重交通沥青路面设计理论及其应用
我国高速公路建设已历 20 年。目前的设计理论借鉴了国外的思想,其实质是轻交 通路面设计思想的简单外延。我国道路的特点是交通量大,重车比例高,如外环线的重 车高达 65%,远远大于国外约 10%;超载严重,载重车超限比例达 51%。这导致路面寿命 仅 5-8 年,许多公路通车 1-2 年即大量损坏,远小于国外 20 年以上的寿命。 本研究集 17 年研究积累,创建了重交通沥青路面的完整设计理论。首先,通过实 地调研,发现了路面损坏的新类型;首次测定了动水压力,发现了沥青的迁移现象;首 次揭示了非均布重载下的路面力学响应和 Top-Down 损坏的必然性;系统阐明了路面损 坏的新机理和新模式,提出了设计新指标,为新理论构建打下了基础。其次,根据 17 年来积累的海量数据,创建了路面全寿命结构行为方程;提出了等效结构变换法,统一 了国际路面核心设计理论;发现了影响路面温度的新因素,建立了实用预测方法;首次 考虑了剪切疲劳效应,建立了永久变形预估模型;建立了材料 5 面体控制标准;提出了 "按性能设计,按力学验算"的设计思想,实现了使用性能与力学性能、结构设计与材料 设计的并轨。其三,发明了普适改性沥青系列技术,综合性能优于国际产品,打破了垄 断;提出了技术标准,研制了生产设备,实现了国产化和产业化。最后,研发了系列实 验设备,为结构和材料评价提供了新手段。 成果在沥青路面的损坏机理、温度场预估、抗剪试验以及设计思想、方法方面具有 突破和原始创新,核心设计理论的统一和"按性能设计、按力学验算"的提出,是路面领 域的重大理论突破。申请专利 14 项,出版专著 2 部,论文 177 篇,EI 检索 65 篇,部分 被引 749 次。近 5 年应邀在全国讲座 45 次。成果在国际最繁重的深港西部通道等 20 条 重交道路上直接使用,最长已用 13 年依然完好,节约路面建设资金 15-30%;已在北京、 广东、山东、江苏等省市全面使用,其他省市间接使用,部分成果已被 2007 年规范所 采纳,累计节约投资 2 亿 8 千多万元。
同济大学
2021-04-13