淺談公路瀝青路面設(shè)計

賈韻潔

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院，山西 太原 030012）

《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D50-2017）于2017年9月1日正式實施，2017 版規(guī)范與2006 版相比在設(shè)計方法、設(shè)計參數(shù)及驗算指標(biāo)等方面發(fā)生了很大變化，為了讓設(shè)計者盡快掌握2017 版規(guī)范的設(shè)計理念，同時熟悉應(yīng)用路面結(jié)構(gòu)計算軟件，本文首先總結(jié)了2017版規(guī)范的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計新思路，其次對目前的APAD 和HPDS2017 兩種瀝青路面設(shè)計計算軟件的優(yōu)缺點進(jìn)行比較，最后對新規(guī)范不同結(jié)構(gòu)組合路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計指標(biāo)進(jìn)行了歸納總結(jié)。

1 2017版規(guī)范的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計新思路[1]

a）2017 版規(guī)范所構(gòu)建的瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計新指標(biāo)和參數(shù)體系，能夠反映瀝青路面的結(jié)構(gòu)性能和材料的力學(xué)特性以及各級路面不同的使用性能要求，充分考慮行車荷載的作用和環(huán)境因素的影響，吸取國內(nèi)外瀝青路面的修筑和使用經(jīng)驗以及已有的研究成果和水平，遵循力學(xué)- 經(jīng)驗法。

b）按所設(shè)計項目的公路等級、交通荷載等級等，即設(shè)計要求的精確性和可靠程度的不同，對土和材料性質(zhì)參數(shù)的采集要求分為3 個水平，分別規(guī)定不同精細(xì)和準(zhǔn)確程度的方法：水平一，制定標(biāo)準(zhǔn)試驗規(guī)程，通過直接試驗測定取得參數(shù)數(shù)值；水平二，建立土和材料性質(zhì)指標(biāo)與相關(guān)物性指標(biāo)的經(jīng)驗關(guān)系，通過較簡便的物性指標(biāo)試驗，利用經(jīng)驗關(guān)系確定參數(shù)數(shù)值；水平三，提供標(biāo)準(zhǔn)條件下的參數(shù)參考值，供設(shè)計人員直接選用。

c）路面結(jié)構(gòu)在交通荷載和環(huán)境因素作用下的力學(xué)響應(yīng)，仍利用彈性層狀體系理論和相應(yīng)的解析程序進(jìn)行分析。分析時，土和材料性質(zhì)參數(shù)數(shù)值的選用須考慮溫度和濕度的地區(qū)差異（采用當(dāng)量溫度和濕度調(diào)整系數(shù)）。

d）瀝青路面設(shè)計需分別選用瀝青混合料層層底彎拉應(yīng)變、無機結(jié)合料穩(wěn)定層層底彎拉應(yīng)力、瀝青混合料層永久變形量、路基頂面豎向壓應(yīng)變，以及季節(jié)性凍土地區(qū)瀝青面層低溫開裂指數(shù)作為瀝青路面使用性能設(shè)計指標(biāo)。

e）設(shè)計交通荷載等級根據(jù)設(shè)計使用年限內(nèi)設(shè)計車道累計大型客車和貨車交通量（×106，輛）分為5級：極重大于等于50.0；特重：50.0～19.0；重：19.0～8.0；中等8.0～4.0；輕：小于4.0。

f）路面結(jié)構(gòu)中取消墊層，如果是基于排水、隔離層或防凍層的考慮，該墊層就屬于路面結(jié)構(gòu)功能層，但不作為路面結(jié)構(gòu)層參與路面結(jié)構(gòu)驗算，如果是基于提高路基頂面回彈模量的考慮，該墊層在路基結(jié)構(gòu)計算模量時就應(yīng)把該墊層作為路基結(jié)構(gòu)予以考慮。

g）2017 版規(guī)范中不再出現(xiàn)半剛性基層和剛性基層的術(shù)語和概念，而使用無機結(jié)合料穩(wěn)定類基層和水泥混凝土基層代替。

h）路基頂面驗收彎沉值采用落錘式彎沉儀檢測的動態(tài)彎沉指標(biāo)，舊規(guī)范是貝克曼梁的靜態(tài)彎沉，兩者之間并不對應(yīng)。

i）路基頂面回彈模量在平衡濕度狀況并考慮濕度與凍融循環(huán)作用下的回彈模量要求：極重大于等于70 MPa；特重大于等于60 MPa；重大于等于50 MPa；中等、輕大于等于40 MPa。

2 計算軟件對比

2.1 瀝青路面結(jié)構(gòu)分析軟件（APAD）

2.1.1 優(yōu)點

a）本軟件是公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范編寫組編制的，應(yīng)用B/S（瀏覽器- 服務(wù)器）模式開發(fā)，B/S 模式是WEB 興起后的一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，大大簡化了客戶端電腦載荷，減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級的成本和工作量，降低了用戶的總體成本，使用者可以在任何地方注冊好路網(wǎng)會員，通過網(wǎng)頁瀏覽器直接使用軟件，而不用安裝任何專門的軟件，為使用者帶來很大方便，可以極大提高工作效率。

b）設(shè)計頁面清晰，完全和2017 版規(guī)范對應(yīng)，共分為6 個頁面，分別為項目基本信息、一般交通參數(shù)、軸重及當(dāng)量軸載換算參數(shù)、結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、分析及計算書下載。

c）車輛類型分布系數(shù)和軸重及當(dāng)量軸載換算參數(shù)根據(jù)設(shè)計精度和準(zhǔn)確程度分為了3 個水平。

d）生成的計算書為word 格式，內(nèi)容、參數(shù)、計算過程詳盡、清晰。

2.1.2 缺點

a）本軟件在使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)一些異常，無法使用的情況，可能是目前計算軟件還不穩(wěn)定的原因。

b）路面結(jié)構(gòu)必須初擬一個，反復(fù)調(diào)整試算，以達(dá)到驗算指標(biāo)都滿足要求，不能反算。

c）基層、底基層均為無機結(jié)合料穩(wěn)定類時，根據(jù)規(guī)范基層、底基層均要驗算無機結(jié)合料穩(wěn)定層層底拉應(yīng)力，但該軟件只驗算基層的。

d）無機結(jié)合料基層和底基層的彎拉強度只能輸入一個值。

2.2 公路路面設(shè)計程序系統(tǒng)（HPDS2017）

2.2.1 優(yōu)點

a）本軟件是東南大學(xué)王凱和毛世懷教授采用Visual Basic 6.0 for Windows 語言編程，在Windows系統(tǒng)下運行。該軟件以前的版本已在全國各大設(shè)計院和高校推廣應(yīng)用，我國改革開放以來所修建的高等級公路和城市道路路面大多數(shù)由該程序設(shè)計。該程序有良好的用戶界面，功能齊全，凡公路路面設(shè)計與計算所需的程序應(yīng)有盡有。所有程序既可人機對話輸入，又可用數(shù)據(jù)文件輸入，計算結(jié)束立即在輸出窗口顯示設(shè)計計算成果文件內(nèi)容，十分方便，具有隨機幫助以及自動識別錯誤并提出警告和提示的功能，讓用戶無后顧之憂[2]。

b）只有一個主窗口，下面有4 個分窗口，分別為交通參數(shù)輸入、路面結(jié)構(gòu)驗算公共參數(shù)輸入、路面結(jié)構(gòu)的參數(shù)輸入及瀝青面層低溫開裂指數(shù)驗算的參數(shù)輸入，窗口簡潔明了。

c）基層、底基層均為無機結(jié)合料穩(wěn)定類時，根據(jù)規(guī)范要求，該軟件將基層、底基層均驗算無機結(jié)合料穩(wěn)定層層底拉應(yīng)力，計算結(jié)果取兩者最大值。

d）路面結(jié)構(gòu)在給定設(shè)計層起始厚度和設(shè)計層厚度增加的步長后，可以反算滿足驗算指標(biāo)最小厚度的其中任一層。

2.2.2 缺點

a）單次需花費近1 萬元購買加密鎖，電腦需要安裝專用軟件才可以使用。

b）車輛類型分布系數(shù)和軸重及當(dāng)量軸載換算參數(shù)只能按水平三的規(guī)范推薦值計算，不能修改。

c）生成的計算書為txt 格式，內(nèi)容不如APAD 詳盡、清晰。

2.3 計算結(jié)果對比

2.3.1 算例

Consistent data on the prevalence of malnutrition in gastroenterology units have been limited to a few subsets of patients such as those with cirrhosis[32-36] and Crohn’s disease[37-39].

山西太原地區(qū)某高速公路，設(shè)計使用年限為15.0年，根據(jù)交通量OD 調(diào)查分析，設(shè)計基年的交通量為22 700 pcn/d，折合大型客車和貨車交通量為6 698 輛/日，交通量年增長率為4.5%，方向系數(shù)取55.0%，車道系數(shù)取80.0%；整體式貨車比例27.5%，半掛式貨車比例29.7%；實載率客車為62%，貨車為81%；路基標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下回彈模量取80 MPa，回彈模量濕度調(diào)整系數(shù)Ks取0.95，干濕與凍融循環(huán)作用折減系數(shù)Kη取0.85。

表1 路面結(jié)構(gòu)材料參數(shù)

2.3.2 計算結(jié)果

表2 APAD程序計算路面結(jié)構(gòu) mm

表3 APAD程序計算結(jié)果

表4 HPDS2017程序計算路面結(jié)構(gòu) mm

表5 HPDS2017程序計算結(jié)果

2.3.3 結(jié)果對比

a）根據(jù)規(guī)范此路面結(jié)構(gòu)組成需驗算瀝青混合料層永久變形量（瀝青層車轍）、無機結(jié)合料穩(wěn)定層層底拉應(yīng)力、低溫開裂及防凍厚度4 個指標(biāo)。

b）通過兩個程序分別計算，除無機結(jié)合料穩(wěn)定層層底拉應(yīng)力驗算的結(jié)果相差比較大外，其他3 個指標(biāo)計算的結(jié)果相差都比較小。

c）通過無機結(jié)合料穩(wěn)定層層底拉應(yīng)力驗算，APAD程序計算下基層為30 cm，HPDS2017程序計算下基層為38 cm，造成這么大偏差的主要原因就是APAD程序只驗算了基層的無機結(jié)合料穩(wěn)定層層底拉應(yīng)力，而未驗算底基層的無機結(jié)合料穩(wěn)定層層底拉應(yīng)力。

3 不同結(jié)構(gòu)組合路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計指標(biāo)

根據(jù)規(guī)范6.2.1 條，將4 類基層（無機結(jié)合料穩(wěn)定類、瀝青結(jié)合料類、粒料類、水泥混凝土）和兩類底基層（無機結(jié)合料穩(wěn)定類、粒料類）組合的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計指標(biāo)歸納如下：

a）不論什么結(jié)構(gòu)組合，瀝青混合料層永久變形量均要驗算。

b）基層為瀝青結(jié)合料類和粒料類的，只要基層或底基層有一個為粒料類的需驗算瀝青混合料層層底拉應(yīng)變。

c）只要基層或底基層有一個為無機結(jié)合料穩(wěn)定類的需驗算無機結(jié)合料穩(wěn)定層層底拉應(yīng)力。

d）基層為瀝青結(jié)合料類和粒料類的，底基層為粒料類的需驗算路基頂面豎向壓應(yīng)變。

4 結(jié)論

a）2017 版《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》的設(shè)計理念發(fā)生很大變化，使用者需快速轉(zhuǎn)變設(shè)計理念。

b）APAD 和HPDS2017 兩種瀝青路面設(shè)計計算軟件各有優(yōu)缺點，使用者可根據(jù)實際需要選擇。

c）HPDS2017 瀝青路面設(shè)計計算軟件在水平三情況下計算的結(jié)果更可靠。