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蒋欣龙
河北水熠木丰工程技术有限责任公司
摘要：目前我国公路设计已显露出公路设计年限的确定、车辆载荷换算、路面轴载换算、路基材料设计参数、路面结构组合材料性能试验等方面的不妥之处，结合公路的建设发展趋势，建议对现有公路设计规范中相应不妥之处进行修订.
关键词：公路设计年限；交通量换算；轴载；回弹模量
1 关于公路设计年限的确定问题
目前我国公路设计中，在确定公路设计年限时是根据路线设计和路面结构设计分别确定的，例如在公路路线设计中，高速公路与一级公路设计年限为20 a，二级公路为15 a，而三、四级公路按10 a设计[ 1]；在路面设计中，又是根据面层结构形式和交通等级来确定的，例如水泥混凝土路面一般是 20 a或30 a；沥青路面有的为 15 a 或 12 a 不等[ 2，3 ]. 由此可见，在路线设计中的公路设计年限和路面结构设计中的设计年限不统一. 出现这种现象的原因是路线设计规范和路面设计规范对设计年限确定有不一致性，造成两者设计的不一致，使得路面质量较好，但公路交通量过早饱和的线路，尚未到设计期末路面即过早产生严重破损现象. 建议对现行公路设计规范进行修订，把公路设计年限的确定放在路线设计部分，并以此为基础作为路面设计的一个参数来进行路面设计.
2 关于公路车辆载荷换算问题
2. 1 路线几何设计时车辆换算有欠准确性
在路线设计中，确定公路等级时要将不同的交通组成换算为标准的设计荷载（例如 1 辆小汽车的载荷相当0. 5 辆载重汽车的载荷），并且在设计荷载与其他荷载间设立了一个换算系数，这种换算系数主要是按车辆占有路面的几何尺寸来确定的. 众所周知，小汽车的爬坡性能和速度比载重汽车要好，也就是说，一辆小汽车在公路上行驶时占有的时间和空间远不是载重汽车的一半，取换算系数为0. 5 显然是不合适的. 换算系数选择不当往往使得道路的远景交通量预测不准，道路交通量过早饱和. 公路等级是由公路的交通组成、交通量及通过能力来确定的，本身具有复杂性，在市场经济条件下，更难用较准确的数字来统一表示. 因此，要使交通组成、交通量及车辆通过能力能贴近实际，应由有关部门，特别是研究部门，在相当长的一段时期内，按照车辆类型、地域、时间间隔进行调查研究和试测、分析，并采用合适的数学模型进行分析研究，建立不同车辆的平均增长率，预测各自的远景交通量，然后按科学的换算原理，建立贴近实际的设计车辆交通量.
2. 2 公路路面轴载换算有欠严密性
在路面结构设计中，不同车辆间的轴载换算是根据等效破坏原则将不同荷载换算成设计轴载的[ 2，3]规范中规定的标准轴载为BZZ-100，其他轴载则按等效破坏原则转算为标准轴载的作用次数.在实际应用中这种换算存在两个方面的问题：（1）不同车辆的交通量增长率不同，在设计中应区别对待. 在进行轴载换算时，应先将初期交通量换算为标准轴载，然后根据交通量平均增长率，按照几何级数累计得到设计年限内的累计轴载作用次数，但要特别注意不同的汽车荷载在公路使用年限中，增长率并不相同，有的还会出现负增长. 为此，设计中应根据不同车型在未来发展中的实际增长变化情况，分别计算轴载后再进行累加才能与实际的轴载变化情况相吻合.
在美国则是采用轴载谱，分别分析不同荷载对面的破坏特性，计算其破坏概率占材料的容许程的百分率，然后按Miner 定律，将所有车辆的破概率进行累计，由此而进行路面结构设计. 该设方法更能体现车辆荷载作用的实际情况，展现了面结构破坏是由不同荷载联合作用的结果. 因在设计中，完全可以采用轴载谱思想，分别考虑同荷载的联合作用.
（2）超载和重载问题. 超载和重载对公路的影是明显的、急速的，有时是严重的，尤其对通过频较大的超载和重载车辆引起的破坏性更大. 现行范中涉及的轴载换算是针对轴重不超过 130 kN荷载而言的，对于有超载和重载的路段，只是规在设计中应有所考虑，至于怎么考虑，没有明确规定，这给公路设计者带来诸多不便. 在修订现公路设计规范时，应着力研究公路重载和超载对路的破坏特性，规范中应明确规定指标，以方便计控制.
3 关于路基材料设计参数的选择问题
3. 1 土基回弹模量
土基回弹模量可以表征土基的承载能力，能反映土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形性质，是路面结构设计中的一个重要参数. 一般土基回弹模量值可以通过刚性承载板或弯沉等现场测试后求得，也可通过室内实验模拟现场土质条件、含水状况和压实条件等进行室内测试，或通过与 CBR 值、平均稠度等指标换算得到. 规范中还规定可以通过自然区划、土质类型和土基干湿类型查表进行确定[ 4].应当说，现场测试值与工程实际比较吻合，在条件受限制时也可由规范推荐其建议值确定土基回弹模量. 但在进行路面结构设计中确定土基回弹模量
时发现，水泥混凝土路面设计规范和沥青路面设计规范中对土基的回弹模量的推荐值不统一. 对相同的地区、相同的土质和干湿类型的路基来说，其土基回弹模量值应是相同的，而两者的推荐值相差较大，这给公路设计者带来了较大麻烦. 建议在今后进一步做好调查研究，通过实测和统计分析工作建立统一的土基回弹模量推荐值，使水泥混凝土路面设计与沥青路面设计均能采用这些推荐值.在确定土基回弹模量时，现行规范规定的测试方法是建立在过去公路等级较低、路面基层采用柔性基层等条件下规定的，使得土基模量偏低. 土基模量偏低会造成路面设计厚度过厚，致使出现不必要的浪费. 现在公路多采用半刚性基层，刚度较大，使土基的实际变形较以往路面结构要小，故在测试土基模量时，规范中用1 mm 变形量控制显然也是不合适的. 另外测试中，采用0 . 7 MPa 来作为控制应力，虽然与目前设计荷载的轮胎压力是一致的，但没有考虑路面上层对土基作用的影响. 建议在对公路设计规范进行修订时，应从两个方面测试土基弹性模量及相应规定两种变形量的控制值.
3. 2 路面材料回弹模量值
规范规定所用路面材料的回弹模量值均采用的是抗压回弹模量[ 5 ]，虽然这种模量不再区分何种情况下采用抗拉或抗压模量，具有可操作性强的优点，但是，材料模量值的选择应同路面材料的受力状况相一致. 就目前我国普遍采用的“强基薄面”的结构而言，面层主要处于受压状态，故采用抗压模量是合适的，而对全厚实的沥青路面却相反，采用抗压模量却未必恰当.
另外，现行规范推荐的部分面层材料的回弹值，均采用的是静态模量. 如现行规范中沥青料的回弹模量的确定，不能很好反映车辆荷载态作用特性，因此应考虑设计道路的设计车速择应力脉冲荷载进行试验，确定材料的动模量更好地与公路实际使用状况相一致.
4 路面结构组合和材料性能试验
在沥青路面组合设计中，规范推荐了一些典型面结构供设计者选择，这些推荐的典型路面虽然便了设计者，但是这种推荐值对路面应具有的性重视不够，造成对路面材料过多地进行试验，给作带来许多不必要的麻烦. 因此结构组合应根据同路面层次的性能结构要求进行选择，如上面层表面性能、高温稳定性、低温性能、耐久性均要求较高，则应据这些性能选用合适的结构. 同时，在混合料试验中，也并非所有沥青混合料都要按规范进行高温、低温、耐水性能和疲劳特性的试验，否则试验工作量会特别大，应根据所用混合料所处的层位，判断其应具有的路用性能要求选择性地进行试验即可. 如高等级公路的底面层，主要可能发生疲劳破坏，则需进行疲劳试验，而上面层却未必进行该试验.
5 结 论
上述在公路设计中存在的不妥之处，如果处理不当，所设计的道路就不能很好地满足公路发展的需要，造成人力资源和物力资源的浪费. 而公路设计定性或定量的问题又是由相应的设计规范所规定的，因此公路设计的质量与相应规范所作的规定是否正确或完善有关. 要使公路设计更加完善，应对现行的相应设计规范中的有关条款进行修订. 并建议在修订现行设计规范（包括公路路线设计规范、公路沥青路面设计规范、公路水泥混凝土路面设计规范、公路路基设计规范等）时，应由修订部门根据公路建设的发展形势，在搞好调查研究、理论分析和试验的基础上，使公路设计各种规范对同一问题的规定明确而统一，实现公路设计规范自身的规范化，以促使公路设计更加完善.
参考文献：
[1] 交通部第一勘察设计院（JTJ011 -94）. 公路路线设计规范[ S ] . 北京：人民交通出版社，1994.
[2] 交通部公路规划设计院（JTJ012 -94）. 公路水泥混凝土设计规范[ S ] . 北京：人民交通出版社，1994. 56.
[3] 交通部公路规划设计院（JTJ014 -97）. 公路沥青路面设计规范[ S ] . 北京：人民交通出版社，1997. 37.
论文作者:蒋欣龙
论文发表刊物:《基层建设》2015年20期供稿
论文发表时间:2016/3/15
标签：公路论文; 路面论文; 荷载论文; 交通量论文; 设计规范论文; 车辆论文; 年限论文; 《基层建设》2015年20期供稿论文;