公路養護技術發展趨勢

文 中國工程院土木、水利與建筑工程學部院士 鄭健龍

據統計，我國每年約有1萬多公里高速公路、近20萬公里普通公路需進行大中修，每年養護大中修產生的廢棄料近2億噸，且大多數養護工程造成了嚴重的交通擁堵，降低了公路通行效率。因而，研究公路養護技術、掌握公路養護前沿發展趨勢對于推動公路養護事業高質量發展意義重大。

趨勢一 在役道路性能檢測與養護維修新技術開發是永恒的主題

在役道路性能檢測

挑戰：盡管在役道路實現了路面性能的不停車檢測，但檢測時行車速度慢，存在安全隱患，被正常行駛車輛撞擊的事件時有發生；根據檢測到的路表信息反演道路材料與結構性能參數時，存在不唯一性和不準確性；路基病害具有隱蔽性，非接觸式無損檢測難以穿透路面后準確感知路基的特征信息；路基使用性能對含水率與密度的變化極為敏感，而現有檢測手段無法達到相應的精度要求，且難以實時感知在役道路的使用性能，不能獲得全壽命周期的完整信息。

截至2020年底，我國公路總里程達519.81萬公里，養護里程約514.4萬公里，占公路總里程的98.96%，但年均養護總投資僅3000億元左右。

技術對策：開發路面性能高速檢測技術與裝備；改善傳統的檢測手段與裝備，提高檢測的客觀性和準確性；研究在役道路性能實時感知技術，推廣應用到路面信息感知、傳輸、解譯等環節；改進路基病害檢測技術，研發非接觸式感知技術、方法與裝備，使檢測數據更精、更準；研發非接觸式路側信息感知技術，以達到全天候實時感知，同時服務自動駕駛的目標。

道路養護維修

挑戰：道路養護施工極易造成交通擁堵，降低路網通行能力；我國北方冬季、南方雨季時間長，導致道路損壞無法及時修復，病害向深層次擴展；缺乏具有自主知識產權的養護材料、技術以及經濟有效的路基病害修復手段。

技術對策：開發適用于特殊氣候環境的路面養護材料與技術；開發無污染的融冰化雪材料與技術、汽車尾氣降解涂料；開發適用于不同需要的預養護材料、技術與裝備；開發快速養護的材料、技術與裝備；開發新型路基、邊坡病害修復與加固技術、瀝青路面裝配式修補技術等。

趨勢二 公路長期性能觀測與研究是全世界關注的熱點

公路長期性能觀測與研究是全面掌握公路基礎設施性能演變科學規律，指導公路基礎設施建設、養護與管理的必要手段，是實現公路基礎設施建養數字化、信息化的基礎性工作和全面提升公路交通基礎設施設計、施工水平及使用壽命的科學依據，也是全面提高路網運輸效能，降低物流運輸成本，提升養護管理智能化與養護決策科學化水平的重要途徑，其重要性不言而喻。

發展公路養護技術是延長路面使用壽命，降低資源消耗和全壽命周期成本最直接的方法。

國外研究現狀

以美國為代表的發達國家已經將交通基礎設施的長期性能觀測、數據分析作為一項長期實施的國家戰略。早在1984年，美國就在其戰略公路研究計劃（SHRP）中啟動了有關路面長期性能（LTPP）的研究。研究范圍覆蓋整個北美地區，域外一些國家特別是西方發達國家也參與了這項研究，取得了大量寶貴的觀測資料與研究成果。研究成果還支撐了美國交通基礎設施建設領域的長期安全健康運行，主導了國際相關領域標準規范的制定與發展。

為確保路面長期性能研究順利開展，美國建立了完備的道路長期性能觀測網，觀測站點達到了2581個（截至2019年12月），主要采集道路基本信息、氣象交通量、路面荷載、路況數據等，數據庫由美國聯邦公路局下設的路面長期性能工作組統一管理。目前，數據庫的用戶量達到1000多家（包括科研、設計、施工單位等），數據的年均下載量約400～500太字節（TB）。

國內研究現狀

就地熱再生作業現場

“十二五”和“十三五”期間，我國曾兩次立項開展路面長期性能觀測研究。目前，全國共建設59個（不完全統計）路面長期性能野外觀測站點，分布于16個省份。此外，還在青藏高原設置了300余個高原凍土地區公路路基路面監測斷面。總體來看，我國的道路長期性能觀測網密度低，觀測持續度不足，與開展路面長期性能研究的要求相差甚遠。

針對上述問題，交通運輸部和科技部目前正在規劃組建公路長期性能野外科學觀測研究站，觀測站擬以交通運輸部公路科學研究院的足尺試驗場為主體，擬在現有野外觀測站點的基礎上，再建8個野外觀測站點，屆時野外觀測站點將覆蓋我國各個主要地質、氣候區劃，可以實時或周期性地收集氣候環境、交通荷載、路面材料與結構的力學響應及服役狀態等信息，為從業人員研究公路全壽命周期服役性能演化規律及衰變機理，長壽命路面設計新理論、新方法、新模型，路面結構與材料長期性能試驗的新方法與新設備，打造多維度、多源數據資料的共享平臺提供重要支撐。

趨勢三 綠色養護技術是當今世界的發展方向

綠色養護的必要性

目前，我國形成了一系列具有自主知識產權的道路性能檢測裝備，人工檢測基本上實現了多指標集成自動化檢測（多功能檢測車）。

實現“雙碳”目標的要求 2020年9月22日，習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上發表重要講話，提出了我國2030年前達到二氧化碳排放峰值、2060年前實現碳中和的“雙碳”目標。當前，我國交通運輸體系的碳排放量占全社會碳排放量的9%，而且還在以每年5%的速度增長。綜合考慮交通基礎設施建設、養護期間的能源消耗量以及原材料生產過程中產生的二氧化碳量，目前我國交通行業的碳排放量約在20%以上。由此可見，在“雙碳”背景下，公路養護技術的發展面臨重大挑戰。

降低能源消耗的要求 我國公路基礎設施建設、養護工程消耗的不可再生資源巨大，給生態環境造成了一時難以恢復的破壞，且養護過程中會產生大量廢棄物，還有可能誘發地質災害。而綠色養護技術的核心是減少資源消耗，并實現廢棄料的資源化再生利用。

提高材料利用率的要求 當前，我國道路材料再生利用面臨諸多問題：瀝青路面銑刨料級配破壞嚴重，銑刨前的加熱造成了瀝青的二次老化；再生利用技術十分粗放，新料與舊料直接摻拌使用，導致再生混合料的品質不高；養護施工中，通常將廢棄料降級使用，再生混合料的使用效率低。可見，綠色養護技術研究已成為大勢所趨。

發展綠色養護的技術對策

開發新型瀝青路面銑刨設備 以廢棄料中礦料的資源化為目標，轉變銑刨設備的設計思路；改善加熱技術，確保擬銑刨層的瀝青混合料充分軟化又不至于老化；優化銑刨工藝，改銑刨為鏟扒，提高廢棄料級配的完整性，特別是粗集料的完整性；發展廠拌再生技術，最大限度提高路面維修質量。

開發瀝青路面銑刨油石分離技術 當前，砂石資源越來越寶貴，可通過開發新型油石分離技術降低成本，實現規模化生產。利用油石分離技術能夠使銑刨料中的集料實現資源化，還能確保新制備瀝青混合料的品質。此外，分離出來的廢瀝青不再作為瀝青結合料，可用于開發新的資源化用途，建議施工單位分地區建立廢棄料資源化工廠，統一回收、統一加工，最大限度發揮其潛在價值。

趨勢四 道路養護維修的智慧管理是數字經濟的時代特色

現階段，我國道路養護維修智慧管理主要面臨以下問題：一是養護部門開展路況定期檢測的目的性不強，對檢測數據的挖掘與利用不充分，且建設期、養護維修與大中修期、運營期的路況數據互設信息壁壘，定期檢測與道路巡檢數據由政府監管部門、業主單位、檢測單位等分別存儲，難以對路況數據進行深入挖掘和二次開發。二是養護維修決策與管理的智能化水平不高，具體表現為養護維修決策部門掌握的路況信息不全，導致養護維修處治不及時；由于路況信息碎片化現象嚴重，且存在信息孤島效應，養護部門無法構建科學、合理的道路性能預測模型與養護維修決策模型等。對此，可采取以下技術對策：

開發公路建設、運營與養護管理一體化的區塊鏈技術

旨在實現公路全壽命周期建設、運營與養護管理信息融合的一體化。要求業主單位分別建立下轄各路段的歷史數據庫，借助共識機制、加密算法和智能合約，在政府監管部門、業主和各承包商之間構建聯盟鏈，以保證數據的公開透明和不可篡改，避免數據造假，同時支持業主通過數據上鏈，對原材料生產、現場施工、驗收檢測等進行有效監管。

開發搭載于“區塊鏈+養護管理平臺”的公路養護管理系統

該系統應具備分布式存儲全壽命周期的路況數據、實時進行指定路段的路況評價、根據路況演變歷史預測道路性能和結構性能、進行網級和項目級養護決策和養護投資預算、實現養護施工采購與實施過程監督（含招投標和施工過程監督）等功能。