公路瀝青路面TRANBBS設計計算系統
張 亮 黃曉明
(東南大學TRANBBS交通學院)
提要 本文通過最新的《公路瀝青路面設計規范》(JTJ 014－97)與舊柔 性路面規范的對比，闡述了新規范的特點，并對其不足之處進行了探討，采用VB編制了人 機交互界面的瀝青路面設計程序。
關鍵詞 公路 瀝青路面 設計計算??
Calculate System of Asphalt Pavement Design??
Zhang Liang?
(Transportation college of Southeast University)?
Abstract Based on compare new
key words Highway Asphalt pavement Design calcalate?
1 概述?
通過近十幾年的不斷實踐和總結，無機結合料穩定材料(簡稱半剛性材料)修筑路面結構的基層和底基層已經得到普遍推廣應用，我國90％以上的高等級公路瀝青路面基層和底基層采用 半剛性材料，半剛性基層瀝青路面已成為我國高等級公路瀝 青路面的主要結構類型。?
在七·五期間，國家組織開展了“高等級公路半剛性基層、重交通道路瀝青面層和抗滑表層的研究”的研究課題，對瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性，瀝青面層的開裂機理、車轍 和疲勞、抗滑表層設計和應用、半剛性基層材料的強度特性和收縮特性，組成設計要求等進 行了深入的研究，提出了較為完整的研究報告，為高等級公路半剛性基層瀝青路面的設計與TRANBBS施工提供了理論依據和TRANBBS技術保證。
由于現行的《柔性路面設計規范》頒布于1986年，當時我國高等級公路總里程很少，半剛性基層瀝青路面結構使用不很普遍，基層主要是柔性結構或石灰穩定類材料結構，在此基礎上經調查和總結得出的柔性路面結構設計方法，在一段時間內滿足了路面結構設計的需要。但隨著國家對交通運輸業的日益重視和人們筑路經驗的不斷提高，一致認為1986年版的《柔性 路面設計規范》已不能滿足高等級公路半剛性基層瀝青路面的需要。半剛性基層瀝青路面在容許彎沉、疲勞特性、材料參數和受力狀況等方面與柔性路面有明顯的區別。一般設計人員由于對半剛性基層認識不足，使得設計結果具有一定的盲目性，設計結果要么過分保守，要么因路面結構設計不當而產生早期破壞，造成很大的經濟損失。因此，如何利用七·五國家攻關項目取得的成果，結合近10年來半剛性基層瀝青路面的設計和施工經驗，根據實際使用效果，提出適合半剛性基層瀝青路面特點的路面結構設計方法，減少設計的盲目性，對路面結構設計方法的更新和路面實際使用效果的改善具有重要意義。?
2 新瀝青路面設計規范的特點?
新瀝青路面設計規范在原柔性路面規范的基礎上，對瀝青路面厚度計算方法進行了全面修訂，刪除了查圖法和舊路補強的經驗公式，在理論計算體系上更加完善合理，且適合于半剛性基層和柔性基層的瀝青路面特點；設計參數的測試更加簡便，計算結果更加符合實際。同時對分期修建、抗滑標準、瀝青層厚度等內容進行了修改，增加了瀝青瑪蹄脂碎石、瀝青混合料的車轍指標和水穩定性指標，水泥混凝土橋面鋪裝等內容。?
2.1 路面設計彎沉值?
原規范的路面允許彎沉值是1973年左右進行的允許彎沉值調查的基礎上提出的，該公式適應了70年代公路等級較低、以柔性基層和石灰土基層為主的實際情況，但存在的主要問題有：①原允許彎沉值的定義為路面在設計使用末期的最不利季節，在標準軸載作用下允許出現的最大彎沉值，它不能直接作為竣工驗收指標，否則標準偏低，易出現早期破壞；②設計指標是路面處于使用末期的極限狀態在最不利季節的最大彎沉值，而材料設計參數是指齡期為3個月或6個月的無疲勞損傷的完好狀態，可見設計指標與材料參數對應的狀態不一致；③半剛性基層和柔性基層采用相同的允許彎沉值不合理，且不適應大交通量公路的需要。
新規范在國家課題“瀝青路面設計指標與參數的研究”的基礎上，對全國有代表性的路段進行允許彎沉值的調查，經過統計回歸分析，并研究了不同基層類型對允許彎沉值的影響，得到對于不同公路等級、不同面層和基層結構類型普遍適用的設計彎沉Id(cm)計算公式：
式中：Ac —公路等級系數，高速公路、一級公路為1.0，二級公路為1.1， 三、四級公路為1.2；?
As—面層類型系數，瀝青混凝土面層為1.0；熱拌瀝青碎石、乳化瀝青碎石、上拌下貫或貫入式路面為1.1；瀝青表面處治為1.2；中、低級路面為1.3；?
Ab—基層類型系數，半剛性基層取1，柔性基層取1.6。?
從規范公式的推導明顯看出，該設計彎沉可以作為竣工驗收彎沉，為新建公路的竣工驗收提供了依據。?
2.2允許拉應力QR及抗拉強度結構系數Ks
路面結構層的允許拉應力，是指路面結構在行車荷載重復作用下達到疲勞臨界狀態時允許的最大拉應力。?
原規范的瀝青混凝土強度結構系數是參考國外的梁彎曲疲勞試驗結果，并結合國內部分調查資料提出的。現在由于路面結構層材料的發展，原有抗拉強度結構系數可能不適合當前工程 常用混合料的實際情況。通過對瀝青面層、半剛性基層、底基層的抗拉強度結構系數進行的試驗，分別得出：
2.3路面材料設計參數?
原規范中規定彎沉設計
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時采用材料抗壓模量，彎拉應力驗算時驗算層以上各層用彎拉模量， 驗算層以下用抗壓模量，易形成計算體系混亂，計算層的拉應力偏大；另外，彎拉模量、彎 拉強度的測試辦法笨重，測試結果分散性大，導致設計單位不愿做實驗而直接套用規范值的情況。?
在新規范中，彎沉、拉應力指標均推薦用抗壓回彈模量計算，抗拉強度不用梁試件而用圓柱 體劈裂試驗測定抗拉強度，這樣既避免兩種模量取值的混亂，在測試方法上也得到了簡化， 并有利于施工檢驗，可鉆孔取樣檢測。?
2.4路面厚度計算
新規范中刪除了查圖法計算厚度這部分，在設計彎沉值、驗算拉應力過程中，均假定層間接 觸條件為完全連續，都采用多層彈性體系層間完全連續接觸條件的解析解，依據新規范編制 了設計計算程序。?
2.5彎沉綜合修正公式及彎沉綜合修正系數?
原規范的彎沉綜合修正公式的資料來源于70年代，其修正系數計算公式為：
而近10年高等級路面多采用水泥穩定碎石(砂礫)、二灰穩定碎石(砂礫)以及水泥石灰綜合穩 定類材料，路面結構層隨交通量增加也增厚，這使得原規范彎沉綜合修正系數失去了現實意 義。新規范對多個路面結構進行理論與實際對比計算，得出：
2.6標準軸載及軸載換算?
新規范舍棄了BZZ－60，而僅以雙輪組單軸載100kN為標準軸載，以BZZ－100表示。?
標準軸載的當量軸次N(次／d)分兩種情況計算：?
(1)當以設計彎沉值為指標及瀝青層層底拉應力驗算時，凡軸載大于25kN的各級軸載(包括車 輛的前、后軸)均須換算：
(2)當進行半剛性基層層底拉應力驗算時，凡軸載大于50kN的各級軸載(包括車輛的前、后軸 )均須換算：
3 公路瀝青路面設計計算系統的編制?
本系統在研制過程中，采用現今流行的面向對象的程序設計思想，引入對象、屬性、方法和 事件等概念，將其分為幾個部分：一為系統控制部分，為MDI主控窗口；二為系統的輸入、 輸出模塊；三為瀝青路面設計計算專用程序；接收到數據后，在后臺運行計算程序；四為系 統的輔助功能(如幫助、數據另存、打印等)。?
系統配置要求：80486、8M內存以上，操作系統為Windows 3.1或Windows95.?
本系統除第三部分外，其余均采用Visual Basic 4.0 for Windows 3.x編程。利用VB控件制 作好窗口后，在相應事件處寫入事件發生代碼，用這種編程方式稱為事件驅動程序。?
(1)在主控程序中，開辟了公共數據區域用于存放模塊間傳遞的數據，將其余模塊作為菜單 懸掛其上。?
(2)在輸入模塊中，當確定結構層數和設計層位后，將彈出一個各層相應參數輸入窗口，進 行前后翻滾輸入各層數據，最后按按鈕“確定”結束，其余情形類似。
(3)windows是具有一定多任務操作能力的系統，在VB中，通過Shell函數方便地調用一個可 執行程序。本模塊主要通過Shell函數來調用一個pif文件，再通過pif去調用一個bat批處理 命令程序，在該批處理文件內才包含真正的對瀝青路面設計計算專用程序。具體如何編制pi f和.bat文件，參考相應計算機圖書。?
(4)在系統輔助功能中，利用windows的優勢建立聯機幫助、文檔后臺打印和提供系統資源信 息等，使得系統功能更加完善。?
4 對新規范進一步的探討?
4.1設計彎沉值?
在新規范中，將原有的允許彎沉值改為設計彎沉值，這是一個很大的改進，它澄清了設計狀 態與使用末期極限狀態的概念以及它們之間的相互關系。當路面厚度計算以設計彎沉值為控 制指標時，則驗收彎沉值應等于設計彎沉值；當厚度計算以層底拉應力為控制指標時，應根 據拉應力計算所得的結構厚度，重新計算路表彎沉值，該值即為竣工驗收彎沉值。但是，新 規范并沒有針對瀝青路面在使用年限內的評價和養護提出彎沉評定指標，因瀝青路面在使用 過程中，路表彎沉逐漸增大，路面使用過程中的強度評價不能采用設計彎沉，這給道路面結 構強度評價帶來困難。
4.2模量取值帶來的影響?
在新規范中，材料回彈模量用圓樁體試件，按無側限壓縮試驗測得抗壓回彈模量，材料抗拉 強度用劈裂試驗測得抗拉強度。材料模量值是表征材料剛度特性的指標，對于某條瀝青路面 ，彎沉值越大，則表明剛度越小，彎沉值與剛度成反比；在彎拉應力驗算時，剛度越小，彎 拉應力越小，剛度與拉應力成正比。材料回彈模量取值方法不符合驗算保證率的要求，則造 成計算拉應力偏小，從而減少了路面彎拉驗算的安全度。?
5結論?
(1)本文針對即將實行的《公路瀝青路面設計規范》與舊規范相比較，具體分析了它的改進 之處，同時也提出了不同看法。?
(2)編制的計算機應用程序選擇了當今廣泛流行的操作平臺Windows 3.x及windows95，并且 充分利用其優越性能，將計算專用程序置于后臺執行。?
(3)該應用系統具有操作簡單、使用方便、易學好用的特點；并且系統運行穩定，計算速度 快，具有很好的實用價值。?
參考文獻
1 方福森.路面工程.北京：人民交通出版社，1990?
2 沙慶林.高等級道路半剛性路面.北京：中國建筑工業出版社，1993?
3 公路瀝青路面設計規范(JTJ014－97).北京：人民交通出版社，1997?
4 林繡賢.柔性路面結構設計方法.北京：人民交通出版社，1988?
5 公路路面基層施工扶規范(JTJ034－93).北京：人民交通出版社，1993?
6 公路瀝青路面施工技術規范(JTJ032－94).北京：人民交通出版社，1994
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