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山東瀝青路面發(fā)展情況概述

1990年～1998年：起步階段

這一時(shí)期山東關(guān)于瀝青路面相關(guān)研究較少，當(dāng)時(shí)的早期水損壞問題較為嚴(yán)重，在半剛性基層的反射裂縫與滲水綜合作用下，瀝青路面出現(xiàn)了許多基層破壞的問題。

1998年～2002年：發(fā)展階段

山東開始大量研究瀝青路面新材料、新工藝。1999年，山東省交通科學(xué)研究院提出了多級(jí)嵌擠理論，并在設(shè)計(jì)中逐漸采用Superpave設(shè)計(jì)方法，瀝青表面層早期損害問題，如水損害、車轍等均在很大程度上得到了解決。

2003年～2007年：深入發(fā)展階段

山東開始對(duì)瀝青面層、半剛性基層、柔性基層以及路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。2005年，鋪筑完成了濱大高速長(zhǎng)壽命試驗(yàn)路，包括5種瀝青路面結(jié)構(gòu)。這一階段，山東的瀝青路面材料與結(jié)構(gòu)形式不再單一，逐步走向多樣化與合理化，從此前完全照搬國外設(shè)計(jì)理論，逐漸邁向探索和理性思考的過程，提出了具有山東特色的排水型大粒徑瀝青混合料柔性半剛性基層結(jié)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中。

2008年至今：細(xì)化研究與推廣應(yīng)用階段

這一階段，山東開始重視瀝青路面的各層材料設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)層間的處理，推廣采用長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)，提出了適應(yīng)復(fù)雜重載條件的新一代高品質(zhì)耐久性瀝青路面的設(shè)計(jì)理論與方法。

陳東 攝近年來，山東省交通科學(xué)研究院也嘗試研究全厚式瀝青路面結(jié)構(gòu)，以期減少整個(gè)路面結(jié)構(gòu)層的厚度，達(dá)到減少結(jié)構(gòu)層厚度且能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命的目的。

新型路面結(jié)構(gòu)的探索

濱大高速試驗(yàn)段：提出新型路面結(jié)構(gòu)

2003年，山東省交通科學(xué)研究院在濱大高速選取濱州境內(nèi)5公里高速公路，鋪筑重載復(fù)雜氣候條件下，具備路面響應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和長(zhǎng)期性能觀測(cè)條件的5種永久性瀝青路面結(jié)構(gòu)試驗(yàn)路（如圖1所示），路面結(jié)構(gòu)壽命設(shè)計(jì)采用50年和35年。

圖1.濱州長(zhǎng)壽命試驗(yàn)路段路面結(jié)構(gòu)形式

濱大高速試驗(yàn)路結(jié)構(gòu)一為在土基上鋪筑了50厘米厚的瀝青混凝土的全厚式永久瀝青路面結(jié)構(gòu)，按照結(jié)構(gòu)壽命50年、單軸軸載18噸進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)二和結(jié)構(gòu)三為采用了相同的路面結(jié)構(gòu)、不同的施工材料的全厚式永久瀝青路面結(jié)構(gòu)，鋪設(shè)瀝青混凝土厚度為37厘米，設(shè)計(jì)壽命為35年。結(jié)構(gòu)四為山東省交通科學(xué)研究院提出的新型路面結(jié)構(gòu)，即參照在半剛性基層上加鋪15厘米的大粒徑瀝青混合料的組合式基層結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)五為傳統(tǒng)的半剛性基層加常規(guī)的瀝青路面結(jié)構(gòu)。

這個(gè)項(xiàng)目創(chuàng)立了適合我國重載交通和復(fù)雜自然環(huán)境條件的長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)理論與方法，揭示了路面結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)和材料損傷過程，提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)和參數(shù)，突破了工程應(yīng)用中瀝青層底拉應(yīng)變無法檢測(cè)的技術(shù)瓶頸，推動(dòng)了重載條件下，長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)理念的創(chuàng)新和瀝青路面工程的技術(shù)進(jìn)步。

2006年，項(xiàng)目在美國“國際永久性瀝青路面大會(huì)”上，榮獲APA頒發(fā)的“科技創(chuàng)新”獎(jiǎng)。2010年，項(xiàng)目又榮獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、山東省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

2005～2007年，山東境內(nèi)新建的763.8公里高速公路，以及300公里養(yǎng)護(hù)大修工程中，均應(yīng)用了新型組合式基層結(jié)構(gòu)。

濟(jì)萊高速試驗(yàn)段：延伸研究成果

2007年，為進(jìn)一步延伸濱大高速長(zhǎng)壽命試驗(yàn)路研究成果，山東省交通科學(xué)研究院在濟(jì)萊高速鋪設(shè)了3公里的試驗(yàn)路，采用了三種路面結(jié)構(gòu)（如圖2所示），結(jié)構(gòu)一為全厚式瀝青混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)二為在全厚式瀝青混凝土下加鋪瀝青碎石結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)三為半剛性基層上加鋪大粒徑瀝青混合料的組合式基層結(jié)構(gòu)，同時(shí)在室內(nèi)鋪筑足尺路面進(jìn)行加速加載與試驗(yàn)路聯(lián)合對(duì)接研究。

按照ME-PDG和Peroad進(jìn)行計(jì)算，以及加速加載試驗(yàn)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)路疲勞曲線進(jìn)行預(yù)測(cè)，得出結(jié)構(gòu)三的疲勞壽命可以達(dá)到26.9年，接近30年，滿足長(zhǎng)壽命路面的要求。此外，本項(xiàng)目通車至今已經(jīng)歷13年復(fù)雜交通和氣候條件，路面狀況依舊良好，驗(yàn)證了在重載交通下，采用新型高性能水泥混凝土與高模量瀝青混合料耐久性路面結(jié)構(gòu)，能夠獲得更好的延長(zhǎng)路面壽命的效果。

圖2.濟(jì)萊高速路面結(jié)構(gòu)形式

青臨高速試驗(yàn)項(xiàng)目：工程實(shí)踐

青臨高速公路，即山東青州至臨沭高速公路，是G25長(zhǎng)深高速公路的一段，主線全長(zhǎng)228.33公里，全線采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)行車時(shí)速120公里。青臨高速公路試驗(yàn)段是對(duì)濱大高速長(zhǎng)壽命試驗(yàn)路和濟(jì)萊高速試驗(yàn)路路面結(jié)構(gòu)研究成果的實(shí)踐（如圖3所示）。

圖3.新一代耐久性路面典型結(jié)構(gòu)形式

青臨高速全線采用組合式基層結(jié)構(gòu)建設(shè)，截至今年3月已通車運(yùn)營7年，在大量重型荷載作用下，瀝青路面幾乎沒有任何損壞。實(shí)踐證明，山東省目前采用的組合式基層結(jié)構(gòu)，無論是從瀝青路面施工技術(shù)還是路面質(zhì)量和道路運(yùn)營情況來看，完全具備長(zhǎng)壽命的基因。

新一代高品質(zhì)瀝青混合料的應(yīng)用

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，瀝青材料的鋪筑環(huán)境逐漸多樣化，包括高速公路長(zhǎng)大縱坡、大容量公交專用道與港灣等，路面荷載作用的多樣化對(duì)瀝青混合料的品質(zhì)提出了更高的要求，全面提升瀝青混合料的耐久性成為亟待解決的重要問題。同時(shí)，在瀝青混合料設(shè)計(jì)方面，山東面臨著6大難點(diǎn)（如圖4所示）。

針對(duì)這些問題，山東省交通科學(xué)研究院提出了“新一代高品質(zhì)瀝青混合料設(shè)計(jì)核心”（如圖5所示），并聯(lián)合中海油青島研究中心，對(duì)新一代高勁度瀝青及高品質(zhì)瀝青混合料設(shè)計(jì)理論與方法、新材料的研發(fā)、設(shè)計(jì)生產(chǎn)一體化進(jìn)行了深入研究。

通過大量的研究，山東交通科學(xué)研究院提出了基于高勁度膠結(jié)料性能的混合料設(shè)計(jì)參數(shù)選擇方法和性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)明了針對(duì)不同特殊荷載環(huán)境的典型鋪裝結(jié)構(gòu)。同時(shí)，提出了新一代高勁度瀝青混合料垛積密實(shí)填充法設(shè)計(jì)理論及方法，研發(fā)了適應(yīng)不同環(huán)境、層位與功能需求的硬質(zhì)改性瀝青混合料和新型間斷式瀝青混合料（如圖6所示）。

通過先強(qiáng)化蒸餾，再采用高極性物質(zhì)吸附，最終通過模量遞升的方法，實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)高性能改性瀝青膠結(jié)料，攻克了瀝青混合料性能全面提升的技術(shù)難題，為各類嚴(yán)酷荷載環(huán)境下的耐久性路面設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前，在我國重載公路、港口、機(jī)場(chǎng)、城市道路等實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的工程應(yīng)用。

圖4.瀝青混合料設(shè)計(jì)面臨的6大難點(diǎn)

圖5.新一代瀝青混合料設(shè)計(jì)核心

圖6.新一代瀝青材料設(shè)計(jì)思路