穆 丹

（蘇交科集團(tuán)（甘肅）交通規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，甘肅 蘭州 730010）

0 引言

我國(guó)在高等級(jí)道路建設(shè)過(guò)程中，采用了大量瀝青路面。一直以來(lái)，瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都備受關(guān)注，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和技術(shù)工作者對(duì)于瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開(kāi)展了大量研究。胡長(zhǎng)青[1]針對(duì)G341 線路永登至中川段二級(jí)公路特定交通環(huán)境及近年公路結(jié)構(gòu)過(guò)早出現(xiàn)的病害問(wèn)題，開(kāi)展了路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，基于材料性能、整體受力和項(xiàng)目造價(jià)綜合分析，給出了最優(yōu)方案；熊堯等[2]依托某工程實(shí)例，分析了公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用，從瀝青路面結(jié)構(gòu)高溫穩(wěn)定性設(shè)計(jì)、水穩(wěn)定性設(shè)計(jì)以及低溫抗裂性設(shè)計(jì)等方面詳細(xì)探討了路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)內(nèi)容。

從相關(guān)研究成果來(lái)看[3-7]，主要是針對(duì)路面結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中的問(wèn)題提出優(yōu)化設(shè)計(jì)，很少涉及瀝青路面結(jié)構(gòu)全生命周期的環(huán)境影響及成本分析，不利于開(kāi)展路面結(jié)構(gòu)全生命周期的環(huán)境評(píng)價(jià)以及成本估算?；诖?，本文基于LCA-LCC 理論，在分析常規(guī)公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行優(yōu)化，以期為今后的公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

1 LCA-LCC理論

1.1 生命周期評(píng)價(jià)理論

生命周期評(píng)價(jià)（Life Cycle Assessment，LCA）是一種用于評(píng)估產(chǎn)品在其整個(gè)生命周期，即從原材料的獲取、產(chǎn)品的制作、產(chǎn)品的應(yīng)用直到產(chǎn)品使用后的處置，對(duì)環(huán)境影響的技術(shù)和方法。本研究中LCA指的是瀝青路面建設(shè)過(guò)程的全生命期周期評(píng)價(jià)，即從瀝青路面設(shè)計(jì)伊始，工程鋪設(shè)及相關(guān)材料的生產(chǎn)運(yùn)輸、路面工程實(shí)施、相關(guān)材料及設(shè)備回收等不同時(shí)間段內(nèi)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響評(píng)價(jià)。

1.2 生命周期成本理論

生命周期成本（Life Cycle Cost，LCC），也被稱(chēng)為壽命周期費(fèi)用，指的是產(chǎn)品在有效使用期間所發(fā)生的與該產(chǎn)品有關(guān)的所有成本。一般對(duì)項(xiàng)目、產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)價(jià)的時(shí)候總是考慮在LCC 最小的基礎(chǔ)上，以費(fèi)用效益、LCC 效益比等作為決策的依據(jù)。本研究中LCC 指的是瀝青路面建設(shè)過(guò)程生命周期耗費(fèi)成本。從另一個(gè)角度來(lái)看，LCC可以看作是LCA在經(jīng)濟(jì)方面的有力補(bǔ)充。

2 常規(guī)公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程

公路瀝青路面結(jié)構(gòu)是一種復(fù)合多層結(jié)構(gòu)，從上至下可分為表面層、基礎(chǔ)層（基層）、底基層、功能層幾部分。基層是整個(gè)瀝青路面設(shè)計(jì)的主體，按照施工材料可以分為以下幾類(lèi)：無(wú)機(jī)結(jié)合材料類(lèi)、粒顆類(lèi)、瀝青結(jié)合料類(lèi)、水泥混凝土類(lèi)等。

公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程大致按以下步驟進(jìn)行：

第一步，收集信息并確定相關(guān)參數(shù)。根據(jù)道路的實(shí)際等級(jí)不同，相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)也有一定差異。針對(duì)某一條需要建設(shè)設(shè)計(jì)的道路，需要收集其未來(lái)預(yù)期交通流流量、交通預(yù)期增長(zhǎng)率、方向和車(chē)道系數(shù)、行駛車(chē)輛大致種類(lèi)、車(chē)輛車(chē)軸軸重和車(chē)輛載重量等信息，然后再獲取路基土質(zhì)結(jié)構(gòu)及路面表層回彈模量。另外，在收集信息后，對(duì)于瀝青路面主體的基層材料及配比問(wèn)題，同樣需要根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行檢驗(yàn)，若基層設(shè)計(jì)不符合相關(guān)規(guī)范，也需要對(duì)填料種類(lèi)、是否加入石灰水泥或粒顆類(lèi)等問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化。

第二步，在上述設(shè)計(jì)工作完成后，需要初步確定路面設(shè)計(jì)各層厚度及其組合種類(lèi)、各層模量的數(shù)據(jù)信息。

第三步，對(duì)路面結(jié)構(gòu)各層進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，決定結(jié)構(gòu)方案。

第四步，檢驗(yàn)相關(guān)路面結(jié)構(gòu)彎沉值。

以上步驟就是常規(guī)公路瀝青路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程。可以看出，常規(guī)公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程中，缺少基于全生命周期的環(huán)境評(píng)價(jià)和成本分析。

3 基于LCA-LCC 的瀝青路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

3.1 確定目標(biāo)路段

首先，要確定目標(biāo)公路路段及其具體情況。在設(shè)計(jì)中把該公路劃分兩種情況開(kāi)展研究：重等交通情況下公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和中等交通情況下公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。重等交通情況下道路為雙向六車(chē)道，中等交通情況下道路為雙向兩車(chē)道，假定兩種情況交通增長(zhǎng)率均為年5%。然后再設(shè)計(jì)出路面層級(jí)及其結(jié)構(gòu)。兩種交通情況下各層結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 兩種交通情況下各層結(jié)構(gòu)情況統(tǒng)計(jì)表

3.2 確定清單數(shù)據(jù)

確定清單數(shù)據(jù)信息是一切基于LCA-LCC 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，清單數(shù)據(jù)直接關(guān)系到之后設(shè)計(jì)的各個(gè)方面，全面、詳細(xì)、準(zhǔn)確的清單數(shù)據(jù)是環(huán)境評(píng)價(jià)和成本計(jì)算的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。清單數(shù)據(jù)應(yīng)包含瀝青路面全生命周期的多個(gè)階段：包括材料物化階段、材料運(yùn)輸階段、路面工程施工階段以及路面使用階段。

3.3 提出重等交通優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

在有了清單數(shù)據(jù)信息后就可以實(shí)現(xiàn)第一步的設(shè)計(jì)預(yù)期，先分析重等交通條件下路面結(jié)構(gòu)在全生命周期中的多種優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。這里重點(diǎn)是要確定重等交通條件各種優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的相關(guān)參數(shù)，尤其要明確不同優(yōu)化設(shè)計(jì)方案在瀝青路面結(jié)構(gòu)全生命周期中可能涉及到的環(huán)境影響和成本問(wèn)題。

3.4 確定重等交通優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

在重等交通條件下，基于LCA-LCC 理論，利用HAPDS 軟件模擬輸入不同優(yōu)化方案中各層路面層級(jí)中不同的幾何參數(shù)和材料屬性參數(shù)，在不斷模擬和交叉組合的情況下，尋找并確定最符合環(huán)境影響小、應(yīng)用成本低的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組合和配比，即為基于LCALCC 理論的公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在重等交通條件下的最優(yōu)設(shè)計(jì)。

3.5 提出中等交通優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

以同樣的清單數(shù)據(jù)分析中等交通情況下多種路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，這里也需要先確定中等交通情況下不同優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的相關(guān)參數(shù)，仍然要明確不同優(yōu)化設(shè)計(jì)方案在瀝青路面結(jié)構(gòu)全生命周期中可能涉及到的環(huán)境影響和成本計(jì)算等問(wèn)題。

3.6 確定中等交通優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

在中等交通條件下，基于LCA-LCC 理論，利用HAPDS 軟件模擬輸入不同優(yōu)化方案中各層路面層級(jí)中不同的幾何參數(shù)和材料屬性參數(shù)，在不斷模擬和交叉組合的情況下，尋找并確定最符合環(huán)境影響小、應(yīng)用成本低的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組合和配比，即為基于LCALCC 理論的公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在中等交通條件下的最優(yōu)設(shè)計(jì)。

3.7 核驗(yàn)并輸出優(yōu)化設(shè)計(jì)成果

對(duì)于提出的重等和中等兩種交通條件下的路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，再次進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)估和應(yīng)用成本計(jì)算，以核驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性。核驗(yàn)完成后，利用HAPDS 軟件分別生成它們各自的最終優(yōu)化設(shè)計(jì)清單數(shù)據(jù)，得出兩種交通條件下基于LCA-LCC的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文闡述了LCA-LCC 的基本理論以及常規(guī)公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程，在此基礎(chǔ)上，提出了基于LCA-LCC 的瀝青路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程：確定目標(biāo)路段、確定清單數(shù)據(jù)、提出重等交通優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、確定重等交通優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、提出中等交通優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、確定中等交通優(yōu)化設(shè)計(jì)方案以及核驗(yàn)并輸出優(yōu)化設(shè)計(jì)成果。該優(yōu)化設(shè)計(jì)流程對(duì)于今后公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有效降低環(huán)境影響、減少應(yīng)用成本具有參考意義。