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-22-济南至潍坊高速公路新一代全厚式长寿命沥青路面工程应用研究张 庆1，王光勇2，孙 岳2（1.山东高速基础设施建设有限公司，山东 济南 250014；2.山东省交通科学研究院，山东 济南 250031）摘要：为积极响应交通运输领域实施的“双碳”战略，打造绿色耐久高速公路，济南至潍坊高速公路在充分吸收国内外沥青路面工程经验和研究成果的基础上，结合山东省地域条件，推出了新一代全厚式长寿命沥青路面技术，并提出了相应的技术指标，新一代全厚式路面结构与传统路面结构相比可减薄路面厚度近40 cm，使用寿命可达到30 a以上，经济效益显著。关键词：全厚式；长寿命；沥青路面；高模量中图分类号：U414.1文献标识码：BNew generation of full-thickness long-life asphalt pavement in Jinan-Weifang expressway ZHANG Qing 1,WANG Guangyong 2,SUN Yue2（1.Shandong High-speed Infrastructure Construction Co.,Ltd.,Shandong Jinan 250014 China;2.Shandong Transportation Institute,Shandong Jinan 250031 China）Abstract:ContentInordertorespondpositivelytothedoublecarbonstrategyimplementedinthefieldoftransportationandtocreateagreendurableexpressway,Jinan-Weifangexpressway,basedonthefullabsorptionofdomesticandforeignasphaltpavementengineeringexperienceandresearchresults,combinedwiththeregionalconditionsinShandong,launchedanewgenerationoffull-thicknesslong-lifeasphaltpavementtechnology,andputforwardthecorrespondingtechnicalindicators,anewgenerationoffull-thicknesspavementstructurecomparedwiththetraditionalpavementstructurecanreducethepavementthicknessofnearly40cm,theservicelifecanreachmorethan30years,withsignificanteconomicbenefits.Key words:fullthicknesstype;long-life;asphaltpavement;highmodulus0 引言“十四五”综合交通运输发展规划编制要求提出：要突出科技创新，提供发展新动能；要坚持生态优先，持续推进绿色发展1。打造公路绿色耐久路面科技和品质示范是落实交通运输部创建平安百年品质工程的重要一环，也是交通运输领域实施“双碳”战略重要支撑1-2。为积极响应交通运输部“平安百年品质工程”提出的努力建设路面结构寿命“翻一番”的要求，济南至潍坊高速公路在充分吸收国内外沥青路面工程经验和研究成果的基础上，结合山东省地域条件，推出了新一代全厚式长寿命沥青路面技术，该技术可以使路面使用寿命达到30a以上，可有效延长沥青路面的使用寿命，节约大量自然资源，同时也是公路基础设施高质量发展的具体体现。1 技术优势1.1 使用寿命长，路面性能好全厚式沥青路面采用较厚的沥青层柔性路面，降低传统沥青层底开裂和避免结构性车辙，设计使用寿命可达35a以上，是传统路面结构设计使用寿命（15a）的两倍以上3。采用该路面结构，仅表面层（4cm）在每隔812a左右进行功能性的维护，而其路面结构可以长久使用下去，全厚式长寿命路面技术见图1。1.2 路面结构薄，节约砂石资源山东省对砂石资源的开采管控严格，优质石料资源紧缺，特别是青岛市等沿海地区，优质筑路石料资源已成为制约工程项目施工进度与质量的关键因素。采用全厚式沥青路面结构可节约大量的优质石料资源，路面结构总厚度与传统路面结构相比减收稿日期：2023-02-15作者简介：张庆（1978），男，山东济宁人，高级工程师。2023 年第 4 期山东交通科技-23-薄近40cm，四车道高速公路每公里可节约石料近8000m3，且全厚式沥青路面结构在寿命周期内无须进行结构性修复，减少了大修重建造成筑路材料的巨大消耗。对缓解石料紧缺的压力，助力碳达峰、碳中和的目标具有重要作用。100 150 mm100 180 mm40 75 mm 高质量 SMA、OGFC 或 Superpave高压力区高品质沥青混合料最大拉应变柔性抗疲劳材料 75 100 mm路面基础图 1 全厚式长寿命路面技术1.3 造价低，性价比高由于砂石材料等地材价格的飞涨，全厚式路面结构的建设期造价优势越来越明显。传统路面结构需要每隔10a进行大修、设计期末（15a）进行周期性重建。全厚式路面在设计使用年限内不发生结构性破坏，仅需定期进行表面功能修复，全寿命周期内费用优势巨大。1.4 结构可靠，适应性强全厚式沥青路面结构自身为全柔性结构，抗变形能力强，对一定程度的路基永久变形具有较好适应性。由于结构层均为沥青材料，该路面结构受水、冰冻、滨海可溶盐侵蚀的影响小；在运营期内路基的毛细水积聚较少，降低了水对土基强度的影响4。1.5 施工效率高，节省施工成本该技术可大大缩短工期，减少了施工机具及施工人员的空置及转运，提高了施工效率，节约了施工成本。该技术路基以上均为沥青层，施工工艺及机械配备相同，减少了设备投入。由于沥青层无须养生，加之无须额外调配更换施工机具，下层施工完成后可立即原地进行上层施工，大大提高了施工效率。2 济潍高速全厚式沥青路面设计方案2.1 结构性能验算采用“道可道”道路智能平台长寿命沥青路面损伤分析系统（DKDPAVE）进行计算，以沥青层疲劳累积损伤为基准，原结构与推荐方案加载次数与累积损伤的关系见图2。经计算可知，在相同的累计损伤条件下，全厚式长寿命沥青路面的使用寿命是原设计方案半刚性基层路面的3.37倍，提高了路面使用寿命和路面结构抗风险能力。0.120.10 0.08 0.06 0.04 0.02 05.00E+0071.00E+0081.50E+0082.00E+0082.50E+0083.00E+0083.50E+008半刚性基层沥青路面全厚式沥青路面损伤阈值27 300 万次8 100 万次加载次数/次累积损伤（应变）图 2 两种路面结构累积损伤随加载次数变化2.2 结构组合设计根据项目实际交通荷载及气候条件，济潍高速全厚式长寿命沥青路面结构方案设计方案为4cmSMA-13沥青混合料+6cmHMAC-20高模量沥青混合料+10cmHMAC-20高模量沥青混合料+12cmHTAM-25沥青混合料+4cmHRF-13沥青混合料，路面结构总厚度为36cm，比原设计方案路面结构厚度84cm减薄了48cm，结构组合见图3。4 cmSMA-136 cmAC-20 8 cmAC-25 10 cmLSPM-25 18 cm水泥稳定碎石 18 cm水泥稳定碎石 20 cm水泥稳定碎口 路床（a）原设计方案4 cmSMA-13 6 cmHMAC-2010 cmHMAC-2012 cmHTAM-254 cmHRF-13 路床（b）全厚式结构方案图 3 全厚式长寿命沥青路面结构2.3 主要技术指标要求2.3.1 路床指标要求全厚式长寿命沥青路面路段其路床顶验收弯沉值应小于120（0.01mm）。2.3.2 原材料指标要求全厚式长寿命沥青路面结构中所涉及的集料、70#A级道路石油沥青、SBS改性沥青、矿粉、纤维原材料技术指标均应满足公路沥青路面施工技术规范 （JTGF402004）和设计要求。高模量耐疲劳沥青混合料结构层（HMAC-20）对沥青胶结料要求较高，一般通过三个途径实现：一是沥青胶结料采用硬质沥青；二是沥青胶结料采用高模量改性沥青；三是沥青胶结料在选用SBS改性沥青基础上添加高模量耐疲劳改性剂。本项目采用第三种方案实施。张 庆，王光勇，孙 岳：济南至潍坊高速公路新一代全厚式长寿命沥青路面工程应用研究-24-2.3.3 沥青混合料指标要求（1）HMAC-20沥青混合料技术要求高模量耐疲劳HMAC-20沥青混合料集料采用石灰岩，沥青采用高模量改性沥青。HMAC-20沥青混合料级配范围见表1。表 1 高模量耐疲劳 HMAC-20 沥青混合料级配范围筛孔尺寸/mm26.51916 13.29.54.75 2.36 1.18 0.6 0.075HMAC-20上限/%1001008264438HMAC-20下限/%100906641286高模量耐疲劳HMAC-20沥青混合料技术要求见表2。表 2 高模量耐疲劳 HMAC-20 沥青混合料技术要求试验指标技术标准试验方法击实（双面）次数/次75T0702空隙率/%3 4T 0705-4残留强度比/%80T0729动态模量试验（45，10 Hz）/MPa 3 000T0738四点弯曲疲劳试验（15，10 Hz，230 控制应变条件下）/万次 100T0739动稳定度/（次mm-1）3 000T0719汉堡试验最大变形/mm 5DB 37/T 35642019低温弯曲破坏应变/2 000T0715（2）HTAM-25沥青混合料技术要求HTAM-25沥青混合料集料采用石灰岩，沥青采用70#A级道路石油沥青，油石比建议值为3.6%，HTAM-25沥青混合料级配范围见表3。表 3 HTAM-25 沥青混合料级配范围筛孔尺寸/mm26.5 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075HTAM-25上限/%100 85 78 675841292015 1075HTAM-25下限/%9070 60 48392417108543HTAM-25沥青混合料性能指标要求见表4。表 4 HTAM-25 沥青混合料技术要求试验指标技术标准公称最大粒径/mm26.5马歇尔试件尺寸/mm152.495.3击实次数（双面）/次112空隙率/%3 6稳定度/kN 15流值/mm实测残留稳定度/%80沥青饱和度/%55 70矿料间隙率/%设计空隙率矿料间隙率4 125 136 14（3）HRF-13沥青混合料技术要求高抗疲劳层HRF-13沥青混合料集料采用石灰岩，沥青采用SBS改性沥青。HRF-13沥青混合料级配范围见表5。表 5 HRF-13 沥青混合料级配范围筛孔尺寸/mm1916 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075HRF-13上限/%100 100 100 8668524232 23178HRF-13下限/%100 100927548352516 1075HRF-13沥青混合料技术指标要求见表6。表 6 HRF-13 沥青混合料配合比设计技术要求试验指标技术标准旋转压实次数/次75 100空隙率/%2 3稳定度/kN 8冻融劈裂强度比/%75流值/mm2 4矿料间隙率/%12沥青饱和度/%80汉堡试验最大变形/mm 8低温弯曲/2 800疲劳试验（10，10 Hz，循环 106 次）/3502023 年第 4 期山东交通科技-25-2.4 全寿命周期经济效益分析2.4.1 路面结构性能预估与维修方案路面在交通荷载和自然环境综合作用下，其使用性能会逐渐衰变。当损坏达到一定标准时，路面就应采取养护措施以恢复和提高其使用性能。根据项目所在地的气候条件、交通组成和路面材料等情况，参考山东省内其他高速公路的使用性能，结合本研究路面结构预测的路面性能，按寿命周期费用分析方法进行计算，主要计算费用包括分析期内新建费、维修费及重建或改造费。典型全厚式长寿命沥青路面设计寿命均为30a，故费用分析按30a进行计算6-7。根据实际工程实践和统计，在分析期内原方案半刚性基层沥青路面结构平均每5年进行一次中修，每8年进行一次大修。中修方案为铣刨表面4cm面层后重铺4cmSMA-13；大修方案为铣刨表面18cm沥青层和上基层，恢复原结构。2.4.2 全寿命周期费用计算依据国家发展改革委建设部出版的建设项目经济评价方法与参数，参考最新公布的财务行业基准收益率，资金流折现率取值6.0%。.（1）式中：为第t年的净现金流量；Ic为折现率。两种典型路面结构分析期内每平方米建设费、维修和重建费用比较见表7。表 7 寿命周期建设、维修和重建费用比较原设计方案全厚式结构方案时间/a实施活动投入费用/元投入费用折现/元时间/a实施活动投入费用/元投入费用折现/元建设期新建704.28704.28 建设期新建596.52 596.525中修71.3853.3458 大修520.64326.661012 中修71.3835.4712表面功能恢复71.3835.4715 大修520.64217.242021 中修71.3821.0024表面功能恢复71.3817.6324 大修520.64128.593030中修71.3812.43合计/元2 551.72 1 499.01合计/元739.28 701.10由表7可知，全厚式结构方案不仅初期建设投入比原方案沥青路面结构减少，而且后期维修费用少，分析期内总费用远小于原路面结构，推荐方案具有良好的全寿命周期经济效益。3 结语2022年10月，新一代道路结构研究成果暨济潍高速公路“平安百年品质工程”示范路在济潍10标成功铺筑完成。此次示范路铺筑总长度为950m（K135+960K136+910，左幅），完成产值近1000万元。本次应用的新一代道路结构以实现道路30a的长寿命耐久性为目标，基于路基路面、材料结构和施工技术一体化原则，构建了长效耐久的高等级沥青路面。新一代路面为全厚式沥青结构，取消了传统的水稳半刚性基层，解决了路面反射裂缝的问题，减少了路面后期养护维修的频率，降低了管养成本，提高了行车舒适性。参考文献：1 王其峰,吴文娟,申全军,等.全厚式沥青路面材料抗疲劳性能及疲劳预估模型J.山东交通学院学报,2022,30（3）:102-108.2 王健,康良,夏增选.路桥耐久性设计技术研究J.山东交通科技,2023（2）:111-112.3 沈孔健.全厚式长寿命沥青路面轴载换算方法研究J.石油沥青,2012,26（1）:29-31.4 李小勇.全厚式沥青路面疲劳性能研究D.济南:山东建筑大学,2021.5 刘东元,周艳东.埃塞俄比亚AA高速公路路面结构组合方案比选分析J.建筑机械,2016（2）:38-41.6 韩思宇.结构层厚度和模量对全厚式沥青路面设计指标的影响J.黑龙江交通科技,2022,45（5）:77-79.7 赵向敏.长寿命沥青路面结构设计的方法J.中国公路,2019（1）:104-105.