唐旻、歐陽路明

（江西省贛南公路勘察設(shè)計院，江西贛州341000）

0 引言

在公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，分車道設(shè)計方法是一種常用的方法，主要是將路面結(jié)構(gòu)劃分為多種行車道。在分車道設(shè)計的階段中，要考慮到車輛通行的安全性及舒適性，所以要綜合實際情況對設(shè)計方法進行優(yōu)化，才能夠達到設(shè)計效果。

1 國內(nèi)高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)狀

當前，我國的瀝青路面設(shè)計以國家發(fā)布的標準為準則，其設(shè)計中應(yīng)用的是雙圓垂直均勻荷載作用下的多層彈性連續(xù)理論，以保證瀝青路面結(jié)構(gòu)的性能符合要求，滿足交通運行的標準。為了保證瀝青路面結(jié)構(gòu)的總變形處于合理的范圍，避免發(fā)生沉降、車轍等嚴重的結(jié)構(gòu)損壞問題，在設(shè)計中需要進行彎沉設(shè)計指標的控制。在路基路面結(jié)構(gòu)的表面上，應(yīng)用雙圓均勻荷載作用下輪隙中心位置的實際完成值為Ld，將其作為瀝青結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計的根據(jù)，即L≤Ld；為了有效預(yù)防瀝青混凝土或者半剛性基層、底層結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞開裂的問題，在實際設(shè)計中要進行拉應(yīng)力參數(shù)的設(shè)計確定，瀝青混凝土面或半剛性基層材料底面計算點的拉應(yīng)力6m，需要小于或等于整個結(jié)構(gòu)層的容許拉應(yīng)力參數(shù)6R，即6m≤6R。

對于建成并投入運營的高速公路路面來說，不同結(jié)構(gòu)層之間的組合形式差異比較明顯，不同單位設(shè)計的相同道路結(jié)構(gòu)也存在很大不同。比如，設(shè)計方案中選擇使用的路面結(jié)構(gòu)或者材料方面有差異，表面選擇應(yīng)用的瀝青混凝土密實度有差異，或者表面選擇應(yīng)用的是多碎石瀝青混凝土材料，而底面層結(jié)構(gòu)施工材料則為瀝青碎石和瀝青混凝土等；表面結(jié)構(gòu)的厚度相差很大，在10～20cm 之間，最大可以達到32cm，路面結(jié)構(gòu)的縱厚度相差更大，在49～85cm 之間，甚至可以達到110cm。

高速公路在長期運營下，受到車輛沖擊的影響，對于結(jié)構(gòu)性能的要求不斷提高，同時它也在不斷檢驗著我國設(shè)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論、設(shè)計原則及設(shè)計方案，如果這些設(shè)計條件本身存在著明顯的缺陷，就會對結(jié)構(gòu)性能造成巨大的影響，導(dǎo)致工程的運行效果無法滿足要求。在設(shè)計中，不同的高速公路的交通法規(guī)以及車輛荷載方面也存在很大不同，導(dǎo)致不同道路運行后表現(xiàn)出的效果也存在差異。我國目前建成通車的高速公路項目總長約4 萬km，經(jīng)過一定時間的運營之后，高速公路結(jié)構(gòu)的病害問題暴露得較為嚴重，雖然造成高速公路病害發(fā)生的原因比較多，但是這些病害問題都與結(jié)構(gòu)的設(shè)計存在著一定的關(guān)系。高速公路交通研究不深入、設(shè)計標準不達標等問題，都會導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)發(fā)生早期病害，給交通運行的效果和質(zhì)量帶來不利影響。有些地區(qū)的高速公路在出現(xiàn)早期的病害問題后，高速公路管理部門或設(shè)計人員往往會出于保險考慮，使用過于保守的設(shè)計思想，導(dǎo)致高速公路路面結(jié)構(gòu)厚度過大、基層結(jié)構(gòu)強度過高，各個道路并未做區(qū)分設(shè)計，有些路段還存在設(shè)計形式浪費的情況，資金消耗量大，由此還會導(dǎo)致一定程度的環(huán)境污染問題。

2 路面結(jié)構(gòu)分車道設(shè)計意義

高速公路建設(shè)完成之后要進行竣工驗收，各項指標應(yīng)達到設(shè)計標準或者超出設(shè)計標準，但是在投入運營的較長時間內(nèi)，受車輛荷載的持續(xù)性作用，以及自然環(huán)境的侵蝕與影響，路面結(jié)構(gòu)的形式會發(fā)生很大變化，性能也會受到較大的影響，平整度、彎沉值、橫向力系數(shù)等方面都會隨著運營時間的延長而不斷降低，導(dǎo)致高速公路發(fā)生病害問題。研究人員通過對于沈大、京石等運營10年左右的高速公路項目情況開展調(diào)查、分析發(fā)現(xiàn)，上述幾項指標在該高速公路項目中下降速度較快，同時高速公路表面發(fā)生病害的問題也比較集中、明顯，尤其是坑槽、車轍、泛油等病害問題，在投入運營的前1～2年時間內(nèi)就已經(jīng)出現(xiàn)。而在高速公路的超車道上，這些指標的下降卻并不明顯，病害問題的發(fā)生也不嚴重，硬路肩結(jié)構(gòu)也沒有出現(xiàn)明顯變化。再持續(xù)性觀察3～4年的時間后，發(fā)現(xiàn)情況基本相似，行車道出現(xiàn)了車轍、泛油等病害問題，而超車道、硬路肩等位置的性能則比較高。結(jié)合我國的交通法律法規(guī)的要求，了解到高速公路上車輛行駛的特點，不難發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)的車輛都是在行車道上行駛，而超車道并不允許長時間被占用，車輛只有在超車的情況下才會進入超車道，且一般都是小型客車進入超車道超車，而大型客車則一般不會進入超車道行駛，小型車輛的自重小，對車輛的影響也比較輕微，而大型載貨汽車的自重較大，對車輛的影響也比較大，這樣就會導(dǎo)致行車道出現(xiàn)比較嚴重的車轍、泛油、坑槽等病害問題，這就是高速公路發(fā)生病害問題的規(guī)律。高速公路的路面出現(xiàn)較為嚴重的病害問題時，需要多次、反復(fù)進行病害的維修與處理，甚至?xí)ㄙM數(shù)億元進行罩面處理。但是，經(jīng)過罩面處理之后仍然還會出現(xiàn)車轍、泛油等病害問題，使得資金投入后并不能長期保持良好的效果。經(jīng)過反復(fù)總結(jié)與分析發(fā)現(xiàn)，目前的高速公路在設(shè)計時，對于車道劃分及每個車道運行情況的考慮并不全面，也沒有按照實事求是的基本原則，而是照搬、照抄傳統(tǒng)的高速公路設(shè)計理念和方法，并未根據(jù)高速公路交通運行的實際情況展開專門設(shè)計，導(dǎo)致運行效果較差。經(jīng)過大量的實際經(jīng)驗總結(jié)可以了解到，超車道、硬路肩上車輛通行數(shù)量比較少，使用率低，卻與其他部分使用相同的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，設(shè)計人員應(yīng)該結(jié)合實際情況做出必要的調(diào)整，對于行車道進行加強設(shè)計，而對硬路肩、超車道則應(yīng)減弱設(shè)計，從而可以保證行車道、超車道、硬路肩的壽命達到一致，然后再進行罩面統(tǒng)一維修處理，從而提高整體運行效果，切實解決不同結(jié)構(gòu)損壞嚴重的問題，同時還能節(jié)約項目建設(shè)與維護的成本。因此，在未來高速公路設(shè)計中，應(yīng)該遵循這一設(shè)計原則和標準。本文以此展開研究，并查閱相關(guān)資料，以期能夠切實提升設(shè)計水平和效果[1]。

3 分車道設(shè)計方法

在高速公路的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中，分析了解了具體的理論設(shè)計方法，通過對高速公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計條件分析可以發(fā)現(xiàn)，高速公路的路面結(jié)構(gòu)對于交通通行質(zhì)量和效果會產(chǎn)生直接影響，所以，在設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)該綜合分析交通量的作用次數(shù)。在設(shè)計使用年限內(nèi)，某個車道內(nèi)累計當量軸次Ne，其計算見式（1）和式（2）。

式（1）和式（2）中：n1為路面完工后雙向日平均當量軸次（次/日）；Ne 為設(shè)計年限末年雙向日平均當量軸次（次/日）；Y 為設(shè)計年限內(nèi)交通量的平均年增長率（%）；η 為車道系數(shù)，表1 為車道系數(shù)η[2]。

表1 車道系數(shù)（η）

如果上行交通和下行交通的比例存在過大差異，就要結(jié)合實際情況開展有針對性的設(shè)計。如果高速公路運行中，車流超載運行的情況比較常見，設(shè)計人員需要考慮到設(shè)計運行的情況，做好累計當量軸次參數(shù)的調(diào)整。根據(jù)上述兩式分析可以發(fā)現(xiàn)四車道值為0.3～0.4，六車道值為0.3～0.4，通常來說，實際設(shè)計參數(shù)值相對較高，才能滿足運行的要求。但是，從車輛荷載橫向分布不均勻的情況進行分析，在路面的理論計算參數(shù)按照高值設(shè)定的情況下，也需要考慮到整體參數(shù)的變化情況。當前我國在高速公路的設(shè)計中，厚度都有所增加，但卻沒有考慮到單獨設(shè)計的要求。就目前已經(jīng)運行的高速公路項目而言，相比超車道，行車道上的病害問題較多，也較嚴重。由于行車道發(fā)生的病害問題比較嚴重，和高速公路的設(shè)計使用壽命存在著很大的差異，所以必須通過罩面修補的方式來滿足運行要求。由于行車道處于超負荷運行狀態(tài)，所以為了能夠達到運行要求，一般都會進行全部罩面施工，而行車道的面積只占四車道高速公路的1/3，全面罩面施工容易導(dǎo)致材料浪費，修路需要的資金量也比較大，這都是緣于設(shè)計時考慮不全面所致。此類設(shè)計方案要綜合分析每個車道的使用情況，了解各個車道的交通狀況，然后計算、確定各個車道的實際參數(shù)值，同時根據(jù)以往的設(shè)計方案來確定車道路面的結(jié)構(gòu)形式，然后再選擇最佳的設(shè)計方案，促進道路工程運行質(zhì)量和效率的全面提升[3]。

3.1 行車道路面結(jié)構(gòu)的方法

通過分析研究車道系數(shù)應(yīng)用情況發(fā)現(xiàn)，我國很多地區(qū)所選擇的高速公路設(shè)計方式中，采用分車道設(shè)計是能夠達到使用要求的，這對于提高高速公路運行效果、降低成本有著積極作用。如果行車道的病害問題比較嚴重，應(yīng)該分析、了解形成原因，有目的地展開補強處理，并總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，了解其中的不足。以某省的A 高速公路病害問題為例進行分析，通過總結(jié)建設(shè)與運營中的工作經(jīng)驗，使用了新型的面層結(jié)構(gòu)形式，解決了行車道損壞過于嚴重的問題。因此，應(yīng)從多個角度出發(fā)完善設(shè)計方案和標準，同時對于結(jié)構(gòu)設(shè)計提出一些先進的思想和理念，明確分車道設(shè)計的要求，滿足不同車道的運行需求，從而提高高速公路運行質(zhì)量。

3.2 超車道路面結(jié)構(gòu)的方法

針對我國高速公路運營的實際情況展開調(diào)查與分析，了解橫向分部各項數(shù)據(jù)信息后發(fā)現(xiàn)，四車道高速公路中超車道的車道系數(shù)約為0.08，而六車道只有0.014，且通過的車輛中小型車輛占據(jù)主導(dǎo)，因此對超車道的性能要求比較高。經(jīng)過深入研究、分析發(fā)現(xiàn)，瀝青面層結(jié)構(gòu)的厚度設(shè)定為12cm 可以滿足要求，且使用的材料與行車道是相同的，在這種情況下，超車道的運行效果更好，總體運行質(zhì)量更高。

3.3 硬路肩路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法

行車道兩側(cè)硬路肩，容易因為車道的碾壓而發(fā)生損壞，因此，要將硬路肩的寬度增大至約3.8m，這樣就能使高速公路的路面結(jié)構(gòu)融入硬路肩的結(jié)構(gòu)上來。我國國家標準規(guī)定，高速公路與一級公路的硬路肩、路緣帶等都要和行車道使用相同的材質(zhì)，設(shè)計人員應(yīng)進行綜合分析與研究，結(jié)合未來運行情況做出合理的規(guī)劃設(shè)計，使得硬路肩的寬度和行車道的寬度達到一致。具體情況見表2。

表2 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計表（某工程）

對于某些建設(shè)較早的高速公路來說，不僅行車道與公路硬路肩采用的是相同的路面結(jié)構(gòu)，有些六車道上也使用了相同的結(jié)構(gòu)，以滿足規(guī)范的標準和要求。但是要想有效降低運營成本，還要從多方面進行考慮、分析。從未來規(guī)劃設(shè)計中發(fā)現(xiàn)，要想將高速公路擴建為八車道的形式，還要深入研究和分析，并且需要在八車道高速公路設(shè)定的分隔帶上預(yù)留足夠的空間，所以一般不會在六車道高速公路的基礎(chǔ)上進行擴建。但是要設(shè)計比較好的車道結(jié)構(gòu)，應(yīng)該綜合多方面要素進行分析。以某省的A 高速公路為例，該高速公路省略了硬路肩上的SMA 面層，各個行車道的組成結(jié)構(gòu)形式一致，從而縮短了施工工期，降低了建設(shè)成本，還能夠達到排水的效果要求。對于四車道的高速公路項目來說，要從長遠運營的要求出發(fā)，行車道與硬路肩在設(shè)計時應(yīng)選擇相同的結(jié)構(gòu)形式，但是上層結(jié)構(gòu)在設(shè)計中要綜合分析結(jié)構(gòu)成本，提高結(jié)構(gòu)的質(zhì)量水平?？傮w來說，我國的高速公路運輸生產(chǎn)效率比較低，能源消耗較為嚴重，在建設(shè)、技術(shù)方面還有很大的提升空間，所以要從多方面出發(fā)，認識到目前高速公路設(shè)計上的不足，進而優(yōu)化設(shè)計方案，提高高速公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，提升交通運行質(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，較之發(fā)達國家，我國的高速公路總體來說還不是很成熟，但是隨著我國對于高速公路設(shè)計與施工方面的逐步重視，國內(nèi)高速公路建設(shè)水平也在全面提高。高速公路關(guān)系到一個國家的經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，而設(shè)計方法是重要的指導(dǎo)理念，必須組織專業(yè)技術(shù)水平高的人員展開設(shè)計，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，提高設(shè)計水平，保證高速公路質(zhì)量合格，達到交通運行標準，這對社會發(fā)展和進步具有積極意義。