路面設(shè)計方法

路面的設(shè)計，是要具體確定能滿足設(shè)定的路面性能指標(biāo)值的路面結(jié)構(gòu)組合。設(shè)計中，有必要先明確要求的各種設(shè)計條件。

按照有關(guān)路面結(jié)構(gòu)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計中，有必要滿足“路面設(shè)計年限”、“路面設(shè)計交通量”、“路面的性能指標(biāo)”及“路面性能指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值”等相關(guān)要求。也就是說當(dāng)路面設(shè)計時，應(yīng)在勘測道路狀況、沿線狀況，改善環(huán)保等基礎(chǔ)上，設(shè)定適當(dāng)?shù)穆访嫘阅埽诖_保設(shè)計年限內(nèi)路面性能的前提下，考慮經(jīng)濟(jì)性和施工可行性，以決定路面結(jié)構(gòu)層次、材料、詳細(xì)結(jié)構(gòu)。這時，希望就壽命周期成本和再生資源利用等單獨(dú)項目和與壽命周期對應(yīng)的必要路面管理方針等外部因素一并進(jìn)行分析。

路面的設(shè)計年限

問：《路面設(shè)計、施工指南》雖有“作為路面設(shè)計的基本指標(biāo)是設(shè)定的面層設(shè)計年限、路面設(shè)計交通量、面層性能指標(biāo)及規(guī)定值”，這和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)定義的“路面設(shè)計年限”有何不同？

答：對“路面的設(shè)計年限”，《關(guān)于路面結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)·附說明》雖有“道路管理者確定有關(guān)路面的施工和管理費(fèi)用、施工時對道路交通和地域的影響、路上工程項目設(shè)計等綜合勘察”的定義，在其說明中規(guī)定“路面的設(shè)計年限，是為滿足交通荷載重復(fù)作用設(shè)定的路面結(jié)構(gòu)整體承載力的年限，也是因疲勞破壞直至產(chǎn)生路面開裂的年限”。

但即使路面產(chǎn)生開裂，車輛仍可通行，這和路面發(fā)展到不能使用狀況的年限未必一致，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的路面設(shè)計年限，從結(jié)構(gòu)設(shè)計的觀點(diǎn)，應(yīng)是《路面設(shè)計、施工指南》中以面層使用性能為主體的年限。

面層的設(shè)計年限，是為使面層對塑性變形抵抗性、平整度等性能指標(biāo)保持在指標(biāo)值以上設(shè)定的年限。

確定面層設(shè)計年限時的注意點(diǎn)：①面層的設(shè)計年限，是由道路管理者對道路交通、沿線環(huán)境對路面工程影響、路面的使用壽命周期成本、可利用的路面技術(shù)等作綜合分析后確定的；②面層的設(shè)計年限，一般等于或低于路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計年限；③在設(shè)定的面層性能中，不同性能的持續(xù)時間往往有差異，例如，排水性路面，即使透水性能顯著降低，上面層對車輛通行也無耐久性問題，何種性能優(yōu)先的方案，由道路管理者適當(dāng)設(shè)定。

路面設(shè)計交通量

按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，“路面設(shè)計交通量，單向兩車道以下道路，將該路大型車單向全部交通量作為一個車道的通過量；在單向三車道以上時，應(yīng)分析各車道大型車的交通分布狀況，按單向大型車通行占70%以上的車道，作為一個車道的設(shè)計交通量，采用道路管理者認(rèn)定值。”對道路設(shè)計交通量的不同解釋如前所述。

路面設(shè)計

問：路面設(shè)計中，有面層設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，具體有何不同？答：面層設(shè)計，是為保證路面性能安全、順適、快速通行和確保環(huán)境改善效果，為確保對塑性變形抵抗性、平整度和排水型路面排水性等性能進(jìn)行的設(shè)計。

結(jié)構(gòu)設(shè)計，是為得到路面結(jié)構(gòu)設(shè)定的性能指標(biāo)值，對各結(jié)構(gòu)層的設(shè)計，也就是說是決定各結(jié)構(gòu)層材料和厚度的設(shè)計。兩種設(shè)計中若能滿足設(shè)定的性能指標(biāo)值，對使用的材料和設(shè)計方法則不作限制。

面層設(shè)計

面層設(shè)計是為了在設(shè)計年限內(nèi)滿足設(shè)定的面層性能指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，事先確定形成面層層次的材料、工法和層厚的相關(guān)設(shè)計。

①要求性能指標(biāo)是道路管理者為滿足道路行車和沿線群眾的要求性能；②路面設(shè)計條件的設(shè)定。選定路面設(shè)計年限、路面設(shè)計交通量、路面的性能指標(biāo)值；③表面層中，能滿足路面要求性能的材料、工法雖多種多樣，但要選擇其中最優(yōu)者。

此外表面層的厚度，即使采用相同的材料，因其厚度不同路用性能也會有差異，因此設(shè)計能充分發(fā)揮其性能的厚度是重要的，有必要考慮所用材料中使用集料的最大粒徑、最小施工厚度等要求。瀝青混合料，考慮施工性能時應(yīng)以鋪裝層厚度大于集料最大粒徑2.5倍作為指標(biāo)。

在面層設(shè)計時，為了滿足性能指標(biāo)，在決定材料、工法和厚度的設(shè)計中因為使用的材料對面層性能有很大的影響，為了在設(shè)計年限內(nèi)滿足設(shè)計性能指標(biāo)值，有必要進(jìn)行材料的選定。

面層設(shè)計應(yīng)注意以下要求：①正確應(yīng)用以往類似路面設(shè)計條件時使用的材料、路面結(jié)構(gòu)、使用效果等資料；②路面結(jié)構(gòu)對面層性能有關(guān)聯(lián)時，應(yīng)分析路面各結(jié)構(gòu)層的組成；③面層的性能指標(biāo)，往往需設(shè)定經(jīng)過一定使用期后的性能指標(biāo)。

結(jié)構(gòu)設(shè)計

路面的設(shè)計年限。以往的路面設(shè)計年限中，一般瀝青路面采用10年；水泥混凝土路面采用20年，但在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中并無統(tǒng)一的規(guī)定。現(xiàn)在往往從使用壽命周期成本的觀點(diǎn)確定最佳設(shè)計年限。

(1)路面的使用壽命。路面的使用壽命，是建好的路面在使用過程中性能降低，通過反復(fù)養(yǎng)護(hù)維修，直至重新建設(shè)的連續(xù)周期，和該周期相關(guān)的費(fèi)用就是路面的使用壽命周期成本。使用壽命周期的概念圖，雖然如使用性能曲線所示，路面使用性能會伴隨使用期的延長而降低，但性能曲線上存在變曲點(diǎn)B，若路面直至破壞重建，成本將大幅上升，若在變曲點(diǎn)B進(jìn)行維修，則是降低成本經(jīng)濟(jì)有效的好方法。

(2)路面的使用壽命周期成本。使用壽命周期成本分別為道路管理者費(fèi)用、道路利用者費(fèi)用、沿線及地域社會的費(fèi)用3大類。在使用壽命周期成本計算中，不必要考慮所有的項目，使用壽命周期成本計算時可按其目的和要求精度，適當(dāng)?shù)剡x擇工程條件、交通條件、沿線及地域條件等進(jìn)行計算。

道路管理者費(fèi)用，雖可按各種計算標(biāo)準(zhǔn)計算，但道路利用者及沿線和地域社會費(fèi)用則容易計算。例如，若以道路利用者費(fèi)用的車輛行駛費(fèi)和時間損失費(fèi)用比較，一般時間損失費(fèi)對使用壽命周期成本的影響更大。

考慮可靠度的設(shè)計。問：路面設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，列有可靠性和可靠度，請具體加以說明。答：在路面設(shè)計中，滿足設(shè)計條件的路面斷面，需要面對路面設(shè)計交通量、路床承載力等設(shè)計采用值日后變化的風(fēng)險，這時導(dǎo)入考慮可靠度的方法是有效的，無論對面層設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計均適用。

在設(shè)計的可靠性中，有必要分別選用疲勞破壞輪數(shù)和路面設(shè)計交通量中采用的可靠度系數(shù)。瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計，一般采用對應(yīng)于疲勞破壞輪數(shù)的可靠度系數(shù)。對以往采用的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法修筑的瀝青路面，根據(jù)1997年進(jìn)行的路面實際使用年限調(diào)查，實際使用年限大大超過了設(shè)計采用的10年設(shè)計年限，因此采用TA法設(shè)計的路面疲勞破壞輪數(shù)被認(rèn)可。此外，使用10年以上的保證率為82.6%~93%，從而確認(rèn)原來的TA法設(shè)計公式可靠度為90%。

瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計。問：介紹瀝青路面不同結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的應(yīng)用相關(guān)問題。答：瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，將滿足疲勞破壞輪數(shù)作為必須的項目，具體有基于經(jīng)驗的TA法和理論設(shè)計方法。

TA法是一種采用以車輛行駛試驗為基礎(chǔ)，經(jīng)統(tǒng)計處理導(dǎo)出計算式的設(shè)計方法。如前所示，基于TA法設(shè)計的路面，依據(jù)以往的實績，可看出能滿足要求的疲勞破壞輪數(shù)。在不同設(shè)計方法的選用中，對已知使用材料等值換算系數(shù)時，可采用TA設(shè)計方法；對新材料和特殊地基條件時，一般采用理論設(shè)計方法。

(1)TA設(shè)計法。采用TA法設(shè)計時，按設(shè)計公式，依據(jù)路床的設(shè)計CBR和N。

①可靠度系數(shù)因可靠度要求不同而不同，因此應(yīng)首先決定可靠度。可靠度雖由道路管理者考慮路線的重要性和初期成本而定，但一般采用９0%可靠度設(shè)計。②路床的設(shè)計CBR由調(diào)查、計算決定。③依據(jù)路面設(shè)計交通量和設(shè)計年限，決定疲勞破壞輪數(shù)。④路面各結(jié)構(gòu)層的種類和厚度，參考上面層、下面層及基層各層最小厚度規(guī)定。⑤算得的設(shè)計所需TA作比較，若TA′>TA且滿足經(jīng)濟(jì)合理諸條件時，則可決定最終的路面結(jié)構(gòu)斷面。

(2)理論設(shè)計方法。理論設(shè)計方法，是將路面作為多層結(jié)構(gòu)，采用彈性理論和粘彈性理論，通過結(jié)構(gòu)解析決定路面結(jié)構(gòu)的方法。其概略程序為：①設(shè)定各種輸入條件；②設(shè)定各結(jié)構(gòu)層厚度和材料常數(shù)；③采用多層彈性理論，算出瀝青混凝土層底拉應(yīng)變、路床頂面的壓應(yīng)力等，將計算結(jié)果和規(guī)定值進(jìn)行分析比較，判定和假定條件的匹配性。

水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計。問：請講解水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的種類及其不同點(diǎn)，以及相應(yīng)的使用方法。答：水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法有經(jīng)驗法和理論法兩種。

采用經(jīng)驗設(shè)計法時，路面設(shè)計年限原則上采用20年，但用理論法時，路面設(shè)計年限可任意設(shè)定。

(1)經(jīng)驗設(shè)計法。基于經(jīng)驗的設(shè)計方法，首先設(shè)定基層厚度，然后依據(jù)路面設(shè)計交通量和使用的混凝土設(shè)計彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，確定混凝土面板厚度。圖中選定路面結(jié)構(gòu)斷面，可依據(jù)路面設(shè)計交通量及路床設(shè)計CBR采用“技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定材料和厚度選定。然后，確定普通水泥混凝土面板厚度。

(2)水泥混凝土路面的理論設(shè)計方法。理論設(shè)計方法是按交通荷載和溫度變化，在混凝土板中重復(fù)作用的應(yīng)力產(chǎn)生的疲勞開裂，不超過路面設(shè)計期間設(shè)計確定的開裂度決定路面設(shè)計結(jié)構(gòu)的方法。該設(shè)計方法，適用于普通混凝土路面、連續(xù)配筋混凝土路面及碾壓混凝土路面。