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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