認(rèn) 證：工商信息已核實(shí)
訪問(wèn)量：240325
北京中交工程儀器研究所 2023-02-20 點(diǎn)擊1657次
新中國(guó)成立至今，我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得了舉世矚目的成就。根據(jù)《2021年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》發(fā)布的數(shù)據(jù)，截止2021年底，全國(guó)公路總里程達(dá)528.07萬(wàn)公里，高速公路里程已達(dá)到16.91萬(wàn)公里、位居世界第一位，已基本建成了以高速公路為骨架的國(guó)家干線公路網(wǎng)，成為世界領(lǐng)先的交通大國(guó)。道路工程作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，我國(guó)的路面工程技術(shù)也隨之從學(xué)習(xí)吸收到集成創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，有力支撐了我國(guó)交通大國(guó)的國(guó)際地位。
2019年9月，國(guó)務(wù)院頒布了《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》，明確提出了強(qiáng)化前沿關(guān)鍵科技研發(fā)、提升交通基礎(chǔ)設(shè)施本質(zhì)安全水平的戰(zhàn)略要求。路面工程作為體量最大的交通基礎(chǔ)設(shè)施，需要從追求速度規(guī)模向更加注重質(zhì)量效益的轉(zhuǎn)變，而增強(qiáng)我國(guó)路面工程的耐久性和可靠性，提升本質(zhì)安全水平，是踐行交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略緊迫且現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。為了推進(jìn)由“交通大國(guó)”向“交通強(qiáng)國(guó)”的邁進(jìn)，我國(guó)的路面技術(shù)也正從以快速、安全、暢通為特征的“第四代”道路，向以耐久、綠色、智能為特征的“第五代”道路轉(zhuǎn)型發(fā)展。
為推動(dòng)我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施耐久性安全性的整體提升，2018年交通運(yùn)輸部辦公廳印發(fā)了《平安百年品質(zhì)工程”建設(shè)研究推進(jìn)方案》（交辦安監(jiān)[2018]147號(hào)），對(duì)路基路面工程提出了“推動(dòng)永久性路基工程建設(shè)，研究路面延壽技術(shù)”的新要求，研發(fā)符合我國(guó)國(guó)情的長(zhǎng)壽命路面建養(yǎng)技術(shù)，已成為未來(lái)推動(dòng)我國(guó)路面工程提質(zhì)增效轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要路線。2019年10月，在香山科學(xué)會(huì)議第S54次學(xué)術(shù)討論會(huì)“中國(guó)長(zhǎng)壽命路面關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題及技術(shù)前沿”上，來(lái)自國(guó)內(nèi)道路工程領(lǐng)域的專家學(xué)者及行業(yè)代表共聚一堂，經(jīng)討論后達(dá)成共識(shí)，明確提出將“建設(shè)中國(guó)特色長(zhǎng)壽命路面”作為我國(guó)道路工程領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展方向，并制定了我國(guó)長(zhǎng)壽命路面發(fā)展的兩階段目標(biāo)：第一階段是從現(xiàn)在開(kāi)始到2035年，將我國(guó)高速公路路面的使用壽命由現(xiàn)在15年提升到30年，第二階段為從2035年到2049年，在我國(guó)交通強(qiáng)國(guó)實(shí)現(xiàn)之時(shí)，我國(guó)高速公路路面的使用壽命將提升到50年，達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
與傳統(tǒng)路面技術(shù)相比，長(zhǎng)壽命路面的服役周期將延長(zhǎng)1倍以上，在超長(zhǎng)服役期內(nèi)所承受的荷載與環(huán)境耦合作用或呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。因此，長(zhǎng)壽命路面技術(shù)研發(fā)不僅是使路面使用壽命在“量”上的大幅增加，也是對(duì)路面材料與結(jié)構(gòu)在全壽命服役周期內(nèi)性能演化規(guī)律更深層次的認(rèn)知，是對(duì)路面設(shè)計(jì)理論與指標(biāo)的合理性、方法與模型的可靠性“質(zhì)”的提升，是路面工程建造體系本質(zhì)性的跨越。為此，長(zhǎng)壽命路面在設(shè)計(jì)理論、建造技術(shù)、工藝裝備等方面與傳統(tǒng)科學(xué)理論和實(shí)踐體系存在本質(zhì)差異，是傳統(tǒng)體系的重大革新，需要重構(gòu)相應(yīng)的理論體系，以及大量基礎(chǔ)性科研工作的支撐。
一、長(zhǎng)壽命路面發(fā)展歷史回顧
（一）國(guó)外長(zhǎng)壽命路面技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
1997年，英國(guó)NUUN教授以全壽命周期內(nèi)技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化為指標(biāo)，首次提出了“長(zhǎng)壽命瀝青路面”的概念，并指出瀝青路面的結(jié)構(gòu)安全壽命應(yīng)達(dá)到50年，引起了國(guó)際上的廣泛重視。此后，國(guó)際上瀝青路面技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入到研發(fā)長(zhǎng)壽命瀝青路面技術(shù)體系的新階段。各國(guó)也逐漸認(rèn)識(shí)到，建設(shè)長(zhǎng)壽命瀝青路面是實(shí)現(xiàn)道路技術(shù)升級(jí)發(fā)展的重要途徑，并陸續(xù)開(kāi)展了大量有針對(duì)性的研究和實(shí)踐。
1999年，歐洲成立了長(zhǎng)壽命路面研究工作組，在總結(jié)歐洲路面使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，于2004年和2010年分別編制了《歐洲長(zhǎng)壽命全厚式瀝青路面使用技術(shù)指南》《歐洲長(zhǎng)壽命半剛性基層瀝青路面使用技術(shù)指南》，將長(zhǎng)壽命路面的概念表述為：“路面基層或基礎(chǔ)沒(méi)有嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性破壞，且僅需要表面功能維護(hù)的道路結(jié)構(gòu)”，并提出了相應(yīng)的長(zhǎng)壽命瀝青路面推薦結(jié)構(gòu)。歐洲將研發(fā)長(zhǎng)壽命瀝青路面建造技術(shù)作為未來(lái)40年道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展的方向之一。
2001年，美國(guó)先后在德克薩斯等四個(gè)州鋪設(shè)了長(zhǎng)壽命瀝青路面試驗(yàn)路，提出了基于美國(guó)經(jīng)驗(yàn)的“長(zhǎng)壽命全厚式瀝青路面”典型結(jié)構(gòu)。2004年，C.L.Monismith教授在總結(jié)國(guó)際柔性路面力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)體系40多年發(fā)展成就的基礎(chǔ)上，提出了柔性基層長(zhǎng)壽命瀝青路面的建設(shè)框架。2007年，美國(guó)國(guó)家瀝青路面協(xié)會(huì)、聯(lián)邦公路局和各州公路與運(yùn)輸工作者協(xié)等聯(lián)合提出：研發(fā)長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)技術(shù)是未來(lái)50年瀝青路面技術(shù)發(fā)展的核心。圍繞路面耐久性及長(zhǎng)期性能觀測(cè)和研究，美國(guó)先后開(kāi)展了兩期“美國(guó)戰(zhàn)略公路研究計(jì)劃”，在瀝青路面研究和公路長(zhǎng)期使用性能研究（LTPP）等領(lǐng)域取得了豐碩的成果。美國(guó)公路長(zhǎng)期性能觀測(cè)研究工作（LTPP），從1986年開(kāi)始，至今已持續(xù)跟蹤觀測(cè)超過(guò)30年，不僅支撐了該國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)、養(yǎng)護(hù)和長(zhǎng)期安全運(yùn)行，還為全世界提供了開(kāi)放共享的公路長(zhǎng)期性能數(shù)據(jù)庫(kù)，甚至通過(guò)制定標(biāo)準(zhǔn)直接引導(dǎo)了國(guó)際上相關(guān)領(lǐng)域基礎(chǔ)理論及應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，占據(jù)了技術(shù)主導(dǎo)權(quán)。
（二）國(guó)內(nèi)長(zhǎng)壽命路面技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
幾乎與歐美國(guó)家同步，我國(guó)交通領(lǐng)域有關(guān)單位和研究人員高度關(guān)注長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)和建造技術(shù)的研發(fā)。但與國(guó)外相比，我國(guó)的路面工程有90%以上都采用半剛性基層，而歐美國(guó)家多采用柔性基層，國(guó)外的長(zhǎng)壽命路面技術(shù)無(wú)法直接在我國(guó)使用，這要求我們必須要研發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中國(guó)長(zhǎng)壽命路面技術(shù)。
21世紀(jì)初，國(guó)內(nèi)一些大學(xué)、科研和設(shè)計(jì)單位依托實(shí)體工程，先后鋪設(shè)了各種結(jié)構(gòu)形式的長(zhǎng)壽命路面試驗(yàn)路，并開(kāi)展相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，其中代表性的工程有：廣東云浮、江蘇沿江、河南尉許高速等。2005年，結(jié)合我國(guó)公路建設(shè)的實(shí)際情況，由交通運(yùn)輸部正式立項(xiàng)，沙慶林院士領(lǐng)銜開(kāi)展“重載交通長(zhǎng)壽命瀝青路面關(guān)鍵技術(shù)研究”，依托河北沿海高速公路秦皇島試驗(yàn)路的修建，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì)以及施工工藝方面提出了諸多提升半剛性基層瀝青路面耐久性的技術(shù)創(chuàng)新，提出了適合我國(guó)國(guó)情的薄瀝青面層與高強(qiáng)度半剛性基層組合而成的長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)；使用低標(biāo)號(hào)高模量瀝青混凝土提高結(jié)構(gòu)承載能力和抗車轍能力，研發(fā)了高強(qiáng)低裂半剛性基層材料；為研發(fā)并使用單一粒徑礦料篩分設(shè)備提高生產(chǎn)施工的均勻性，革新了混合料生產(chǎn)拌和設(shè)備。這一系列的技術(shù)革新極大推動(dòng)了我國(guó)新一代、適用于長(zhǎng)壽命使用需求的半剛性基層瀝青路面建造技術(shù)的進(jìn)步。此后，陸續(xù)開(kāi)展了河北大廣高速公路南段、內(nèi)蒙準(zhǔn)興高速公路、廣東云羅高速公路等長(zhǎng)壽命路面實(shí)體工程或試驗(yàn)段的技術(shù)推廣，使用效果良好。
之后，2011年交通運(yùn)輸部公路局下達(dá)了我國(guó)首部《公路長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》的編制任務(wù)。該技術(shù)規(guī)范系統(tǒng)總結(jié)了近30年來(lái)我國(guó)高速公路的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，以及2003—2007年間國(guó)內(nèi)科研部門和大學(xué)修建的多種結(jié)構(gòu)形式的長(zhǎng)壽命瀝青路面試驗(yàn)路段和實(shí)體工程，提出了半剛性基層、組合式基層、柔性基層、厚瀝青混凝土以及全厚式瀝青混凝土等5種可適用于長(zhǎng)壽命瀝青路面使用需求的典型結(jié)構(gòu)，并提出了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能化、材料設(shè)計(jì)均衡化、施工工藝均一化和質(zhì)量控制過(guò)程化的長(zhǎng)壽命瀝青路面“四化”建造思想及具體的技術(shù)措施，已經(jīng)基本形成了基于“經(jīng)驗(yàn)法”的我國(guó)長(zhǎng)壽命路面建造技術(shù)體系，可為具有相應(yīng)需求的實(shí)體工程提供指導(dǎo)和參考。
二、基于足尺環(huán)道的新一代中國(guó)長(zhǎng)壽命路面技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)
前已提及，我國(guó)在長(zhǎng)壽命路面建造技術(shù)方面已基本形成以“經(jīng)驗(yàn)法”為主的相關(guān)技術(shù)體系。但隨著路面技術(shù)的發(fā)展，目前國(guó)際上主流的路面設(shè)計(jì)方法和理論已經(jīng)更新到以“力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)法”為主的新階段，為了能夠更好地揭示道路材料與結(jié)構(gòu)的性能演變、損傷退化、失效破壞機(jī)理，需要對(duì)“經(jīng)驗(yàn)法”進(jìn)行改進(jìn)，開(kāi)展力學(xué)和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的新一代長(zhǎng)壽命路面技術(shù)研發(fā)已迫在眉睫。然而，面對(duì)長(zhǎng)壽命路面的超長(zhǎng)服役周期使用要求，我國(guó)新一代長(zhǎng)壽命瀝青路面技術(shù)研發(fā)仍面臨著兩個(gè)主要技術(shù)瓶頸。一是缺少試驗(yàn)平臺(tái)。由于瀝青路面結(jié)構(gòu)形式多樣，不同結(jié)構(gòu)服役性能特征差異顯著，為了比較不同類型瀝青路面的耐久性、優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要將不同結(jié)構(gòu)在同時(shí)空條件下進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)和性能對(duì)比。但長(zhǎng)期以來(lái)，由于缺乏具有這種研究功能的大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，不同地區(qū)修建的試驗(yàn)路由于荷載與環(huán)境的差異，研究結(jié)果往往難以進(jìn)行有效比選。二是缺少數(shù)據(jù)積累。長(zhǎng)期性能科學(xué)觀測(cè)數(shù)據(jù)積累，是研究、驗(yàn)證長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)方法的必要基礎(chǔ)，而我國(guó)一直缺少瀝青路面在千萬(wàn)次級(jí)荷載作用下的多維度、多元化的服役性能觀測(cè)，既有數(shù)據(jù)系統(tǒng)性不足，碎片化、孤島化問(wèn)題嚴(yán)重，制約著我國(guó)長(zhǎng)壽命瀝青路面技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。
為了解決我國(guó)長(zhǎng)壽命路面研發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，形成適合我國(guó)國(guó)情的長(zhǎng)壽命瀝青路面建養(yǎng)關(guān)鍵技術(shù)，需要以工程實(shí)踐為牽引，開(kāi)展超長(zhǎng)周期路面性能試驗(yàn)，積累充實(shí)科學(xué)數(shù)據(jù)，深化應(yīng)用基礎(chǔ)研究，破解路面長(zhǎng)期行為機(jī)理，健全設(shè)計(jì)與建造技術(shù)體系。為此，交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院足尺路面試驗(yàn)環(huán)道技術(shù)團(tuán)隊(duì)遵循路面工程學(xué)科的科學(xué)發(fā)展規(guī)律，借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)調(diào)研、比較和研究，建設(shè)了世界上首個(gè)滿足長(zhǎng)壽命瀝青路面全壽命周期服役性能驗(yàn)證的、結(jié)構(gòu)類型完整、觀測(cè)與監(jiān)測(cè)功能齊全的足尺路面試驗(yàn)平臺(tái)，完成了8000萬(wàn)次級(jí)的加速加載試驗(yàn)，系統(tǒng)采集了瀝青路面多元服役性能的長(zhǎng)期性能科學(xué)觀測(cè)數(shù)據(jù)，初步完成了長(zhǎng)壽命瀝青路面試驗(yàn)驗(yàn)證的目標(biāo)，夯實(shí)了我國(guó)長(zhǎng)壽命瀝青路面技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)基礎(chǔ)，填補(bǔ)我國(guó)在該領(lǐng)域的空白。在此基礎(chǔ)上，基于大數(shù)據(jù)挖掘與分析，驗(yàn)證了既有設(shè)計(jì)模型的可靠性，研發(fā)了耐久性瀝青路面設(shè)計(jì)的新理論和新模型，結(jié)合以往實(shí)體工程的成功經(jīng)驗(yàn)和環(huán)道試驗(yàn)路段的再驗(yàn)證，總結(jié)凝練出了新一代長(zhǎng)壽命瀝青路面建造技術(shù)的新體系與新方法。主要研發(fā)成果簡(jiǎn)述如下。
（一）建設(shè)足尺試驗(yàn)觀測(cè)平臺(tái)，充實(shí)長(zhǎng)壽命路面長(zhǎng)期性能科學(xué)數(shù)據(jù)
（1）設(shè)計(jì)并建造了國(guó)內(nèi)外首個(gè)面向長(zhǎng)壽命路面全壽命周期服役性能模擬與驗(yàn)證的野外大型科學(xué)試驗(yàn)裝置——RIOHTrack足尺路面試驗(yàn)環(huán)道。
與傳統(tǒng)路面相比，長(zhǎng)壽命路面的使用壽命將延長(zhǎng)1倍從而達(dá)到30年以上。由于使用年限過(guò)長(zhǎng)，如何獲取實(shí)際工況下全壽命周期服役性能、對(duì)使用壽命進(jìn)行驗(yàn)證，是目前長(zhǎng)壽命路面技術(shù)研發(fā)中面臨的主要技術(shù)瓶頸之一。為此，研究選定了7大類19種典型瀝青路面作為主試驗(yàn)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)并建造了世界上第一條以長(zhǎng)壽命路面全壽命周期服役性能模擬與驗(yàn)證為目標(biāo)的RIOHTrack足尺路面試驗(yàn)環(huán)道，首次實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)壽命路面使用壽命的準(zhǔn)確驗(yàn)證和量化評(píng)價(jià)，為揭示瀝青路面超長(zhǎng)服役周期服役性能演化新現(xiàn)象與新機(jī)理提供了必要的試驗(yàn)平臺(tái)。
RIOHTrack足尺路面試驗(yàn)環(huán)道，是目前世界上路面基層結(jié)構(gòu)類型最完整的足尺環(huán)道。與美國(guó)NCAT足尺環(huán)道僅開(kāi)展柔性基層和全厚式基層瀝青路面試驗(yàn)相比，RIOHTrack足尺路面試驗(yàn)環(huán)道根據(jù)我國(guó)公路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，增加了半剛性基層、剛性復(fù)合式基層、倒裝式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)。除主試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的19種典型瀝青路面之外，還設(shè)計(jì)了6種抗車轍瀝青路面、13種水泥路面，共38種路面結(jié)構(gòu)試驗(yàn)路段，覆蓋了國(guó)內(nèi)外90%以上的公路路面典型結(jié)構(gòu)，首次實(shí)現(xiàn)了半剛性基層、剛性復(fù)合式基層、柔性基層、全厚式基層、倒裝式結(jié)構(gòu)等寬剛度域基層路面結(jié)構(gòu)的同時(shí)空、同環(huán)境的試驗(yàn)與模擬。
RIOHTrack足尺路面試驗(yàn)環(huán)道是目前世界上試驗(yàn)加載最高效的足尺環(huán)道。為了保證試驗(yàn)效率，采用百噸級(jí)六軸重載列車進(jìn)行全天候加速加載，按照我國(guó)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2017）中規(guī)定的100kN設(shè)計(jì)軸載進(jìn)行測(cè)算，該環(huán)道的年加載能力可達(dá)1500～1700萬(wàn)當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)（ESALs），相當(dāng)于美國(guó)NCAT足尺環(huán)道的2～3倍，加載能力世界領(lǐng)先。
（2）在國(guó)際上率先完成了8000萬(wàn)次級(jí)的實(shí)車加速加載試驗(yàn)，首次獲得符合長(zhǎng)壽命瀝青路面使用壽命要求的長(zhǎng)期服役性能演化數(shù)據(jù)。
現(xiàn)階段開(kāi)展的瀝青路面服役性能試驗(yàn)，模擬幾十萬(wàn)至幾百萬(wàn)次實(shí)車加載作用的居多，達(dá)不到長(zhǎng)壽命路面要求的幾千萬(wàn)次荷載水平，獲取不到完整的全壽命周期服役性能，只能得到某個(gè)區(qū)間段的服役性能，這也是目前困擾長(zhǎng)壽命路面技術(shù)研發(fā)的另一個(gè)技術(shù)瓶頸。為此，依托RIOHTrack足尺路面試驗(yàn)環(huán)道，從2016年12月開(kāi)始試驗(yàn)加載至今，在國(guó)際上率先完成了8000萬(wàn)當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)（ESALs）的實(shí)車加速加載試驗(yàn)，相當(dāng)于我國(guó)高速公路重載交通40年的交通荷載水平，是目前國(guó)際上累計(jì)試驗(yàn)加載次數(shù)最多的足尺環(huán)道。同步采集了荷載、環(huán)境、服役性能等3大類、30項(xiàng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，豐富了公路科學(xué)數(shù)據(jù)的戰(zhàn)略資源。
此前，由于實(shí)車加載作用次數(shù)少，服役性能數(shù)據(jù)的碎片化、孤島化嚴(yán)重。為了解決這一問(wèn)題，以周為單位開(kāi)展服役性能的短周期、高頻率觀測(cè)，對(duì)瀝青路面超長(zhǎng)服役周期內(nèi)全壽命、全時(shí)空、全環(huán)境實(shí)現(xiàn)無(wú)盲點(diǎn)全覆蓋，可為模型構(gòu)建、驗(yàn)證和改進(jìn)提供完整的科學(xué)觀測(cè)數(shù)據(jù)。所獲取的科學(xué)數(shù)據(jù)向國(guó)內(nèi)外同行免費(fèi)開(kāi)放，現(xiàn)已共享超過(guò)326TB觀測(cè)數(shù)據(jù)。
（二）揭示長(zhǎng)期性能演化機(jī)理，建立長(zhǎng)壽命路面設(shè)計(jì)的雙向疲勞損傷新理論
（1）發(fā)現(xiàn)了荷載-環(huán)境長(zhǎng)期耦合下長(zhǎng)壽命瀝青路面服役性能演化的結(jié)構(gòu)依賴性和非線性特征，首次觀測(cè)到車轍變形的損傷-恢復(fù)新現(xiàn)象和薄瀝青面層的路表橫向Top-Down疲勞開(kāi)裂新模式。
與傳統(tǒng)路面相比，長(zhǎng)壽命路面在超長(zhǎng)服役周期內(nèi)所表現(xiàn)出的性能演化行為尚屬未知，是否會(huì)出現(xiàn)一些全新的演化現(xiàn)象仍需深入探索。為此，對(duì)足尺環(huán)道8000萬(wàn)次實(shí)車加載作用下7大類典型瀝青路面結(jié)構(gòu)的服役性能演化數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入挖掘。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各類結(jié)構(gòu)的彎沉、車轍、平整度等服役性能指標(biāo)存在顯著的結(jié)構(gòu)依賴性，不同基層剛度、不同形式的路面結(jié)構(gòu)之間各性質(zhì)指標(biāo)的數(shù)值及演化規(guī)律差異較大。
首次觀測(cè)到車轍損傷演化以年為周期的波動(dòng)性增長(zhǎng)新現(xiàn)象。通過(guò)8000萬(wàn)次實(shí)車加載作用下7大類、19種典型瀝青路面結(jié)構(gòu)的車轍演化數(shù)據(jù)的觀測(cè)結(jié)果表明，瀝青路面的車轍發(fā)展并不是隨荷載作用次數(shù)的增加而單調(diào)增長(zhǎng)的，而是在荷載與環(huán)境溫度耦合作用下，呈現(xiàn)以年為周期的損傷-恢復(fù)-損傷的波動(dòng)性增長(zhǎng)的特性。
首次觀測(cè)到薄瀝青面層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了路表橫向Top-Down開(kāi)裂的疲勞破壞新模式。觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，厚度為12～18cm的薄瀝青路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了以橫向Top-Down開(kāi)裂為主要表現(xiàn)的疲勞開(kāi)裂，這與傳統(tǒng)路面以縱向開(kāi)裂和網(wǎng)裂為主的疲勞損壞模式具有較大差異。將瀝青混合料回彈模量與泊松比的關(guān)系模型引入基于材料非線性的瀝青路面當(dāng)量力學(xué)分析方法中后，能夠合理揭示這種薄瀝青路面結(jié)構(gòu)目前出現(xiàn)的橫向Top-Down裂縫的力學(xué)成因。
（2）重構(gòu)了瀝青路面結(jié)構(gòu)受力新體系和損傷新模式，建立了耐久性瀝青路面承力結(jié)構(gòu)疲勞壽命逐層累積與雙向疲勞的新假設(shè)。
基于8000萬(wàn)次級(jí)實(shí)車加載下瀝青路面服役性能演化的新現(xiàn)象，形成了適用于耐久性瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新思想。
首先，重構(gòu)了瀝青路面結(jié)構(gòu)受力新體系。因基層剛度差異決定著瀝青路面的受力狀態(tài)，對(duì)面層和路基設(shè)計(jì)也會(huì)提出不同要求。為此，根據(jù)基層性質(zhì)對(duì)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，構(gòu)建了承力結(jié)構(gòu)與傳力結(jié)構(gòu)兩種新受力體系。承力結(jié)構(gòu)主要指基層剛度足夠大，交通荷載的作用完全或絕大部分由基層吸收，路基只起到穩(wěn)定整體結(jié)構(gòu)的作用。傳力結(jié)構(gòu)主要指基層剛度不足，交通荷載的作用由基層吸收一部分之后，會(huì)向下繼續(xù)傳遞至路基，基層與路基共同承擔(dān)行車荷載作用。新體系的建立對(duì)于實(shí)現(xiàn)瀝青路面結(jié)構(gòu)的功能化設(shè)計(jì)具有重要的理論意義。
其次，針對(duì)路面材料在實(shí)際路面結(jié)構(gòu)中的真實(shí)服役狀態(tài)，提出了壓剪損傷與彎拉損傷兩種新的損傷模式。在壓縮、剪切等受力狀態(tài)下，瀝青混合料和半剛性材料主要表現(xiàn)為硬化特征，模量數(shù)值隨著荷載水平的增加而逐漸增大，本構(gòu)關(guān)系可以采用非線性材料硬化本構(gòu)進(jìn)行表達(dá)，路面材料在這種受力狀態(tài)下主要會(huì)出現(xiàn)壓剪損傷破壞。彎曲、拉伸等受力狀態(tài)下的瀝青混合料和半剛性材料以及三向壓縮狀態(tài)下的粒料和路基土等非整體性材料，通常表現(xiàn)為軟化特征，模量數(shù)值隨著荷載水平的增加而減小，本構(gòu)關(guān)系可采用非線性材料軟化本構(gòu)進(jìn)行表達(dá)，路面材料在這種受力狀態(tài)下主要會(huì)出現(xiàn)彎拉損傷破壞。
再次，根據(jù)承力結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其損傷模式，提出了承力結(jié)構(gòu)疲勞壽命逐層累積原理。以4層半剛性基層瀝青路面承力結(jié)構(gòu)為例，當(dāng)?shù)谆鶎?發(fā)生疲勞開(kāi)裂破壞之前，底基層2、基層1和基層2通常處于受壓狀態(tài)；而當(dāng)?shù)谆鶎?達(dá)到疲勞壽命發(fā)生疲勞開(kāi)裂破壞之后，它會(huì)由完整的整體性結(jié)構(gòu)層轉(zhuǎn)變?yōu)槠扑榈姆钦w性結(jié)構(gòu)層，材料模量將衰減至一半左右，疲勞開(kāi)裂破壞的控制層位也由底基層1上移至底基層2；當(dāng)?shù)谆鶎?達(dá)到疲勞壽命之后，疲勞開(kāi)裂破壞的控制層位將上移至基層1，以此類推，直至基層2出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂破壞為止。可見(jiàn)，從底基層1發(fā)生疲勞破壞開(kāi)始，直至基層2最終出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂為止，整個(gè)結(jié)構(gòu)的疲勞壽命實(shí)際上是4層半剛性結(jié)構(gòu)層壽命的逐層累積。
最后，結(jié)合足尺環(huán)道車轍損傷與疲勞開(kāi)裂觀測(cè)結(jié)果，根據(jù)車轍損傷與疲勞開(kāi)裂機(jī)理，提出了車轍變形與路表開(kāi)裂的互斥-互換損傷原理。足尺環(huán)道各結(jié)構(gòu)使用現(xiàn)狀表明，瀝青混凝土層較薄時(shí)以橫向疲勞裂縫為主，瀝青混凝土層較厚時(shí)以車轍病害為主。裂縫與車轍可以看作瀝青路面表面疲勞損傷的兩種獨(dú)立狀態(tài)，當(dāng)裂縫較多時(shí)，車轍較輕；當(dāng)裂縫較少時(shí)，車轍較為嚴(yán)重，即為：車轍變形與路表開(kāi)裂的互斥-互換損傷原理。
（三）構(gòu)造性能演化耦合模型，提出長(zhǎng)壽命路面非線性力學(xué)分析新方法
（1）提出了以荷載與環(huán)境為外因、以結(jié)構(gòu)與材料為內(nèi)因，同時(shí)考慮路面受力狀態(tài)的三維度服役性能演化的統(tǒng)一模型，建立了服役性能演化的溫度修正新模型及溫度-荷載耦合新模型。
目前構(gòu)建服役性能演化模型使用的觀測(cè)數(shù)據(jù)，一般只能反映全壽命周期內(nèi)的某個(gè)區(qū)間段，碎片化嚴(yán)重，據(jù)此建立的模型參數(shù)過(guò)多、精度不高，甚至需要幾倍外延才能使用。為了解決這一問(wèn)題，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外大量服役性能模型的解析發(fā)現(xiàn)，既有模型中的相關(guān)參數(shù)均可歸納為荷載、環(huán)境、材料、結(jié)構(gòu)、力學(xué)和統(tǒng)計(jì)概率這六類參數(shù)，通過(guò)聚類分析將這些參數(shù)進(jìn)行整合，根據(jù)服役性能的影響因素提出了以荷載與環(huán)境為外因、以結(jié)構(gòu)與材料為內(nèi)因，同時(shí)考慮路面受力狀態(tài)的三維度服役性能時(shí)空演化統(tǒng)一模型，作為瀝青路面服役性能模型建立的理論范式。
基于足尺環(huán)道服役性能觀測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，溫度對(duì)彎沉、車轍、平整度、抗滑、結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)、噪聲等幾乎所有的服役性能均具有顯著影響，服役性能隨溫度變化表現(xiàn)出“S”形曲線的變化趨勢(shì)。為了描述服役性能的這種溫度依賴性，基于變量分離原理，建立了以Boltzmann模型為基礎(chǔ)的瀝青路面服役性能溫度修正新模型，獲得了各服役性能的溫度敏感區(qū)間，可用于服役性能的溫度修正。
為了進(jìn)一步揭示荷載-環(huán)境耦合作用下瀝青路面服役性能演化規(guī)律，將荷載與環(huán)境因素進(jìn)行變量疊加，通過(guò)多因素的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)方式構(gòu)建了彎沉、車轍、平整度、抗滑等性能指標(biāo)的隱式模型?；谧愠攮h(huán)道8000萬(wàn)次服役性能觀測(cè)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，評(píng)價(jià)預(yù)估誤差可控制在±5%以內(nèi)，精度可達(dá)90%以上。
為解決隱式模型缺少數(shù)學(xué)表達(dá)式不便于設(shè)計(jì)使用的問(wèn)題，基于多元統(tǒng)計(jì)回歸方法構(gòu)建了彎沉、車轍、平整度、抗滑等服役性能指標(biāo)的顯式模型，以溫度與荷載作為自變量，將服役性能隨溫度變化表現(xiàn)出的“S”形曲線采用正弦函數(shù)表征，服役性能隨荷載作用次數(shù)的變化規(guī)律采用對(duì)數(shù)函數(shù)或指數(shù)函數(shù)表征，以足尺環(huán)道8000萬(wàn)次服役性能觀測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，彎沉、車轍、平整度、抗滑等模型預(yù)估值與實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)可達(dá)到0.9以上，具有高度相關(guān)性，模型精度可達(dá)80%以上。
（2）從荷載/環(huán)境依賴性角度揭示了典型路面材料力學(xué)性質(zhì)的非線性特征，提出了瀝青路面非線性力學(xué)分析新方法。
為了表征高應(yīng)變水平下瀝青混合料的非線性黏彈性，在線性黏彈性假設(shè)構(gòu)造的瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量主曲線基礎(chǔ)上，通過(guò)引入包含應(yīng)變參數(shù)的非線性算子，建立了基于溫度與應(yīng)變的瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量依賴模型。該模型綜合考慮了溫度、應(yīng)變對(duì)模量的耦合作用，可采用實(shí)際路面溫度和應(yīng)變水平確定結(jié)構(gòu)計(jì)算中所使用的結(jié)構(gòu)層模量，有效避免了模量隨意給定所帶來(lái)的路面結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)不唯一的問(wèn)題。泊松比是材料的基本特性，也是瀝青路面力學(xué)分析必要參數(shù)之一。它的數(shù)值大小取決于溫度、頻率、荷載和瀝青混合料的材料特性，隨著這些影響因素的變化，泊松比也會(huì)呈現(xiàn)較為明顯的非線性現(xiàn)象。以足尺環(huán)道使用的瀝青混合料為對(duì)象，通過(guò)不同荷載模式下6840組動(dòng)態(tài)模量與泊松比的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，二者具有十分良好的相關(guān)關(guān)系。
在一定溫度與荷載條件下，無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料也具有非線性特征。根據(jù)水泥穩(wěn)定碎石模量試驗(yàn)，構(gòu)建了壓剪模式下回彈模量的拋物線模型和彎拉模式下回彈模量的冪函數(shù)模型。兩種模型綜合反映了無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的非線性特性和荷載依賴性，并將路面基層模量由單值型變化為函數(shù)型。
路基土是典型的非線性材料。已有研究表明，三軸試驗(yàn)圍壓（σ3）與破壞強(qiáng)度之間具有較好的冪函數(shù)關(guān)系。為了避免第四強(qiáng)度理論作為路面結(jié)構(gòu)屈服準(zhǔn)則時(shí)的圍壓應(yīng)力失效現(xiàn)象，采用強(qiáng)度指標(biāo)代替圍壓應(yīng)力，重新構(gòu)造路基土三參數(shù)冪函數(shù)模型，同時(shí)對(duì)指數(shù)項(xiàng)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理以解決偏應(yīng)力很小時(shí)模量無(wú)窮大的悖論，最終得到路基土回彈模量應(yīng)力依賴修正模型。
根據(jù)路面材料表現(xiàn)出的非線性結(jié)構(gòu)使役行為特征，考慮路面材料非線性進(jìn)行路面力學(xué)計(jì)算，提出了以路面材料模量與泊松比的應(yīng)力/應(yīng)變依賴模型、Mises等效應(yīng)力/應(yīng)變?yōu)楹诵脑淼臑r青路面非線性力學(xué)分析新方法，將路面材料的模量取值方法由定值型革新為函數(shù)型表達(dá)式，使得彈性層狀體系革新為非線性層狀體系，力學(xué)計(jì)算結(jié)果與足尺環(huán)道實(shí)測(cè)力學(xué)響應(yīng)之間具有十分良好的相關(guān)性，保證了路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)的唯一性，為長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和損傷失效準(zhǔn)則的建立奠定了力學(xué)基礎(chǔ)。
（四）確認(rèn)“經(jīng)驗(yàn)法”技術(shù)可行性，初步建立融合力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)的長(zhǎng)壽命路面技術(shù)新體系
（1）基于足尺環(huán)道8000萬(wàn)次實(shí)車加載下的瀝青路面服役性能演化數(shù)據(jù)，確認(rèn)了我國(guó)基于“經(jīng)驗(yàn)法”的長(zhǎng)壽命路面建造技術(shù)體系取得成功。
此前，由于缺少符合長(zhǎng)壽命路面使用年限要求的長(zhǎng)期性能演化數(shù)據(jù)，導(dǎo)致耐久性瀝青路面設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)無(wú)法評(píng)價(jià)。為此，基于足尺環(huán)道8000萬(wàn)次實(shí)車加載作用下7大類、19種典型瀝青路面結(jié)構(gòu)的使用現(xiàn)狀，對(duì)足尺環(huán)道建設(shè)中使用的“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能化、材料設(shè)計(jì)均衡化、施工工藝均一化、質(zhì)量控制過(guò)程化”耐久性路面“經(jīng)驗(yàn)法”建造技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。
對(duì)7大類、19種典型瀝青路面結(jié)構(gòu)的使用現(xiàn)狀進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)狀瀝青路面仍具有良好的結(jié)構(gòu)承載能力、抗車轍能力、 行車舒適性和抗滑能力。各結(jié)構(gòu)的最大彎沉值不大于14（0.01mm），平均車轍深度不大于11mm，國(guó)際平整度指數(shù)（IRI）不大于2.0m/km、RQI評(píng)分為90分以上，表面層構(gòu)造深度大于0.7mm，各結(jié)構(gòu)尚未產(chǎn)生縱向裂縫、網(wǎng)裂、坑槽、唧漿等病害，PQI為優(yōu)良等級(jí)。這表明，以“四化”技術(shù)為核心的耐久性瀝青路面建造技術(shù)取得成功，可以確認(rèn)建造技術(shù)革新是提高路面耐久性的重要保障。
（2）總結(jié)既往工程經(jīng)驗(yàn)，將路面力學(xué)體系、設(shè)計(jì)模型與指標(biāo)參數(shù)，與耐久性瀝青路面的“四化”建造技術(shù)新體系和關(guān)鍵措施相結(jié)合，初步建立融合力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)的長(zhǎng)壽命路面技術(shù)新體系。
基于環(huán)道試驗(yàn)規(guī)律和以上問(wèn)題的探索，可以初步勾畫(huà)出新一代長(zhǎng)壽命瀝青路面的技術(shù)體系框架，大致可分為設(shè)計(jì)與施工兩個(gè)層面。設(shè)計(jì)主要是：路面力學(xué)體系、設(shè)計(jì)模型與指標(biāo)參數(shù)；施工主要是：“四化”建造技術(shù)。
在“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”上，應(yīng)根據(jù)不同的功能需求選擇合適的材料類型、技術(shù)指標(biāo)和結(jié)構(gòu)層厚度，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度保證整體路面結(jié)構(gòu)的使用功能與耐久性。通過(guò)設(shè)置合理的非結(jié)構(gòu)性功能層和特殊功能層等技術(shù)措施，可保證整體路面結(jié)構(gòu)的使用功能與耐久性。在路基內(nèi)部設(shè)置防水隔斷層，可有效阻斷地下水對(duì)路基濕度及強(qiáng)度的影響。通過(guò)對(duì)廣義基層的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可使不同基層路面結(jié)構(gòu)達(dá)到相近的結(jié)構(gòu)承載能力。
在“材料設(shè)計(jì)”上，應(yīng)使用適用于重載交通長(zhǎng)壽命路面的瀝青混合料和水泥穩(wěn)定碎石材料設(shè)計(jì)方法，從材料設(shè)計(jì)角度保證整體路面的耐久性。引入適用于重載交通條件的瀝青混合料最緊密狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，從礦料結(jié)構(gòu)的組成和評(píng)價(jià)出發(fā)，揭示混合料在壓實(shí)過(guò)程中的密實(shí)和緊密兩種不同體積狀態(tài)的耦合變化規(guī)律，建立混合料體積性能和力學(xué)性能相關(guān)關(guān)系，形成基于服役性能均衡的新型瀝青混合料設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，使設(shè)計(jì)的瀝青混合料達(dá)到變形適應(yīng)性及高溫穩(wěn)定性的均衡。引入高強(qiáng)度低裂度水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石設(shè)計(jì)方法，遵循均衡設(shè)計(jì)的思想，不單純通過(guò)增加水泥劑量提高材料強(qiáng)度，而通過(guò)原材料選擇、級(jí)配優(yōu)化和施工質(zhì)量控制等綜合技術(shù)措施，改善水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的密實(shí)性、整體性、抗低溫收縮性能，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度、模量和抗疲勞性能的協(xié)調(diào)。
在“施工工藝”上，使用控制集料穩(wěn)定性的措施以及半剛性材料生產(chǎn)工藝。引入革新降低原材料變異性的關(guān)鍵施工工藝，采用單一粒徑備料、基層連續(xù)式二次拌和以及拌和樓的實(shí)時(shí)監(jiān)控等綜合技術(shù)對(duì)策保證施工的均一化。使用基于原材料變異性的瀝青混合料目標(biāo)配合比控制方法、基于均衡系數(shù)的瀝青混合料生產(chǎn)配合比控制方法，保證所設(shè)計(jì)的混合料具有較小的波動(dòng)范圍和優(yōu)良的路用性能。
在“質(zhì)量控制”上，建立一系列耐久性瀝青路面質(zhì)量控制過(guò)程化的技術(shù)對(duì)策。通過(guò)采用分離式施工的改性瀝青防水黏結(jié)層、路面逐層結(jié)構(gòu)承載能力檢測(cè)的過(guò)程化控制、核心性能指標(biāo)的高頻抽檢、加強(qiáng)后驗(yàn)性指標(biāo)檢驗(yàn)和概率化工程質(zhì)量評(píng)價(jià)等手段，確保消除質(zhì)量控制盲點(diǎn)，從過(guò)程中控制施工質(zhì)量。
三、對(duì)行業(yè)的助力與貢獻(xiàn)
上述成果對(duì)于加快建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)等國(guó)家重大發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義，可有效提升道路基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)的可靠性和使用的耐久性，對(duì)長(zhǎng)壽命路面技術(shù)的推廣應(yīng)用具有重要的助力作用。相關(guān)成果已為交通運(yùn)輸部“平安百年品質(zhì)工程”建設(shè)研究、河北省雄安高速永久路面設(shè)計(jì)、江蘇省長(zhǎng)壽命路面（30年以上）技術(shù)預(yù)研究、河南省在役典型瀝青路面結(jié)構(gòu)性能延續(xù)技術(shù)研究等提供了切實(shí)可行的參考與指導(dǎo)。
所建成的足尺路面試驗(yàn)環(huán)道，填補(bǔ)了我國(guó)路面工程領(lǐng)域野外大型科學(xué)試驗(yàn)裝置的空白，有力支撐了公路長(zhǎng)期性能野外科學(xué)觀測(cè)站、觀測(cè)基地、觀測(cè)網(wǎng)等國(guó)家級(jí)和部級(jí)基礎(chǔ)科研平臺(tái)的建設(shè)，進(jìn)一步夯實(shí)了公路科技創(chuàng)新基礎(chǔ)，提升了原始創(chuàng)新能力。完成了8000萬(wàn)次的科學(xué)數(shù)據(jù)積累，達(dá)到世界領(lǐng)先，突破了長(zhǎng)壽命路面研發(fā)中服役性能試驗(yàn)觀測(cè)時(shí)間鏈短、數(shù)據(jù)碎片化嚴(yán)重的瓶頸，充實(shí)路面工程長(zhǎng)期性能科學(xué)觀測(cè)數(shù)據(jù)戰(zhàn)略資源。基于上述研究成功申辦了公路行業(yè)兩次香山科學(xué)會(huì)議，推動(dòng)行業(yè)長(zhǎng)壽命路面領(lǐng)域的科技進(jìn)步。采集的服役性能數(shù)據(jù)面向全世界進(jìn)行深度開(kāi)放共享，為國(guó)內(nèi)外高校和科研機(jī)構(gòu)提供了詳實(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)資料。足尺環(huán)道已成為國(guó)際長(zhǎng)壽命路面技術(shù)研究領(lǐng)域重要的學(xué)術(shù)平臺(tái)，開(kāi)展了廣泛的學(xué)術(shù)交流，得到了國(guó)內(nèi)外同行的一致認(rèn)可，顯著提升了我國(guó)路面技術(shù)的國(guó)際影響力。