对路面寿命的认识与思考

刘秀丽

山东省临朐县交通运输局，山东 潍坊 262600

交通运输是国民经济和社会发展的重要基础。公路交通运输实现“门到门”服务，其他运输方式都必须通过公路来衔接，由此可见公路在综合交通运输体系中突出的重要性和基础性。公路是提供公路交通运输服务的基础，而路基路面等主体结构则是其中最重要的部分之一，其使用寿命情况直接关系到公路基础设施投资效率的发挥。在公路设施体系中，路面直接承受交通荷载和自然环境的反复作用，性能衰变快，是设计使用年限最短的构件。

延长路面设计和使用寿命，是国内外道路工程领域研究的焦点之一。21世纪初，欧洲提出了长寿命路面的概念，并于2004年和2010年颁布了长寿命柔性路面使用技术指南和长寿命半刚性路面使用技术指南，美国随后也提出了长寿命路面（或称为永久性路面）。围绕怎样提高路面耐久性的问题，国内外都开展了大量研究，在路面材料、路面结构等领域取得了诸多成果，为延长路面使用寿命提供了技术支撑。

同时我们也必须看到，路面寿命问题十分复杂，它不仅与工程设计与施工质量相关，还受交通荷载、环境因素等显著影响。路面设计方法的不完善、路面施工质量的不稳定、路面运营环境的复杂等，使得路面设计寿命经常与实际使用情况不一致，再加上个别项目出现的工程质量差、使用寿命短，使之受到社会的高度关注。

为此，本文对路面寿命问题进行探讨，包括国内外对路面设计年限的定义、国内外路面设计使用年限、路面实际使用年限与设计使用年限的关系以及我国路面实际使用年限等，并提出建议。

与公路寿命相关的概念分析

公路基础设施是由路基、路面、桥涵、隧道等多个构件组成的，从交通运输行业标准来看，不同构件对寿命的要求和规定各不相同。

（1）公路寿命不是专业术语，交通运输部《公路工程名词术语》（JTJ 002—87）、《公路工程技术标准》（JTG B01—2014）等标准中均没有定义。

（2）在交通运输部标准体系中，公路路基工程、排水工程、支挡防护和砌筑工程、隧道工程等并没有明确提出寿命的概念。

（3）桥涵采用设计基准期、设计使用年限两个概念。《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）规定，设计基准期是为确定可变作用等的取值而选用的时间参数，设计使用年限是在正常设计、正常施工、正常使用和正常养护条件下桥涵结构或结构构件不需进行结构大修或更换（即可按其预定目的使用）的年限。

（4）路面工程采用设计使用年限或者设计基准期的概念。沥青路面采用的是设计使用年限，《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2017）将其定义为在正常设计、施工、使用和养护条件下路面不需要结构性维修的预定使用年限。水泥混凝土路面采用的是设计基准期，《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40—2002）将其定义为计算路面结构可靠度时考虑各项基本度量与时间关系所采用的基准时间。路面设计使用年限或者设计基准期并没有明确指出是针对面层还是基层。

可见，在公路基础设施中，只有路面工程和桥涵工程有寿命的概念。

国内外路面设计年限对比

（1）我国路面设计年限概况

我国《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40—2011）规定，高速公路、一级公路水泥混凝土路面结构设计基准期取30年，二级及二级以下公路取20年，如表1所示。

我国《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2017）规定，高速公路、一级公路沥青路面结构设计使用年限应不低于15年，二级公路应不低于12年，三、四级公路分别应不低于10年和8年，如表2所示。路面寿命问题十分复杂，它不仅与工程设计与施工质量相关，还受到交通荷载、环境因素等的显著影响。

表1 我国水泥混凝土路面结构设计基准期

（2）国外路面设计年限情况

美国沥青路面设计寿命采用使用期（performance period）和分析期（analysis period）两个概念。美国国家公路与运输协会标准《AASHTO 路面结构设计指南》（AASHTO Guide for Design of Pavement Structures）中规定，使用期指新建或者重建的路面结构的服务能力从初始值衰减到终值所经历的时间，取值范围一般为10~20年。路面设计一般先确定分析期，然后将分析期划分为1个新建期和若干个重建期，新建期一般为20年。

欧洲各国一般按照经济性、公路类型和材料确定沥青路面设计寿命，以设计期（design period）表示。欧洲各国中，英国的设计期一般采用40年，法国、德国一般采用30年，意大利、荷兰、西班牙等多数国家一般采用20年。

日本道路协会《铺装设计施工指针》采用“设计期间”的概念，并将其分为“路面设计期间”、“铺装设计期间”两种。路面设计期间是道路开放后路表面塑性变形、平整度不能达到要求的时间，可以理解为路面功能寿命。铺装设计期间是指在交通荷载重复作用下整个路面结构发生疲劳损伤而出现开裂的时间，可以理解为路面结构寿命。路面设计期间一般为5年，铺装设计期间一般为20年，由公路管理机构根据具体情况确定，例如对于国道高速公路可以选择40年。

（3）国内外对比

对比国内外路面设计年限情况可以看出，发达国家一般采用设计期和分析期两个概念，日本还区分有功能寿命和结构寿命，而我国没有进行这样的细分。

发达国家路面设计期并非采取确定的数值，而是由设计者或者公路管理机构根据实际情况确定，通常采用的设计期略长于我国。但是，我国的标准轴载是100 kN，高于发达国家较多采用的80 kN标准轴载，设计条件更苛刻。因此综合来看，我国和发达国家路面设计寿命应该是基本相当的。

同样是发达国家，各国的路面设计年限的长短也存在很大差别。一些分析认为，路面设计年限的长短不仅要考虑技术因素，更重要的是还要考虑经济因素。我国采用15年的设计年限，且普遍采用价格相对低廉的无机结合料稳定材料基层，是根据我国经济社会发展实际情况做出的合理选择。

路面实际使用年限与设计年限的关系

路面设计年限是路面在设计标准荷载下按照设计交通量增长率作用出现疲劳破坏所经历的时间。如果设计时假设的条件与实际情况不一致，例如交通量实际增长率与预期不一致，交通组成（轴载大小、胎压高低等）发生变化等，路面实际使用年限就会与设计年限不一致，而这种情况是必然发生的，因为路面设计时的假设不可能与实际情况完全一致，尤其是对于我国这样一个经济社会高速发展的社会而言更是如此。例如，某条公路路面设计年限是15年，由此计算得到的路面能承受的交通量假设是1 000万次标准轴载，但是由于交通量增长迅猛，使路面在6年时间就已经承受了1 000万次的标准轴载作用，那么该路面已经达到了设计使用年限的要求。

路面实际使用年限的确定也存在不少问题。按照路面设计理论，路面寿命应该以疲劳破坏作为判断依据，但是实际上很多路面病害难以判断是否为疲劳破坏，因此可操作性不强。分析认为，可以将路面大修（铣刨重铺）时间作为路面实际使用年限的判断依据。

我国路面实际使用年限分析

我国公路总里程仅约为美国的70%，而我国公路网承担的货运量是美国的3.7倍，在此情况下保持公路网的整体平稳运行，说明我国公路路基路面实际使用年限总体水平较好。

从绝对时间上看，我国早期修建的高速公路，例如1989年通车的京津塘高速公路北京段，1993年通车的首都机场高速公路，1994年通车的广东广深珠高速公路、山东济青高速公路等，至今未见进行结构性大修的报道，运行时间均已经达到或超过25年。我国2002年之前通车的高速公路超过2万km，至今运行时间超过15年，对路面基层进行结构性大修的报道也不多。

从承受交通荷载情况看，由于我国经济发展迅猛，交通量增长快，车辆超载问题相比发达国家更为严重，路面在相同时间内承受的当量轴次更高，实际使用年限在总体上是比较好的。

建议

我国在路面寿命方面取得了一定成绩，但是与建设交通强国的要求还有很大差距，与百姓的期许有不少距离，对此笔者有如下建议。

（1）对影响公路寿命的潜在风险进行预判和提前介入。例如，从超载的严重程度看，目前普通国省干线公路的超载问题要重于高速公路，而普通国省干线公路的路面结构强度要弱于高速公路，容易出现路况较快下滑的问题，建议提前介入处理。

（2）推动超载超限治理。公路是服务于行车需要的，根据车重的增加而加厚路面结构，理论上可行，实际上代价却极高，而从车的角度入手加以解决，即深入推动超载超限治理，效果将十分显著。

（3）持续开展路面延寿技术研究。美国、欧盟等一直在开展路面技术研究，已提出第五代公路、基于性能的力学经验设计方法（MEPDG）等新成果，推动路面科技不断向前发展。建议启动实施类似于美国SHRP计划这样的“路面材料与结构延寿战略研究计划”，建立系统完善的路面材料设计体系、结构设计体系、施工成套技术、养护成套技术，进一步提升我国公路路面材料与结构耐久性。