路面設計方法

路面的設計，是要具體確定能滿足設定的路面性能指標值的路面結構組合。設計中，有必要先明確要求的各種設計條件。

按照有關路面結構的技術標準，在設計中，有必要滿足“路面設計年限”、“路面設計交通量”、“路面的性能指標”及“路面性能指標的標準值”等相關要求。也就是說當路面設計時，應在勘測道路狀況、沿線狀況，改善環(huán)保等基礎上，設定適當?shù)穆访嫘阅埽诖_保設計年限內路面性能的前提下，考慮經(jīng)濟性和施工可行性，以決定路面結構層次、材料、詳細結構。這時，希望就壽命周期成本和再生資源利用等單獨項目和與壽命周期對應的必要路面管理方針等外部因素一并進行分析。

路面的設計年限

問：《路面設計、施工指南》雖有“作為路面設計的基本指標是設定的面層設計年限、路面設計交通量、面層性能指標及規(guī)定值”，這和技術標準定義的“路面設計年限”有何不同？

答：對“路面的設計年限”，《關于路面結構技術標準·附說明》雖有“道路管理者確定有關路面的施工和管理費用、施工時對道路交通和地域的影響、路上工程項目設計等綜合勘察”的定義，在其說明中規(guī)定“路面的設計年限，是為滿足交通荷載重復作用設定的路面結構整體承載力的年限，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，技術標準中規(guī)定的路面設計年限，從結構設計的觀點，應是《路面設計、施工指南》中以面層使用性能為主體的年限。

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

確定面層設計年限時的注意點：①面層的設計年限，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、可利用的路面技術等作綜合分析后確定的；②面層的設計年限，一般等于或低于路面結構的設計年限；③在設定的面層性能中，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，由道路管理者適當設定。

路面設計交通量

按技術標準規(guī)定，“路面設計交通量，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，作為一個車道的設計交通量，采用道路管理者認定值。”對道路設計交通量的不同解釋如前所述。

路面設計

問：路面設計中，有面層設計和結構設計，具體有何不同？答：面層設計，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行的設計。

結構設計，是為得到路面結構設定的性能指標值，對各結構層的設計，也就是說是決定各結構層材料和厚度的設計。兩種設計中若能滿足設定的性能指標值，對使用的材料和設計方法則不作限制。

面層設計

面層設計是為了在設計年限內滿足設定的面層性能指標的標準，在結構設計中，事先確定形成面層層次的材料、工法和層厚的相關設計。

①要求性能指標是道路管理者為滿足道路行車和沿線群眾的要求性能；

②路面設計條件的設定。選定路面設計年限、路面設計交通量、路面的性能指標值；

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，考慮施工性能時應以鋪裝層厚度大于集料最大粒徑2.5倍作為指標。

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

面層設計應注意以下要求：

①正確應用以往類似路面設計條件時使用的材料、路面結構、使用效果等資料；

②路面結構對面層性能有關聯(lián)時，應分析路面各結構層的組成；

③面層的性能指標，往往需設定經(jīng)過一定使用期后的性能指標。

結構設計

路面的設計年限。以往的路面設計年限中，一般瀝青路面采用10年；水泥混凝土路面采用20年，但在技術標準中并無統(tǒng)一的規(guī)定?，F(xiàn)在往往從使用壽命周期成本的觀點確定最佳設計年限。

(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，通過反復養(yǎng)護維修，直至重新建設的連續(xù)周期，和該周期相關的費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B，若路面直至破壞重建，成本將大幅上升，若在變曲點B進行維修，則是降低成本經(jīng)濟有效的好方法。

(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用、道路利用者費用、沿線及地域社會的費用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?shù)剡x擇工程條件、交通條件、沿線及地域條件等進行計算。

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

考慮可靠度的設計。問：路面設計技術標準中，列有可靠性和可靠度，請具體加以說明。答：在路面設計中，滿足設計條件的路面斷面，需要面對路面設計交通量、路床承載力等設計采用值日后變化的風險，這時導入考慮可靠度的方法是有效的，無論對面層設計和結構設計均適用。

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

瀝青路面的結構設計。

問：介紹瀝青路面不同結構設計方法的應用相關問題。

答：瀝青路面的結構設計方法，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法和理論設計方法。

TA法是一種采用以車輛行駛試驗為基礎，經(jīng)統(tǒng)計處理導出計算式的設計方法。如前所示，基于TA法設計的路面，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設計方法；對新材料和特殊地基條件時，一般采用理論設計方法。

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

①可靠度系數(shù)因可靠度要求不同而不同，因此應首先決定可靠度?？煽慷入m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%可靠度設計。

②路床的設計CBR由調查、計算決定。

③依據(jù)路面設計交通量和設計年限，決定疲勞破壞輪數(shù)。

④路面各結構層的種類和厚度，參考上面層、下面層及基層各層最小厚度規(guī)定。

⑤算得的設計所需TA作比較，若TA′>TA且滿足經(jīng)濟合理諸條件時，則可決定最終的路面結構斷面。

(2)理論設計方法。理論設計方法，是將路面作為多層結構，采用彈性理論和粘彈性理論，通過結構解析決定路面結構的方法。其概略程序為：

①設定各種輸入條件；

②設定各結構層厚度和材料常數(shù)；

③采用多層彈性理論，算出瀝青混凝土層底拉應變、路床頂面的壓應力等，將計算結果和規(guī)定值進行分析比較，判定和假定條件的匹配性。

水泥混凝土路面的結構設計。

問：請講解水泥混凝土路面結構設計方法的種類及其不同點，以及相應的使用方法。

答：水泥混凝土路面的結構設計方法有經(jīng)驗法和理論法兩種。

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

(1)經(jīng)驗設計法。基于經(jīng)驗的設計方法，首先設定基層厚度，然后依據(jù)路面設計交通量和使用的混凝土設計彎拉強度標準，確定混凝土面板厚度。圖中選定路面結構斷面，可依據(jù)路面設計交通量及路床設計CBR采用“技術標準”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計方法。理論設計方法是按交通荷載和溫度變化，在混凝土板中重復作用的應力產(chǎn)生的疲勞開裂，不超過路面設計期間設計確定的開裂度決定路面設計結構的方法。該設計方法，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。