構建全球首個長壽命瀝青路面足尺試驗平臺

文/交通運輸部公路科學研究院

獲獎等級：一等獎

項目名稱：基于足尺環道五千萬次級試驗的耐久性瀝青路面服役機理與建造技術

“基于足尺環道五千萬次級試驗的耐久性瀝青路面”項目搭建了世界上首個滿足長壽命瀝青路面全壽命周期服役性能驗證、結構類型完整、觀測與監測功能齊全的足尺路面試驗平臺。已經完成五千萬次級的實車加速加載試驗，平臺系統采集了瀝青路面多元服役性能的長期演化數據，實現了長壽命瀝青路面第一階段的試驗驗證目標，夯實了我國長壽命瀝青路面技術創新研發基礎，填補了我國在該領域的空白。

創新 形成一批新理論、新方法、新技術

該項目通過開展耐久性瀝青路面服役機理與建造技術研究，形成了一批新理論、新模型、新方法與新技術，其中在海量數據高頻采集與處理，瀝青路面破壞機理及瀝青路面結構力學響應正演、反演方法研究方面達到國際領先水平。

平臺建設與數據采集

項目擁有目前世界上路面基層結構類型最完整的RIOHTrack足尺環道，可實現寬剛度域基層同時空試驗驗證，試驗加載效率約每年1500至1700ESALs，相當于美國NCAT的2倍至3倍，加載能力世界領先；5年加載累計達5000萬次，相當于車輛正常通行30年的荷載水平，是目前國際上累計試驗加載次數最多的足尺環道；提出“四法”聯用技術的數據處理方法，使有效數據密度提高5倍以上，數據信噪比可提高至60dB，異常數據識別率可達85%以上，數據加工處理能力達到每秒2GB；數據共享總量已達326TB，全部向國內外同行免費共享。

模型驗證與損傷機理

項目除驗證柔性基層、厚瀝青混凝土結構和全厚式結構外，還可驗證半剛性基層結構、剛性基層結構與倒裝結構；首次觀測到車轍變形以年為周期“損傷-恢復-損傷”的波動性增長新現象，以及薄瀝青面層結構出現的路表橫向Top-Down開裂的疲勞破壞新模式；基于環道試驗現狀分析，首次明確提出耐久性瀝青路面承力結構疲勞壽命逐層累積的新假設，可使路面壽命評估可靠性提高50%。

性能演化與力學分析

項目首次提出融合外因、內因與受力狀態三個維度的服役性能演化統一模型；建立了以Boltzmann模型為基礎的瀝青路面服役性能溫度修正新模型，可準確描述影響服役性能溫度的敏感區域和惰性區域，進而顯著提高各指標的溫度修正精度；神經網絡預測模型的精度可達90%以上，多元統計分析模型精度可達80%以上；基于材料非線性的瀝青路面力學分析方法可解決力學分析的唯一性問題，與實測結果相關性達到80%以上；提出的模量反演方法適用于各類型結構的4層體系反算，適用范圍更廣。

←試驗平臺路面結構模型

← 瀝青路面“雙向”疲勞損傷的新理論示意圖

建造技術

項目提出的高強度半剛性基層7d抗壓強度達到6至7MPa，可顯著提高路面承載能力，且不會產生反射裂縫；提出的瀝青混合料設計方法，可充分發揮礦料結構作用，不增加造價，在提高高溫性能50%以上的同時，使應力吸收層瀝青混合料成本降低20%。

應用 為一批技術研究推廣提供參考依據

工程應用方面

該項目的相關成果對長壽命路面技術的推廣應用具有重要的借鑒作用，為交通運輸部安監司“平安百年品質工程”建設研究、河北省雄安高速永久路面設計、江蘇省長壽命路面（30年以上）技術預研究、河南省在役典型瀝青路面結構性能延續技術研究等提供了切實可行的參考與指導。

數據應用方面

項目已向清華大學、東南大學、同濟大學、哈爾濱工業大學等高校和研究院所，累計開放共享數據326TB，涵蓋了8類，30余種數據。項目成果納入3項國家科學數據標準和3項交通運輸行業規范，為相關成果的推廣應用提供了依據。

推廣前景方面

耐久性瀝青路面建造技術研究成果可有效提升道路基礎設施設計的可靠性和使用的耐久性，大大節約公路養護資金，具有廣闊的推廣應用前景。

效益 多維度體現經濟與社會效益

交通運輸部公路科學研究院依托該項目編制了交通行業首部《公路長壽命瀝青路面設計與施工技術規范》，對于指導、發展和推廣長壽命路面技術具有重要意義。與傳統路面相比，長壽命路面服役周期將延長1倍以上，不僅節約養護費用，還可減少資源開采與消耗。

該項目研究所得的公路科學基礎數據，極大地豐富了我國公路科學戰略資源，支撐了多項國家重點研發計劃的實施，項目參與編制的3部國家科學數據標準，對于公路科學數據的規范化采集、存儲和利用具有重要的指導意義；以足尺環道為核心的公路長期性能國家野外科學觀測研究站和交通運輸行業野外科學觀測研究基地，將為我國公路學科的基礎研究和應用技術研究提供重要支撐。

該項目采集的服役性能數據面向全世界進行深度開放共享，為國內外高校和科研機構提供了詳實的試驗數據和基礎資料。作為國際長壽命路面技術研究領域重要的學術平臺，足尺環道可顯著提升我國路面技術的國際影響力。

貢獻 取得多項專利并形成規范標準

該項目共取得發明專利27項，軟件著作權4項，出版專著4部，發表核心學術論文58篇；主持制修訂了《公路路面基層施工技術細則》（JTG/T F20-2015）、《公路長壽命瀝青路面設計與施工技術規范》（已報批）和《橡膠瀝青路面技術規范》（已報批）等行業規范，參編了《科技計劃形成的科學數據匯交技術與管理規范》（GB/T 39912-2021）、《科技計劃形成的科學數據匯交通用代碼集》（GB/T 39908-2021）、《科技計劃形成的科學數據匯交通用數據元》（GB/T 39909-2021）等3項國家科學數據標準。

依托該項目，公路行業兩次香山科學會議獲得成功申辦，會議主題分別為“中國長壽命路面關鍵科學問題及技術前沿”和“長壽命道路的材料本構與結構性能模型”，進一步推動了長壽命路面技術發展。

項目相關成果直接孵化了國家重點研發計劃課題“足尺環道高通量響應數據挖掘與長壽命道路服役性能驗證技術（2017YFC0840201）”“變革性技術關鍵科學問題”與重點專項課題“瀝青路面全壽命周期服役性能全時空全環境試驗與示范應用（2020YFA0714304）”，服務了國家重點研發計劃課題“道路基礎設施全壽命服役性能衰變機理及預測理論（2018YFB1600103）”“智能道路鋪裝結構系統集成技術及系統設計理論體系（2018YFB1600204）”等，引領了行業技術進步，推動了交通科技創新。