文

責(zé)任編輯/謝博識 美術(shù)編輯/李儀靈

公路的使用功能由路面呈現(xiàn)。路面是公路直接承受車輛與環(huán)境作用的層狀結(jié)構(gòu)體。瀝青路面作為多元復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)社會(huì)技術(shù)系統(tǒng)，具有運(yùn)動(dòng)性，充滿矛盾性。對瀝青路面發(fā)展起決定性作用的是路面設(shè)計(jì)的基本原則，反映經(jīng)濟(jì)社會(huì)技術(shù)的綜合要求。備受關(guān)注的力學(xué)響應(yīng)問題，實(shí)際上是技術(shù)層面的一個(gè)點(diǎn)，其隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化構(gòu)成線，表現(xiàn)于材料、結(jié)構(gòu)、荷載、環(huán)境等構(gòu)成面。點(diǎn)線面體協(xié)調(diào)平衡，取決于路面設(shè)計(jì)的基本原則，包括安全性、舒適性、適用性、經(jīng)濟(jì)性、耐久性、環(huán)保與可持續(xù)性等原則。

發(fā)展歷程回顧

1902年伊利諾伊大學(xué)的貝克爾（IRA O.BAKER）教授在著作《道路與路面》的前言中指出，道路建造和養(yǎng)護(hù)的科學(xué)是基于確立的基本原則，藝術(shù)取決于來自這些原則的正確推理，而不是遵從施工的規(guī)則和方法。

路面設(shè)計(jì)的基本原則及其落地實(shí)施，最直接的體現(xiàn)是在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，且隨歷史發(fā)展不斷演變。瀝青路面在我國的使用僅有百年，高速公路三十幾年。新中國成立前，受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件限制，涉及瀝青路面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范少且粗疏。1958年發(fā)布實(shí)施的《路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（草案）提出了路面等級及種類選擇的因素，1978年《公路柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（內(nèi)部試行）首次明確了路面設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則，隨后1986年版、1997年版和2006年版中有所調(diào)整，而在2017年版《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》中改變了表述。

民國時(shí)期

1919年《修治道路條例》規(guī)定了國道、省道、縣道、里道分類及其寬度要求，未涉及路面；這一年，美國《公路工程師手冊》歷經(jīng)3年編纂完成，全面介紹了瀝青、瀝青面層、瀝青碎石路面和瀝青混凝土路面等技術(shù)及其發(fā)展。1929年《國道工程標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)則》規(guī)定國道路面分類四種，其中丙種路面必要時(shí)得施用柏油材料。1934年《公路工程準(zhǔn)則》提出路面建筑分為六級，有壓實(shí)厚度規(guī)定要求，但指出“六級路面，如水泥、柏油等高級路面非絕對需要及有國產(chǎn)材料可利用時(shí)不宜建筑以節(jié)費(fèi)用。”1941年《公路工程設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》將路面種類分為高級、中級、低級，高級包括瀝青路面，中級包括瀝青類材料表面處置路面，并規(guī)定路面等級視交通量及財(cái)政狀況而定，依據(jù)當(dāng)?shù)厮a(chǎn)路面材料及各路段路床土壤狀況設(shè)計(jì)之，以期合用與經(jīng)濟(jì)。

1947年版路面規(guī)范

1958年版路面設(shè)計(jì)規(guī)范

1978年版柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范

京臺高速公路路面鋪筑

作為首個(gè)路面設(shè)計(jì)規(guī)范，1947年的《公路路面規(guī)范草案初稿》提出，決定選擇和采用何種路面之因素為：（1）運(yùn)量及運(yùn)量之性質(zhì)；（2）土壤及氣候情形；（3）現(xiàn)行之可用材料；（4）分期筑路；（5）經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)；（6）財(cái)力情形；（7）保養(yǎng)組織及方法；（8）聲音；（9）行車舒適；（10）外觀；（11）塵埃；（12）附近土地所有權(quán)人之意見。在“柔性路面之設(shè)計(jì)”部分，介紹了確定路面厚度的一些理論公式、經(jīng)驗(yàn)公式和通用方法。

新中國成立后

1951年版《公路工程設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》（草案）提出了公路標(biāo)準(zhǔn)分等即一等路到五等路，同時(shí)將路面分成三級即高級路面、中級路面、低級路面，并規(guī)定“在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)就經(jīng)濟(jì)狀況、行車密度、載重等級、土壤性質(zhì)、材料供應(yīng)、未來發(fā)展等統(tǒng)籌決定?！?954年版《公路工程設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》中，路面結(jié)構(gòu)的鋪砌層由磨耗層、防護(hù)層和承重層組成，路面分類為柔性路面、剛性路面、半剛性路面，路面等級細(xì)分為I、II、III三等九級，并規(guī)定“選擇路面等級時(shí)，應(yīng)以就地取材為原則，并就行車密度、行車速率、荷載類型、土壤性質(zhì)、氣候條件及未來發(fā)展等統(tǒng)籌決定，以符合于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的合理性?！?956年版《公路工程設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》（修訂草案）中，路面又可分為高級路面、簡易式高級路面、過渡式路面和低級路面，路面之選擇應(yīng)根據(jù)使用任務(wù)、就地取材、經(jīng)濟(jì)條件、自然條件等方面的原則在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行比較決定之。1981年版《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》首次提出高速公路、一級公路應(yīng)采用高級路面。

1958年發(fā)布實(shí)施的《路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（草案）將路面分為高級路面、次高級路面、過渡式路面和低級路面四個(gè)等級，以及柔性路面、剛性路面二類，并提出：“對路面等級及種類的選擇，應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算、使用要求及下列各項(xiàng)因素確定：（1）公路路線等級和投資額的大??；（2）交通密度和交通性質(zhì)；（3）當(dāng)?shù)刂凡牧系男再|(zhì)；（4）當(dāng)?shù)貧夂颍募巴寥罈l件；（5）運(yùn)輸費(fèi)用的降低和投資額的償還期限；（6）將來養(yǎng)護(hù)費(fèi)用的大??；（7）施工機(jī)具和運(yùn)輸工具的供應(yīng)情況?！?/p>

1966年《公路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》是對1958年版規(guī)范的部分修訂，在修訂說明中指出系根據(jù)“公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（第四次送審稿）中有關(guān)路面設(shè)計(jì)原則性的規(guī)定”，提出了在路面設(shè)計(jì)中應(yīng)做到的五項(xiàng)要求。那時(shí)，渣油表處逐步推廣使用，而路面設(shè)計(jì)原則仍主要來源于公路工程設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

1976年以后

1976年，隨著黑色路面迅猛增長，集中全國24個(gè)單位對研究成果進(jìn)行交流討論，委托交通部科學(xué)研究院編寫《柔性路面設(shè)計(jì)方法及計(jì)算參數(shù)》報(bào)告，首次提出路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)原則，“為了既節(jié)約又適用，除貫徹就地取材、按材設(shè)計(jì)、分期修建等原則外，根據(jù)我國公路交通運(yùn)輸特點(diǎn)，當(dāng)前可以按‘薄面強(qiáng)基穩(wěn)土基’這個(gè)總的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)”，詳細(xì)分析了理由，并認(rèn)為“‘薄面強(qiáng)基穩(wěn)土基’這三者是有機(jī)聯(lián)系的三個(gè)環(huán)節(jié)，是考慮面層、基層、土基三者關(guān)系的指導(dǎo)原則，不能片面強(qiáng)調(diào)一方面而忽視另一方面，亦即沒有‘穩(wěn)土基’就不能獲得‘強(qiáng)基’，沒有‘強(qiáng)基’就不能用‘薄面’?！?/p>

落實(shí)到1978年《公路柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（內(nèi)部試行）中，第1條提出，為實(shí)現(xiàn)新時(shí)期的總?cè)蝿?wù)，做到精心設(shè)計(jì)，采用先進(jìn)技術(shù)；提出經(jīng)濟(jì)合理、安全適用的設(shè)計(jì)方案。第2條規(guī)定，路面設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：（1）因地制宜，就地取材，方便施工，利于養(yǎng)護(hù)；（2）按路基穩(wěn)定、基層堅(jiān)實(shí)、面層耐用的要求進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)；（3）加強(qiáng)調(diào)查研究，大搞技術(shù)革新和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，積極采用新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備；（4）對分期修建的工程，應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃，使前期工程在后期能充分利用。

瀝青鋪面330m×300m

1997年版公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范

2017年版公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范

1986年《公路柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范》第1.0.3條“設(shè)計(jì)原則”規(guī)定，路面設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)使用要求及氣候、水文、地質(zhì)等自然條件，密切結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行路基路面綜合設(shè)計(jì)；應(yīng)遵循因地制宜、合理選材、方便施工、利于養(yǎng)護(hù)的原則，比選路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案；在條件許可下，優(yōu)先選用便于機(jī)械化和工廠化施工的方案。使設(shè)計(jì)具有技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用，并與環(huán)境協(xié)調(diào)的綜合效益。當(dāng)時(shí)，高速公路建設(shè)已經(jīng)起步，密實(shí)性的瀝青混凝土開始應(yīng)用，瀝青層由柔變韌。

1997年以后

1997年《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》第1.0.1條指出，使路面在設(shè)計(jì)年限內(nèi)滿足各級公路相應(yīng)的承載能力、耐久性、舒適性、安全性的要求，確保工程質(zhì)量、降低工程造價(jià)。第1.0.4條“設(shè)計(jì)原則”規(guī)定：（1）路面設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)使用要求及氣候、水文、地質(zhì)等自然條件，密切結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行路基路面綜合設(shè)計(jì)。（2）在滿足交通量和使用要求的前提下，應(yīng)遵循因地制宜、合理選材、方便施工、利于養(yǎng)護(hù)、節(jié)約投資的原則，進(jìn)行路面設(shè)計(jì)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、有利于機(jī)械化、工廠化施工的路面結(jié)構(gòu)方案。（3）結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件，積極推廣成熟的科研成果，對行之有效的新材料、新工藝、新技術(shù)應(yīng)在路面設(shè)計(jì)方案中積極、慎重地加以運(yùn)用。（4）路面設(shè)計(jì)方案應(yīng)注意環(huán)境保護(hù)和施工人員的健康和安全。

路面結(jié)構(gòu)

瀝青層厚度劃分

2006年《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》第1.0.5條規(guī)定了瀝青路面設(shè)計(jì)遵循的原則，包括：按照全壽命期成本的理念設(shè)計(jì)路面；進(jìn)行路基路面綜合設(shè)計(jì)；遵循因地制宜、合理選材、節(jié)約資源的原則，選擇技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、方便施工的路面結(jié)構(gòu)方案；結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件，積極、慎重地推廣新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝；符合國家環(huán)境保護(hù)的有關(guān)規(guī)定，保護(hù)相關(guān)人員的安全和健康，重視材料的再生利用與廢棄料的處理。2012年我國高速公路通車?yán)锍誊S居世界第一，多為瀝青路面。至今，隨著改性瀝青、SMA瀝青瑪蹄脂混合料等的利用，瀝青路面朝著高性能、多功能發(fā)展。

2017年《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》改變了路面材料的設(shè)計(jì)參數(shù)、調(diào)整了設(shè)計(jì)指標(biāo)，建立了動(dòng)態(tài)參數(shù)和多指標(biāo)新設(shè)計(jì)體系?？倓t第1.0.3條規(guī)定，“應(yīng)根據(jù)公路等級、路面使用性能要求和所需承擔(dān)的交通荷載，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂?、水文、地質(zhì)、材料、建設(shè)和養(yǎng)護(hù)條件、工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和環(huán)境保護(hù)要求等，進(jìn)行結(jié)構(gòu)組合、材料設(shè)計(jì)和厚度設(shè)計(jì)，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析選定設(shè)計(jì)方案”。在結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)中，第4.1.1條提出，路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)應(yīng)針對各種路面結(jié)構(gòu)組合的力學(xué)特性、功能特性及其長期性能衰變規(guī)律和損壞特點(diǎn)，遵循路基路面綜合設(shè)計(jì)的理念，保證路面結(jié)構(gòu)的安全、耐久和全壽命周期經(jīng)濟(jì)合理。

路面鋪筑

有關(guān)原則要求分析

總體上看，路面設(shè)計(jì)的基本原則可以分為經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、技術(shù)等層面，設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)等階段。經(jīng)濟(jì)層面包括投資成本、效益等方面，社會(huì)層面包括使用安全、舒適、環(huán)保等方面，技術(shù)層面包括綜合、材料、結(jié)構(gòu)、荷載、環(huán)境條件等方面，現(xiàn)擇其典型簡要分析。

關(guān)于就地取材與合理選材

改革開放（1978年）以前，普遍表述為就地取材，此后隨著高速公路、高等級公路路面的修建和發(fā)展，調(diào)整為合理選材。針對下一步的長壽命路面目標(biāo)，從全壽命周期的角度擇優(yōu)用材。就地取材、合理選材、擇優(yōu)用材，既體現(xiàn)發(fā)展進(jìn)步，又各有不同適用對象。

關(guān)于薄面強(qiáng)基穩(wěn)土基

1976年作為技術(shù)經(jīng)濟(jì)原則正式提出以來，廣為人知并產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，作為一定時(shí)期路面結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的體現(xiàn)，對形成有中國特色的半剛性基層瀝青路面體系發(fā)揮了重要作用。中國半剛性基層瀝青路面近30年發(fā)展的主要變化在于，瀝青面層由薄面到厚面、強(qiáng)面、優(yōu)面；半剛性基層由薄到厚、強(qiáng)度低到強(qiáng)度高；路基則由穩(wěn)到強(qiáng)，最終應(yīng)為優(yōu)面強(qiáng)基強(qiáng)路基。

關(guān)于路面壽命與設(shè)計(jì)使用年限

京昆高速公路

公路的使用年限主要取決于路面。路面壽命是經(jīng)濟(jì)性、耐久性、綜合效益的主要體現(xiàn)，在規(guī)范中稱為設(shè)計(jì)年限，在不同時(shí)期有一些不同的表述，而以此作為全壽命周期則顯然不合理。2017年版規(guī)范中，將路面設(shè)計(jì)使用年限定義為“在正常設(shè)計(jì)、施工、使用和養(yǎng)護(hù)條件下，路面不需結(jié)構(gòu)性維修的預(yù)定使用年限”，回歸了其路面壽命的本義。2006年版規(guī)范中，設(shè)計(jì)年限指在計(jì)算累計(jì)當(dāng)量軸次時(shí)所取用的基準(zhǔn)時(shí)間。1997年版規(guī)范中，高級路面的設(shè)計(jì)年限是指在規(guī)定期限內(nèi)預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)累計(jì)軸次所需承載力，并允許在該期限內(nèi)進(jìn)行一次恢復(fù)路表功能的維修（罩面），路面應(yīng)具有的使用壽命。1978年規(guī)范給出了面層設(shè)計(jì)使用年限。1958年規(guī)范規(guī)定了鋪砌層需要大修的期限，用于計(jì)算可能發(fā)展的遠(yuǎn)景交通量，高級路面10年至15年。1956年《公路工程設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》中，使用年限是指按表列交通量使用時(shí)，面層兩次大修的相隔年限。

《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，高速公路、一級公路設(shè)計(jì)交通量預(yù)測年限為20年，二、三級公路設(shè)計(jì)交通量預(yù)測年限為15年。路面的設(shè)計(jì)使用年限顯然與此并不一致。眾所周知，路面壽命越長越好，但對路面設(shè)計(jì)來說，關(guān)鍵應(yīng)該是要準(zhǔn)、而不是一味地長。另外，路基、基層、面層，以及瀝青面層的磨耗層、聯(lián)結(jié)層等，使用壽命也要區(qū)別對待方見精細(xì)，如應(yīng)路基永久、基層長久、面層耐久，需進(jìn)一步明確。

第四代瀝青路面及其特征

綠化因地制宜

品質(zhì)路面理念

關(guān)于結(jié)構(gòu)安全

路面的安全性應(yīng)包括使用安全和結(jié)構(gòu)安全，不同于其他工程。從社會(huì)層面的路面使用者角度來看，更關(guān)注的當(dāng)然是使用即行車安全。所謂路面結(jié)構(gòu)的安全，實(shí)際上是技術(shù)層面的可靠性，包含路面結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度、抗疲勞耐久性，還有路表提供的抗滑耐久性。另外，舒適性也是用戶對路面使用功能的一項(xiàng)基本、特殊要求，是區(qū)別于其他工程的一個(gè)獨(dú)特標(biāo)志。

關(guān)于設(shè)計(jì)理論

1986年版規(guī)范中指出，路面設(shè)計(jì)是以雙圓垂直均布荷載作用下的彈性層狀體系理論為基礎(chǔ)，以路表容許彎沉值作為路面整體剛度的控制指標(biāo)計(jì)算結(jié)構(gòu)厚度。1997年版規(guī)范中規(guī)定，路面設(shè)計(jì)應(yīng)采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性體系理論，以設(shè)計(jì)彎沉值為路面整體剛度的設(shè)計(jì)指標(biāo)，計(jì)算路面結(jié)構(gòu)厚度。2017年版規(guī)范中表述為，路面力學(xué)結(jié)構(gòu)指標(biāo)計(jì)算應(yīng)采用雙圓垂直均布荷載作用下的彈性層狀連續(xù)體系理論。實(shí)際上，所謂理論不過是固化了許多參數(shù)條件的力學(xué)響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算模型，其層間接觸狀態(tài)、參數(shù)內(nèi)涵與測試方法、荷載模型等對結(jié)果影響很大。

關(guān)于平衡性原則

平衡性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本特征，平衡設(shè)計(jì)是一切路面設(shè)計(jì)的根本要求，是路面矛盾性的辯證解決之道，涉及原材料、混合料、結(jié)構(gòu)、環(huán)境條件、地質(zhì)因素、決策、控制等各個(gè)方面。例如，路基永久、基層長久、面層耐久，就是結(jié)構(gòu)壽命平衡設(shè)計(jì)的相對性目標(biāo)。路基是路面的基礎(chǔ)、難以進(jìn)行維修，半剛性基層是承重層、也不易養(yǎng)護(hù)，瀝青面層及磨耗層決定表面使用性能、可以更新，不同層位的受力狀態(tài)不同、破壞形態(tài)不同步，因此對其結(jié)構(gòu)性能、使用功能和壽命要求應(yīng)該有所區(qū)別。平衡性原則在各版次路面設(shè)計(jì)規(guī)范中體現(xiàn)都不夠充分，也是瀝青路面設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。

結(jié)束語

加快建設(shè)交通強(qiáng)國，打造平安百年路面品質(zhì)工程的背景下，路面設(shè)計(jì)的基本原則需要豐富完善發(fā)展提升。對應(yīng)于以耐久高性能為主要特征的第五代路面體系，要注重總體性、安全性、舒適性、適用性、經(jīng)濟(jì)性、耐久性、環(huán)保與可持續(xù)性、創(chuàng)新性等原則要求，同時(shí)研究給出具體實(shí)施路徑。如總體性方面，理念引領(lǐng)，創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享；目標(biāo)導(dǎo)向，保證穩(wěn)定性、提高耐久性，強(qiáng)化成本、效益分析的準(zhǔn)確性；以耐久性為核心，路面設(shè)計(jì)使用年限翻一番、翻兩番（長壽命）兩步走；以系統(tǒng)性為基礎(chǔ)，平衡設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)路基永久、基層長久、面層耐久。中國公路的奠基人之一、原交通部公路總局副局長趙祖康先生在1947年《公路路面規(guī)范初稿草案》序中說“公路路面之優(yōu)劣，有關(guān)行車之舒適，車輛之壽命，養(yǎng)路之費(fèi)用，行車之速度，以及公路兩旁居民之福利安寧，至為重要?！币獔?jiān)持以人民為中心思想，突出路面的社會(huì)性、公益性、服務(wù)性原則。如在其中的環(huán)保與可持續(xù)性方面，低碳節(jié)能減排、降噪抑塵解污、再生循環(huán)利用等，綠色路面工程亦大有可為。