公路路面结构分车道设计方法分析

唐旻、欧阳路明

（江西省赣南公路勘察设计院，江西赣州341000）

0 引言

在公路路面结构设计阶段，分车道设计方法是一种常用的方法，主要是将路面结构划分为多种行车道。在分车道设计的阶段中，要考虑到车辆通行的安全性及舒适性，所以要综合实际情况对设计方法进行优化，才能够达到设计效果。

1 国内高速公路沥青路面结构设计现状

当前，我国的沥青路面设计以国家发布的标准为准则，其设计中应用的是双圆垂直均匀荷载作用下的多层弹性连续理论，以保证沥青路面结构的性能符合要求，满足交通运行的标准。为了保证沥青路面结构的总变形处于合理的范围，避免发生沉降、车辙等严重的结构损坏问题，在设计中需要进行弯沉设计指标的控制。在路基路面结构的表面上，应用双圆均匀荷载作用下轮隙中心位置的实际完成值为Ld，将其作为沥青结构厚度设计的根据，即L≤Ld；为了有效预防沥青混凝土或者半刚性基层、底层结构发生疲劳开裂的问题，在实际设计中要进行拉应力参数的设计确定，沥青混凝土面或半刚性基层材料底面计算点的拉应力6m，需要小于或等于整个结构层的容许拉应力参数6R，即6m≤6R。

对于建成并投入运营的高速公路路面来说，不同结构层之间的组合形式差异比较明显，不同单位设计的相同道路结构也存在很大不同。比如，设计方案中选择使用的路面结构或者材料方面有差异，表面选择应用的沥青混凝土密实度有差异，或者表面选择应用的是多碎石沥青混凝土材料，而底面层结构施工材料则为沥青碎石和沥青混凝土等；表面结构的厚度相差很大，在10～20cm 之间，最大可以达到32cm，路面结构的纵厚度相差更大，在49～85cm 之间，甚至可以达到110cm。

高速公路在长期运营下，受到车辆冲击的影响，对于结构性能的要求不断提高，同时它也在不断检验着我国设定的结构设计理论、设计原则及设计方案，如果这些设计条件本身存在着明显的缺陷，就会对结构性能造成巨大的影响，导致工程的运行效果无法满足要求。在设计中，不同的高速公路的交通法规以及车辆荷载方面也存在很大不同，导致不同道路运行后表现出的效果也存在差异。我国目前建成通车的高速公路项目总长约4 万km，经过一定时间的运营之后，高速公路结构的病害问题暴露得较为严重，虽然造成高速公路病害发生的原因比较多，但是这些病害问题都与结构的设计存在着一定的关系。高速公路交通研究不深入、设计标准不达标等问题，都会导致路面结构发生早期病害，给交通运行的效果和质量带来不利影响。有些地区的高速公路在出现早期的病害问题后，高速公路管理部门或设计人员往往会出于保险考虑，使用过于保守的设计思想，导致高速公路路面结构厚度过大、基层结构强度过高，各个道路并未做区分设计，有些路段还存在设计形式浪费的情况，资金消耗量大，由此还会导致一定程度的环境污染问题。

2 路面结构分车道设计意义

高速公路建设完成之后要进行竣工验收，各项指标应达到设计标准或者超出设计标准，但是在投入运营的较长时间内，受车辆荷载的持续性作用，以及自然环境的侵蚀与影响，路面结构的形式会发生很大变化，性能也会受到较大的影响，平整度、弯沉值、横向力系数等方面都会随着运营时间的延长而不断降低，导致高速公路发生病害问题。研究人员通过对于沈大、京石等运营10年左右的高速公路项目情况开展调查、分析发现，上述几项指标在该高速公路项目中下降速度较快，同时高速公路表面发生病害的问题也比较集中、明显，尤其是坑槽、车辙、泛油等病害问题，在投入运营的前1～2年时间内就已经出现。而在高速公路的超车道上，这些指标的下降却并不明显，病害问题的发生也不严重，硬路肩结构也没有出现明显变化。再持续性观察3～4年的时间后，发现情况基本相似，行车道出现了车辙、泛油等病害问题，而超车道、硬路肩等位置的性能则比较高。结合我国的交通法律法规的要求，了解到高速公路上车辆行驶的特点，不难发现，绝大多数的车辆都是在行车道上行驶，而超车道并不允许长时间被占用，车辆只有在超车的情况下才会进入超车道，且一般都是小型客车进入超车道超车，而大型客车则一般不会进入超车道行驶，小型车辆的自重小，对车辆的影响也比较轻微，而大型载货汽车的自重较大，对车辆的影响也比较大，这样就会导致行车道出现比较严重的车辙、泛油、坑槽等病害问题，这就是高速公路发生病害问题的规律。高速公路的路面出现较为严重的病害问题时，需要多次、反复进行病害的维修与处理，甚至会花费数亿元进行罩面处理。但是，经过罩面处理之后仍然还会出现车辙、泛油等病害问题，使得资金投入后并不能长期保持良好的效果。经过反复总结与分析发现，目前的高速公路在设计时，对于车道划分及每个车道运行情况的考虑并不全面，也没有按照实事求是的基本原则，而是照搬、照抄传统的高速公路设计理念和方法，并未根据高速公路交通运行的实际情况展开专门设计，导致运行效果较差。经过大量的实际经验总结可以了解到，超车道、硬路肩上车辆通行数量比较少，使用率低，却与其他部分使用相同的结构设计方案，设计人员应该结合实际情况做出必要的调整，对于行车道进行加强设计，而对硬路肩、超车道则应减弱设计，从而可以保证行车道、超车道、硬路肩的寿命达到一致，然后再进行罩面统一维修处理，从而提高整体运行效果，切实解决不同结构损坏严重的问题，同时还能节约项目建设与维护的成本。因此，在未来高速公路设计中，应该遵循这一设计原则和标准。本文以此展开研究，并查阅相关资料，以期能够切实提升设计水平和效果[1]。

3 分车道设计方法

在高速公路的路面结构设计中，分析了解了具体的理论设计方法，通过对高速公路路面结构设计条件分析可以发现，高速公路的路面结构对于交通通行质量和效果会产生直接影响，所以，在设计环节应该综合分析交通量的作用次数。在设计使用年限内，某个车道内累计当量轴次Ne，其计算见式（1）和式（2）。

式（1）和式（2）中：n1为路面完工后双向日平均当量轴次（次/日）；Ne 为设计年限末年双向日平均当量轴次（次/日）；Y 为设计年限内交通量的平均年增长率（%）；η 为车道系数，表1 为车道系数η[2]。

表1 车道系数（η）

如果上行交通和下行交通的比例存在过大差异，就要结合实际情况开展有针对性的设计。如果高速公路运行中，车流超载运行的情况比较常见，设计人员需要考虑到设计运行的情况，做好累计当量轴次参数的调整。根据上述两式分析可以发现四车道值为0.3～0.4，六车道值为0.3～0.4，通常来说，实际设计参数值相对较高，才能满足运行的要求。但是，从车辆荷载横向分布不均匀的情况进行分析，在路面的理论计算参数按照高值设定的情况下，也需要考虑到整体参数的变化情况。当前我国在高速公路的设计中，厚度都有所增加，但却没有考虑到单独设计的要求。就目前已经运行的高速公路项目而言，相比超车道，行车道上的病害问题较多，也较严重。由于行车道发生的病害问题比较严重，和高速公路的设计使用寿命存在着很大的差异，所以必须通过罩面修补的方式来满足运行要求。由于行车道处于超负荷运行状态，所以为了能够达到运行要求，一般都会进行全部罩面施工，而行车道的面积只占四车道高速公路的1/3，全面罩面施工容易导致材料浪费，修路需要的资金量也比较大，这都是缘于设计时考虑不全面所致。此类设计方案要综合分析每个车道的使用情况，了解各个车道的交通状况，然后计算、确定各个车道的实际参数值，同时根据以往的设计方案来确定车道路面的结构形式，然后再选择最佳的设计方案，促进道路工程运行质量和效率的全面提升[3]。

3.1 行车道路面结构的方法

通过分析研究车道系数应用情况发现，我国很多地区所选择的高速公路设计方式中，采用分车道设计是能够达到使用要求的，这对于提高高速公路运行效果、降低成本有着积极作用。如果行车道的病害问题比较严重，应该分析、了解形成原因，有目的地展开补强处理，并总结经验教训，了解其中的不足。以某省的A 高速公路病害问题为例进行分析，通过总结建设与运营中的工作经验，使用了新型的面层结构形式，解决了行车道损坏过于严重的问题。因此，应从多个角度出发完善设计方案和标准，同时对于结构设计提出一些先进的思想和理念，明确分车道设计的要求，满足不同车道的运行需求，从而提高高速公路运行质量。

3.2 超车道路面结构的方法

针对我国高速公路运营的实际情况展开调查与分析，了解横向分部各项数据信息后发现，四车道高速公路中超车道的车道系数约为0.08，而六车道只有0.014，且通过的车辆中小型车辆占据主导，因此对超车道的性能要求比较高。经过深入研究、分析发现，沥青面层结构的厚度设定为12cm 可以满足要求，且使用的材料与行车道是相同的，在这种情况下，超车道的运行效果更好，总体运行质量更高。

3.3 硬路肩路面结构的设计方法

行车道两侧硬路肩，容易因为车道的碾压而发生损坏，因此，要将硬路肩的宽度增大至约3.8m，这样就能使高速公路的路面结构融入硬路肩的结构上来。我国国家标准规定，高速公路与一级公路的硬路肩、路缘带等都要和行车道使用相同的材质，设计人员应进行综合分析与研究，结合未来运行情况做出合理的规划设计，使得硬路肩的宽度和行车道的宽度达到一致。具体情况见表2。

表2 路面结构设计表（某工程）

对于某些建设较早的高速公路来说，不仅行车道与公路硬路肩采用的是相同的路面结构，有些六车道上也使用了相同的结构，以满足规范的标准和要求。但是要想有效降低运营成本，还要从多方面进行考虑、分析。从未来规划设计中发现，要想将高速公路扩建为八车道的形式，还要深入研究和分析，并且需要在八车道高速公路设定的分隔带上预留足够的空间，所以一般不会在六车道高速公路的基础上进行扩建。但是要设计比较好的车道结构，应该综合多方面要素进行分析。以某省的A 高速公路为例，该高速公路省略了硬路肩上的SMA 面层，各个行车道的组成结构形式一致，从而缩短了施工工期，降低了建设成本，还能够达到排水的效果要求。对于四车道的高速公路项目来说，要从长远运营的要求出发，行车道与硬路肩在设计时应选择相同的结构形式，但是上层结构在设计中要综合分析结构成本，提高结构的质量水平。总体来说，我国的高速公路运输生产效率比较低，能源消耗较为严重，在建设、技术方面还有很大的提升空间，所以要从多方面出发，认识到目前高速公路设计上的不足，进而优化设计方案，提高高速公路路面结构设计水平，提升交通运行质量。

4 结语

综上所述，较之发达国家，我国的高速公路总体来说还不是很成熟，但是随着我国对于高速公路设计与施工方面的逐步重视，国内高速公路建设水平也在全面提高。高速公路关系到一个国家的经济发展和社会进步，而设计方法是重要的指导理念，必须组织专业技术水平高的人员展开设计，总结经验教训，提高设计水平，保证高速公路质量合格，达到交通运行标准，这对社会发展和进步具有积极意义。