新擬頒《公路瀝青路面設計規范》的研究

陳永棟，陳 俊

(河海大學土木與交通學院，江蘇南京210098)

《公路瀝青路面設計規范》(JTG D50－2006)［1］(以下簡稱原《規范》)自從頒布以來，對加強瀝青路面設計質量起到了決定性的作用。但隨著公路建設技術的快速發展、瀝青路面技術水平的提高以及施工經驗的不斷積累，規范部分內容需要進一步的完善，以滿足公路建設的需要。交通運輸部對原規范［2］組織了一次修訂。目前為止，鮮見有人對新舊規范的修改做過詳細的比較分析，而本文對此不僅做了詳細的比較，并對修改的原因及好處進行了闡述。

1 新舊交通量的對比研究

不同重力的軸載會給路面帶來不同程度的損壞作用。對路面設計來說，軸載大小和各級軸載所占比例尤為重要［3－4］，對于后者，稱之為軸載組成或軸載譜［5］。對于軸載的換算，原規范中是簡單的將不同軸載的作用次數等效地換算成標準軸載當量作用次數，用設計年限內累積當量軸載作用次數來描述。該方法存在兩個問題:第一，在車輛分類時將車輛分為小客車、大客車、小貨車、中貨車、大貨車和集裝箱六種類型，方法過于粗糙，可能將軸重相差很大的車型歸入同一類型中，從而造成計算的當量軸載作用次數和實際值之間存在較大的偏差;第二，該方法只能反映車輛按照額定裝載噸位的情況，沒有考慮車輛超載或非超載時引起的軸載變化，而這兩種情況在實際道路中普遍存在。

針對第一個問題，新規范將車輛類型按照軸型組合詳細的分為11類，按照此方法分類極大地減少了每一類中車輛軸重的差異。針對第二個問題，以車輛的標準總重為基準，將各類車輛都劃分為輕車和重車，并考慮不同類型車輛中輕車和重車當量軸載換算系數的不同，使其更加符合實際。據此，新規范中當量軸載換算系數的計算，根據精確度由高到低分了三個層次，第一層次是車道上有稱重設備時［6］，可根據實測軸重數據確定各種軸型的分布系數，計算各種軸型不同軸載區間的當量軸載換算次數;第二層次、第三層次無實測軸重數據時，按輕車和重車所占比例來確定各類車輛的當量軸載換算系數，而各種類型的車輛輕車和重車的當量軸載換算系數按當地默許值或者表1中的全國默許值去確定。

表1 2類～7類車輛輕車及重車的當量軸載換算系數Tab.1 The equivalent axle load conversion coefficient of Class 2 ～7 vehicles

表2 交通荷載分級Tab.2 Traffic load classification

交通荷載分級方面，作為對累計當量軸載作用次數的補充，原規范增加了交通荷載等級劃分。以累計當量軸載作用次數和日平均貨車交通量為指標，劃分為4個交通荷載等級。而新規范采用多項設計指標，分別對應不同的累計當量軸載作用次數，考慮到小轎車對路面損害可以忽略不計，采用累計當量軸載作用次數劃分交通荷載等級應用不便，以貨車交通量劃分更為合適。同時，不同等級公路的設計期不同，日平均貨車交通量與設計期內累計交通量之間沒有對應關系，因此，以日平均貨車交通量進行交通荷載等級劃分欠合理。故新規范以路面結構設計期內累計貨車交通量劃分交通荷載等級。考慮到集裝箱運輸道路及以運煤道路為代表的貨運通道等在軸載、交通組成等方面的特殊性，在原規范4個交通荷載等級基礎上，增加了極重等級，詳見表2。

在交通參數調查方面，原規范中交通荷載參數包括年平均增長率、方向系數和車道系數等，其大多在項目可行性研究報告等資料基礎上經研究分析而定，并無實際調查依據，交通參數的選取并不精確，對預測的交通量有一定的影響。而在新規范中采用了交通荷載分析方法，通過當地交通量觀測站的觀測和統計資料或者實地設立站點或者歷史經驗等方法來確定交通量的年平均增長率、方向系數、車道系數、車輛類型分布系數等交通參數，使計算所得設計軸載累計當量軸載作用次數更加符合實際。如進行車道系數確定時，原規范中車道系數η是根據雙向車道數而定，而新規范分為三個層次確定，即通過實際調查或考慮當地默許值，或根據單向車道數確定車道分配系數，結果更加精準。

2 確定路面材料和路基設計參數三個層次

考慮到原規范對路基路面材料的設計要求主要是針對全國情況而定，難以包含不同地區和具體工程的實際要求。因此，新規范提出應根據工程實際情況、當地經驗、氣候和交通條件等確定路基路面材料性質要求。新規范對路面材料和路基土設計參數的測試方法做了調整，考慮到相關單位從對應試驗儀器、設備配置到試驗方法的熟悉都需要一個過程，故規定了設計參數由繁到簡的三個層次。

第一層次:按標準試驗方法，實測材料的設計參數;

第二層次:實測材料的物性參數，利用經驗關系式確定設計參數;

第三層次:參照新規范附錄B的參考值表，根據項目情況選用。

高速公路和一級公路的工可、初步設計階段可采用第二或第三層次;施工圖設計階段，路基和粒料可采用第三層次或第一層次;其他材料宜采用第一層次;二級及以下等級公路各設計階段可采用第二或第三層次。

3 路面設計指標的修改

原規范采用路表彎沉、瀝青面層層底和半剛性基層層底拉應力作為主要設計指標［7－9］，并且制定了相應的設計標準，使現有瀝青路面結構設計實際上均由路表彎沉這一指標所控制，路表彎沉值反映了路面結構整體強度指標。當前，我國的瀝青路面絕大多數采用半剛性基層。半剛性基層的結構剛度很大，占據了瀝青路面整體剛度的絕大部分，不需要也難以用反映整體剛度要求的路表彎沉指標來控制路基的變形和承載力。半剛性基層或瀝青面層的應力狀況和大小，主要隨上下層的剛度比和層間接觸條件而變，他們受路表彎沉大小的影響很小，因而，路表彎沉指標無法控制半剛性基層或瀝青面層層底的應力狀況和大小。同時，如圖1所示，將路面面層和基層看做一個整體復合材料，由于半剛性基層剛度E2遠大于面層剛度E1，導致了面層完全在中性面以上，面層層底只受壓應力。瀝青面層的層底拉應力指標就失去了意義。

柔性基層瀝青路面的主要損壞類型之一是永久變形。路表彎沉指標用于控制路面結構的永久變形量。但路表彎沉是一項整體性、綜合性和表現性的指標，而瀝青路面可以選用各種不同的結構層和材料類型組合方案組成，采用路表彎沉作為主要設計指標，無法反映和包容路面結構的這種多樣性，控制住路面結構整體或個別結構層的永久變形量。同時，瀝青路面的另一種主要損壞類型——開裂，也很難與路表彎沉指標建立相應的關系。

因此，新規范以具體損壞的設計指標體系取代了路表彎沉值、瀝青面層層底和半剛性基層層底拉應力這個籠統的設計指標。新規范的路面性能指標包括瀝青層疲勞開裂、無機結合料層疲勞開裂、路基永久變形、瀝青層永久變形、低溫開裂、抗滑性能和平整度。

4 調整了路基濕度狀況分類指標及標準

在大多瀝青設計方法中，路基性能指標大多采用回彈模量來表征，但另一方面，回彈模量是濕度、干密度、壓實度、材料類型和應力(或應變)水平等諸多因素的函數，因而，其精確性的確定變得非常困難。對于特定的路基土而言，影響彈性模量最為關鍵的因素是濕度狀況。原規范雖根據簡單的干濕類型劃分進行路基模量及路基處理方案選擇，只簡單考慮了四種干濕類型，沒有考慮地下水和溫度［10－11］對濕度的影響，就設計而言，濕度變化的影響并沒有得到很好的體現。考慮到地下水或氣候等因素影響下的路基濕度的不同，新規范詳細的將路基平衡濕度分為3類，分別為地下水控制的潮濕類、氣候因素控制的干燥類和兼受地下水和氣候因素影響的中濕類。潮濕類路基的平衡濕度根據地下水位的高度確定，干燥類路基的平衡濕度［12］主要受氣候因素影響按路基所在地區的TMI值和路基的土類而定，兼受地下水和氣候因素影響的中濕類則按路基工作區的上部與下部分別取值，見圖2。

此外，原規范中路面設計采用BZZ－100標準軸載，以20℃路表設計彎沉值，15℃瀝青層層底拉應力或者半剛性材料層拉應力為軸載換算指標，其中并未考慮不同溫度對車輛軸載換算的影響。由于瀝青材料的感溫特性使相同結構的瀝青路面在同種車輛荷載下隨溫度產生不同的荷載反應(路表彎沉)，而重載車輛產生的路表彎沉溫度差異性尤為明顯，因此在等效軸載換算過程中需統一溫度，即把不同溫度下的路表彎沉等效為同溫度下的路表彎沉后再進行軸載換算。因此，新規范提出了不同情況下的溫度調整系數。而在不同溫度下即使作用荷載相同對道路的車轍損傷也不同，因此對路面在進行車轍預估時，需要將不同溫度對路面材料性能的影響進行等效處理，尋找車轍等效溫度。(車轍的等效溫度指在該溫度下車輛荷載造成的車轍損失與相同時間內不同溫度下行駛發生的損失累積車轍量相等的溫度)。而原規范對溫度對車轍的影響并未有具體說明，新規范補充了這一點，其優勢在于根據不同地區的氣候溫度、瀝青厚度等確定瀝青混凝土路面代表性溫度，為道路設計、分析和性能預估提供指導意見。具體公式如下:

式中，Tpef－等效溫度;Tξ－路面實時溫度;hac－瀝青層厚度。

5 梳理了章節安排，規范了術語和符號

原規范主要按照瀝青路面從下往上的設計順序來安排章節，而新規范突出了結構組合設計要求，闡明了設計依據，規范了材料要求和設計參數，能夠更好的滿足工程建設需要。

新規范添加了表面層、聯結層、基層、底基層、粘層、透層、排水層、防凍層、路面結構的設計期、設計軸載、路基平衡濕度、裂縫指數共12個術語的英文翻譯與解釋。取消了舊規范中半剛性基層、剛性基層、柔性基層、設計年限、凍結指數、設計彎沉值、最大粒徑、公稱最大粒徑、稀漿封層、微表處、抗拉強度結構系數、容許拉應力、彎沉綜合修正系數、最不利季節、非不利季節15個術語。只保留了瀝青路面、封層、軸載譜、當量軸次、累計當量軸次這5個術語。

對于符號，舊規范中的符號只對各種級配的瀝青混合料和瀝青碎石進行了規范的修正，并未考慮與軸載、路面性能指標、路面結構指標，路基狀態相關的各種符號。新規范考慮了這一點，增加了如N—軸載的作用次數，Rs—無機結合料穩定材料的彎拉強度，VFA—瀝青結合料的瀝青飽和度，Sr—土的飽和度等23個符號。

6 結語

1)新規范重新確定了軸載譜，使車輛的軸載換算更加精確。交通荷載分級以累計當量軸載作用次數為指標，分為五個等級。規定了確定路面材料和路基設計參數由繁到簡的三個層次。

2)新規范以具體損壞的設計指標體系取代了路表彎沉值、瀝青面層層底等這些籠統的設計指標。新指標有瀝青層疲勞開裂、無機結合料層疲勞開裂等。

3)新規范考慮到地下水或氣候等影響因素，提出了不同情況下的溫度調整系數。這些都說明新規范相比于原規范具有更高的質量，更強的實用性和安全性。

［1］交公便字(2013)113號，公路瀝青路面設計規范征求意見稿［S］.

［2］JTG D50－2006，公路瀝青路面設計規范［S］.

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