沥青路面长期性能研究发展现状

任俊达

（1.辽宁省交通科学研究院 沈阳市110015；2.高速公路养护技术交通行业重点实验室（沈阳） 沈阳市110015）

沥青路面长期性能研究发展现状

任俊达1，2

（1.辽宁省交通科学研究院 沈阳市110015；2.高速公路养护技术交通行业重点实验室（沈阳） 沈阳市110015）

高等级公路的早期破坏日益受到人们广泛关注，为了解决这一难题，开展路面长期性能研究势在必行，这是我国沥青路面技术升级的必然选择。首先回顾了国内外路面长期性能的研究发展状况及成果，并对美国路面长期性能的研究做了重点的介绍，同时对国内外沥青路面长期性能研究做了总结与分析，为我国开展路面长期性能的研究提供参考。

道路工程；长期性能；沥青路面；发展现状

1　引言

随着生产力的发展，现代道路工程的特点反映出越来越鲜明的功能化；与此同时，公路交通也逐渐呈现出重载、大交通量、高胎压的特点。在此期间，伴随我国沥青路面设计、施工、材料等技术方法的不断改进完善，沥青路面早期损坏现象得到了有效遏制，路面耐久性也得到了进一步的提升，个别路段已实现了“沥青路面十年不大修”的目标。然而，我们必须清醒地认识到，目前我国沥青路面的使用寿命仍达不到发达国家的水平，部分地区早期病害仍然突出，中长期性能不足问题依旧凸显，使得道路的服务能力严重衰减，影响了公路交通综合效益的实现，特别是对长期的交通荷载和环境综合影响下的路面使用性能的变化规律缺乏深刻的认识，由此导致的沥青路面在全寿命周期内的经济、社会效益未能充分发挥［1］。

随着我国高速公路由建设的高峰期转入养护的高峰期，面对如此大的路网规模，如何进一步提高我国沥青路面使用性能和服务水平，延长沥青路面使用寿命与大中修周期，保证建设与养护资金的有效利用，实现全寿命周期经济最优化是公路科技人员亟待解决的核心问题，也使得沥青路面长期性能研究成为国际先进国家公路领域课题研究的主攻方向。

2　沥青路面长期性能研究意义

沥青路面长期性能研究是通过广泛的资料调查分析、试验检测及成果总结，系统研究交通荷载、环境气候、结构、材料、施工、设计和养护维修措施等影响路面性能的基本要素，并探索各要素之间的联系和规律，分析呈现出各种不同性能的原因，从而构建科学完整的工程理论体系，对沥青路面的设计、施工养护、维修、运营和管理等方面的实践提供指导和帮助［2，3］。

在国内外相关研究的基础上，开展我国不同地域、交通量及结构的沥青路面长期性能研究，目的在于为提高我国沥青路面使用性能，延长沥青路面使用寿命与大中修周期，实现全寿命周期经济成本最低，为沥青路面建设、养护、管理技术的进步提供支撑。具体目的主要体现在以下几个方面：

（1）通过长期性能研究，提高沥青路面使用性能，提升路面耐久性、安全性及舒适性，提高资金的使用效率，实现全寿命建设与养护成本节约。

（2）通过长期使用性能研究，掌握沥青路面破坏机理及其关键性影响因素，提出不同结构类型的沥青路面长期性能衰变规律，建立并验证路面长期使用性能预测模型。

（3）通过长期性能的研究，验证沥青路面设计方法中弯沉、疲劳、车辙、平整度等关键指标预测模型，为完善现行的沥青路面结构设计方法，形成与沥青路面使用性能相关的适合我国的力学-经验路面设计指南（MEPDG）的设计方法提供支撑。

（4）在路面长期性能变化和预测的基础上，通过对结构、材料、环境、施工、路基等因素的系统总结和深入研究，提出进一步提升长期性能的改进措施。

（5）在路面长期使用性能的衰减规律及预测模型的基础上，完善科学的路面养护决策体系，延长路面使用寿命，实现养护资金的最大化效益和利用。

3　国外路面长期性能研究现状

路面长期性能研究已在多个国家开展。自20世纪80年代末起，许多国家开始总结道路修筑和使用经验，开展关于路面长期性能LTPP（Long Term Pavement Performance）的研究。

国外在路面长期性能研究方面有美国、英国、澳大利亚、奥地利、加拿大、法国、印度、日本、新西兰、波兰等，最为系统最具影响的应属美国，自1984年至今已开展了近30年的长期观测研究，同时其研究方法、研究思路也被很多其他国家采用或合作研究。美国各州公路工作者协会AASHO（American Association of State Highway Officials）在1956年～1960年间进行了著名的AASHO试验路，研究了真实荷载作用下路面使用性能的变化规律，并根据试验结果提出了AASHTO（American Association of State Highway and Transportation Officials）路面设计指南［4，5］。

欧洲科技合作框架（COST）1994至1997年制定了欧洲沥青路面长期性能研究计划（COST 324），自1996年开始实施，包括15个国家、16个研究机构，建立了900多个观测路段并跟踪观测［6］。

自20世纪80年代末起，以美国发起的LTPP项目为代表，收集了2500多段公路长达20年的多种路面性能数据，包括路面资产信息、路面材料试验、路面动态荷载试验、路面养护和维修、交通量研究、气候和环境对路面的影响等超过6000个变量的很全面的路面性能数据，并将之存于一个大型的Oracle数据库中400多个表中。作为SHRP路面研究项目后期的主要研究领域，美国的LTPP是全世界有史以来最大的路面研究项目。

在80年代初，随着二三十年前修建的高速公路的损坏，路面性能随时间变化的情况越来越被公路机构所关心，由美国国家科学院交通研究委员会（TRB）、美国公路和交通运输协会（AASHTO）和美国联邦公路（FHWA）提出系统地研究性能数据和促进延长路面寿命的任务。路面长期性能研究是美国战略公路研究计划的研究领域之一，通过对路面性能的评估和预测，获得广泛而详细的数据，从而建立起路面性能数据库，以便能找到适应时机交通量和环境条件的各种材料、设计方法和施工措施［7］。

LTPP参与者包括美国50个州交通部门、哥伦比亚地区、波多黎各、10个加拿大的省级交通运输机构、FHWA、AASHTO、加拿大公路战略研究项目以及受雇于这些组织并直接参与LTPP产品研发的许多工程师、研究人员和技术人员。试验段是LTPP项目的核心，共监测沥青和水泥混凝土路面大约有2500个试验段，试验路包括一般路面研究（GPS）和特殊路面研究（SPS），分布在全美50个州、波多黎各区、哥伦比亚特区和加拿大境内。自1998年以来，每年AASHTO通过常务委员会研究分配NCHPR的一部分资金，主要为LTPP数据分析项目和为FHWA数据收集提供资金预算［8］。

针对大多数美国州际公路网接近使用寿命末期这一现状，如何进行公路养护、使路面更好地发挥其使用性能，从而将其寿命进行提升成为关注热点，Simpson［9］等依托于LTPP计划，建立了一个覆盖全国的路面管理系统，包括标准化的数据采集、路面设计方法等，利用该系统改进了路面性能模型。

应试教育下，学生除了课本的阅读外，阅读更多是的工具书和教辅资料，课外阅读行为是针对考试而产生的，这大大降低了学生阅读的兴趣。且阅读行为是以考试为目的，让学生产生了不愿阅读其他的书籍的想法，长此以往，学生的阅读积极性减弱，阅读量无法增加。学生的阅读量少，不仅影响了学生对知识领域的开辟，还直接导致了知识储备的贫瘠，影响个人在学习上的发展，阅读能力无法得到提升。

Lee［10］等针对现有力学-经验法对水泥混凝土横向裂缝预测不精确的问题，利用LTPP数据库，对水泥混凝土路面的横向裂缝预测模型进行了改进和修正，通过对数据进行挖掘发现：利用传统的回归方法并不适用于该模型，而基于泊松分布的广义线性模型和广义加性模型更加合适。

Ker［11］等针对现有力学-经验法对水泥混凝土断裂预测模型不精确的问题，利用LTPP数据库，对水泥混凝土路面的断裂预测模型进行了改进和修正，通过对数据进行挖掘发现：利用传统的回归方法并不适用于该模型，而基于似然估计和泊松分布的广义线性模型和广义加性模型更加合适。

4　我国沥青路面长期性能研究现状

沥青路面作为目前不能有效设计的土木工程结构，对其结构行为认识仍缺乏核心的理论依据，力学方法在路面分析和设计中的发挥和效果都差强人意，室内试验与现场路面性能也缺乏必然联系，不同地区积累的经验认识存在较大差异。因此，随着我国高速公路建设的迅猛发展，开展沥青路面长期性能的研究势在必行。

长安大学武建民［12，13］在确定沥青路面长期使用性能评价指标体系的基础上，通过对路面使用性能的检测数据进行分析，对半刚性基层沥青路面的疲劳破坏标准和设计指标进行了深入的分析；同时结合长期性能数据，对代表路段的车辙预测模型进行标定。

长安大学郝大力［14］结合“河南省高速公路路面长期性能”研究项目，从对典型的高等级路面的损坏状况及损坏特点进行调查分析入手，对我国开展路面长期性能研究的重要性及由此产生的深远意义进行了阐述。通过开展路面性能的评价与分析研究，结合工程实际，选择确定了适于开展路面长期性能观测的实体工程，建立了不同面层结构的试验路段和道路环境场试验路段，研究开发了基于网络平台的LTPP信息管理系统（IMS）。

张慧彧［15］采用灰关联理论对沥青路面长期性能影响因素的敏感性大小进行了确定，并在分析现有沥青路面设计规范的基础上，确定了长期性能的观测指标；与此同时，结合美国LTPP相关研究成果，对我国开展沥青路面长期性能观测指标体系进行补充，对完善我国基于长期性能的沥青路面设计体系奠定基础。

我国“高速公路沥青路面长期性能研究”在对各种实验方法和手段综合分析研究的基础上初步建立了基于沥青路面长期性能的研究体系、试验与验证体系和长期性能观测体系，初步制定了基于长期性能的综合试验方法、长期性能观测路段（GPS、SPS）确定方法、长期性能观测方法，并在浙江、山东、山西、陕西、四川和黑龙江省建立了22.44 km，包含50个试验段的示范试验路，开发并初步建立了“高速公路沥青路面长期性能观测信息管理系统”，切实推动了沥青路面长期性能研究，取得了较丰富的成果［16］。

2014年，交通运输部开展了我国“高速公路沥青路面长期性能研究（二期）”的招标工作，具体要求如下：

（1）研究范围：东部湿润区、黄土高原干湿过渡区、东南湿热区、西南潮暖区、西北干旱区，同时考虑代表性路段。

（2）长期性能指标体系至少包括：表明功能指标（平整度、抗滑性能、车辙、路面破损等）、结构性能指标（弯沉、模量等）、材料参数指标（配合比、强度、模量等）及环境、交通量参数等。

（3）数据包括：历史数据，新观测补充数据；交通荷载、环境、路面材料、路面结构设计、施工技术、养护技术与路面长期性能关系；不同类型的沥青路面长期性能衰变规律；提出长期性能优越的沥青路面典型结构和设计方法及进一步提升性能的改进措施。

从上述诸多研究现状可以看出，沥青路面长期性能观测是开展高速公路沥青路面长期性能研究的必要手段。与此同时，我国也已逐步开展了路面性能的跟踪观测研究，路面性能跟踪观测的成果已对当地路面建设和养护水平的提高起到了积极的作用。但从国内发展情况来看，国内的这些项目往往仅限于对所在地区的个别路段进行观测，观测路面的结构、材料等比较单一。且观测数据仅局限在路面功能性数据上，缺少标准统一的观测方法和手段，数据的准确性和可靠性仍嫌不足，对路面施工期、营运期、结构性能和材料性能的数据相对较少，而且数据深挖掘有限，其成果和意义并没有完全体现，代表性的观测成果和研究仍相当缺乏。

5　结语

综上所述，通过对沥青路面长期性能的研究，深入调研、引进和学习国外先进技术成果，通过对已有沥青路面长期使用性能检测和数据的搜集、整理，以及补充检测数据的分析和深挖掘，旨在较为清晰地确定沥青路面性能和各个影响因素的定量关系，属于基础学科研究领域，研究成果可以较好地控制沥青路面性能设计，改善路面的使用性能和使用寿命，降低路面建养成本，从而能够准确地提高设计的可靠度和正确性，显著提高交通投资收益，降低资源和能源的消耗，有利于提高交通行业的可持续发展水平，有利于促进国民经济的转型和升级，在经济建设中具有不可忽视的地位。

［1］ 裴建中.沥青路面细观结构特性与衰变行为［M］.北京：科学出版社，2010.

［2］ 张波.沥青路面长期性能研究［D］.西安：长安大学，2010.

［3］ 郝大力，王秉刚.路面长期性能研究综述［J］.国外公路，1999，19（1）：11-15.

［4］ 王甲飞.沥青路面长期性能研究［D］.西安：长安大学，2011.

［5］ 郝大力.路面性能的评价与分析研究［D］.西安：长安大学，2000.

［6］ European Commission Directorate General Transport.COST 324 long term performance of road pavements：final report of the action［R］.Directorate-General for Transport，1997.

［7］ 贾渝.美国公路战略研究计划路面长期性能项目综述［J］.国外公路，1992，12（4）：33-36.

［8］ FHWA，KeyFindings fromLTPPAnalysis：1990-1999，FHWA-RD-00-085，2000.

［9］ Simpson A L，Engineer P E P，López Jr A，et al.Contributions of the Long-Term Pavement Performance Program to Pavement Management System Improvements：Better Data and Performance Models［C］//Seventh International Conference on Managing Pavement Assets.2008：1-11.

［10］ Lee Y H，Ker H W，Lin C H.Development of Transverse Cracking Prediction Models for Jointed Concrete Pavements Using LTPP Database［J］.database（http：//www.datapave.com or LTPP DataPave Online），2008，5：7.

［11］ Ker H W，Lee Y H，Lin C H.Development of Faulting Prediction Models for Rigid Pavements Using LTPP Database［J］. Statistics，2008，218（0037.0）：1-10.

［12］ 西安公路研究所.陕西省高等级公路半刚性基层沥青路面长期使用性能研究报告［R］.2001.

［13］ 武建民.半刚性基层沥青路面使用性能衰变规律研究［D］.西安：长安大学，2005.

［14］ 郝大力.路面性能的评价与分析研究［D］.西安：长安大学，2000.

［15］ 张慧彧.我国沥青路面长期性能观测指标研究［D］.长安大学，2011.

［16］ 孟书涛，等.高速公路沥青路面长期性能研究（一期）可行性研究报告［R］.交通运输部公路科学研究院.北京：2006.

Development Situation of Long-term Performance of Asphalt Pavement Research

REN Jun-da1，2
（1.Liaoning Transportation Research Institute，Shenyang 110015，China；2.Key Laboratory of Expressway Maintenance Technology Ministry of Communications（Shenyang），Shenyang 110015，China）

The early destruction of highway has seen a growing and widely concern.In order to solve this difficult problem，it is imperative to carry out the research of long term pavement performance，which was also the necessary choice for technology upgrading of asphalt pavement.In this paper，the developments and research results of long-term performance of asphalt pavement both at home and abroad were mainly reviewed，especially the situation in America.In the meantime，the long-term performance of asphalt pavement research both at home and abroad were summarized and analyzed，which provided reference for the study of long-term performance of asphalt pavement in China.

Road engineering；Long term performance；Asphalt pavement；Development situation

U416.2

B

1673-6052（2016）05-0063-04

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.05.017

※辽宁省交通科技项目（201507）