攀高①丨从15年到60年 郑健龙院士和团队让沥青路面“活”得更久

编者按：科技高峰，唯勇者攀。7月8日，2025年度国家科学技术奖在北京揭晓，湖南共有20项科技成果获奖，其中湖南省单位主持完成项目8项，参与完成项目12项。红网时刻新闻推出《攀高》系列报道，走近获奖项目背后的科研团队，记录他们敢为人先、勇攀高峰的创新故事。

中国工程院院士，长沙理工大学教授郑健龙（中）和团队成员开展试验研究。

红网时刻新闻记者 何青 通讯员 王柏文 全程铂 实习生 谭雅雯 长沙报道

“相当于修路每年要挖掉一座岳麓山。”

说出这句话的是郑健龙，中国工程院院士，长沙理工大学教授。

采访时，他算了一笔账：按照传统15年的设计寿命，我国每年沥青路面建设与养护需消耗的砂石料约10亿立方米，相当于修路每年要挖掉一座岳麓山。

设计寿命短，维修频次高，开山采石严重影响生态环境，频繁大中修显著降低路网运输效能。

发展长寿命路面是解决该问题的最佳途径。为此，在国家相关部委的支持下，郑健龙和团队花了近20年，首创寿命逐层递增式沥青路面长寿命技术与应用。这项技术，获得2025年度国家技术发明二等奖。

让沥青路面从“十五年服役寿命”，变成“主体结构能扛六十年”。

公路养护技术国家工程研究中心。

15年的“困局”

先看一组数字。

我国公路总里程超557万公里，其中高速超19万公里。因沥青路面行车舒适、造价低，90%以上的高等级公路均为沥青路面。

而我国高速、一级公路沥青路面的设计使用年限为15年。

15年意味着什么？意味着一条高速公路用到第10到12年，表面层就开始大面积损坏；用到第15年，理论上整个路面结构都要翻修。翻修一条高速，半幅封闭、半幅通行，工期少则大半年、多则一年。

这一年间，这条经济大动脉的运输效率几乎归零，物流成本飙升，交通事故风险增加。

“设计寿命15年，但调查发现，上面层平均用10年左右就坏了。”郑健龙介绍，沥青路面是个多层结构：分为上面层、下面层、基层、路基。车辆荷载通过车轮传递到路面，从上往下逐层扩散，越往下，单位面积承受的力越小。

同时，上面层直接晒太阳、淋雨、受冻、被车轮摩擦，下面层和基层则“躲在”深处，环境相对稳定。

“所以，很多路用了15年，基层还是好的。”在郑健龙看来，设计理论可以再提升。

寿命逐层递增式长寿命沥青路面结构。

逐层递增，从15年到60年的跨越

2005年，郑健龙和团队开始投入研究。

他们提出了一个颠覆性的理念：“寿命逐层递增式”：上面层15年，中下面层30年，基层60年。从上到下，寿命逐层倍增。

理念出来了，但支撑理念的理论和工艺，得从零开始搭建。

第一步：把单模量改成双模量。

传统路面设计用的是“线弹性理论”，郑健龙介绍，沥青混合料这种材料有个特性，抗压能力强，抗拉能力弱。

既然拉和压的特性不同，凭什么用一个模量来概括？

他凭借力学专业背景，将“双模量理论”引入了路面设计，抗拉用一个模量，抗压用另一个模量。这一改变，使荷载响应分析精度平均提高了30%以上。

“国际上没有人提出过用双模量理论进行路面设计。”郑健龙说，“我们第一家。”

郑健龙（中）在指导学生。

第二步：从单向受力分析到考虑三维应力实际。

传统设计只考虑单向拉伸破坏，但路面实际处于三维应力状态——路面中间受的力，它既受到来自于横向的力，也受到来自竖向的力。

郑健龙团队创立了三维应力状态下的沥青路面结构抗疲劳设计准则。

这一理论破解了长期制约沥青路面抗力设计的技术痛点，消除了不同疲劳试验方法疲劳方程结果离散、设计取值无统一依据的行业难题，大幅提升了结构疲劳抗力设计的科学性与计算精度。

第三步：用振动搅拌给基层“增寿”。

基层材料是把水泥和碎石拌在一起，加水压实。但传统搅拌方式容易出问题：水泥遇水结团，没碰到水的地方又是干灰，搅拌不均匀，基层强度大打折扣。

团队发明了“振动搅拌”工艺，一边搅拌一边振动，把结团震散，把干灰拌匀。这个看似简单的改进，使基层材料疲劳寿命提高了一倍，同时节省约20%的水泥。

与此同时，团队还提出了“平衡含水率理论”，根据当地天然含水率确定压实标准，确保路基在全寿命周期内承载能力稳定。

三个层面的创新叠加，最终实现了从15年到60年的跨越。

“表层易坏同时易修，下面难坏同时难修。”因此，上面层设计15年，下面层30年，基层60年，成倍递增。郑健龙说，“不会造成没坏也得把它翻掉，避免浪费。”

主要应用工程。

投向更远的远方

郑健龙与路的缘分，从很年轻的时候就开始了。

初中毕业后，他曾参与湘黔铁路的修建。“但是没想过自己一辈子，都在交通行业。”

恢复高考后，他接连考上中南大学、湖南大学力学系，一步步把自己“推”进道路工程的世界。

对于60年的设计寿命，郑健龙很有信心，“团队的足尺加速加载实验已经做了200多万次，我认为我们这个成果，是能够经得起时间的检验的。”

目前，成果已编制并发布了世界首部基于三维应力和双模量理论的寿命逐层递增长寿命沥青路面设计标准。

在湖南、河南、广东、海南、内蒙古、广西等中国东西南北中不同气候分区的10余条高速公路上千公里车道里程沥青路面建设中得到成功应用。

“做工作的时候没想过获奖，只是想做一件事情，把事情做成。”郑健龙说这话时很平静。

未来，郑健龙的目光投向了更远的未来：数字化赋能交通管理、交通与能源融合、智能养护决策、极地与高海拔地区道路建设。“修路架桥是做好事，一辈子做好事你看多好。”