山東在長壽命路面技術方面的探索

文

山東瀝青路面發展情況概述

1990年～1998年：起步階段

這一時期山東關于瀝青路面相關研究較少，當時的早期水損壞問題較為嚴重，在半剛性基層的反射裂縫與滲水綜合作用下，瀝青路面出現了許多基層破壞的問題。

1998年～2002年：發展階段

山東開始大量研究瀝青路面新材料、新工藝。1999年，山東省交通科學研究院提出了多級嵌擠理論，并在設計中逐漸采用Superpave設計方法，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：深入發展階段

山東開始對瀝青面層、半剛性基層、柔性基層以及路面結構進行研究。2005年，鋪筑完成了濱大高速長壽命試驗路，包括5種瀝青路面結構。這一階段，山東的瀝青路面材料與結構形式不再單一，逐步走向多樣化與合理化，從此前完全照搬國外設計理論，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構，被廣泛應用于實際工程中。

2008年至今：細化研究與推廣應用階段

這一階段，山東開始重視瀝青路面的各層材料設計和結構層間的處理，推廣采用長壽命瀝青路面設計方法和結構，提出了適應復雜重載條件的新一代高品質耐久性瀝青路面的設計理論與方法。

陳東 攝近年來，山東省交通科學研究院也嘗試研究全厚式瀝青路面結構，以期減少整個路面結構層的厚度，達到減少結構層厚度且能實現長壽命的目的。

新型路面結構的探索

濱大高速試驗段：提出新型路面結構

2003年，山東省交通科學研究院在濱大高速選取濱州境內5公里高速公路，鋪筑重載復雜氣候條件下，具備路面響應實時監測和長期性能觀測條件的5種永久性瀝青路面結構試驗路（如圖1所示），路面結構壽命設計采用50年和35年。

圖1.濱州長壽命試驗路段路面結構形式

濱大高速試驗路結構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構，按照結構壽命50年、單軸軸載18噸進行設計。結構二和結構三為采用了相同的路面結構、不同的施工材料的全厚式永久瀝青路面結構，鋪設瀝青混凝土厚度為37厘米，設計壽命為35年。結構四為山東省交通科學研究院提出的新型路面結構，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構。結構五為傳統的半剛性基層加常規的瀝青路面結構。

這個項目創立了適合我國重載交通和復雜自然環境條件的長壽命瀝青路面設計理論與方法，揭示了路面結構工作狀態和材料損傷過程，提出了相應的設計指標和參數，突破了工程應用中瀝青層底拉應變無法檢測的技術瓶頸，推動了重載條件下，長壽命瀝青路面設計理念的創新和瀝青路面工程的技術進步。

2006年，項目在美國“國際永久性瀝青路面大會”上，榮獲APA頒發的“科技創新”獎。2010年，項目又榮獲國家科技進步二等獎、山東省科技進步一等獎。

2005～2007年，山東境內新建的763.8公里高速公路，以及300公里養護大修工程中，均應用了新型組合式基層結構。

濟萊高速試驗段：延伸研究成果

2007年，為進一步延伸濱大高速長壽命試驗路研究成果，山東省交通科學研究院在濟萊高速鋪設了3公里的試驗路，采用了三種路面結構（如圖2所示），結構一為全厚式瀝青混凝土結構，結構二為在全厚式瀝青混凝土下加鋪瀝青碎石結構，結構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構，同時在室內鋪筑足尺路面進行加速加載與試驗路聯合對接研究。

按照ME-PDG和Peroad進行計算，以及加速加載試驗數據與現場試驗路疲勞曲線進行預測，得出結構三的疲勞壽命可以達到26.9年，接近30年，滿足長壽命路面的要求。此外，本項目通車至今已經歷13年復雜交通和氣候條件，路面狀況依舊良好，驗證了在重載交通下，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構，能夠獲得更好的延長路面壽命的效果。

圖2.濟萊高速路面結構形式

青臨高速試驗項目：工程實踐

青臨高速公路，即山東青州至臨沭高速公路，是G25長深高速公路的一段，主線全長228.33公里，全線采用雙向六車道高速公路標準建設，設計行車時速120公里。青臨高速公路試驗段是對濱大高速長壽命試驗路和濟萊高速試驗路路面結構研究成果的實踐（如圖3所示）。

圖3.新一代耐久性路面典型結構形式

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

新一代高品質瀝青混合料的應用

隨著我國經濟社會的發展，瀝青材料的鋪筑環境逐漸多樣化，包括高速公路長大縱坡、大容量公交專用道與港灣等，路面荷載作用的多樣化對瀝青混合料的品質提出了更高的要求，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，在瀝青混合料設計方面，山東面臨著6大難點（如圖4所示）。

針對這些問題，山東省交通科學研究院提出了“新一代高品質瀝青混合料設計核心”（如圖5所示），并聯合中海油青島研究中心，對新一代高勁度瀝青及高品質瀝青混合料設計理論與方法、新材料的研發、設計生產一體化進行了深入研究。

通過大量的研究，山東交通科學研究院提出了基于高勁度膠結料性能的混合料設計參數選擇方法和性能評價標準，發明了針對不同特殊荷載環境的典型鋪裝結構。同時，提出了新一代高勁度瀝青混合料垛積密實填充法設計理論及方法，研發了適應不同環境、層位與功能需求的硬質改性瀝青混合料和新型間斷式瀝青混合料（如圖6所示）。

通過先強化蒸餾，再采用高極性物質吸附，最終通過模量遞升的方法，實現工廠化生產高性能改性瀝青膠結料，攻克了瀝青混合料性能全面提升的技術難題，為各類嚴酷荷載環境下的耐久性路面設計奠定了堅實的基礎。目前，在我國重載公路、港口、機場、城市道路等實現了大規模的工程應用。

圖4.瀝青混合料設計面臨的6大難點

圖5.新一代瀝青混合料設計核心

圖6.新一代瀝青材料設計思路