公路路面結構分車道設計方法分析

唐旻、歐陽路明

（江西省贛南公路勘察設計院，江西贛州341000）

0 引言

在公路路面結構設計階段，分車道設計方法是一種常用的方法，主要是將路面結構劃分為多種行車道。在分車道設計的階段中，要考慮到車輛通行的安全性及舒適性，所以要綜合實際情況對設計方法進行優化，才能夠達到設計效果。

1 國內高速公路瀝青路面結構設計現狀

當前，我國的瀝青路面設計以國家發布的標準為準則，其設計中應用的是雙圓垂直均勻荷載作用下的多層彈性連續理論，以保證瀝青路面結構的性能符合要求，滿足交通運行的標準。為了保證瀝青路面結構的總變形處于合理的范圍，避免發生沉降、車轍等嚴重的結構損壞問題，在設計中需要進行彎沉設計指標的控制。在路基路面結構的表面上，應用雙圓均勻荷載作用下輪隙中心位置的實際完成值為Ld，將其作為瀝青結構厚度設計的根據，即L≤Ld；為了有效預防瀝青混凝土或者半剛性基層、底層結構發生疲勞開裂的問題，在實際設計中要進行拉應力參數的設計確定，瀝青混凝土面或半剛性基層材料底面計算點的拉應力6m，需要小于或等于整個結構層的容許拉應力參數6R，即6m≤6R。

對于建成并投入運營的高速公路路面來說，不同結構層之間的組合形式差異比較明顯，不同單位設計的相同道路結構也存在很大不同。比如，設計方案中選擇使用的路面結構或者材料方面有差異，表面選擇應用的瀝青混凝土密實度有差異，或者表面選擇應用的是多碎石瀝青混凝土材料，而底面層結構施工材料則為瀝青碎石和瀝青混凝土等；表面結構的厚度相差很大，在10～20cm 之間，最大可以達到32cm，路面結構的縱厚度相差更大，在49～85cm 之間，甚至可以達到110cm。

高速公路在長期運營下，受到車輛沖擊的影響，對于結構性能的要求不斷提高，同時它也在不斷檢驗著我國設定的結構設計理論、設計原則及設計方案，如果這些設計條件本身存在著明顯的缺陷，就會對結構性能造成巨大的影響，導致工程的運行效果無法滿足要求。在設計中，不同的高速公路的交通法規以及車輛荷載方面也存在很大不同，導致不同道路運行后表現出的效果也存在差異。我國目前建成通車的高速公路項目總長約4 萬km，經過一定時間的運營之后，高速公路結構的病害問題暴露得較為嚴重，雖然造成高速公路病害發生的原因比較多，但是這些病害問題都與結構的設計存在著一定的關系。高速公路交通研究不深入、設計標準不達標等問題，都會導致路面結構發生早期病害，給交通運行的效果和質量帶來不利影響。有些地區的高速公路在出現早期的病害問題后，高速公路管理部門或設計人員往往會出于保險考慮，使用過于保守的設計思想，導致高速公路路面結構厚度過大、基層結構強度過高，各個道路并未做區分設計，有些路段還存在設計形式浪費的情況，資金消耗量大，由此還會導致一定程度的環境污染問題。

2 路面結構分車道設計意義

高速公路建設完成之后要進行竣工驗收，各項指標應達到設計標準或者超出設計標準，但是在投入運營的較長時間內，受車輛荷載的持續性作用，以及自然環境的侵蝕與影響，路面結構的形式會發生很大變化，性能也會受到較大的影響，平整度、彎沉值、橫向力系數等方面都會隨著運營時間的延長而不斷降低，導致高速公路發生病害問題。研究人員通過對于沈大、京石等運營10年左右的高速公路項目情況開展調查、分析發現，上述幾項指標在該高速公路項目中下降速度較快，同時高速公路表面發生病害的問題也比較集中、明顯，尤其是坑槽、車轍、泛油等病害問題，在投入運營的前1～2年時間內就已經出現。而在高速公路的超車道上，這些指標的下降卻并不明顯，病害問題的發生也不嚴重，硬路肩結構也沒有出現明顯變化。再持續性觀察3～4年的時間后，發現情況基本相似，行車道出現了車轍、泛油等病害問題，而超車道、硬路肩等位置的性能則比較高。結合我國的交通法律法規的要求，了解到高速公路上車輛行駛的特點，不難發現，絕大多數的車輛都是在行車道上行駛，而超車道并不允許長時間被占用，車輛只有在超車的情況下才會進入超車道，且一般都是小型客車進入超車道超車，而大型客車則一般不會進入超車道行駛，小型車輛的自重小，對車輛的影響也比較輕微，而大型載貨汽車的自重較大，對車輛的影響也比較大，這樣就會導致行車道出現比較嚴重的車轍、泛油、坑槽等病害問題，這就是高速公路發生病害問題的規律。高速公路的路面出現較為嚴重的病害問題時，需要多次、反復進行病害的維修與處理，甚至會花費數億元進行罩面處理。但是，經過罩面處理之后仍然還會出現車轍、泛油等病害問題，使得資金投入后并不能長期保持良好的效果。經過反復總結與分析發現，目前的高速公路在設計時，對于車道劃分及每個車道運行情況的考慮并不全面，也沒有按照實事求是的基本原則，而是照搬、照抄傳統的高速公路設計理念和方法，并未根據高速公路交通運行的實際情況展開專門設計，導致運行效果較差。經過大量的實際經驗總結可以了解到，超車道、硬路肩上車輛通行數量比較少，使用率低，卻與其他部分使用相同的結構設計方案，設計人員應該結合實際情況做出必要的調整，對于行車道進行加強設計，而對硬路肩、超車道則應減弱設計，從而可以保證行車道、超車道、硬路肩的壽命達到一致，然后再進行罩面統一維修處理，從而提高整體運行效果，切實解決不同結構損壞嚴重的問題，同時還能節約項目建設與維護的成本。因此，在未來高速公路設計中，應該遵循這一設計原則和標準。本文以此展開研究，并查閱相關資料，以期能夠切實提升設計水平和效果[1]。

3 分車道設計方法

在高速公路的路面結構設計中，分析了解了具體的理論設計方法，通過對高速公路路面結構設計條件分析可以發現，高速公路的路面結構對于交通通行質量和效果會產生直接影響，所以，在設計環節應該綜合分析交通量的作用次數。在設計使用年限內，某個車道內累計當量軸次Ne，其計算見式（1）和式（2）。

式（1）和式（2）中：n1為路面完工后雙向日平均當量軸次（次/日）；Ne 為設計年限末年雙向日平均當量軸次（次/日）；Y 為設計年限內交通量的平均年增長率（%）；η 為車道系數，表1 為車道系數η[2]。

表1 車道系數（η）

如果上行交通和下行交通的比例存在過大差異，就要結合實際情況開展有針對性的設計。如果高速公路運行中，車流超載運行的情況比較常見，設計人員需要考慮到設計運行的情況，做好累計當量軸次參數的調整。根據上述兩式分析可以發現四車道值為0.3～0.4，六車道值為0.3～0.4，通常來說，實際設計參數值相對較高，才能滿足運行的要求。但是，從車輛荷載橫向分布不均勻的情況進行分析，在路面的理論計算參數按照高值設定的情況下，也需要考慮到整體參數的變化情況。當前我國在高速公路的設計中，厚度都有所增加，但卻沒有考慮到單獨設計的要求。就目前已經運行的高速公路項目而言，相比超車道，行車道上的病害問題較多，也較嚴重。由于行車道發生的病害問題比較嚴重，和高速公路的設計使用壽命存在著很大的差異，所以必須通過罩面修補的方式來滿足運行要求。由于行車道處于超負荷運行狀態，所以為了能夠達到運行要求，一般都會進行全部罩面施工，而行車道的面積只占四車道高速公路的1/3，全面罩面施工容易導致材料浪費，修路需要的資金量也比較大，這都是緣于設計時考慮不全面所致。此類設計方案要綜合分析每個車道的使用情況，了解各個車道的交通狀況，然后計算、確定各個車道的實際參數值，同時根據以往的設計方案來確定車道路面的結構形式，然后再選擇最佳的設計方案，促進道路工程運行質量和效率的全面提升[3]。

3.1 行車道路面結構的方法

通過分析研究車道系數應用情況發現，我國很多地區所選擇的高速公路設計方式中，采用分車道設計是能夠達到使用要求的，這對于提高高速公路運行效果、降低成本有著積極作用。如果行車道的病害問題比較嚴重，應該分析、了解形成原因，有目的地展開補強處理，并總結經驗教訓，了解其中的不足。以某省的A 高速公路病害問題為例進行分析，通過總結建設與運營中的工作經驗，使用了新型的面層結構形式，解決了行車道損壞過于嚴重的問題。因此，應從多個角度出發完善設計方案和標準，同時對于結構設計提出一些先進的思想和理念，明確分車道設計的要求，滿足不同車道的運行需求，從而提高高速公路運行質量。

3.2 超車道路面結構的方法

針對我國高速公路運營的實際情況展開調查與分析，了解橫向分部各項數據信息后發現，四車道高速公路中超車道的車道系數約為0.08，而六車道只有0.014，且通過的車輛中小型車輛占據主導，因此對超車道的性能要求比較高。經過深入研究、分析發現，瀝青面層結構的厚度設定為12cm 可以滿足要求，且使用的材料與行車道是相同的，在這種情況下，超車道的運行效果更好，總體運行質量更高。

3.3 硬路肩路面結構的設計方法

行車道兩側硬路肩，容易因為車道的碾壓而發生損壞，因此，要將硬路肩的寬度增大至約3.8m，這樣就能使高速公路的路面結構融入硬路肩的結構上來。我國國家標準規定，高速公路與一級公路的硬路肩、路緣帶等都要和行車道使用相同的材質，設計人員應進行綜合分析與研究，結合未來運行情況做出合理的規劃設計，使得硬路肩的寬度和行車道的寬度達到一致。具體情況見表2。

表2 路面結構設計表（某工程）

對于某些建設較早的高速公路來說，不僅行車道與公路硬路肩采用的是相同的路面結構，有些六車道上也使用了相同的結構，以滿足規范的標準和要求。但是要想有效降低運營成本，還要從多方面進行考慮、分析。從未來規劃設計中發現，要想將高速公路擴建為八車道的形式，還要深入研究和分析，并且需要在八車道高速公路設定的分隔帶上預留足夠的空間，所以一般不會在六車道高速公路的基礎上進行擴建。但是要設計比較好的車道結構，應該綜合多方面要素進行分析。以某省的A 高速公路為例，該高速公路省略了硬路肩上的SMA 面層，各個行車道的組成結構形式一致，從而縮短了施工工期，降低了建設成本，還能夠達到排水的效果要求。對于四車道的高速公路項目來說，要從長遠運營的要求出發，行車道與硬路肩在設計時應選擇相同的結構形式，但是上層結構在設計中要綜合分析結構成本，提高結構的質量水平。總體來說，我國的高速公路運輸生產效率比較低，能源消耗較為嚴重，在建設、技術方面還有很大的提升空間，所以要從多方面出發，認識到目前高速公路設計上的不足，進而優化設計方案，提高高速公路路面結構設計水平，提升交通運行質量。

4 結語

綜上所述，較之發達國家，我國的高速公路總體來說還不是很成熟，但是隨著我國對于高速公路設計與施工方面的逐步重視，國內高速公路建設水平也在全面提高。高速公路關系到一個國家的經濟發展和社會進步，而設計方法是重要的指導理念，必須組織專業技術水平高的人員展開設計，總結經驗教訓，提高設計水平，保證高速公路質量合格，達到交通運行標準，這對社會發展和進步具有積極意義。