用一生走在“路”上
——記山東省交通科學(xué)研究院總工程師馬士杰

張靜怡

馬士杰法國考察時留影

他是交通運(yùn)輸部高速公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室（濟(jì)南）主任，山東省道路結(jié)構(gòu)與材料重點實驗室主任，交通運(yùn)輸部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，中國公路學(xué)會青年專家委員會委員、山東公路學(xué)會專家委員會委員、山東省交通系統(tǒng)有突出貢獻(xiàn)中青年專家；他主要從事路基路面結(jié)構(gòu)與材料、公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)、瀝青路面再生等方面研究，完成部、省級交通科技項目20余項，主持4000余公里高速與干線公路瀝青路面施工過程質(zhì)量控制與技術(shù)咨詢等項目，榮獲國家科技進(jìn)步獎二等獎1項，省部級科技進(jìn)步獎一等獎5項；他發(fā)表論文30余篇，其中SCI、EI收錄9篇，授權(quán)發(fā)明專利11項，參與編寫行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》、山東省地方標(biāo)準(zhǔn)《大粒徑透水性瀝青混合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》《多級嵌擠瀝青混合料技術(shù)規(guī)程》等多項……

他就是山東省交通科學(xué)研究院總工程師馬士杰，一位自稱用一生走在“路”上的人。

從小到大，只是個玩石子泥巴的孩子

泥巴是人類最親密的朋友，它養(yǎng)育了動物、植物，還陪伴了很多人的童年。公路研究專家馬士杰喜歡說自己是“玩石子、泥巴的人”，而且從小玩到大，樂此不疲。

“一場透雨過后，空地上就會聚集起很多小孩子。我們一邊呼吸著雨后泥土散發(fā)出的清香味，一邊沒了命似地跑向那些沒有草的田地。不一會兒，淺淺的水塘邊就圍滿了挖泥巴的小伙伴，你一團(tuán)，我一團(tuán)，我們比賽誰的泥質(zhì)量更好，誰捏出的動物更像，誰的瓦屋摔得更響。沒有泥巴的時候，一堆石子或者石頭片就可以玩半天，打水漂、打彈弓……”在馬士杰的童年記憶中，那是最快樂的時光。

長大了，高考要填寫專業(yè)，“我一眼就看上交通運(yùn)輸工程，以為是管理交通的，挺好玩。入學(xué)后才知道這個專業(yè)是修路、架橋的，也就是說還是‘玩石子、泥巴的’”。就這樣，馬士杰算是入行了。

1998年從東南大學(xué)畢業(yè)，正趕上國家高速公路建設(shè)高潮，他順理成章投身到火熱的建設(shè)大潮中，成為一名高速公路建設(shè)者。一開始就常駐工地，幾年下來，路基、路面、橋梁……都參與了一遍?！澳菚r候，皮膚曬得黝黑，經(jīng)常是一身泥巴從早忙到晚”，說起那幾年的生活，馬士杰充滿感激，“正是工地上的歷練，讓我熟悉了施工現(xiàn)場的一整套流程。而且，最關(guān)鍵的是工地上可以發(fā)現(xiàn)很多亟待解決的問題”。

之后，開始跟著山東省交通科學(xué)研究院的老師們做科研，從路面材料開始，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料設(shè)計、規(guī)范編寫都有涉獵。說是研究，其實每天都在工地，觀察施工情況，跟老師傅們交流，探究什么材料更長壽，什么結(jié)構(gòu)更合適，以及工地上面臨的各種技術(shù)問題。閑暇之余，馬士杰也和同事們開玩笑。有一次，好幾個搞路基的在一起，他們說起小時候玩泥巴，結(jié)果搞了公路建設(shè)，一輩子都在玩泥巴了。馬士杰說他自己，“我也是從小玩泥巴、玩石子的，長大了，博士畢業(yè)了，還是玩泥巴、玩石子的”。

一晃20多年過去了，20多年的研究生涯中，馬士杰的主要研究內(nèi)容涉及路基路面結(jié)構(gòu)與材料、道路檢測與養(yǎng)護(hù)等多個方向，其主要成果有“永久性瀝青設(shè)計方法研究”“大粒徑透水性瀝青混合料應(yīng)用技術(shù)研究”“路基與粒料基層設(shè)計參數(shù)和控制模型研究”“水泥混凝土橋面瀝青鋪裝層研究”“冰凍海域環(huán)境下海底隧道鋪裝結(jié)構(gòu)與材料研究”“高等級公路半剛性基層材料與結(jié)構(gòu)損傷數(shù)值模擬研究”等。沉浸在玩石子、玩泥巴的故事中，他樂此不疲。

在美國得克薩斯州施工現(xiàn)場考察

分層與連續(xù)之間，沉迷于路面結(jié)構(gòu)與材料的奧妙

公路，看上去很簡單，石子加瀝青拌一下，攤鋪完后用壓路機(jī)壓一下。其實，它是由不同結(jié)構(gòu)層組成的，材料也是有嚴(yán)格配比的。按照所處的層位和作用，分為面層、基層和底基層。馬士杰的工作就是研究確定不同的結(jié)構(gòu)層厚度與組合，每一層采用的混合料類型，在施工過程中嚴(yán)格進(jìn)行材料設(shè)計與質(zhì)量控制，實現(xiàn)各結(jié)構(gòu)層無縫連接，水乳交融，提升材料性能，延長使用壽命。

影響路面結(jié)構(gòu)性能的因素有很多，它不但要承受車輪荷載的作用，而且要受到自然環(huán)境因素的影響。路面通常是多層結(jié)構(gòu)，由于荷載、環(huán)境、施工工藝及經(jīng)濟(jì)效益等因素的影響，不同結(jié)構(gòu)層的功能與要求也是不同的。馬士杰最初的研究就是路面結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計?！懊總€結(jié)構(gòu)層的厚度需要多少？每一結(jié)構(gòu)層的應(yīng)力狀態(tài)與功能是什么？對應(yīng)的路基要求是什么？路基需要達(dá)到什么狀態(tài)？每一層什么材料最合適？”提起路面結(jié)構(gòu)，一連串的問題就會出現(xiàn)在他的腦海里。

面層是馬士杰研究較多的，它直接承受行車荷載作用，同時受到降雨和氣溫變化的不利影響最大，是最直接地反映路面使用性能的層次。因此，與其他層位相比，面層要求具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、高低溫性能、水穩(wěn)定性等，表面層還應(yīng)具有良好的抗滑性和平整度。馬士杰說，“從安全角度道路等級愈高、設(shè)計車速愈大，對路面抗滑性、平整度的要求愈高”。

基層是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，是主要承重層。“打不好根基，一切都是白費(fèi)”，偏愛面層的馬士杰也逐漸將更多的時間和精力投入到了基層上。它位于面層之下，路基之上，主要承受面層傳遞的車輛荷載作用力，并把它擴(kuò)散到路基，基層還要受到面層滲水，以及地下水的侵蝕。當(dāng)土基處于不良狀態(tài)，如潮濕地帶、濕軟土基、凍脹土等狀態(tài)時，還能起到隔水、排水、隔溫等作用，并傳遞和擴(kuò)散由基層傳來的荷載應(yīng)力，保證路基在容許應(yīng)力范圍內(nèi)工作。

我國的路面以瀝青路面為主，而水損害是瀝青路面早期的主要病害之一。水損害是怎么形成的呢？主要是水分在路面使用過程中逐步滲透至結(jié)構(gòu)層中，達(dá)到飽和時在動水壓力作用下使得瀝青與集料的界面黏結(jié)力喪失，瀝青膜從石料表面剝落，瀝青混合料強(qiáng)度降低，從而在路表面形成坑槽、推擠變形等現(xiàn)象。2000年前后，水損害是一個很大的問題。馬士杰說，“最嚴(yán)重的時候，一場雨后路面就會出現(xiàn)很多坑，以致人們‘談水色變’”。

實踐中遇到難題，就是最需要研究人員的時候。馬士杰將全部精力投入到了水損害的研究中。研究發(fā)現(xiàn)材料種類、瀝青與集料的界面特性、混合料的材料設(shè)計等是主因，深入研究還發(fā)現(xiàn)即使在干旱少雨的地方也會出現(xiàn)水損害，為什么呢？進(jìn)而研究其微觀與機(jī)理，逐漸明白水分在路面結(jié)構(gòu)中不僅以液態(tài)水存在，還會以氣態(tài)形式存在，并逐漸積聚。由于材料的孔隙很小，這些水分很難出去，即使太陽曬過，只是將表面的水分蒸發(fā)了，里面的水還是會一直積下去。今年積一點，明年積一點，積到飽和的時候，重載作用下產(chǎn)生動水壓力，水損害就產(chǎn)生了。沒有發(fā)現(xiàn)這些問題的時候，總是重視程度不夠，路面結(jié)構(gòu)的破壞就比較嚴(yán)重。因此，“重載瀝青路面結(jié)構(gòu)與材料適應(yīng)性”“大粒徑瀝青混合料的應(yīng)用”“Superpave瀝青混合料應(yīng)用研究”等一大批研究成果應(yīng)運(yùn)而生。

技術(shù)or環(huán)境，材料里有大學(xué)問

隨著極端氣候的頻發(fā)，在東北地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)大范圍高溫天氣，南方則會出現(xiàn)冰凍現(xiàn)象，東北地區(qū)溫度差可達(dá)到70℃～80℃。這種極端的溫度，對于搞路面材料研究的馬士杰來說，無異于是一道難題。因為高溫車轍、低溫開裂和水損害是瀝青路面三大破損形式，溫度在路面材料的研究與選擇中是極其重要的參考維度。當(dāng)前高溫車轍是瀝青路面三大破損形式中最為突出的問題，按照傳統(tǒng)瀝青混合料理論，高溫穩(wěn)定性能70%依賴于礦料級配的嵌擠，30%依賴于結(jié)合料的性能，因此骨架嵌擠作用為主的瀝青混合料具有較好的抗車轍能力，但是高溫性能優(yōu)異的混合料又會影響其低溫性能。

模量是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要參數(shù)，為了詳細(xì)考察瀝青混合料動態(tài)模量影響顯著的因素，馬士杰開展了多因素、多水平的瀝青混合料動態(tài)模量試驗，最終確定了試驗溫度、加載頻率、油石比、軟化點、空隙率、礦料間隙率VMA、9.5毫米篩孔通過率和2.36毫米篩孔通過率等8個主要影響因素。

為了搞清楚哪種瀝青混合料更適合中國路面，馬士杰帶領(lǐng)科研團(tuán)隊針對法國、美國和中國瀝青混合料進(jìn)行了比較研究，從材料選擇與分級、粒徑與層厚、試驗方法、混合料設(shè)計以及性能評價5個方面分析了不同瀝青混合料類型的技術(shù)特點，為促進(jìn)混合料類型選擇、瀝青路面技術(shù)的研究和混合料技術(shù)的進(jìn)步提供有益的借鑒。

路面材料看起來似乎并不復(fù)雜，通常見到的無非是瀝青路面和水泥路面。而且，在大多數(shù)人的印象中，瀝青路面常常出現(xiàn)在高速公路等路面中，所以總覺得瀝青路面是不是就高檔一些。馬士杰是這樣理解的，“瀝青路面和水泥路面各有利弊，瀝青的優(yōu)勢在行車舒適性好，壞了可以快速維修；水泥的優(yōu)勢在承載力比較強(qiáng)，缺點是行車舒適性不好，維修封閉的理論天數(shù)在28天以上。我們國家使用瀝青路面比較多，水泥路面僅在部分省份使用較多。但是，在美國有很多高等級公路使用了水泥路面?！瘪R士杰還建議，“水泥路面在農(nóng)村也有廣闊的應(yīng)用前景，原因是農(nóng)村公路等級低、功能需求也低，拖拉機(jī)、收割機(jī)等大型機(jī)械在上面走，不容易壞。而且，水泥路面一旦壓壞了不會松散，只是變成幾個大塊而已。”

材料是交叉科學(xué)，對公路的全生命周期都會產(chǎn)生巨大影響。在馬士杰眼里，“材料里有大學(xué)問”。

生態(tài)+景觀，呼喚全生命周期綠色公路

高性能乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)，首次將瀝青路面冷再生技術(shù)與耐久性路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行集成應(yīng)用，實現(xiàn)了廢舊瀝青混凝土材料100%循環(huán)利用，節(jié)約了170多萬噸的碎石用量和5萬多噸的瀝青用量，實現(xiàn)了舊路面材料的再生利用；

廢棄結(jié)構(gòu)物混凝土再生集料高值化利用技術(shù)研究，解決了改擴(kuò)建過程中產(chǎn)生的10余萬立方米廢棄混凝土再生利用難題，使得廢棄混凝土再生利用率達(dá)到80%以上，減少棄渣占地100余畝，實現(xiàn)了舊路廢棄結(jié)構(gòu)物混凝土的再生利用；

對公路護(hù)欄進(jìn)行綠色循環(huán)利用的安全性能提升，不僅使舊路波形護(hù)欄100%實現(xiàn)了再利用，而且建筑節(jié)能、光伏發(fā)電、污水資源化、透水鋪裝、低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)等技術(shù)的推廣應(yīng)用，使得低碳海綿型服務(wù)區(qū)建設(shè)得以實現(xiàn)；

…………

這條路叫濟(jì)青高速公路，是國家高速公路網(wǎng)青島至銀川線的重要路段，也是國家“五縱五橫”綜合運(yùn)輸大通道的重要組成部分，橫貫山東半島17個市、縣（區(qū)） ，是山東省第一條高速公路，1993年12月全線建成通車。2015年12月，濟(jì)青高速公路開始實施改擴(kuò)建工程，被列入交通運(yùn)輸部科技示范工程，山東省交通科學(xué)研究院作為技術(shù)支持單位參與了這一重點項目，馬士杰全面負(fù)責(zé)各項內(nèi)容的技術(shù)推進(jìn)。

改擴(kuò)建中，濟(jì)青高速堅持“融合創(chuàng)新、安全耐久、資源利用、節(jié)約環(huán)保、智慧共享”的建設(shè)理念，重點圍繞“全壽命周期設(shè)計施工一體化、不間斷交通的施工交通組織與安全保障提升、舊路材料與大宗工業(yè)廢棄物循環(huán)利用、生態(tài)防護(hù)與節(jié)能減排、信息化建管養(yǎng)效率提升”開展系列科技攻關(guān)和推廣應(yīng)用。

綠色循環(huán)可利用，是建設(shè)交通強(qiáng)國的應(yīng)有之義。其需要重點解決的是長期以來公路建設(shè)中普遍存在的資源統(tǒng)籌利用不足、循環(huán)利用率較低、能源耗用較高等問題。同時，尊重自然、保護(hù)自然、恢復(fù)自然是綠色公路建設(shè)的重要目標(biāo)。綠色公路應(yīng)堅持生態(tài)優(yōu)先、和諧發(fā)展的指導(dǎo)方針，強(qiáng)化設(shè)計、施工、運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)等各階段的生態(tài)環(huán)境保護(hù)，實現(xiàn)最大限度地保護(hù)、最小程度地影響、最有力度地自然恢復(fù)，實現(xiàn)公路與生態(tài)、社會的健康可持續(xù)發(fā)展。

當(dāng)下，綠色公路建設(shè)正是馬士杰的研究重心所在。為了延長路面結(jié)構(gòu)使用壽命，馬士杰帶領(lǐng)他的團(tuán)隊開始嘗試新型全厚式路面結(jié)構(gòu)，并采用新一代瀝青混合料降低結(jié)構(gòu)層厚度。根據(jù)各層功能定位分別設(shè)計瀝青混合料，自下而上可分為抗疲勞層、排水應(yīng)力釋放層、下承重層、上承重層、抗滑磨耗層。與傳統(tǒng)路面結(jié)構(gòu)相比，大幅降低了路面結(jié)構(gòu)層總厚度，減少對水泥、砂石料等建筑材料的消耗達(dá)40%以上，同時還可實現(xiàn)道路結(jié)構(gòu)長壽命化。

同時，馬士杰運(yùn)用全生命周期思想，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)公路設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)、管理等各階段，對瀝青路面的再生利用進(jìn)行了理論和實踐的探索，形成了“瀝青路面現(xiàn)場熱再生技術(shù)”“道路結(jié)構(gòu)性能與材料響應(yīng)規(guī)律、全壽命周期一體化設(shè)計及工程應(yīng)用”等成果，并運(yùn)用到了施工過程中，產(chǎn)生了良好的效果。

馬士杰

問道未來交通，無縫銜接是最好的

“研究是一項用數(shù)據(jù)說話的極其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ?，但是我們現(xiàn)在的數(shù)據(jù)還不夠扎實”，馬士杰說，“以跟蹤觀測為例，我們最早的數(shù)據(jù)是從2005年開始持續(xù)記錄和積累的，到現(xiàn)在也就14年的時間。但是，國外的類似研究，數(shù)據(jù)基本都在30年以上。這樣，說服力、嚴(yán)謹(jǐn)性就會好很多。在數(shù)量上，我們使用幾條路的數(shù)據(jù)來分析，結(jié)論的可靠性上就差了一些。在手段上，我們也還有差別，比如疲勞試驗，2005年我們在研究永久性瀝青路面研究時，開展小應(yīng)變疲勞試驗，設(shè)備24小時不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，做了39天，做試驗的人扛不住了，設(shè)備也扛不住了，只好停下來了。同樣的試驗，在國外有的研究機(jī)構(gòu)是多臺設(shè)備同時開展工作，要連續(xù)試驗1年甚至更長?！?/p>

這是馬士杰參加完世界交通運(yùn)輸大會后，在他的試驗室跟研究人員的研討會上談到的內(nèi)容。他希望他的研究團(tuán)隊能加倍重視數(shù)據(jù)的質(zhì)量，“不要因為數(shù)據(jù)問題而一遍一遍返工”。

科學(xué)研究是一項復(fù)雜、艱巨的群體勞動，在科研活動中人與人之間的相互作用直接影響著科研協(xié)作和科研計劃的完成。除了科研上的要求之外，馬士杰在平時就非常重視團(tuán)隊建設(shè)，因為他深知，“沒有任何一個項目能一個人做起來”。

“百家爭鳴、百花齊放”是一個科研團(tuán)隊最好的狀態(tài)。“每一位研究人員都有各自的性格和特點，每個人都能充分發(fā)揮自己的特長，就是一個好的團(tuán)隊?！瘪R士杰說，“在我們團(tuán)隊，雖然大家年齡層次不同，研究方向各異，比如，有做材料的，有做結(jié)構(gòu)的，也有做現(xiàn)場的，但是相互合作使得團(tuán)隊有著良好的科研和學(xué)術(shù)氛圍，每個人都能包容其他人的學(xué)術(shù)觀點，開會的時候可以面紅耳赤，但是開完會還是一家人”。他還強(qiáng)調(diào)一個團(tuán)隊的學(xué)習(xí)力，“研究涉及的內(nèi)容很多，不是學(xué)力學(xué)的就可以不懂材料，學(xué)結(jié)構(gòu)的就可以不懂施工。在自己的研究方向之外，必須要廣泛涉獵，使自己博學(xué)。這樣才能在研究中游刃有余”。

馬士杰是交通科研院的技術(shù)總負(fù)責(zé)人，把握整個科研院的科研規(guī)劃和方向策劃。在他自己的研究團(tuán)隊里，已經(jīng)形成了合理的研究梯隊，各個梯隊的負(fù)責(zé)人，分別負(fù)責(zé)自己的研究方向。馬士杰說，“對于團(tuán)隊帶頭人而言，一是要有能力，包括技術(shù)能力，也包括領(lǐng)導(dǎo)能力；二是要有魄力，帶著團(tuán)隊勇往直前的魄力，也是一種決斷力；三是要有人格和性格魅力，讓大伙兒愿意跟著你?！?/p>

從理論與實踐的結(jié)合來看，修路是一門工程科學(xué)，研究是偏應(yīng)用的?！叭绻晒辉谠囼炇倚?，在鋪路現(xiàn)場不行，那就是不行”，因此，馬士杰把實踐應(yīng)用看作研究的生命線。

研究的出發(fā)點就是把研究成果研究轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力，比如研究如何抵抗車轍，如何抵抗水損害，如何抗裂縫等，最終就是要落地。馬士杰一直說自己就是修路人，只是修路的技術(shù)層次上高一點罷了。所以，在馬士杰主持的項目中，他要做的事情就是把路面設(shè)計做到最合理，把技術(shù)理念運(yùn)用到現(xiàn)場，讓現(xiàn)場的施工滿足設(shè)計。在這一過程中，他強(qiáng)調(diào)最多的，是團(tuán)隊成員之間的無縫銜接和從理論層進(jìn)到施工層之間的無縫銜接。他總說，“無縫銜接是最好的，未來的公路需要這樣的水平”。