公路瀝青路面TRANBBS設(shè)計計算系統(tǒng)
張 亮 黃曉明
(東南大學(xué)TRANBBS交通學(xué)院)
提要 本文通過最新的《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTJ 014－97)與舊柔 性路面規(guī)范的對比，闡述了新規(guī)范的特點，并對其不足之處進(jìn)行了探討，采用VB編制了人 機交互界面的瀝青路面設(shè)計程序。
關(guān)鍵詞 公路 瀝青路面 設(shè)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(jié)，無機結(jié)合料穩(wěn)定材料(簡稱半剛性材料)修筑路面結(jié)構(gòu)的基層和底基層已經(jīng)得到普遍推廣應(yīng)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(jié)構(gòu)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(wěn)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(shè)計和應(yīng)用、半剛性基層材料的強度特性和收縮特性，組成設(shè)計要求等進(jìn) 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(shè)計與TRANBBS施工提供了理論依據(jù)和TRANBBS技術(shù)保證。
由于現(xiàn)行的《柔性路面設(shè)計規(guī)范》頒布于1986年，當(dāng)時我國高等級公路總里程很少，半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)使用不很普遍，基層主要是柔性結(jié)構(gòu)或石灰穩(wěn)定類材料結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上經(jīng)調(diào)查和總結(jié)得出的柔性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，在一段時間內(nèi)滿足了路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要。但隨著國家對交通運輸業(yè)的日益重視和人們筑路經(jīng)驗的不斷提高，一致認(rèn)為1986年版的《柔性 路面設(shè)計規(guī)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(shù)和受力狀況等方面與柔性路面有明顯的區(qū)別。一般設(shè)計人員由于對半剛性基層認(rèn)識不足，使得設(shè)計結(jié)果具有一定的盲目性，設(shè)計結(jié)果要么過分保守，要么因路面結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)而產(chǎn)生早期破壞，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，如何利用七·五國家攻關(guān)項目取得的成果，結(jié)合近10年來半剛性基層瀝青路面的設(shè)計和施工經(jīng)驗，根據(jù)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(jié)構(gòu)設(shè)計方法，減少設(shè)計的盲目性，對路面結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計規(guī)范的特點?
新瀝青路面設(shè)計規(guī)范在原柔性路面規(guī)范的基礎(chǔ)上，對瀝青路面厚度計算方法進(jìn)行了全面修訂，刪除了查圖法和舊路補強的經(jīng)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(shè)計參數(shù)的測試更加簡便，計算結(jié)果更加符合實際。同時對分期修建、抗滑標(biāo)準(zhǔn)、瀝青層厚度等內(nèi)容進(jìn)行了修改，增加了瀝青瑪蹄脂碎石、瀝青混合料的車轍指標(biāo)和水穩(wěn)定性指標(biāo)，水泥混凝土橋面鋪裝等內(nèi)容。?
2.1 路面設(shè)計彎沉值?
原規(guī)范的路面允許彎沉值是1973年左右進(jìn)行的允許彎沉值調(diào)查的基礎(chǔ)上提出的，該公式適應(yīng)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(shè)計使用末期的最不利季節(jié)，在標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下允許出現(xiàn)的最大彎沉值，它不能直接作為竣工驗收指標(biāo)，否則標(biāo)準(zhǔn)偏低，易出現(xiàn)早期破壞；②設(shè)計指標(biāo)是路面處于使用末期的極限狀態(tài)在最不利季節(jié)的最大彎沉值，而材料設(shè)計參數(shù)是指齡期為3個月或6個月的無疲勞損傷的完好狀態(tài)，可見設(shè)計指標(biāo)與材料參數(shù)對應(yīng)的狀態(tài)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(yīng)大交通量公路的需要。
新規(guī)范在國家課題“瀝青路面設(shè)計指標(biāo)與參數(shù)的研究”的基礎(chǔ)上，對全國有代表性的路段進(jìn)行允許彎沉值的調(diào)查，經(jīng)過統(tǒng)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(jié)構(gòu)類型普遍適用的設(shè)計彎沉Id(cm)計算公式：
式中：Ac —公路等級系數(shù)，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(shù)，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(shù)，半剛性基層取1，柔性基層取1.6。?
從規(guī)范公式的推導(dǎo)明顯看出，該設(shè)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(jù)。?
2.2允許拉應(yīng)力QR及抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)Ks
路面結(jié)構(gòu)層的允許拉應(yīng)力，是指路面結(jié)構(gòu)在行車荷載重復(fù)作用下達(dá)到疲勞臨界狀態(tài)時允許的最大拉應(yīng)力。?
原規(guī)范的瀝青混凝土強度結(jié)構(gòu)系數(shù)是參考國外的梁彎曲疲勞試驗結(jié)果，并結(jié)合國內(nèi)部分調(diào)查資料提出的。現(xiàn)在由于路面結(jié)構(gòu)層材料的發(fā)展，原有抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)可能不適合當(dāng)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(jié)構(gòu)系數(shù)進(jìn)行的試驗，分別得出：
2.3路面材料設(shè)計參數(shù)?
原規(guī)范中規(guī)定彎沉設(shè)計
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時采用材料抗壓模量，彎拉應(yīng)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(yīng)力偏大；另外，彎拉模量、彎 拉強度的測試辦法笨重，測試結(jié)果分散性大，導(dǎo)致設(shè)計單位不愿做實驗而直接套用規(guī)范值的情況。?
在新規(guī)范中，彎沉、拉應(yīng)力指標(biāo)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(guī)范中刪除了查圖法計算厚度這部分，在設(shè)計彎沉值、驗算拉應(yīng)力過程中，均假定層間接 觸條件為完全連續(xù)，都采用多層彈性體系層間完全連續(xù)接觸條件的解析解，依據(jù)新規(guī)范編制 了設(shè)計計算程序。?
2.5彎沉綜合修正公式及彎沉綜合修正系數(shù)?
原規(guī)范的彎沉綜合修正公式的資料來源于70年代，其修正系數(shù)計算公式為：
而近10年高等級路面多采用水泥穩(wěn)定碎石(砂礫)、二灰穩(wěn)定碎石(砂礫)以及水泥石灰綜合穩(wěn) 定類材料，路面結(jié)構(gòu)層隨交通量增加也增厚，這使得原規(guī)范彎沉綜合修正系數(shù)失去了現(xiàn)實意 義。新規(guī)范對多個路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論與實際對比計算，得出：
2.6標(biāo)準(zhǔn)軸載及軸載換算?
新規(guī)范舍棄了BZZ－60，而僅以雙輪組單軸載100kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載，以BZZ－100表示。?
標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次N(次／d)分兩種情況計算：?
(1)當(dāng)以設(shè)計彎沉值為指標(biāo)及瀝青層層底拉應(yīng)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(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)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(shè)計計算系統(tǒng)的編制?
本系統(tǒng)在研制過程中，采用現(xiàn)今流行的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)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(tǒng)控制部分，為MDI主控窗口；二為系統(tǒng)的輸入、 輸出模塊；三為瀝青路面設(shè)計計算專用程序；接收到數(shù)據(jù)后，在后臺運行計算程序；四為系 統(tǒng)的輔助功能(如幫助、數(shù)據(jù)另存、打印等)。?
系統(tǒng)配置要求：80486、8M內(nèi)存以上，操作系統(tǒng)為Windows 3.1或Windows95.?
本系統(tǒng)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(yīng)事件處寫入事件發(fā)生代碼，用這種編程方式稱為事件驅(qū)動程序。?
(1)在主控程序中，開辟了公共數(shù)據(jù)區(qū)域用于存放模塊間傳遞的數(shù)據(jù)，將其余模塊作為菜單 懸掛其上。?
(2)在輸入模塊中，當(dāng)確定結(jié)構(gòu)層數(shù)和設(shè)計層位后，將彈出一個各層相應(yīng)參數(shù)輸入窗口，進(jìn) 行前后翻滾輸入各層數(shù)據(jù)，最后按按鈕“確定”結(jié)束，其余情形類似。
(3)windows是具有一定多任務(wù)操作能力的系統(tǒng)，在VB中，通過Shell函數(shù)方便地調(diào)用一個可 執(zhí)行程序。本模塊主要通過Shell函數(shù)來調(diào)用一個pif文件，再通過pif去調(diào)用一個bat批處理 命令程序，在該批處理文件內(nèi)才包含真正的對瀝青路面設(shè)計計算專用程序。具體如何編制pi f和.bat文件，參考相應(yīng)計算機圖書。?
(4)在系統(tǒng)輔助功能中，利用windows的優(yōu)勢建立聯(lián)機幫助、文檔后臺打印和提供系統(tǒng)資源信 息等，使得系統(tǒng)功能更加完善。?
4 對新規(guī)范進(jìn)一步的探討?
4.1設(shè)計彎沉值?
在新規(guī)范中，將原有的允許彎沉值改為設(shè)計彎沉值，這是一個很大的改進(jìn)，它澄清了設(shè)計狀 態(tài)與使用末期極限狀態(tài)的概念以及它們之間的相互關(guān)系。當(dāng)路面厚度計算以設(shè)計彎沉值為控 制指標(biāo)時，則驗收彎沉值應(yīng)等于設(shè)計彎沉值；當(dāng)厚度計算以層底拉應(yīng)力為控制指標(biāo)時，應(yīng)根 據(jù)拉應(yīng)力計算所得的結(jié)構(gòu)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(guī)范并沒有針對瀝青路面在使用年限內(nèi)的評價和養(yǎng)護(hù)提出彎沉評定指標(biāo)，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(shè)計彎沉，這給道路面結(jié) 構(gòu)強度評價帶來困難。
4.2模量取值帶來的影響?
在新規(guī)范中，材料回彈模量用圓樁體試件，按無側(cè)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(biāo)，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(yīng)力驗算時，剛度越小，彎 拉應(yīng)力越小，剛度與拉應(yīng)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(yīng)力偏小，從而減少了路面彎拉驗算的安全度。?
5結(jié)論?
(1)本文針對即將實行的《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》與舊規(guī)范相比較，具體分析了它的改進(jìn) 之處，同時也提出了不同看法。?
(2)編制的計算機應(yīng)用程序選擇了當(dāng)今廣泛流行的操作平臺Windows 3.x及windows95，并且 充分利用其優(yōu)越性能，將計算專用程序置于后臺執(zhí)行。?
(3)該應(yīng)用系統(tǒng)具有操作簡單、使用方便、易學(xué)好用的特點；并且系統(tǒng)運行穩(wěn)定，計算速度 快，具有很好的實用價值。?
參考文獻(xiàn)
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6 公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTJ032－94).北京：人民交通出版社，1994
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