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“最美的风景在路上”
2018-11-05 11:37   审核人:

高速公路之后,下一代道路是什么样?

金秋十月,天高云淡。在位于北京市通州区的交通运输部公路科学研究院公路交通综合试验场内,一条类似跑道的环道,隐在树林深处。一辆百吨级人工辅助自动驾驶卡车,正来回往复,进行荷载试验。

这便是下一代道路的摇篮——足尺路面加速加载试验环道(以下简称足尺环道)。这一总投资达3.4亿元的试验场,也成为我国公路科技发展的最新标志。

树林更深处,一间接收信号的专用设备房内,一位面容透着黑红色的中年人正专注地查看显示屏上跳动的数据。他就是足尺环道项目技术负责人王旭东,这位交通运输部公路科学研究院首席研究员已在高速公路路面领域耕耘了26年。

研制半刚性基层,建设“中国路面”

1987年,考入同济大学的王旭东,第一次真切地感到,脚下的路不简单。老师说,就算倾一生也研究不完。

从土路、石板路、水泥路、沥青路面到第四代的高速公路,人类脚下的路一直变个不停,现在正向着重载、长寿命、智能化的第五代道路发展。

如何使筑路材料的配比达到最优?重载下道路寿命能有多长?如何避免路面裂痕和塌陷?这一连串的问题把王旭东引入筑路世界。

沥青是石化行业的副产品、“废弃物”,同时也是一种优质的筑路材料。国际上绝大多数公路都是由沥青铺筑的,我国90%以上的高速公路和国道主干线也是沥青路面。然而,相对于其他筑路材料,沥青还是比较昂贵的。为了支撑我国公路建设的快速发展,实现技术与经济的最优化,半刚性基层沥青路面成为我国干线公路的典型结构,这一技术的成功应用使我国走出了一条不同于欧美的公路设计与建造之路。

1991年,王旭东进入交通运输部公路科学研究院,师从道路工程专家、中国工程院院士沙庆林攻读硕士学位。王旭东沿着导师创立的“强基、薄面、稳土基”道路设计理论,开启了设计“中国路面”的筑路人生。

这是一个少沥青的“中国路面”。

在黑色的沥青面层下面,需要一个稳固的基层,以保证路面结构的耐久性,其学名为“半刚性基层”。它是由水泥、粉煤灰、石灰等与砂石材料混合、碾压而成的。优质的半刚性基层可以显著降低工程造价、延长路面寿命。将这些材料进行科学配比,以达到抗压、舒适以及不易开裂的效果,是王旭东和同事所追求的。

在平凡枯燥的试验、计算和艰苦的实践中,王旭东数年如一日,逐渐脱颖而出。

2012年,王旭东主持修筑两条长寿命道路,一条在广东、一条在内蒙古,二者跨越4000公里。那一年,他在两个工地频繁切换,还不时用脚丈量新筑的路,一双很耐磨的鞋,不到三个月就穿坏了。

“哪个路段有坑槽、有龟裂,路面病害存在哪些特点,就连路边长了什么花草树木,王老师都了如指掌。”王旭东的一位学生说。

王旭东继承了导师“强基、薄面、稳土基”的经典设计体系,推动了中国第四代公路向第五代进发。

十年辛勤付出,让橡胶沥青起死回生

北京长安街,尽管每天车辆穿流不息,然而路面却平整、舒适。2009年,长安街被重新铺筑,使用了一种新材料,即橡胶沥青。

上世纪90年代初,用橡胶沥青筑路曾是一项被否定的技术。“因为若将废胎胶粉渗入沥青,生产和碾压的双稳定性就无法保证。”王旭东回忆说,2001年我国交通业面临两大问题,一是废旧轮胎数量不断攀升,二是对公路建设的质量要求越来越高。

因此,让橡胶沥青起死回生,成为当时解决上述问题最经济、环保的路径。

那一年,30出头的王旭东被点将出任“废轮胎修筑高性能沥青路面”项目组学术带头人,围绕“废轮胎修筑高性能沥青路面”关键技术,率团队攻关。

基本被判死刑的橡胶沥青路面,能“复活”吗?有人质疑。

既然问题出在“废胎胶粉渗入沥青,生产和碾压的稳定性无法保证”,那就重点攻这个堡垒。

王旭东率队重新试验配方、分析材料组成理论、研制设备,全国各地跑试验路。“我国幅员辽阔,气候、地质差异太大,一个区域的成功无法被简单复制到另一个区域。”王旭东坦言。

那段时间,王旭东总是背着双肩包,拿着笔记本,随身常备着一瓶可乐和一包饼干,错过饭点就对付一下。新铺成的沥青路面温度可达100多摄氏度,为检验摊铺效果,王旭东就在上面来回行走。

十载流汗水,一朝结硕果。历经10余年,该课题组解决了橡胶沥青的生产稳定性难题,提出了新材料组成设计原理,研制出高产能的橡胶沥青加工装备,形成了完整的中国橡胶沥青路面技术。

2016年1月8日,在国家科学技术奖励大会上,王旭东团队的“废轮胎修筑高性能沥青路面关键技术及工程应用”项目荣获国家科技进步二等奖。

“橡胶沥青技术已在北京、山西、广东等21个省份的高等级公路与城市道路的新建、改建和养护工程中得到广泛应用,应用该技术建造的公路总里程超过1.5万公里。我国已累计生产橡胶沥青200多万吨,消耗废轮胎近亿条。”说起橡胶沥青,王旭东非常开心。

以足尺环道为起点,向第五代道路进发

远远望去,尘土飞扬的施工现场,人头攒动。一副标志性的黑框眼镜,让记者从人群中定位到了王旭东。原来,他正在寻找建筑第五代道路的石料。

让“半刚性基层”路面更耐用,实现长寿命公路建设和升级并降低资源消耗,是中国公路人对第五代道路寄予的希望。半刚性基层路面结构体系之后,王旭东并未停下脚步。

建设新一代长寿命路面设计体系,面临两个棘手问题:一是传统理论体系和模型是否适用;二是在新设计理念下,如何找到与之相匹配的材料并完成工艺革新。

只有调查才有发言权。王旭东确立了在实践经验中总结、提炼核心技术的指导思想,着手对我国现有公路状况进行摸底。

“几年间,我们走遍全国,整个团队的调研里程可环绕地球上百圈。”王迅东团队的一位成员说,为完善理论模型,团队开展了大量基础性设计参数的验证工作。

那时,王旭东还常常直接到碎石生产基地,与工人一起探讨,小到设计一个筛孔,大到测试碎石机的锤头布置。几年下来,仅试验室用掉的石料就达上百吨,各种样品堆满了500平方米的仓库。

掌握海量试验数据更是重中之重。在国家有关部门的大力支持下,王旭东带团队从无到有,建设出这个足尺环道重载高速试验平台。

足尺环道,犹如一个当代公路路面博物馆。环道长度仅2039米,共安装了10余类、超过2000个智能传感器,铺设了38种各具特点的典型长寿命路面实体结构,是迄今为止最具多样性的路面研究平台。

“百吨级人工辅助无人驾驶电车,在足尺环道上循环往复行驶,年平均累计加载标准轴次达1000万次,1年内就可达到相当于重载高速公路运行8到10年的使用量。”王旭东说,这样可在短时间内模拟验证不同路面结构的使用状态。

自2015年建成后,足尺环道已累积收集各类监测数据量超过200TB。到2022年一个试验周期结束时,这个数字将增加至1000TB。预计在“十三五”期间,实现累计加载1亿次标准荷载作用次数,相当于高速公路40年的当量使用寿命。

大量详实的数据,将为第五代道路的设计提供科学支撑。“新一代道路设计将是划时代的。”除更加安全、舒适、经济和智慧外,王旭东预想第五代道路寿命可达40年,是现在高速公路的2.5倍。

“最美的风景在路上。”围着全国各地的建设工地转,每年出差200多天,已成王旭东的工作常态。采访当天,在足尺环道查看完数据后,王旭东又出发了。

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