1、1 道路（公路）工程伴随着社会、经济的高速发展，我国公路交通事业也实现了跨越式的发展。从1988年第一条高速公路沪嘉高速公路在争议声中脱颖而出，到90年代五纵七横高速公路网络建成，再到新世纪“7918”高速公路建设规划的提出，直至2014年我国高速公路总里程排名世界第一。我国仅仅用了25年的时间，就实现了高速公路建设量的突破和质的飞跃。1.1 道路工程近年研究进展1.1.1 应用基础研究在路面结构领域，针对重载交通下的结构耐久性和路面使用性能问题，开展了沥青路面、水泥路面设计方法的研究，完善了适应我国特点的沥青路面设计指标、参数与方法，提出了沥青层与无机结合料层疲劳、路基与沥青层永久变形、沥青
2、层低温开裂的多指标设计体系，形成了较为完整的重交通沥青路面设计方法。在路面材料方面，研究了沥青混凝土损伤演变与破坏过程，分析了沥青混凝土内部空隙分布、构造特征与应变的不均匀分布，外加剂改性机理的研究，为解决我国高等级公路路面早期病害、完善路面使用性能、延长路面的使用寿命提供了理论依据。代表性成果有“重交通沥青路面设计的理论体系、关健技术及工程应用”、“沥青路面设计指标与参数研究”、“道路水泥混凝土组成设计”、“沥青路面设计标准与耐久性研究”、“复合改性沥青使用性能研究”等。在路基与岩土工程领域，围绕着路基承载力、边坡稳定性以及抗灾能力开展研究。在路基方面，采用室内试验、原位试验与现场监测相结合
3、的研究方法，探索土的宏观路用性能与微观构造之间的关系，为提高路基的稳定性创造了条件。在岩土工程方面，研究了地震、洪水、风沙、隐伏岩溶引起的地质灾害与对环境的破坏机理，将神经网络和遗传算法应用于边坡稳定性分析和最危险滑动面搜索，为灾害的防御和灾害发生后的抢险、救助、减少次生灾害提供了技术准备。代表性成果有“公路路基回弹模量研究”、“路基承载力及分类研究”、“公路边坡失稳分析及处治技术研究”、“汶川地震公路震害评估、机理分析及设防标准研究”等。1.1.2 设计技术在理论研究和借鉴国外先进设计理念的基础上，针对不同荷载、不同气候条件下路面的共性、多发性问题开展研究，提出了适应我国国情的半刚性、柔性、
4、刚性、复合式路面结构形式以及各种路面结构形式的结构层厚度、级配与层间粘结方式，地方性典型结构，完善了我国的路面设计方法。代表性成果有“沥青路面状态设计法与结构性能提升技术”、“重载交通长寿命路面关键技术研究”、“重交通柔性路面结构设计方法研究”、“半刚性复合路面技术研究”、“superpave沥青路面技术集成研究”、“连续配筋混凝土刚柔复合路面研究”、“树脂沥青组合体系钢桥面铺装技术研究”等。为了解决路面水损坏、车辙等病害，着力开展了沥青混合料水稳性、高低温稳定性研究，通过优化混合料配合比设计、沥青材料的改性，使其满足使用寿命与使用性能的要求。代表性成果有“沥青混合料抗剪性能评价与路面车辙控制
5、方法研究”、“水泥基复合材料多尺度理论及应用技术研究”、“复合改性沥青路面实用技术研究”等。1.1.3 防灾减灾技术近年来除了水毁给公路交通基础设施带来了巨大的破坏以外 ，地震引起的地质灾害、冰雪引起的阻断交通，对人民的生命财产和百姓的生产、生活带来了巨大的影响，防灾减灾任务艰巨而繁重。为此开展了灾害生成机理、灾情分析评估的研究，提出了相应的设防标准、救助方案、保通对策和灾害多发地区的灾情监测与处置措施，完善了我国道路工程领域防灾减灾技术体系的内容。代表性成果有“汶川地震公路震灾评估、机理分析及设防标准研究”、“都汶路震后次生地质灾害危险性评价技术”、“南方高速公路冰雪灾害防治及备灾技术研究”
6、等。1.2 国内外研究比较与差距1.2.1 国际研究现状与研究成果发达国家与地区发展的需要制定了道路工程领域的战略研究计划，如美国的SHRP计划、欧洲的SERRP计划、美国NAPA制定的沥青路面研究路线图，同时根据发展的展望提出了一些新的理念与概念，如美国、欧洲的长寿命路面、以法国LCPC为主欧洲提出的NR2C的新概念、以英国TRL为欧洲提出的第五代道路的概念等。SHRP一期的研究成果中，提出了SUPERPAVE设计方法，建立并逐步完善了目前世界上体系最完整、信息量最大的路面长期性能信息系统LTPP-IMS,在本世纪初首先提出了基于性能的路面设计方法MEPDG,并积极地开展长寿命路面的设计研究
7、。2002年美国AASHTO新版设计指南颁布以后，特别是基于力学-经验的MEPDG设计方法提出以后，将路面结构设计与路面使用性能的演变紧密结合在一起，提出了新的沥青路面设计体系和方法。该方法根据气候、交通和地方材料的特点，通过典型结构或力学计算的方式确定路面结构的形式与组合，并将路面使用过程中行为的演变与路面结构和材料性能建立关系，使得路面在未来的使用过程中可能出现的各种病害（如车辙、裂缝等）得到有效的控制。1.2.2 我国发展的现状与差距在公路建设的高潮中，我国公路建设领域得到了快速的发展，单项技术的突破和成套技术的完善，支撑和引领了公路交通的大发展。但是我国在道路工程技术一些专业方向上仍然
8、属于跟踪型发展，在公路基础理论与标准规范、结构与材料类型、施工与管理技术、检测与养护技术等方面主要表现在技术基础研究薄弱、自主创新能力不强、拥有自主知识产权的成果少、成果转化不力。在看到我国三十年来沥青路面设计和施工技术的长足进步和丰硕成果的同时，仍应清醒地看到，我国与世界沥青路面技术强国和地区之间的差距，主要体现在：1）缺乏系统、明晰的沥青路面长期发展战略的研究；2）原创性的创新型路面材料和结构设计技术不足；3）跨专业的综合型路面设计基础理论研究欠缺；4）适用于修建耐久型路面的施工质量控制和管理技术不足等。多年来，我国路面科技的发展是以“五年”为周期制定的，这是与我国社会、经济发展相适应的。
9、但作为一项工程技术的研究，五年的周期过短，不利于可持续发展，这也是导致我国路面技术研究缺乏长期、系统研究的原因之一。由于公路技术研究的特点，目标明确、持之以恒地研究环境是出大成果、创新成果的必要条件。美国SUPERPAVE设计体系分为三个水平，第一个水平用了5年，第二水平用了10年，第三个水平至今还在验证、完善之中；美国MEPDG设计方法用了近二十年的研究；欧洲制定长寿命路面设计指南，至今已执行了10年，未来还将继续研究。1.3 发展方向与研究重点1.3.1 发展方向针对国际道路工程领域的发展趋势和我国公路建设的发展需求，未来一段时间我国道路工程将以结构、材料为重点，探讨研究工程实践中出现的共
10、性、关键性技术问题，通过应用基础研究，为提高道路工程建设的学术水平，完善道路工程领域的建养技术体系，奠定扎实的理论基础。在结构研究方面，将充分利用好已有的观测路段、加速加载设备、模拟仿真技术以及拟建的环道试验场，研究不同路面结构形式在不同荷载、不同气温、不同湿度条件下，路面各结构层及层间的受力状况，出现破坏的极限状况，路面承载力的衰变状况，通过对观测、监测数据的进一步挖掘，总结规律、建立模型、改进方法、完善理论。同时加强对土的宏观特性与微观结构以及土的工后变形与固结理论的研究，为完善路基、路面一体化设计提供理论依据。在研究方法和手段上，将根据多专业的综合交叉与融合的趋势，充分利用试验研究装备的
11、进步，开展多尺度的试验研究，逐步从常规尺度分别向“足尺”、“宏观”和“细观”、“微观”两端延伸。具体表现在路面结构与材料方面，足尺加速加载试验和以扫描电镜、工业CT为基础的细微观结构研究将更加成熟和深入，并在一些应用基础研究中发挥作用。在创新研究方法方面，根据建设需求和国际交通前沿技术的发展注重能够提高基础研究和设计体系完善的试验方法、软件系统、配套设备的研究，为健全我国公路建设技术体系提供先进的理论依据和技术手段。1.3.2 重点研究内容深化重载与恶劣气候耦合条件下，不同结构路面的力学分析及结构形式的优化与病害防治研究；材料的抗疲劳、高低温稳定性、水稳性及改性材料研究；混合料配合比优化设计；
12、施工质量与变异性控制（包括原材料质量与计量控制，拌合、运输、摊铺、碾压过程中的温度控制，施工中厚度、均匀度、压实度、平整度控制等）；特殊地质地区路基、路面结构以及材料设计的研究和如钢桥面铺装、隧道内路面具有特殊功能要求路面结构形式的研究。注重道路专业与材料专业、化学专业的融合，加大新型路用材料开发与工业废料利用的力度，包括结合料、外加剂的研制，轻质、高强、高粘、早强材料的开发，矿渣、轮胎、垃圾、路面材料的再生利用，使材料的研发成为道路工程技术升级的引擎。在工程选线时要重视地质选线，把技术性、生态性、安全性放在同等重要的位置考虑；加强对地质灾害监控预警与保通抢修技术研究、高边坡路段工程防护与生态
13、防护技术研究、结构物抗震技术研究、洪水多发性地区水毁防治技术研究、高速公路冰雪灾害应急应对技术研究、特殊地区公路风沙灾害防治技术研究。2 公路桥梁工程新世纪的十年间，我国开展了大规模的桥梁建设，桥梁建设成果不仅遍布了中东部平原地区，还突破了西部崇山峻岭、高山峡谷间桥梁建设瓶颈、实现了东南部沿海跨海、跨江特长、特大跨径桥梁建设的历史跨越。2.1 公路桥梁发展现状2.1.1 设计与材料对于跨越海峡、江湖河口等桥位处风环境复杂的特大跨径悬索桥，结构抗风稳定性成为大桥能否安全建成与运营的最为重要的技术问题。近年来，依托西堠门大桥、四渡河大桥和坝陵河大桥等特大桥梁的建设，我国在抗风领域取得了一系列科技成
14、果，发现了分体式箱梁悬索桥颤振临界风速随槽宽变化的特征并揭示了机理；首次提出了兼顾桥面侧风行车安全、桥梁结构抗风安全并有效抑制涡振的可变姿态风障，首次研究了开槽位置上的中央格栅的涡振控制效果，并得以成功应用。2009年，针对山区大跨悬索桥建设需要，对峡谷风特性与风参数、复杂风环境下悬索桥抗风抗振问题开展了理论研究，并通过峡谷两岸风观测、1:1500地形模型风洞试验、加劲桁梁节段模型风洞试验和猫道模型风洞试验，攻克了世界首座跨度达900米以上的山区特大悬索桥-四渡河大桥的抗风技术。2010年，依托坝陵河大桥，形成了一套确定山区深切峡谷桥梁设计风速的方法，首次研制了桥梁新型工程塑料（PPS）气动翼
15、板抗风装置，并通过节段模型试验揭示了风偏角变化对大跨径钢桁梁悬索桥颤振稳定性的影响规律，优化了依托工程的气动控制措施，保证了坝陵河大桥的抗风稳定性。钢管混凝土和钢纤维混凝土等具有发展潜力的结构工程材料的出现是近年来桥梁工程乃至整个土木工程领域的一大进步。钢管混凝土适宜于大跨度结构工程，用其替代全钢结构可节省钢材，发挥我国混凝土原材料资源相对丰富的优势。钢管混凝土具有高强高韧、抗震耐久和成本低的综合优势，例如，用其制造钢管混凝土拱桥与全钢结构拱桥相比可节省钢材50%以上，具有明显的技术经济优势和竞争力。钢管混凝土技术在大跨度钢管混凝土结构-拱桥中已得到成功应用。目前国内外建成跨度超过200m拱桥
16、共20余座基本采用该技术，包括世界第一跨度460m的巫山长江大桥。在钢纤维混凝土及其特定结构的设计理论和工程应用方面，我国已进行了长达13年的研究，系统研发了钢纤维混凝土特定结构的计算理论、设计方法和关键技术，已在交通领域的部分桥梁结构工程中推广应用，取得了一定的经济和社会效益。2.1.2 评估、监测、养护和加固随着我国公路交通建设的快速发展，桥隧工程所面临的安全问题逐渐引起了社会的广泛关注。近两年，我国系统开展了公路桥隧工程风险评估研究，取得了很多创新性成果：首次创建了公路桥隧工程风险评估方法体系，提出了桥隧工程经济损失率指标和环境影响评估指标，研发了具有自主知识产权的公路桥梁风险事故管理与
17、事故数据库和长大桥隧安全管理等系统软件，并成功应用于示范工程，提出了长大桥隧安全运营管理对策，开发了部级长大桥隧安全管理系统。随着交通地理信息系统（GIS）开始迅速地推广发展，国内交通运输行业已开始将GIS技术陆续运用到桥梁监测、管养等领域。中交公路规划设计院有限公司研发的桥梁信息管理系统（BMS）利用二维GIS技术在该领域取得了较好的效果。GIS技术在路桥施工、监测、管养系统中可能起到的作用目前也在进行大范围的研究并陆续开始应用，该项技术的介入可以大大提高工作效率和桥梁的运营安全。近年来，我国针对在役预应力混凝土连续梁、连续刚构桥箱梁桥开裂问题进行了系统研究。明确了导致开裂的主要原因，并提出
18、了开裂区混凝土强度检测与评价技术指南、预应力钢筋的精确定位技术及竖向有效预应力检测成套技术，填补了国内预应力混凝土桥梁关键检测技术的空白。相关研究成果已纳入大跨径预应力混凝土梁桥设计施工技术指南、公路桥梁加固设计规范、公路桥梁加固施工技术规范，并在全国120多座大跨径混凝土连续梁、连续刚构桥的设计与加固改造中得到应用，成功地解决了箱梁开裂问题，保障了桥梁结构安全运营。2.1.3 防灾减灾技术近两年，我国以三峡库区为背景，开展了相关船撞桥的研究工作，并取得了一些最新成果创建了适合三峡库区特点的桥梁船撞风险评估系统，提出了适合库区高水位落差的船桥碰撞概率计算模型以及桥墩防撞装置，研发了库区船桥碰撞
19、实时监控及预警系统，并编制了三峡库区桥梁船撞设计指南，有效指导了库区桥梁的船撞设计。该成果已成功应用于重庆忠州等多座库区跨江大桥的船撞风险评估、防撞设计及预警中，并推广应用到福建厦漳跨海大桥，开发的评估软件和编制的三峡库区桥梁船撞设计指南填补了我国船撞研究领域的空白，有力推动了我国船撞研究的发展。2.2 国内外对比分析就公路桥梁建设成就而言，如前所述，中国的桥梁数量和规模已经达到了世界第一，在各类桥型的跨径排行榜上，也都取得了令人骄傲的成绩。但和建设成就相比，我国公路桥梁建设还缺乏系统的基础理论创新、技术成果总结。和四年一次升级换代的美国的公路桥梁设计规范（AASHTO）以及欧盟2005年开始
20、推行的欧洲设计规范相比，我国标准规范升级换代缓慢，且缺乏涵盖公路、铁路和市政等行业全国统一的桥梁结构设计规范、更不能提及区域统一的亚洲地区桥梁设计规范或适用全世界的桥梁设计规范。2.2.1 设计与材料就桥梁结构设计而言，我国已经能自主设计悬索桥、斜拉桥、梁桥和拱桥等各类桥型，但在桥梁抗震、抗风、抗撞、抗爆等单项抗灾和多灾害综合抗灾、防灾技术方面以及2000米以上跨径的桥梁综合结构体系方面，我国还缺少和国际领先国家、技术的竞争优势。桥梁结构风险评估、全寿命周期设计等基础理论研究已经开始应用于实际，基于性能的桥梁设计理念在国内也已经开始研究和部分应用，这和国际发展潮流和进展基本一致。就桥梁结构使用
21、的主要材料而言，我国的混凝土材料强度主要以C30、C40和C50为主，而国际上已经发展到应用C100甚至C150的超高强混凝土；在高性能混凝土方面，我国已在混凝土材料的耐久性、施工性等方面开展了大量研究，但国外已在RPC、ECC等具有高韧性和大变形能力的高性能混凝土的研发和工程应用方面有所突破。在钢材方面，我国主要结构用钢为Q235和Q345（相当于490MPa级），国外目前主要使用490MPa级和590MPa级钢材，780MPa级钢材也正在积极推广应用；钢筋方面，我国已经开始采用HRB 500等高强度或更高强度的钢筋，符合世界发展的趋势；在预应力技术方面，我国的预应力材料和锚固技术已经处于国
22、际先进行列，桥梁结构也开始使用体内、体外预应力结合的新型结构，并在二次张拉领域开始突破；在索桥领域常用的斜拉索、大缆等已经开始采用1860MPa的钢材，与国外开始使用的2000MPa的高性能钢材还有一定差距。我国的钢管混凝土结构技术目前处于国际领先；而更高强度的碳纤维材料等的研究和应用，仍处于试验阶段，和世界发展基本同步。 2.2.2 评估、监测、养护和加固有关资料表明，美国已经拥有60多万座桥梁，日本13万座桥梁，都是世界上的桥梁大国，其多数桥梁桥龄已达40-50年。为了确保桥梁安全、耐久的服务社会，各国都开展了桥梁承载能力、耐久性等可靠性评估，现状监测/检测、养护、加固设计等工作，其中美国
23、近年来提出的“桥梁长期性能检测（LTBP）”项目令人瞩目，该项目立足美国典型桥梁全面监测、带动所有桥梁的全面检测，并面向世界征求桥梁检测项目、团队和成果，以求建立全球的桥梁长期性能检测数据库和网络，值得我们学习、参与和借鉴。2.2.3 防灾减灾技术国际上一般将桥梁的灾害事件分为自然因素灾害和人为因素灾害两大类，并分别开展针对性的研究。美国设立了国家桥梁多灾害研究中心，对美国本土和全世界范围的桥梁灾害开展研究，在桥梁抗风、抗震、抗船撞等领域取得了领先世界的成绩，颁布了多个设计规范、指南；日本则在桥梁抗震领域开发了多项新技术，如性能设计理论、减隔振设计、防落梁、防连续倒塌措施等，取得了很大的进展。
24、2.3 未来发展趋势、研究重点和对策在未来2-3年，我们还将在以港珠澳跨海大桥为引领的长大桥梁建设领域取得更丰硕的成果，有望在新建桥梁的结构体系、构造、设计理论、分析方法、施工技术、工法标准等方面实现变革或突破；并依托在役的70多万座公路桥梁开展桥梁长期性能检测、可靠性评估，在桥梁安全管理、耐久维护、多灾害防抗技术等领域开展研究和实践，以实现桥梁安全、长久的为社会服务的目标，为实现建设“资源节约型、环境友好型”的“可持续发展”的国家和行业做出更大的贡献。2.3.1 设计与材料未来2-3年，我国公路桥梁标准规范面临着新一轮的升级换代，桥梁结构基础理论研究也将支撑标准规范的修编工作深入开展。公路工
25、程标准体系、公路桥梁产品标准体系、公路工程结构可靠性设计统一标准、公路工程混凝土结构耐久性设计细则、公路桥涵设计通用规范、公路桥梁景观设计细则等标准规范将完成修编，其中对公路桥梁结构安全、景观的要求、对设计使用年限的要求和汽车荷载分项系数的修订等将对桥梁的安全、耐久性带来一定的改善；公路钢结构桥梁设计规范、公路钢-混凝土组合结构桥梁设计细则、钢管混凝土桥梁设计规范的修订将给钢结构、组合结构和钢管混凝土结构桥梁的推广应用带来新的契机；公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范的修订将给公路桥梁安全和耐久增加新的规定；公路悬索桥设计细则、公路工程抗震设计规范、公路桥梁抗风设计规范、公路桥梁抗撞防撞设
26、计指南等的颁布，将给公路桥梁抗灾、防灾理念带来新的变革。公路桥梁承载能力评估、公路桥梁养护规范、公路桥梁监测检测规程等规范的实施，将给在役桥梁的安全、耐久带来新的技术保证。在分析问题的基础上，提出未来设计与材料的研究重点还应着力在以下几方面：1.设计创新应和基础科研紧密结合，争取取得桥梁建设成果和技术进步的双赢；2.加强桥梁安全管理、安全监测、可靠性评估、长期性能研究、桥梁多灾害防抗和灾后快速恢复技术研究和成果应用；3.加强新一代精细化桥梁设计软件和支持全寿命周期使用的BIM技术的自主研发、推广应用；4.应积极主动加强桥梁施工人员的素质和技术提升，提高施工材料的稳定性、施工设备自动化程度，以提
27、高桥梁施工总体质量，打造卓越工程师和卓越工程；5.应进一步强化桥梁基础数据的调研和获得，强化统计分析，加强科研对标准规范修订的支持；6.应开展对超出标准规范规定的超强灾害和事故的社会或专业应急救援、保险体系研究；7.大力研发和推广一批高强度、高耐久性的桥梁拉索产品和相关材料，如直径7mm、抗拉强度1960MPa的钢丝。2.3.2 评估、监测、养护和加固未来两年，依托全国在役的70多万座桥梁和西部科技项目等开展的桥梁结构可靠性评估技术和长期性能研究、多灾害、多病害抗防技术研究等项目将得到很大的支持和发展；一批边缘工程如信息技术、物联网技术、北斗卫星定位技术等在桥梁工程中的应用将更趋广泛，桥梁状况
28、的评估、安全监测将实现远程控制，养护和加固等工作将得到更多科技成果支持。以桥梁管养、加固为目标的一批科研成果将成为未来桥梁建设技术发展的前沿基础。2.3.3 防灾减灾技术桥梁多灾害防灾抗灾减灾领域的研究有望得到新突破。依托港珠澳大桥、琼州海峡大桥等外海大桥开展的桥梁多灾害耦合防御和抵抗技术将得到发展；桥梁抗震、抗撞和减隔振技术将得到大规模推广应用；依托四川地震、洪灾等开展的桥梁复杂山区多形式、多频次、多灾害防抗技术和快速检测、修复技术有望取得实用进展；桥梁长期安全管理和历史事故统计分析工作有望得到支持；桥梁荷载标准研究、抗倾覆专项研究、桥梁护栏设防标准和新型安全护栏研究成果以及基于桥梁、车辆、
29、船舶和人员受损获赔多赢的保险制度的研究和应用将为桥梁长久、安全、和谐的服务社会提供更扎实的技术保证。3 公路隧道工程目前，我国已是世界上公路隧道最多、发展最快的国家。近五年来，公路行业内依托公路隧道工程开展了大量的科研活动，其中获得国家科技进步一等奖1项、国家科技进步二等奖1项，中国公路学学会科技进步奖60项，其中特等、一等奖19项，二等奖26项，中国岩石力学与工程学会科学技术奖9项，其中一等奖3项，二等奖5项。这些奖项范围涵盖了公路隧道工程的各个方面，集中体现了公路隧道科技进步的新发展。3.1 公路隧道工程发展状况3.1.1 山岭公路隧道设计与施工技术随着我国高速公路网西进，在西部地区公路隧
30、道朝着更长、更深的趋势发展，重点工程有秦岭终南山特长公路隧道、湖南雪峰山特长公路隧道、沪蓉西龙潭特长公路隧道、乌鞘岭特长公路隧道群等世界知名的公路隧道。为了解决我国公路特长隧道建设需求增大和相关技术比较落后的矛盾，依托上述特长公路隧道，对建设中突出的技术难题立项进行研究。从长大隧道地质勘察、设计方法、施工技术、安全防护、环境保护、运营模式与管理等方面开展了系统研究，其中的关键技术有地质勘察技术、硬岩岩爆预测及控制技术、通风技术（包括施工和运营通风）、防灾救援技术、监控管理技术等，形成了较为系统的特长公路隧道建造技术，不仅保障了上述依托工程的成功建成，而且提升了我国特长公路隧道的整体建造水平，使我国山岭公路隧道建造水平进入世界前列。“5.12”汶川大地震及其引发的崩塌、滑坡等次生灾害，致使灾区公路交通基础设施损毁严重、损失巨大。通过对汶川地震56座隧道震害调查统计、三维动力时程分析、六自由度动力试验、活动断层试验，研究了隧道抗（减）震技术，取得了以下6项主要技术成果：1.确定了浅埋、
