路面設(shè)計(jì)方法

路面的設(shè)計(jì)，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(jì)中，有必要先明確要求的各種設(shè)計(jì)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(jì)中，有必要滿足“路面設(shè)計(jì)年限”、“路面設(shè)計(jì)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(shuō)當(dāng)路面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在勘測(cè)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(jì)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(shí)，希望就壽命周期成本和再生資源利用等單獨(dú)項(xiàng)目和與壽命周期對(duì)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(jì)年限

問(wèn)：《路面設(shè)計(jì)、施工指南》雖有“作為路面設(shè)計(jì)的基本指標(biāo)是設(shè)定的面層設(shè)計(jì)年限、路面設(shè)計(jì)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(jì)年限”有何不同？

答：對(duì)“路面的設(shè)計(jì)年限”，《關(guān)于路面結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)·附說(shuō)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(shí)對(duì)道路交通和地域的影響、路上工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)等綜合勘察”的定義，在其說(shuō)明中規(guī)定“路面的設(shè)計(jì)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(kāi)裂的年限”。

但即使路面產(chǎn)生開(kāi)裂，車(chē)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(jì)年限，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)，應(yīng)是《路面設(shè)計(jì)、施工指南》中以面層使用性能為主體的年限。

面層的設(shè)計(jì)年限，是為使面層對(duì)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(jì)年限時(shí)的注意點(diǎn)：①面層的設(shè)計(jì)年限，是由道路管理者對(duì)道路交通、沿線環(huán)境對(duì)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(jì)年限，一般等于或低于路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)年限；③在設(shè)定的面層性能中，不同性能的持續(xù)時(shí)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(duì)車(chē)輛通行也無(wú)耐久性問(wèn)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(jì)交通量

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

路面設(shè)計(jì)

問(wèn)：路面設(shè)計(jì)中，有面層設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體有何不同？答：面層設(shè)計(jì)，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(duì)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(jì)。

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

面層設(shè)計(jì)

面層設(shè)計(jì)是為了在設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)。

①要求性能指標(biāo)是道路管理者為滿足道路行車(chē)和沿線群眾的要求性能；

②路面設(shè)計(jì)條件的設(shè)定。選定路面設(shè)計(jì)年限、路面設(shè)計(jì)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(huì)有差異，因此設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)時(shí)，為了滿足性能指標(biāo)，在決定材料、工法和厚度的設(shè)計(jì)中因?yàn)槭褂玫牟牧蠈?duì)面層性能有很大的影響，為了在設(shè)計(jì)年限內(nèi)滿足設(shè)計(jì)性能指標(biāo)值，有必要進(jìn)行材料的選定。

面層設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下要求：

①正確應(yīng)用以往類(lèi)似路面設(shè)計(jì)條件時(shí)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(duì)面層性能有關(guān)聯(lián)時(shí)，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(guò)一定使用期后的性能指標(biāo)。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

路面的設(shè)計(jì)年限。以往的路面設(shè)計(jì)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(wú)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(jì)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(guò)程中性能降低，通過(guò)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(huì)伴隨使用期的延長(zhǎng)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(huì)的費(fèi)用3大類(lèi)。在使用壽命周期成本計(jì)算中，不必要考慮所有的項(xiàng)目，使用壽命周期成本計(jì)算時(shí)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(jì)算。

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

考慮可靠度的設(shè)計(jì)。問(wèn)：路面設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，列有可靠性和可靠度，請(qǐng)具體加以說(shuō)明。答：在路面設(shè)計(jì)中，滿足設(shè)計(jì)條件的路面斷面，需要面對(duì)路面設(shè)計(jì)交通量、路床承載力等設(shè)計(jì)采用值日后變化的風(fēng)險(xiǎn)，這時(shí)導(dǎo)入考慮可靠度的方法是有效的，無(wú)論對(duì)面層設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均適用。

在設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)，一般采用對(duì)應(yīng)于疲勞破壞輪數(shù)的可靠度系數(shù)。對(duì)以往采用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法修筑的瀝青路面，根據(jù)1997年進(jìn)行的路面實(shí)際使用年限調(diào)查，實(shí)際使用年限大大超過(guò)了設(shè)計(jì)采用的10年設(shè)計(jì)年限，因此采用TA法設(shè)計(jì)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(lái)的TA法設(shè)計(jì)公式可靠度為90%。

瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

問(wèn)：介紹瀝青路面不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用相關(guān)問(wèn)題。

答：瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，將滿足疲勞破壞輪數(shù)作為必須的項(xiàng)目，具體有基于經(jīng)驗(yàn)的TA法和理論設(shè)計(jì)方法。

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

(1)TA設(shè)計(jì)法。采用TA法設(shè)計(jì)時(shí)，按設(shè)計(jì)公式，依據(jù)路床的設(shè)計(jì)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(jì)。

②路床的設(shè)計(jì)CBR由調(diào)查、計(jì)算決定。

③依據(jù)路面設(shè)計(jì)交通量和設(shè)計(jì)年限，決定疲勞破壞輪數(shù)。

④路面各結(jié)構(gòu)層的種類(lèi)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(jì)所需TA作比較，若TA′>TA且滿足經(jīng)濟(jì)合理諸條件時(shí)，則可決定最終的路面結(jié)構(gòu)斷面。

(2)理論設(shè)計(jì)方法。理論設(shè)計(jì)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(guò)結(jié)構(gòu)解析決定路面結(jié)構(gòu)的方法。其概略程序?yàn)椋?/p>

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(jì)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(jì)。

問(wèn)：請(qǐng)講解水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的種類(lèi)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(jì)方法有經(jīng)驗(yàn)法和理論法兩種。

采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法時(shí)，路面設(shè)計(jì)年限原則上采用20年，但用理論法時(shí)，路面設(shè)計(jì)年限可任意設(shè)定。

(1)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。基于經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法，首先設(shè)定基層厚度，然后依據(jù)路面設(shè)計(jì)交通量和使用的混凝土設(shè)計(jì)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(jì)交通量及路床設(shè)計(jì)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(jì)方法。理論設(shè)計(jì)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(kāi)裂，不超過(guò)路面設(shè)計(jì)期間設(shè)計(jì)確定的開(kāi)裂度決定路面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的方法。該設(shè)計(jì)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。