路面設計

路面設計從20世紀初就開始研究，已有80多年的歷史，各國使用的設計方法達幾十種。早期偏重於經驗法，它是根據道路試驗結果或按照對道路進行一般觀察的結果而建立的，具有一定的條件性和地區侷限性，但由於方法簡便，能解決實際問題，故仍有很多國家使用。隨着力學和數學的發展以及電子計算機的運用，可以按照彈性理論或粘彈性理論計算出多層路面結構內的應力與變形（見路面力學計算），輔以一定的試驗和調查，逐步建立了理論法，它已成為路面結構設計方法的發展方向，並已開始在美國、蘇聯、中國等國家應用。 ^[1] 

根據行車作用下路面的力學特性，可將路面分為柔性與剛性兩種。柔性路面多由瀝青類面層和多層結構組成，比較柔韌具有一定塑性，在長期行車作用下，容易產生較明顯的變形，在柔性路面設計中需要考慮它的極限垂直位移和高温季節面層（採用瀝青面層時）的穩定，同時也要考慮不利季節面層底面的極限拉延和麪層的低温縮裂。剛性路面主要指水泥混凝土路面，在行車下工作於彈性狀態，沒有明顯的垂直變形。剛性路面設計主要取決於混凝土面層的抗彎強度，同時考慮温度變化對路面內應力的影響。 ^[2] 

進行路面設計，首先要進行調查和收集資料。為此，應着重瞭解政治、經濟、國防等方面對路面的要求；調查當前以及預估今後遠景內所承擔的運輸任務、交通量與車型的組成情況，查明道路所經地區的氣候條件，路面材料的生產和供應情況，以及沿線的工程地質和水文地質條件。此外，還應瞭解施工力量、機具設備等情況。

在調查研究的基礎上，路面設計的具體內容和工作程序可概括如下：①根據使用任務的要求和交通情況確定路面等級（高級、次高級、中級或低級），考慮路上車型組成和交通量大小，以及當地自然條件、材料供應情況和施工條件等因素，選定面層類型。②根據面層與基層相互配合的需要，滿足基層承重作用和傳遞、分佈荷載的要求，按就地取材的原則，選取基層類型，基層可做成雙層或多層。對冰凍和水文條件不良地區，為防止路面凍脹翻漿，應作墊層設計和土基特殊處理。③各個結構層應取得合理的組合,強度和厚度要配合得當,在各種自然因素的綜合作用下，能在使用期限內始終保持足夠強度，滿足行車需要。④根據路面力學計算方法或其他經驗公式計算確定各結構層厚度。⑤選配各結構層材料，包括粒料的級配組成、結合料（水泥、瀝青等）的用量計算等。

隨着電子計算機和系統工程的發展，路面設計不僅限於路面結構組合和厚度計算，還應綜合考慮路面使用性能評價、壽命估計、維修管理、運輸效益等因素有機地聯繫起來作為一個體系來處理，採用計算程序編制各個子系統，反覆迭代，運用優化設計技術，獲得更大經濟效益，稱為路面系統設計。 ^[1] 

國內外路面設計方法可分為兩大類，柔性路面設計方法和剛性路面設計方法。我國路面設計原理與方法在很多方面尚存在缺點需要改善。下面就我國瀝青路面和水泥混凝土路面設計提出如下建議。

（1）可以考慮路面結構在多種綜合損壞條件下的設計控制標準；

（2） 可以考慮瀝青混合料的粘彈性和粒料的非線性；

（3） 瀝青路面設計中可以採用材料的動態彈性模量；

（4） 考慮路面材料對動態荷載的響應；

（5） 將路面結構使用性能和功能特性結合起來；

（6）荷載同時考慮垂直荷載和剎車、轉彎時的水平力；

（7）考慮壽命與費用的關係。 ^[2] 

（1）混凝土闆闆中應力分析可以採用 E 地基，混凝土闆闆邊可以採用 K 地基；

（2）混凝土路面厚度設計中除疲勞外，可以增加沖刷的影響，在重型交通作用下，厚層路面設計用沖刷可以採用分析控制；

（3） 考慮温度和濕度等環境因素對材料的影響；

（4）探討撓度補充指標的引入，以控制唧泥，錯台和非疲勞斷裂等損壞；

（5）建立考慮高低應力比的混凝土疲勞方程，計入温度應力的影響；

（6）考慮材料和施工變異性對結構設計的影響，使結構設計方法由確定型改變為概率型；

（7）建立能反映變異水平和可靠度水平的結構設計方法。 ^[2]