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摘要：本次设计基于《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2017），为蚌合高速西王镇段进行新建沥青路面设计。首先调查设计道路所在地区的地质水文条件，预测设计道路的交通量，参考新规范确定道路设计要求，确定其设计资料及参数，然后计算的交通量确定交通等级，利用相关公式计算当量设计轴载累计作用次数。接着设计道路结构组合，按照相关标准选取各层对应的材料及厚度，对设计指标进行验算，最后对两个方案进行综合性比较，选择较优设计方案。
关键词：沥青路面设计;道路结构组合;设计指标
1 引 言
路面是用各种材料铺筑在路基上供车辆行驶的层状构造物。未铺筑路面的路基虽然也能行驶车辆，但它抵御自然因素和车辆荷载的能力很差。铺筑路面后，改善了道路条件，就能使车辆全天候通行，而且汽车能以一定的速度、安全、舒适而经济地在道路上行驶。因此路面应满足下述各项基本要求：1具有足够的强度和刚度2具有足够的稳定度3具有足够的平整度4具有足够的抗滑性能[1]。
2 工程概况
2.1 自然区划、地质水文条件
合肥市气候湿润，水系发育分别源于江淮分水岭两侧，或南流注长江，或北流入淮河。通过制定的《公路自然区划标准JTJ003-86》，合肥市属于Ⅱ5鲁豫轻冻区，中湿[2]。
2.2 基本设计资料及参数计算
合肥市西王镇到蚌合高速公路A6标段设计年限15年，交通量年平均增长6%，车道系数η=0.5。参考《路基路面工程》第五版教材，使用高速公路设计时速在120km/h时的典型路基横断面[3]。路面总宽度为36.5m，其构成为车道宽度为3.75m×6=22.5m，设置中央分隔带宽度为3m×1=3m，路缘带为0.75m×4=3m，硬路肩为3.25m×2=6.5m，土路肩为0.75m×2=1.5m。
2.3交通量分析
在新规范中，按照整体构造分为7小类车型[4]。本设计区域有代表车型：交通SH141、太脱拉138、罗曼SQ9251，其比重分别占76。61%、4。05%、4。35%，双向交通量分别为5929辆/天、1991辆/天、360辆/天。
选取方向系数为0.5，设计车道系数取值为0.5，根据公式计算初始年平均日交通量为12420辆，由增长率计算未来15年的年平均日交通量，确定道路设计交通荷载等级。
根据交通车辆组成调查和查询规范，取3类非满载比例为0.9、满载比例为0.1;4类非满载比例为0.6、满载比例为0.4;5类非满载比例为0.7、满载比例为0.3。分别取沥青混合料层层底拉应变、沥青混合料层永久变形量、无机结合料稳定层层底拉应力、路基顶面竖向压应变，计算出三类车辆的当量设计轴载换算系数和当量设计轴载累计作用次数[1]。
3初拟路面结构
3.1设计道路结构组合
路面结构组合设计应针对不同等级，不同受力特征进行结构设计。由于合肥市属于鲁豫轻冻区为季节性冻土，设计路面较宽，行车速度较高，交通量较大，因此在设计时采用的是沥青混凝土路面的平均路拱横坡度的低值1%。
根据标准选定结构组合类型后，得到两个方案。
方案一：上面层——沥青玛蹄脂碎石混合料细粒式 （SMA-10）厚度50mm
中面层——密级配沥青混合料中粒式 （AC-20）厚度80mm
下面层——密级配沥青混合料粗粒式 （AC-25）厚度100mm
基层——水泥稳定级配碎石 厚度400mm
底基层——石灰粉煤灰稳定级配碎石 厚度180mm
防冻垫层——级配碎石 厚度150mm
路基改善层——水泥稳定级配碎石 厚度50mm
方案二：上面层——开级配沥青磨耗层细粒式 （OGFC-10）厚度60mm
中面层——密级配沥青混合料中粒式 （AC-20） 厚度80 mm
下面层——密级配沥青混合料粗粒式 （AC-25） 厚度100 mm
基层——石灰粉煤灰稳定级配碎石 厚度300 mm
底基层——石灰粉煤灰稳定级配碎石 厚度180 mm
防冻垫层——级配碎石 厚度150 mm
路基改善层——砂砾 厚度60 mm
3.2路面材料参数的确定
3.2.1路基顶面回弹模量
路基顶面回弹模量的确定应符合《公路沥青路面施工技术》（JTG F40-2004）相关规定[5]。新建公路路基回弹模量设计值：
Eo=Ks·Kn·MR=0.95·80=85（MPa）
3.2.2路面材料模量
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的沥青混合料单轴压缩动态模量试验进行测定[6]。确定水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料、粒料层的弯拉强度，弹性模量。
3.2.3路面材料劈裂强度测定
对路面材料劈裂强度进行测定，测定结果为：细粒式沥青混凝土1.2 MPa、中粒式沥青混凝土1.0 MPa、粗粒式沥青混凝土0.8 MPa、密级配沥青碎石0.6 MPa、水泥稳定碎石0.6 MPa、水泥稳定沙砾0.5 MPa、水泥石灰沙砾土0.4 MPa、二灰稳定沙砾0.6 MPa[6]。
3.2.4泊松比
本次设计中所使用的各类材料的泊松比：路基0.40、粒料0.35、无机结合料0.25、密级配沥青混合料0.25、开级配沥青混合料、 半开级配沥青混合料0.40[4]。
4拟定方案结构设计验算
设计指标主要是从力学响应的角度提出的控制指标，应能涵盖路面结构的主要病害类型，设计控制标准是指路面结构根据设计指标的破坏过程和破坏机理所达到的极限状态。选取设计指标：无机结合料稳定层层底拉应力、沥青混合料层永久变形量、沥青混合料层层底拉应变、路基顶面竖向压应变。并验证两个方案均满足标准[1]。
5方案比较
5.1沥青混凝土面层
该高速公路的面层我们采用沥青混凝土，考虑到沥青造价较高，且两个方案都满足要求，所以方案一优于方案二。
5.2面層与基层间的联结层
石灰粉煤灰的价格较为低廉，并且石灰粉煤灰的原料可来自于设计道路周边的燃煤发电厂，将燃煤发电厂产生的废弃物进行了二次利用，减少了环境污染，节约成本。所以方案二优于方案一。
5.3路基改善层
砂砾的价格更为低廉，原料来源更广。与土基相结合使用后，其排水问题得到解决，并且也能够使得路面荷载能够较为均匀的传导给土基，避免荷载不均而引发的路面开裂现象。
综合考虑这两种方案，方案二优于方案一，选择方案二。
总结
本次设计对合肥市的蚌合高速公路西王镇段进行沥青路面设计，通过方案比选，确定方案二为建设方案，其新建线路将对西王镇的经济发展起到了巨大推进作用，加大了高速公路沿线各市县的经济交流。并且满足了沿线群众日常出行的需求，加大了沿线地区的居民流动。
参考文献
[1]中华人民共和国行业标准.JTGD50-2017公路沥青路面设计规范[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2017.
[2]中华人民共和国行业标准.公路自然区划标准.（JTJ003-86），北京：人民交通出版社，1996.
[3]黄晓明.路面路基工程（第五版）.人民交通出版社股份有限公司，2017.8.
[4]中华人民共和国行业标准.公路路基设计规范.（JTGD30-2015），北京：人民交通出版社，2015.
[5]韦璐.路基路面工程.武汉大学出版社，2014.4.
[6]中华人民共和国行业标准.公路工程沥青及沥青混合料实验规范（JTGE20-2011），北京：人民交通出版社，2011.
关键词：沥青路面设计;道路结构组合;设计指标
1 引 言
路面是用各种材料铺筑在路基上供车辆行驶的层状构造物。未铺筑路面的路基虽然也能行驶车辆，但它抵御自然因素和车辆荷载的能力很差。铺筑路面后，改善了道路条件，就能使车辆全天候通行，而且汽车能以一定的速度、安全、舒适而经济地在道路上行驶。因此路面应满足下述各项基本要求：1具有足够的强度和刚度2具有足够的稳定度3具有足够的平整度4具有足够的抗滑性能[1]。
2 工程概况
2.1 自然区划、地质水文条件
合肥市气候湿润，水系发育分别源于江淮分水岭两侧，或南流注长江，或北流入淮河。通过制定的《公路自然区划标准JTJ003-86》，合肥市属于Ⅱ5鲁豫轻冻区，中湿[2]。
2.2 基本设计资料及参数计算
合肥市西王镇到蚌合高速公路A6标段设计年限15年，交通量年平均增长6%，车道系数η=0.5。参考《路基路面工程》第五版教材，使用高速公路设计时速在120km/h时的典型路基横断面[3]。路面总宽度为36.5m，其构成为车道宽度为3.75m×6=22.5m，设置中央分隔带宽度为3m×1=3m，路缘带为0.75m×4=3m，硬路肩为3.25m×2=6.5m，土路肩为0.75m×2=1.5m。
2.3交通量分析
在新规范中，按照整体构造分为7小类车型[4]。本设计区域有代表车型：交通SH141、太脱拉138、罗曼SQ9251，其比重分别占76。61%、4。05%、4。35%，双向交通量分别为5929辆/天、1991辆/天、360辆/天。
选取方向系数为0.5，设计车道系数取值为0.5，根据公式计算初始年平均日交通量为12420辆，由增长率计算未来15年的年平均日交通量，确定道路设计交通荷载等级。
根据交通车辆组成调查和查询规范，取3类非满载比例为0.9、满载比例为0.1;4类非满载比例为0.6、满载比例为0.4;5类非满载比例为0.7、满载比例为0.3。分别取沥青混合料层层底拉应变、沥青混合料层永久变形量、无机结合料稳定层层底拉应力、路基顶面竖向压应变，计算出三类车辆的当量设计轴载换算系数和当量设计轴载累计作用次数[1]。
3初拟路面结构
3.1设计道路结构组合
路面结构组合设计应针对不同等级，不同受力特征进行结构设计。由于合肥市属于鲁豫轻冻区为季节性冻土，设计路面较宽，行车速度较高，交通量较大，因此在设计时采用的是沥青混凝土路面的平均路拱横坡度的低值1%。
根据标准选定结构组合类型后，得到两个方案。
方案一：上面层——沥青玛蹄脂碎石混合料细粒式 （SMA-10）厚度50mm
中面层——密级配沥青混合料中粒式 （AC-20）厚度80mm
下面层——密级配沥青混合料粗粒式 （AC-25）厚度100mm
基层——水泥稳定级配碎石 厚度400mm
底基层——石灰粉煤灰稳定级配碎石 厚度180mm
防冻垫层——级配碎石 厚度150mm
路基改善层——水泥稳定级配碎石 厚度50mm
方案二：上面层——开级配沥青磨耗层细粒式 （OGFC-10）厚度60mm
中面层——密级配沥青混合料中粒式 （AC-20） 厚度80 mm
下面层——密级配沥青混合料粗粒式 （AC-25） 厚度100 mm
基层——石灰粉煤灰稳定级配碎石 厚度300 mm
底基层——石灰粉煤灰稳定级配碎石 厚度180 mm
防冻垫层——级配碎石 厚度150 mm
路基改善层——砂砾 厚度60 mm
3.2路面材料参数的确定
3.2.1路基顶面回弹模量
路基顶面回弹模量的确定应符合《公路沥青路面施工技术》（JTG F40-2004）相关规定[5]。新建公路路基回弹模量设计值：
Eo=Ks·Kn·MR=0.95·80=85（MPa）
3.2.2路面材料模量
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的沥青混合料单轴压缩动态模量试验进行测定[6]。确定水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料、粒料层的弯拉强度，弹性模量。
3.2.3路面材料劈裂强度测定
对路面材料劈裂强度进行测定，测定结果为：细粒式沥青混凝土1.2 MPa、中粒式沥青混凝土1.0 MPa、粗粒式沥青混凝土0.8 MPa、密级配沥青碎石0.6 MPa、水泥稳定碎石0.6 MPa、水泥稳定沙砾0.5 MPa、水泥石灰沙砾土0.4 MPa、二灰稳定沙砾0.6 MPa[6]。
3.2.4泊松比
本次设计中所使用的各类材料的泊松比：路基0.40、粒料0.35、无机结合料0.25、密级配沥青混合料0.25、开级配沥青混合料、 半开级配沥青混合料0.40[4]。
4拟定方案结构设计验算
设计指标主要是从力学响应的角度提出的控制指标，应能涵盖路面结构的主要病害类型，设计控制标准是指路面结构根据设计指标的破坏过程和破坏机理所达到的极限状态。选取设计指标：无机结合料稳定层层底拉应力、沥青混合料层永久变形量、沥青混合料层层底拉应变、路基顶面竖向压应变。并验证两个方案均满足标准[1]。
5方案比较
5.1沥青混凝土面层
该高速公路的面层我们采用沥青混凝土，考虑到沥青造价较高，且两个方案都满足要求，所以方案一优于方案二。
5.2面層与基层间的联结层
石灰粉煤灰的价格较为低廉，并且石灰粉煤灰的原料可来自于设计道路周边的燃煤发电厂，将燃煤发电厂产生的废弃物进行了二次利用，减少了环境污染，节约成本。所以方案二优于方案一。
5.3路基改善层
砂砾的价格更为低廉，原料来源更广。与土基相结合使用后，其排水问题得到解决，并且也能够使得路面荷载能够较为均匀的传导给土基，避免荷载不均而引发的路面开裂现象。
综合考虑这两种方案，方案二优于方案一，选择方案二。
总结
本次设计对合肥市的蚌合高速公路西王镇段进行沥青路面设计，通过方案比选，确定方案二为建设方案，其新建线路将对西王镇的经济发展起到了巨大推进作用，加大了高速公路沿线各市县的经济交流。并且满足了沿线群众日常出行的需求，加大了沿线地区的居民流动。
参考文献
[1]中华人民共和国行业标准.JTGD50-2017公路沥青路面设计规范[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2017.
[2]中华人民共和国行业标准.公路自然区划标准.（JTJ003-86），北京：人民交通出版社，1996.
[3]黄晓明.路面路基工程（第五版）.人民交通出版社股份有限公司，2017.8.
[4]中华人民共和国行业标准.公路路基设计规范.（JTGD30-2015），北京：人民交通出版社，2015.
[5]韦璐.路基路面工程.武汉大学出版社，2014.4.
[6]中华人民共和国行业标准.公路工程沥青及沥青混合料实验规范（JTGE20-2011），北京：人民交通出版社，2011.