党的十八大以来,山东公路交通发展成绩斐然,硕果累累,高速公路通车里程已达到7473公里,位居全国第五位,实现县县通高速。预计到2025年,山东省高速公路通车里程将超过1万公里。沥青路面在公路中占比最大,建设绿色耐久、高效智慧的沥青路面在很大程度上推动了公路建设的高质量发展,是奏响山东公路高质量发展进行曲的强音。
/山东省沥青路面结构发展历程/
1993年山东省第一条高速公路济青高速通车,拉开了山东迈入高速公路时代的序幕。山东省沥青路面结构至今已历经五代,并向着更加绿色、耐久、智慧、高效的新一代高速公路路面结构发展。
沥青路面结构的发展
第一代沥青路面结构——起步阶段
第一代沥青路面结构伴随着山东省高速公路建设的起步阶段,该阶段表现出开工项目少、聚全省之力建设几条高速公路、路网尚未完全形成、交通荷载较小的特点,主要满足山东省高速公路从无到有的重大需求。自济青高速公路开始
建设至1997年经历第一个建设高峰期,这一阶段沥青路面的结构设计全部按照规范进行,主要依靠稳定的原材料质量和强力的施工管理保障路面质量,在较长一段时间内,沥青路面基本能够满足设计要求。
第二代沥青路面结构——探索阶段
随着我国经济发展,大规模高速公路建设逐渐展开,交通量逐渐增大,重载超载日益严重,自2000年开始迎来沥青路面发展的第二个高峰期。半刚性基层沥青路面的弊端开始显现,解决沥青路面出现的早期水损害、车辙等问题成为该阶段沥青路面建设的重大需求。山东省探索出引进SMA应力吸收功能层技术解决早期水损害,引进Superpave高性能沥青中下面层技术缓解重载超载路面车辙等问题,并引领了两项技术在全国的大规模推广应用。
第三代沥青路面结构——进步阶段
仅依靠第二代沥青路面结构尚不能完全解决半刚性基层沥青路面出现的反射裂缝等弊端,解决半刚性基层的反射裂缝成为该阶段沥青路面发展的需求。山东省将水泥稳定碎石基层双层连铺一次成型技术成功应用于高速公路,实现了半刚性基层的整体与连续,显著缓解了反射裂缝对面层结构的破坏,取得了一定的进步。
第四代沥青路面结构——完善阶段
在第三代沥青路面结构基础上,为了彻底解决半刚性基层反射裂缝等问题,构建长寿命沥青路面结构雏形,山东省开始对新型路面结构开展研究和验证,先后在烟台国道204线、滨大高速、青临高速、济莱高速等项目中开展新路面结构设计与工程验证。伴随着2007年和2012年沥青路面建设的第三个和第四个高峰期,在滨大高速永久性沥青路面试验路成功实施后,山东省高速公路逐步形成了以在半刚性基层上设置排水抗裂结构层(大粒径透水性沥青混合料结构层)的组合式基层沥青路面为代表的典型长寿命路面结构,从根本上解决了传统路面结构早期病害问题。在全国建成规模最大的长寿命沥青路面高速公路网,应用总里程超5000公里。与传统路面结构相比,在同等施工与交通条件下,该路面质量更优、路面寿命翻倍,全寿命周期成本降低40%以上,支撑山东省高速公路沥青路面率先实现了建养一体化。
第五代沥青路面结构——高质量发展阶段
为实现山东高速公路生态环保、智慧驱动的目标,满足大力推动高质量发展的需求。在2020年第5个高速公路建设高峰期,山东省率先在全国深入开展长寿命沥青路面技术研究,系统建立重载交通条件下长寿命沥青路面设计体系,提出适应我国重载交通与复杂气候条件下的长寿命沥青路面典型结构。根据山东高速公路发展面临的实际困难与需求,在总结国外全厚式长寿命沥青路面技术的基础上,吸收组合式基层长寿命沥青路面的成功应用经验及技术优势,适时发展提出了全部采用不同功能沥青混合料等柔性结构层的全厚式长寿命沥青路面结构,形成了适应高质量发展的第五代沥青路面结构。其中,在G3京台高速改扩建泰安至枣庄段工程,将全厚式路面与厂拌热再生技术有效结合,修建了全厚式再生沥青路面示范路。全厚式长寿命沥青路面结构将我国高速公路路面结构设计寿命从传统的15年提高至35年以上,长寿命沥青路面技术连续10余年获得国家、省部级科技奖励,该技术持续唱响“山东的路”这一金字招牌,引领了公路建设的发展。
新一代沥青路面结构——展望阶段
随着新材料、新技术、新工艺、新装备的发展与革新,面对高速公路绿色耐久、高效智慧的重大需求,山东省高速公路的发展踏上了新征程。在新的发展阶段,长寿命沥青路面结构将聚焦聚氨酯等新型高分子材料功能层研发与智慧高速公路设计与建造,构建材料更绿色、使用更耐久、施工更高效、服务更智慧的新一代沥青路面结构,继续以需求为导向,引领全国长寿命沥青路面的进一步发展。
/山东省长寿命沥青路面材料发展/
高品质沥青路面材料的发展是持续推动长寿命沥青路面结构创新的根基,山东省率先实现了路面结构设计理念颠覆性创新与新型高品质沥青混合料应用的科学融合,达成了沥青路面材料绿色耐久、提质升级的目的。
高性能抗滑磨耗层沥青混合料
为了解决早期水损害、抗滑衰减快等问题,山东省对沥青路面表面层材料进行了创新优化,引进吸收了沥青路面表面层沥青玛蹄脂碎石(SMA)混合料。在此基础上,又首次引进借鉴“贝雷法”设计理念,提出了多级嵌挤密级配沥
青混合料的级配设计方法,以及相应的施工工艺、质量控制方法与设计程序,开辟了重载交通条件下路用沥青混合料优化设计的新领域。基于上述方法设计的高性能抗滑磨耗层沥青混合料率先在全国大规模推广应用,成功解决了沥青路面水损害和抗滑等问题。
Superpave沥青混合料
为了缓解重载超载路面车辙病害问题,山东省在国内首次将Superpave沥青混合料技术应用到高速公路建设实体工程中,并探索出了一套采用Superpave方法进行沥青混合料设计,使用马歇尔方法进行验证和质量控制的实用技术体系,为Superpave技术在我国的推广应用奠定了基础。随着技术经验的积累与发展,山东省提出并应用了“S”型沥青混合料级配范围,构建了以沥青混合料的填充状态和粗集料的嵌挤状态为基础的混合料级配设计和验证方法,探索出了适合于Superpave沥青混合料的生产配合比设计和拌和站控制参数及调试模式,提高了拌和站出料的稳定性。Superpave沥青混合料技术的成功推广应用,解决了山东省重载超载路面车辙病害问题。
高性能多功能沥青胶砂
为了解决半刚性基层反射裂缝、水泥混凝土桥面铺装病害多发等问题,山东省自2002年开始进行技术攻关,逐渐发展形成独具特色的高性能多功能沥青胶砂技术,在山东省内外大型桥梁铺装、半刚性基层沥青路面预防开裂中得到应用,研发了“桥面处理+防水黏结层+多功能层”防水组合和适应不同功能定位的高性能多功能沥青胶砂材料,并提出了相应的技术要求、设计指标和控制标准。
排水抗裂功能大粒径碎石沥青混合料
为了彻底解决半刚性基层沥青路面存在的反射裂缝、水损害等耐久性问题,山东省率先引进MAC沥青,研发并大规模应用了兼顾排水、抗裂功能,平衡高温稳定性、水稳定性和抗疲劳性能的高黏沥青排水沥青混合料,逐步形成了在优化后的半刚性基层上设置排水抗裂沥青混合料(即大粒径透水性沥青混合料)的方法,从而实现沥青路面的长寿命。排水抗裂功能大粒径碎石沥青混合料的广泛应用,也成为了山东高速公路沥青路面材料的典型标志,成为山东高速公路长寿命化提升的中流砥柱之一。
高模量耐疲劳沥青混合料
为满足大交通量、极端高低温条件下长寿命沥青路面建设需求,山东省在交通运输部联合攻关科技计划等支持下,在适应复杂重载条件下高模量耐疲劳沥青及混合料设计理论与方法、新材料研发、设计生产一体化等方面实现了重大突破,建立了适应严酷荷载环境的新一代高劲度耐久性沥青混合料设计理论与方法,提出了基于高劲度胶结料性能的混合料设计参数选择方法和性能评价标准;提出了“先模量梯级升级,后改性”的胶结料性能综合提升技术,建立了复杂重载环境条件下高劲度沥青胶结料技术体系,发明了综合性能优越的系列宽工作域硬质沥青、复合改性沥青及其新一代高劲度耐久性沥青混合料;开发了高劲度沥青规模化工业生产装置和工艺技术流程,提出了高劲度沥青生产均匀性控制技术和施工温度确定方法,形成了新一代高劲度沥青胶结料及其混合料生产、施工与质量控制的成套技术,实现了严酷荷载环境作用下沥青铺装的耐久性设计与工程应用。
/ 山东省长寿命路面建造创新 /
山东省长寿命路面建设以施工全过程质量管控智慧化为抓手,以路面长期性能智能感知为保障,走出了一条高效
智慧,高质量发展的建造创新之路。
理念创新
山东省最早提出从“路基与路面一体化、结构与材料一体化、设计与施工一体化、建设与养护一体化”4个方面打造长寿命沥青路面的理念。沥青路面受结构、材料、交通、环境及施工条件等多方面因素的影响,各因素间环环相扣、相互制衡,牵一发而动全身。传统沥青路面往往突出强调某一方面,并未较好综合考虑路基、路面、结构、材料、设
计、施工、建设与养护等多因素的平衡,始终存在木桶效应。长寿命沥青路面的“四个一体化”设计理念将上述多种关键影响因素通盘考虑,平衡各因素间的关系,找到不同参数下的最优解,克服了传统沥青路面的性能短板,整体提升路面结构性能和寿命。“四个一体化”设计理念成为引领长寿命沥青路面技术发展的必然方向。
模式创新
在中国高速公路发展刚起步的20世纪90年代,面对沥青路面早期损害频发问题,山东省基于多年积累的工程经验和研究成果,首创沥青路面技术咨询模式。路面技术咨询是在路面建设过程中充当业主单位的“参谋、智库”,以独立第三方的身份开展专项路面质量技术服务,帮助管理者及时发现现场质量隐患,提供一站式全过程路面技术咨询服
务,为路面建设“问诊把关”。路面技术咨询是质量管理体系的有益补充,是先进科研技术成果向工程实践转化的有效途径。自1998年以来,山东建成通车的高速公路均采用这一模式,为山东省路面质量提升做出了重要贡献。近年来,该技术咨询模式迅速在全国20多个省份的高速公路建设中应用,发挥了重要的技术作用。
技术创新
山东高速建设管理集团有限公司联合知名院校与科研机构长期致力于沥青路面施工全过程智慧化管控技术的研发与规模化应用,并持续开展沥青路面性能智能感知研究。综合大数据分析、云计算技术、5G网络、物联网技术和区块链技术,集成拓展视频监控、工艺监测、预测预警、移动终端等“智慧设施”,攻克了建设中数据信息分散、问题难追溯、隐蔽工程难监管等管理短板,构建了“原材料智慧化管控,云端材料设计与施工质量可视化监督,拌和、运输、摊铺智能管控,无人驾驶沥青路面智能摊铺压实,无人机温度离析监控,大数据成品路面质量评价技术一体”的沥青路面施工全过程智慧化管控系统,实现了从原材料、配合比设计、拌和站、沥青路面施工、成品路面检测的全过程智慧化管控,并成功应用于济南大西环、济青中线、济南大北环、明董等高速公路建设项目。
同时构建了基于路域环境、路面响应、结构损伤、路表状况的多维度路面服役性能智能感知体系,研发了智慧高速路面服役性能多维智能感知技术,实现了“断面-路段-路网”三级实时精准感知,研发了路面服役状态智能感知系列装备及“聪明的路”多层次协同路面服役性能智能感知系统云平台,实现了智能感知理论、技术、装备、系统平台原创性技术创新和突破,有力支撑了长寿命路面设计及精准养护。
管理创新
为打造山东省高速公路样板工程、精品工程,山东高速建设管理集团有限公司建立“件件工程认可制”“质量责任实名制”“质量终身责任承诺制”“永久标牌制”“原材料留样制”“外委检测批次负责制”“不合格材料就地销毁制”等质量提升七大制度体系,确保管理工作目标明确、责任清晰,做到有章可循、有“法”可依,根本性强化质量源头管理,抓实抓细过程管控,提升建设品质。
随着山东省在长寿命沥青路面与建造全过程智慧化管控技术领域的快速发展,山东省高速公路已经形成了集长寿命结构、高品质材料、智能化建造、智慧化管控于一体的高速公路高质量发展典型模式,为全国其他省份高速公路的发展提供了有益借鉴。