路面设计方法

路面的设计，是要具体确定能满足设定的路面性能指标值的路面结构组合。设计中，有必要先明确要求的各种设计条件。

按照有关路面结构的技术标准，在设计中，有必要满足“路面设计年限”、“路面设计交通量”、“路面的性能指标”及“路面性能指标的标准值”等相关要求。也就是说当路面设计时，应在勘测道路状况、沿线状况，改善环保等基础上，设定适当的路面性能，在确保设计年限内路面性能的前提下，考虑经济性和施工可行性，以决定路面结构层次、材料、详细结构。这时，希望就寿命周期成本和再生资源利用等单独项目和与寿命周期对应的必要路面管理方针等外部因素一并进行分析。

路面的设计年限

问：《路面设计、施工指南》虽有“作为路面设计的基本指标是设定的面层设计年限、路面设计交通量、面层性能指标及规定值”，这和技术标准定义的“路面设计年限”有何不同？

答：对“路面的设计年限”，《关于路面结构技术标准·附说明》虽有“道路管理者确定有关路面的施工和管理费用、施工时对道路交通和地域的影响、路上工程项目设计等综合勘察”的定义，在其说明中规定“路面的设计年限，是为满足交通荷载重复作用设定的路面结构整体承载力的年限，也是因疲劳破坏直至产生路面开裂的年限”。

但即使路面产生开裂，车辆仍可通行，这和路面发展到不能使用状况的年限未必一致，技术标准中规定的路面设计年限，从结构设计的观点，应是《路面设计、施工指南》中以面层使用性能为主体的年限。

面层的设计年限，是为使面层对塑性变形抵抗性、平整度等性能指标保持在指标值以上设定的年限。

确定面层设计年限时的注意点：①面层的设计年限，是由道路管理者对道路交通、沿线环境对路面工程影响、路面的使用寿命周期成本、可利用的路面技术等作综合分析后确定的；②面层的设计年限，一般等于或低于路面结构的设计年限；③在设定的面层性能中，不同性能的持续时间往往有差异，例如，排水性路面，即使透水性能显著降低，上面层对车辆通行也无耐久性问题，何种性能优先的方案，由道路管理者适当设定。

路面设计交通量

按技术标准规定，“路面设计交通量，单向两车道以下道路，将该路大型车单向全部交通量作为一个车道的通过量；在单向三车道以上时，应分析各车道大型车的交通分布状况，按单向大型车通行占70%以上的车道，作为一个车道的设计交通量，采用道路管理者认定值。”对道路设计交通量的不同解释如前所述。

路面设计

问：路面设计中，有面层设计和结构设计，具体有何不同？答：面层设计，是为保证路面性能安全、顺适、快速通行和确保环境改善效果，为确保对塑性变形抵抗性、平整度和排水型路面排水性等性能进行的设计。

结构设计，是为得到路面结构设定的性能指标值，对各结构层的设计，也就是说是决定各结构层材料和厚度的设计。两种设计中若能满足设定的性能指标值，对使用的材料和设计方法则不作限制。

面层设计

面层设计是为了在设计年限内满足设定的面层性能指标的标准，在结构设计中，事先确定形成面层层次的材料、工法和层厚的相关设计。

①要求性能指标是道路管理者为满足道路行车和沿线群众的要求性能；

②路面设计条件的设定。选定路面设计年限、路面设计交通量、路面的性能指标值；

③表面层中，能满足路面要求性能的材料、工法虽多种多样，但要选择其中最优者。

此外表面层的厚度，即使采用相同的材料，因其厚度不同路用性能也会有差异，因此设计能充分发挥其性能的厚度是重要的，有必要考虑所用材料中使用集料的最大粒径、最小施工厚度等要求。沥青混合料，考虑施工性能时应以铺装层厚度大于集料最大粒径2.5倍作为指标。

在面层设计时，为了满足性能指标，在决定材料、工法和厚度的设计中因为使用的材料对面层性能有很大的影响，为了在设计年限内满足设计性能指标值，有必要进行材料的选定。

面层设计应注意以下要求：

①正确应用以往类似路面设计条件时使用的材料、路面结构、使用效果等资料；

②路面结构对面层性能有关联时，应分析路面各结构层的组成；

③面层的性能指标，往往需设定经过一定使用期后的性能指标。

结构设计

路面的设计年限。以往的路面设计年限中，一般沥青路面采用10年；水泥混凝土路面采用20年，但在技术标准中并无统一的规定。现在往往从使用寿命周期成本的观点确定最佳设计年限。

(1)路面的使用寿命。路面的使用寿命，是建好的路面在使用过程中性能降低，通过反复养护维修，直至重新建设的连续周期，和该周期相关的费用就是路面的使用寿命周期成本。使用寿命周期的概念图，虽然如使用性能曲线所示，路面使用性能会伴随使用期的延长而降低，但性能曲线上存在变曲点B，若路面直至破坏重建，成本将大幅上升，若在变曲点B进行维修，则是降低成本经济有效的好方法。

(2)路面的使用寿命周期成本。使用寿命周期成本分别为道路管理者费用、道路利用者费用、沿线及地域社会的费用3大类。在使用寿命周期成本计算中，不必要考虑所有的项目，使用寿命周期成本计算时可按其目的和要求精度，适当地选择工程条件、交通条件、沿线及地域条件等进行计算。

道路管理者费用，虽可按各种计算标准计算，但道路利用者及沿线和地域社会费用则容易计算。例如，若以道路利用者费用的车辆行驶费和时间损失费用比较，一般时间损失费对使用寿命周期成本的影响更大。

考虑可靠度的设计。问：路面设计技术标准中，列有可靠性和可靠度，请具体加以说明。答：在路面设计中，满足设计条件的路面断面，需要面对路面设计交通量、路床承载力等设计采用值日后变化的风险，这时导入考虑可靠度的方法是有效的，无论对面层设计和结构设计均适用。　

在设计的可靠性中，有必要分别选用疲劳破坏轮数和路面设计交通量中采用的可靠度系数。沥青路面的结构设计，一般采用对应于疲劳破坏轮数的可靠度系数。对以往采用的结构设计方法修筑的沥青路面，根据1997年进行的路面实际使用年限调查，实际使用年限大大超过了设计采用的10年设计年限，因此采用TA法设计的路面疲劳破坏轮数被认可。此外，使用10年以上的保证率为82.6%~93%，从而确认原来的TA法设计公式可靠度为90%。

沥青路面的结构设计。问：介绍沥青路面不同结构设计方法的应用相关问题。答：沥青路面的结构设计方法，将满足疲劳破坏轮数作为必须的项目，具体有基于经验的TA法和理论设计方法。

TA法是一种采用以车辆行驶试验为基础，经统计处理导出计算式的设计方法。如前所示，基于TA法设计的路面，依据以往的实绩，可看出能满足要求的疲劳破坏轮数。在不同设计方法的选用中，对已知使用材料等值换算系数时，可采用TA设计方法；对新材料和特殊地基条件时，一般采用理论设计方法。

(1)TA设计法。采用TA法设计时，按设计公式，依据路床的设计CBR和N。

①可靠度系数因可靠度要求不同而不同，因此应首先决定可靠度。可靠度虽由道路管理者考虑路线的重要性和初期成本而定，但一般采用９0%可靠度设计。

②路床的设计CBR由调查、计算决定。

③依据路面设计交通量和设计年限，决定疲劳破坏轮数。

④路面各结构层的种类和厚度，参考上面层、下面层及基层各层最小厚度规定。

⑤算得的设计所需TA作比较，若TA′>TA且满足经济合理诸条件时，则可决定最终的路面结构断面。

(2)理论设计方法。理论设计方法，是将路面作为多层结构，采用弹性理论和粘弹性理论，通过结构解析决定路面结构的方法。其概略程序为：

①设定各种输入条件；

②设定各结构层厚度和材料常数；

③采用多层弹性理论，算出沥青混凝土层底拉应变、路床顶面的压应力等，将计算结果和规定值进行分析比较，判定和假定条件的匹配性。

水泥混凝土路面的结构设计。问：请讲解水泥混凝土路面结构设计方法的种类及其不同点，以及相应的使用方法。答：水泥混凝土路面的结构设计方法有经验法和理论法两种。

采用经验设计法时，路面设计年限原则上采用20年，但用理论法时，路面设计年限可任意设定。　

(1)经验设计法。基于经验的设计方法，首先设定基层厚度，然后依据路面设计交通量和使用的混凝土设计弯拉强度标准，确定混凝土面板厚度。图中选定路面结构断面，可依据路面设计交通量及路床设计CBR采用“技术标准”规定材料和厚度选定。然后，确定普通水泥混凝土面板厚度。　

(2)水泥混凝土路面的理论设计方法。理论设计方法是按交通荷载和温度变化，在混凝土板中重复作用的应力产生的疲劳开裂，不超过路面设计期间设计确定的开裂度决定路面设计结构的方法。该设计方法，适用于普通混凝土路面、连续配筋混凝土路面及碾压混凝土路面。

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