷一年多的建設(shè)期

2015年11月～2016年11月 環(huán)道進(jìn)入為期一年的“零荷”狀態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)

2016年11月至今 加載試驗(yàn)和數(shù)據(jù)采集

此外，環(huán)道設(shè)置了專有加載系統(tǒng)，采用6輛百噸級的載重列車加載，配備了完善的室內(nèi)評價(jià)系統(tǒng)、試驗(yàn)系統(tǒng)，以及數(shù)據(jù)監(jiān)測和采集系統(tǒng)，采集的所有數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行匯總，統(tǒng)一對外發(fā)布。

4年來的階段性認(rèn)知和啟示

對環(huán)道的階段性認(rèn)知

2016年11月至今年1月，環(huán)道已經(jīng)運(yùn)營了約4年的時(shí)間，經(jīng)歷了2400萬次加載，也取得了階段性成果。通過在相同的地質(zhì)條件、氣候環(huán)境和荷載狀態(tài)下，比較環(huán)道采用的不同類型路面結(jié)構(gòu)的服役性能，得出以下幾個(gè)方面的結(jié)論：

裂縫 雖然環(huán)道設(shè)置了幾個(gè)結(jié)構(gòu)層較薄的路面結(jié)構(gòu)，但經(jīng)過巨大的荷載加載后，至今仍未產(chǎn)生任何縱向裂縫。橫向裂縫以行車道裂縫為主，且主要為自上而下的荷載型裂縫或?qū)?yīng)裂縫。目前，環(huán)道正常路段上的橫向貫通縫為4條，行車道裂縫為25條。

承載能力 行業(yè)內(nèi)一般采用彎沉值來評價(jià)路面承載能力。數(shù)據(jù)顯示，環(huán)道各類路面結(jié)構(gòu)的彎沉值受環(huán)境溫度影響較大，隨每年氣溫的變化呈現(xiàn)出年周期性變化，夏季彎沉值最大，冬季彎沉值最小。此外，彎沉值也受到結(jié)構(gòu)形式的影響，其中倒裝式結(jié)構(gòu)的彎沉值最大。

車轍 通過研究2017～2019年環(huán)道的車轍數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，每年夏天各個(gè)路段的車轍最大，冬季則呈現(xiàn)明顯的降低趨勢?？梢耘袛喑鲕囖H并不是隨著荷載作用次數(shù)增加而單調(diào)增加的，而是隨年度氣溫的變化呈現(xiàn)出波動(dòng)增長的趨勢，說明路面車轍的形成不能僅依靠傳統(tǒng)的黏彈塑性模型來解釋，可能還有其他內(nèi)在機(jī)理需要進(jìn)一步挖掘。

現(xiàn)階段，我國很多地區(qū)已引進(jìn)長壽命路面的理念，并因地制宜地提出了適合我國國情的長壽命瀝青路面設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步延長了我國瀝青路面的設(shè)計(jì)壽命。王永生 攝

平整度 通過觀測發(fā)現(xiàn)，盡管倒裝式路面結(jié)構(gòu)的彎沉、車轍較大，但平整度卻最好，復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)的平整度最差。夏季，路面平整度與車轍、彎沉指標(biāo)有良好關(guān)系，冬季則關(guān)系較差?？傮w上，路面結(jié)構(gòu)平整度越小，車轍越大，彎沉值與平整度呈二分狀態(tài)。

抗滑性能 環(huán)道的19種結(jié)構(gòu)鋪設(shè)了四種瀝青混合料表面層，分別是碎石含量為65%的SAC13-65、碎石含量為70%的SAC13-70、碎石含量為75%的SMA13以及碎石含量為80%的多孔隙瀝青混凝土PAC13。2019年，PAC13的試驗(yàn)路段出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的剝落病害，相關(guān)的檢測數(shù)據(jù)不具備參考價(jià)值。其他三類密實(shí)型混合料經(jīng)歷了2400萬次加載后，表面層紋理深度均在0.7以上，說明總體紋理深度較好，抗滑性能良好。

環(huán)道施工建設(shè)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

經(jīng)歷了2400萬次加載后，環(huán)道各個(gè)路段的總體性能狀況良好，未產(chǎn)生水損壞及縱向開裂等問題，說明環(huán)道當(dāng)初設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)和施工質(zhì)量較好，為后期環(huán)道加載試驗(yàn)提供了良好的平臺。總結(jié)當(dāng)初環(huán)道建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，主要體現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

瀝青混凝土設(shè)計(jì) 除SMA13和PAC13外，環(huán)道所有瀝青混凝土均采用多碎石瀝青混凝土，并按照重載交通的標(biāo)準(zhǔn)，采用最緊密狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法；且在中、下面層和基層大量使用30號和50號瀝青替代SBS改性瀝青。

半剛性材料 環(huán)道采用標(biāo)準(zhǔn)為6兆帕的高強(qiáng)度水穩(wěn)碎石，嚴(yán)格按照2015年版《公路瀝青路面施工技術(shù)細(xì)則》施工，并驗(yàn)證相關(guān)指標(biāo)。

路面結(jié)構(gòu) 普遍設(shè)置了改性瀝青防水粘結(jié)層，解決結(jié)構(gòu)的水損壞問題。

工程施工 嚴(yán)格按照四階段配合比設(shè)計(jì)，在傳統(tǒng)三階段配合比設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，增加理論配合比設(shè)計(jì)，確定合理的級配曲線。加強(qiáng)現(xiàn)場壓實(shí)控制和施工質(zhì)量管理。

路面服役性能評價(jià)方法總結(jié)

服役性能的評價(jià)方法是多元化的，不同類型的路面結(jié)構(gòu)服役性能差異較大，瀝青面層薄厚程度并不是評價(jià)路面結(jié)構(gòu)耐久性的主要指標(biāo)，需要針對長壽命路面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，尋求適宜的評價(jià)方法。

關(guān)于裂縫發(fā)展形態(tài)的思考

縱向裂縫 在重載交通條件下，目前環(huán)道路面仍未產(chǎn)生縱向裂縫，是否可以推斷：實(shí)際工程中的縱向裂縫大多來自于路基或施工質(zhì)量問題。如果推斷成立，那么縱向裂縫將可避免，不再是長壽命路面正常疲勞損傷的主要表現(xiàn)。這對于長壽命路面設(shè)計(jì)體系來說，將會(huì)是較大的變革。

橫向貫通縫 環(huán)道正常產(chǎn)生的4條橫向貫通裂縫，其中3條出現(xiàn)在沒有進(jìn)行任何加載、氣溫驟降的情況下，充分說明橫向貫通縫主要是溫度裂縫，不是一般認(rèn)為的反射裂縫。

行車道裂縫 環(huán)道目前主要在行車道上產(chǎn)生自上而下的橫向裂縫，是否可以推斷：長壽命瀝青路面的疲勞損傷主要來自于表面。若這一現(xiàn)象進(jìn)一步得到證實(shí)后，將為長壽命瀝青路面的設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)方法帶來革命性的變化。

RIOHTrack環(huán)道的加載運(yùn)營，為我國長壽命路面技術(shù)研發(fā)創(chuàng)造了有利條件。相信隨著環(huán)道試驗(yàn)的進(jìn)一步深入，將會(huì)發(fā)現(xiàn)更加有價(jià)值的服役性能演化規(guī)律，為建立我國長壽命路面建養(yǎng)技術(shù)體系奠定基礎(chǔ)。

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寬剛度域基層的路面結(jié)構(gòu)

瀝青路面可分為6大類結(jié)構(gòu)，包括半剛性基層結(jié)構(gòu)、組合式或者復(fù)合式結(jié)構(gòu)（剛性基層結(jié)構(gòu)）、倒裝式結(jié)構(gòu)（半剛性基層和瀝青面層之間加柔性基層）、柔性基層結(jié)構(gòu)、厚瀝青混凝土結(jié)構(gòu)、全厚式結(jié)構(gòu)。假設(shè)按照面層、基層、土基三層結(jié)構(gòu)體系來劃分，以上6類結(jié)構(gòu)主要差異在于基層，且基層剛度的差異可以達(dá)到1～2個(gè)數(shù)量級。因此，可將瀝青路面結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為“寬剛度域基層的瀝青路面結(jié)構(gòu)”。路面設(shè)計(jì)實(shí)際上就是“寬剛度域”的基層設(shè)計(jì)。由于基層品質(zhì)的不同，對相應(yīng)的面層和路基提出不同的要求。

RIOHTrack環(huán)道在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，更細(xì)致地劃分了第7類結(jié)構(gòu)，將厚瀝青面層結(jié)構(gòu)分為瀝青面層24～28厘米和36厘米兩種。