浅谈公路沥青路面设计

贾韵洁

（山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012）

《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2017）于2017年9月1日正式实施，2017 版规范与2006 版相比在设计方法、设计参数及验算指标等方面发生了很大变化，为了让设计者尽快掌握2017 版规范的设计理念，同时熟悉应用路面结构计算软件，本文首先总结了2017版规范的路面结构设计新思路，其次对目前的APAD 和HPDS2017 两种沥青路面设计计算软件的优缺点进行比较，最后对新规范不同结构组合路面结构的设计指标进行了归纳总结。

1 2017版规范的路面结构设计新思路[1]

a）2017 版规范所构建的沥青路面结构设计新指标和参数体系，能够反映沥青路面的结构性能和材料的力学特性以及各级路面不同的使用性能要求，充分考虑行车荷载的作用和环境因素的影响，吸取国内外沥青路面的修筑和使用经验以及已有的研究成果和水平，遵循力学- 经验法。

b）按所设计项目的公路等级、交通荷载等级等，即设计要求的精确性和可靠程度的不同，对土和材料性质参数的采集要求分为3 个水平，分别规定不同精细和准确程度的方法：水平一，制定标准试验规程，通过直接试验测定取得参数数值；水平二，建立土和材料性质指标与相关物性指标的经验关系，通过较简便的物性指标试验，利用经验关系确定参数数值；水平三，提供标准条件下的参数参考值，供设计人员直接选用。

c）路面结构在交通荷载和环境因素作用下的力学响应，仍利用弹性层状体系理论和相应的解析程序进行分析。分析时，土和材料性质参数数值的选用须考虑温度和湿度的地区差异（采用当量温度和湿度调整系数）。

d）沥青路面设计需分别选用沥青混合料层层底弯拉应变、无机结合料稳定层层底弯拉应力、沥青混合料层永久变形量、路基顶面竖向压应变，以及季节性冻土地区沥青面层低温开裂指数作为沥青路面使用性能设计指标。

e）设计交通荷载等级根据设计使用年限内设计车道累计大型客车和货车交通量（×106，辆）分为5级：极重大于等于50.0；特重：50.0～19.0；重：19.0～8.0；中等8.0～4.0；轻：小于4.0。

f）路面结构中取消垫层，如果是基于排水、隔离层或防冻层的考虑，该垫层就属于路面结构功能层，但不作为路面结构层参与路面结构验算，如果是基于提高路基顶面回弹模量的考虑，该垫层在路基结构计算模量时就应把该垫层作为路基结构予以考虑。

g）2017 版规范中不再出现半刚性基层和刚性基层的术语和概念，而使用无机结合料稳定类基层和水泥混凝土基层代替。

h）路基顶面验收弯沉值采用落锤式弯沉仪检测的动态弯沉指标，旧规范是贝克曼梁的静态弯沉，两者之间并不对应。

i）路基顶面回弹模量在平衡湿度状况并考虑湿度与冻融循环作用下的回弹模量要求：极重大于等于70 MPa；特重大于等于60 MPa；重大于等于50 MPa；中等、轻大于等于40 MPa。

2 计算软件对比

2.1 沥青路面结构分析软件（APAD）

2.1.1 优点

a）本软件是公路沥青路面设计规范编写组编制的，应用B/S（浏览器- 服务器）模式开发，B/S 模式是WEB 兴起后的一种网络结构模式，大大简化了客户端电脑载荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低了用户的总体成本，使用者可以在任何地方注册好路网会员，通过网页浏览器直接使用软件，而不用安装任何专门的软件，为使用者带来很大方便，可以极大提高工作效率。

b）设计页面清晰，完全和2017 版规范对应，共分为6 个页面，分别为项目基本信息、一般交通参数、轴重及当量轴载换算参数、结构及材料参数、环境参数、分析及计算书下载。

c）车辆类型分布系数和轴重及当量轴载换算参数根据设计精度和准确程度分为了3 个水平。

d）生成的计算书为word 格式，内容、参数、计算过程详尽、清晰。

2.1.2 缺点

a）本软件在使用过程中经常会出现一些异常，无法使用的情况，可能是目前计算软件还不稳定的原因。

b）路面结构必须初拟一个，反复调整试算，以达到验算指标都满足要求，不能反算。

c）基层、底基层均为无机结合料稳定类时，根据规范基层、底基层均要验算无机结合料稳定层层底拉应力，但该软件只验算基层的。

d）无机结合料基层和底基层的弯拉强度只能输入一个值。

2.2 公路路面设计程序系统（HPDS2017）

2.2.1 优点

a）本软件是东南大学王凯和毛世怀教授采用Visual Basic 6.0 for Windows 语言编程，在Windows系统下运行。该软件以前的版本已在全国各大设计院和高校推广应用，我国改革开放以来所修建的高等级公路和城市道路路面大多数由该程序设计。该程序有良好的用户界面，功能齐全，凡公路路面设计与计算所需的程序应有尽有。所有程序既可人机对话输入，又可用数据文件输入，计算结束立即在输出窗口显示设计计算成果文件内容，十分方便，具有随机帮助以及自动识别错误并提出警告和提示的功能，让用户无后顾之忧[2]。

b）只有一个主窗口，下面有4 个分窗口，分别为交通参数输入、路面结构验算公共参数输入、路面结构的参数输入及沥青面层低温开裂指数验算的参数输入，窗口简洁明了。

c）基层、底基层均为无机结合料稳定类时，根据规范要求，该软件将基层、底基层均验算无机结合料稳定层层底拉应力，计算结果取两者最大值。

d）路面结构在给定设计层起始厚度和设计层厚度增加的步长后，可以反算满足验算指标最小厚度的其中任一层。

2.2.2 缺点

a）单次需花费近1 万元购买加密锁，电脑需要安装专用软件才可以使用。

b）车辆类型分布系数和轴重及当量轴载换算参数只能按水平三的规范推荐值计算，不能修改。

c）生成的计算书为txt 格式，内容不如APAD 详尽、清晰。

2.3 计算结果对比

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].

山西太原地区某高速公路，设计使用年限为15.0年，根据交通量OD 调查分析，设计基年的交通量为22 700 pcn/d，折合大型客车和货车交通量为6 698 辆/日，交通量年增长率为4.5%，方向系数取55.0%，车道系数取80.0%；整体式货车比例27.5%，半挂式货车比例29.7%；实载率客车为62%，货车为81%；路基标准状态下回弹模量取80 MPa，回弹模量湿度调整系数Ks取0.95，干湿与冻融循环作用折减系数Kη取0.85。

表1 路面结构材料参数

2.3.2 计算结果

表2 APAD程序计算路面结构 mm

表3 APAD程序计算结果

表4 HPDS2017程序计算路面结构 mm

表5 HPDS2017程序计算结果

2.3.3 结果对比

a）根据规范此路面结构组成需验算沥青混合料层永久变形量（沥青层车辙）、无机结合料稳定层层底拉应力、低温开裂及防冻厚度4 个指标。

b）通过两个程序分别计算，除无机结合料稳定层层底拉应力验算的结果相差比较大外，其他3 个指标计算的结果相差都比较小。

c）通过无机结合料稳定层层底拉应力验算，APAD程序计算下基层为30 cm，HPDS2017程序计算下基层为38 cm，造成这么大偏差的主要原因就是APAD程序只验算了基层的无机结合料稳定层层底拉应力，而未验算底基层的无机结合料稳定层层底拉应力。

3 不同结构组合路面结构的设计指标

根据规范6.2.1 条，将4 类基层（无机结合料稳定类、沥青结合料类、粒料类、水泥混凝土）和两类底基层（无机结合料稳定类、粒料类）组合的路面结构设计指标归纳如下：

a）不论什么结构组合，沥青混合料层永久变形量均要验算。

b）基层为沥青结合料类和粒料类的，只要基层或底基层有一个为粒料类的需验算沥青混合料层层底拉应变。

c）只要基层或底基层有一个为无机结合料稳定类的需验算无机结合料稳定层层底拉应力。

d）基层为沥青结合料类和粒料类的，底基层为粒料类的需验算路基顶面竖向压应变。

4 结论

a）2017 版《公路沥青路面设计规范》的设计理念发生很大变化，使用者需快速转变设计理念。

b）APAD 和HPDS2017 两种沥青路面设计计算软件各有优缺点，使用者可根据实际需要选择。

c）HPDS2017 沥青路面设计计算软件在水平三情况下计算的结果更可靠。