淺談公路瀝青路面設計

賈韻潔

（山西省交通規劃勘察設計院，山西 太原 030012）

《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50-2017）于2017年9月1日正式實施，2017 版規范與2006 版相比在設計方法、設計參數及驗算指標等方面發生了很大變化，為了讓設計者盡快掌握2017 版規范的設計理念，同時熟悉應用路面結構計算軟件，本文首先總結了2017版規范的路面結構設計新思路，其次對目前的APAD 和HPDS2017 兩種瀝青路面設計計算軟件的優缺點進行比較，最后對新規范不同結構組合路面結構的設計指標進行了歸納總結。

1 2017版規范的路面結構設計新思路[1]

a）2017 版規范所構建的瀝青路面結構設計新指標和參數體系，能夠反映瀝青路面的結構性能和材料的力學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境因素的影響，吸取國內外瀝青路面的修筑和使用經驗以及已有的研究成果和水平，遵循力學- 經驗法。

b）按所設計項目的公路等級、交通荷載等級等，即設計要求的精確性和可靠程度的不同，對土和材料性質參數的采集要求分為3 個水平，分別規定不同精細和準確程度的方法：水平一，制定標準試驗規程，通過直接試驗測定取得參數數值；水平二，建立土和材料性質指標與相關物性指標的經驗關系，通過較簡便的物性指標試驗，利用經驗關系確定參數數值；水平三，提供標準條件下的參數參考值，供設計人員直接選用。

c）路面結構在交通荷載和環境因素作用下的力學響應，仍利用彈性層狀體系理論和相應的解析程序進行分析。分析時，土和材料性質參數數值的選用須考慮溫度和濕度的地區差異（采用當量溫度和濕度調整系數）。

d）瀝青路面設計需分別選用瀝青混合料層層底彎拉應變、無機結合料穩定層層底彎拉應力、瀝青混合料層永久變形量、路基頂面豎向壓應變，以及季節性凍土地區瀝青面層低溫開裂指數作為瀝青路面使用性能設計指標。

e）設計交通荷載等級根據設計使用年限內設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）路面結構中取消墊層，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構功能層，但不作為路面結構層參與路面結構驗算，如果是基于提高路基頂面回彈模量的考慮，該墊層在路基結構計算模量時就應把該墊層作為路基結構予以考慮。

g）2017 版規范中不再出現半剛性基層和剛性基層的術語和概念，而使用無機結合料穩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彎沉指標，舊規范是貝克曼梁的靜態彎沉，兩者之間并不對應。

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 瀝青路面結構分析軟件（APAD）

2.1.1 優點

a）本軟件是公路瀝青路面設計規范編寫組編制的，應用B/S（瀏覽器- 服務器）模式開發，B/S 模式是WEB 興起后的一種網絡結構模式，大大簡化了客戶端電腦載荷，減輕了系統維護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會員，通過網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）設計頁面清晰，完全和2017 版規范對應，共分為6 個頁面，分別為項目基本信息、一般交通參數、軸重及當量軸載換算參數、結構及材料參數、環境參數、分析及計算書下載。

c）車輛類型分布系數和軸重及當量軸載換算參數根據設計精度和準確程度分為了3 個水平。

d）生成的計算書為word 格式，內容、參數、計算過程詳盡、清晰。

2.1.2 缺點

a）本軟件在使用過程中經常會出現一些異常，無法使用的情況，可能是目前計算軟件還不穩定的原因。

b）路面結構必須初擬一個，反復調整試算，以達到驗算指標都滿足要求，不能反算。

c）基層、底基層均為無機結合料穩定類時，根據規范基層、底基層均要驗算無機結合料穩定層層底拉應力，但該軟件只驗算基層的。

d）無機結合料基層和底基層的彎拉強度只能輸入一個值。

2.2 公路路面設計程序系統（HPDS2017）

2.2.1 優點

a）本軟件是東南大學王凱和毛世懷教授采用Visual Basic 6.0 for Windows 語言編程，在Windows系統下運行。該軟件以前的版本已在全國各大設計院和高校推廣應用，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由該程序設計。該程序有良好的用戶界面，功能齊全，凡公路路面設計與計算所需的程序應有盡有。所有程序既可人機對話輸入，又可用數據文件輸入，計算結束立即在輸出窗口顯示設計計算成果文件內容，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，分別為交通參數輸入、路面結構驗算公共參數輸入、路面結構的參數輸入及瀝青面層低溫開裂指數驗算的參數輸入，窗口簡潔明了。

c）基層、底基層均為無機結合料穩定類時，根據規范要求，該軟件將基層、底基層均驗算無機結合料穩定層層底拉應力，計算結果取兩者最大值。

d）路面結構在給定設計層起始厚度和設計層厚度增加的步長后，可以反算滿足驗算指標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）車輛類型分布系數和軸重及當量軸載換算參數只能按水平三的規范推薦值計算，不能修改。

c）生成的計算書為txt 格式，內容不如APAD 詳盡、清晰。

2.3 計算結果對比

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].

山西太原地區某高速公路，設計使用年限為15.0年，根據交通量OD 調查分析，設計基年的交通量為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%，方向系數取55.0%，車道系數取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%；路基標準狀態下回彈模量取80 MPa，回彈模量濕度調整系數Ks取0.95，干濕與凍融循環作用折減系數Kη取0.85。

表1 路面結構材料參數

2.3.2 計算結果

表2 APAD程序計算路面結構 mm

表3 APAD程序計算結果

表4 HPDS2017程序計算路面結構 mm

表5 HPDS2017程序計算結果

2.3.3 結果對比

a）根據規范此路面結構組成需驗算瀝青混合料層永久變形量（瀝青層車轍）、無機結合料穩定層層底拉應力、低溫開裂及防凍厚度4 個指標。

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

c）通過無機結合料穩定層層底拉應力驗算，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合料穩定層層底拉應力，而未驗算底基層的無機結合料穩定層層底拉應力。

3 不同結構組合路面結構的設計指標

根據規范6.2.1 條，將4 類基層（無機結合料穩定類、瀝青結合料類、粒料類、水泥混凝土）和兩類底基層（無機結合料穩定類、粒料類）組合的路面結構設計指標歸納如下：

a）不論什么結構組合，瀝青混合料層永久變形量均要驗算。

b）基層為瀝青結合料類和粒料類的，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變。

c）只要基層或底基層有一個為無機結合料穩定類的需驗算無機結合料穩定層層底拉應力。

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

4 結論

a）2017 版《公路瀝青路面設計規范》的設計理念發生很大變化，使用者需快速轉變設計理念。

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

c）HPDS2017 瀝青路面設計計算軟件在水平三情況下計算的結果更可靠。