构建全球首个长寿命沥青路面足尺试验平台

文/交通运输部公路科学研究院

获奖等级：一等奖

项目名称：基于足尺环道五千万次级试验的耐久性沥青路面服役机理与建造技术

“基于足尺环道五千万次级试验的耐久性沥青路面”项目搭建了世界上首个满足长寿命沥青路面全寿命周期服役性能验证、结构类型完整、观测与监测功能齐全的足尺路面试验平台。已经完成五千万次级的实车加速加载试验，平台系统采集了沥青路面多元服役性能的长期演化数据，实现了长寿命沥青路面第一阶段的试验验证目标，夯实了我国长寿命沥青路面技术创新研发基础，填补了我国在该领域的空白。

创新 形成一批新理论、新方法、新技术

该项目通过开展耐久性沥青路面服役机理与建造技术研究，形成了一批新理论、新模型、新方法与新技术，其中在海量数据高频采集与处理，沥青路面破坏机理及沥青路面结构力学响应正演、反演方法研究方面达到国际领先水平。

平台建设与数据采集

项目拥有目前世界上路面基层结构类型最完整的RIOHTrack足尺环道，可实现宽刚度域基层同时空试验验证，试验加载效率约每年1500至1700ESALs，相当于美国NCAT的2倍至3倍，加载能力世界领先；5年加载累计达5000万次，相当于车辆正常通行30年的荷载水平，是目前国际上累计试验加载次数最多的足尺环道；提出“四法”联用技术的数据处理方法，使有效数据密度提高5倍以上，数据信噪比可提高至60dB，异常数据识别率可达85%以上，数据加工处理能力达到每秒2GB；数据共享总量已达326TB，全部向国内外同行免费共享。

模型验证与损伤机理

项目除验证柔性基层、厚沥青混凝土结构和全厚式结构外，还可验证半刚性基层结构、刚性基层结构与倒装结构；首次观测到车辙变形以年为周期“损伤-恢复-损伤”的波动性增长新现象，以及薄沥青面层结构出现的路表横向Top-Down开裂的疲劳破坏新模式；基于环道试验现状分析，首次明确提出耐久性沥青路面承力结构疲劳寿命逐层累积的新假设，可使路面寿命评估可靠性提高50%。

性能演化与力学分析

项目首次提出融合外因、内因与受力状态三个维度的服役性能演化统一模型；建立了以Boltzmann模型为基础的沥青路面服役性能温度修正新模型，可准确描述影响服役性能温度的敏感区域和惰性区域，进而显著提高各指标的温度修正精度；神经网络预测模型的精度可达90%以上，多元统计分析模型精度可达80%以上；基于材料非线性的沥青路面力学分析方法可解决力学分析的唯一性问题，与实测结果相关性达到80%以上；提出的模量反演方法适用于各类型结构的4层体系反算，适用范围更广。

←试验平台路面结构模型

← 沥青路面“双向”疲劳损伤的新理论示意图

建造技术

项目提出的高强度半刚性基层7d抗压强度达到6至7MPa，可显著提高路面承载能力，且不会产生反射裂缝；提出的沥青混合料设计方法，可充分发挥矿料结构作用，不增加造价，在提高高温性能50%以上的同时，使应力吸收层沥青混合料成本降低20%。

应用 为一批技术研究推广提供参考依据

工程应用方面

该项目的相关成果对长寿命路面技术的推广应用具有重要的借鉴作用，为交通运输部安监司“平安百年品质工程”建设研究、河北省雄安高速永久路面设计、江苏省长寿命路面（30年以上）技术预研究、河南省在役典型沥青路面结构性能延续技术研究等提供了切实可行的参考与指导。

数据应用方面

项目已向清华大学、东南大学、同济大学、哈尔滨工业大学等高校和研究院所，累计开放共享数据326TB，涵盖了8类，30余种数据。项目成果纳入3项国家科学数据标准和3项交通运输行业规范，为相关成果的推广应用提供了依据。

推广前景方面

耐久性沥青路面建造技术研究成果可有效提升道路基础设施设计的可靠性和使用的耐久性，大大节约公路养护资金，具有广阔的推广应用前景。

效益 多维度体现经济与社会效益

交通运输部公路科学研究院依托该项目编制了交通行业首部《公路长寿命沥青路面设计与施工技术规范》，对于指导、发展和推广长寿命路面技术具有重要意义。与传统路面相比，长寿命路面服役周期将延长1倍以上，不仅节约养护费用，还可减少资源开采与消耗。

该项目研究所得的公路科学基础数据，极大地丰富了我国公路科学战略资源，支撑了多项国家重点研发计划的实施，项目参与编制的3部国家科学数据标准，对于公路科学数据的规范化采集、存储和利用具有重要的指导意义；以足尺环道为核心的公路长期性能国家野外科学观测研究站和交通运输行业野外科学观测研究基地，将为我国公路学科的基础研究和应用技术研究提供重要支撑。

该项目采集的服役性能数据面向全世界进行深度开放共享，为国内外高校和科研机构提供了详实的试验数据和基础资料。作为国际长寿命路面技术研究领域重要的学术平台，足尺环道可显著提升我国路面技术的国际影响力。

贡献 取得多项专利并形成规范标准

该项目共取得发明专利27项，软件著作权4项，出版专著4部，发表核心学术论文58篇；主持制修订了《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）、《公路长寿命沥青路面设计与施工技术规范》（已报批）和《橡胶沥青路面技术规范》（已报批）等行业规范，参编了《科技计划形成的科学数据汇交技术与管理规范》（GB/T 39912-2021）、《科技计划形成的科学数据汇交通用代码集》（GB/T 39908-2021）、《科技计划形成的科学数据汇交通用数据元》（GB/T 39909-2021）等3项国家科学数据标准。

依托该项目，公路行业两次香山科学会议获得成功申办，会议主题分别为“中国长寿命路面关键科学问题及技术前沿”和“长寿命道路的材料本构与结构性能模型”，进一步推动了长寿命路面技术发展。

项目相关成果直接孵化了国家重点研发计划课题“足尺环道高通量响应数据挖掘与长寿命道路服役性能验证技术（2017YFC0840201）”“变革性技术关键科学问题”与重点专项课题“沥青路面全寿命周期服役性能全时空全环境试验与示范应用（2020YFA0714304）”，服务了国家重点研发计划课题“道路基础设施全寿命服役性能衰变机理及预测理论（2018YFB1600103）”“智能道路铺装结构系统集成技术及系统设计理论体系（2018YFB1600204）”等，引领了行业技术进步，推动了交通科技创新。