HPDS在沥青路面设计中的运用

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【摘要】我国沥青路面设计方法采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性体系理论，以路表面回弹弯沉值和沥青混凝土层弯拉应力、半刚性和刚性材料基层弯拉应力为设计指标进行路面结构厚度设计。本文通过使用hpds软件对某公路进行沥青路面设计，并进行数值分析和评价方案是否可行。

【关键词】沥青路面、HPDS、数值分析、弯沉值、容许弯拉应力

0 前言

HPDS路面设计软件是东南大学交通学院王凯教授与毛世怀副教授合作编制的。HPDS 程序已在全国 200 多个单位推广应用，得到一致好评。现将该系统简介如下，HPDS共包括如下九个程序：1、沥青路面设计弯沉值和容许弯拉应力计算程序HLS；2、改建路段原路面当量回弹模量计算程序HOC（适用于沥青路面）；3、沥青路面设计程序HMPD；4、沥青路面及土基竣工验收弯沉值和层底拉应力计算程序HMPC；5、改建路段原路面当量回弹模量计算程序HOC1（适用于水泥混凝土路面设计）；6、新建单层水泥混凝土路面设计程序HCPD1；7、新建复合式水泥混凝土路面设计程序HCPD2；8、旧混凝土路面上加铺层设计程序HCPD3；9、水泥混凝土路面基（垫）层及土基竣工验收弯沉值计算程序HCPC。

1 设计资料

1.1 设计任务

某公路设计基准年为2014年，设计使用年限为15年，拟采用HPDS进行沥青路面结构设计，并进行数值分析和评价方案是否可行。

1.2 气象资料

该公路处于Ⅱ5区，属于温暖带大陆性季风气候，气候温和，四季分明。年气温平均在14℃～14.5℃，一月份气温最低，月平均气温为-10℃～1℃，七月份气温32℃左右，历史最高气温为40.5℃，历史最低气温为-17℃，年平均降雨量为525.4毫米～658.4毫米，雨水多集中在6～9月份，约占全年降雨量50%以上。平均初霜日在11月上旬，终霜日在次年3月中下旬，年均无霜日为220天～266天。地面最大冻土深度位20厘米，夏季多东南风，冬季多西北风，年平均风速在3.0米/秒左右。

1.3 地质资料与筑路资料

路线位于山岭重丘区，调查及勘探中发现，该地区属第四系上更新统（Q3al+pl），岩性为黄土状粘土，主要分布于低山丘陵区，坡地前和山前冲积、倾斜平原表层，具有大空隙，垂直裂隙发育，厚度变化大，承载能力低，该层具轻微湿陷性。应注意发生不均匀沉陷的可能。其它未发现有影响工程稳定的不良工程地质现象。当地沿线碎石产量丰富，石料质量良好，可考虑用水泥稳定碎石作基层，路段所处的土基强弱悬殊，其计算回弹模量E0有两个代表值分别为30和60MPa。沿线有多个石灰厂，产量大质量好。另外，附近发电厂粉煤灰储量极为丰富，可用于本项目建设，本项目所在地域较缺乏砂砾。

2 确定公路等级

2.1 车辆折算系数

查阅《公路工程技术标准》JTG B01-2003，确定各汽车车型换算成小汽车车型的折算系数如表2-3。

2.3 计算交通量

近期折合成小客车交通量按下式计算：

（辆/日）

远景设计年平均日交通量按下式计算：

（辆/日）

设计车速为100Km/h，将各种汽车折合成小汽车的年平均日交通量为42084辆/日，由《公路工程技术标准》JTG B01-2003的规定，该高速公路全线按四车道设计。路基宽度26.0m，双向行车双车道2×2×3.75m，中央分隔带宽2.0m，左侧路缘带0.75m，右侧硬路肩总宽3.0米，土路肩宽0.75米。计算行车速度100Km/h，全线全封闭全立交。

3 新建沥青路面设计

3.1 确定标准轴载累计交通量

根据工程可行性研究报告可知路段所在地区近期交通组成与交通量，如表1-1所示，交通量年增长率如表1-2所示。公路设计等级为高速公路，设计基准年为2014年，设计使用年限为15年。双向四车道，车道系数取为0.45（0.4-0.5），沥青混凝土面层系数为1.0，半刚性基层系数为1.0，新建路面为五层，面层三层（中粒式沥青混凝土、粗粒式沥青混凝土、粗粒式沥青碎石）、基层一层、垫层一层。

根据设计资料计算累计轴次，结果如表3-1所示。

其中设计年限为15年，车道系数为0.45。

一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量Nh= 2632 ，属于重交通等级。

当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时：

路面营运第一年双向日平均当量轴次：4732

设计年限内一个车道上的累计当量轴次：

属于重交通等级。

当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时 ：

路面营运第一年双向日平均当量轴次：3800

设计年限内一个车道上的累计当量轴次：

属于重交通等级。

因此，路面设计交通等级为重交通等级。

3.2 初步拟定路面结构类型

根据设计资料中的地质资料与筑路材料相关信息，可知该线路位于平原微丘区，当地沿线碎石产量丰富，石料质量良好；沿线有多个石灰厂，产量大质量好；另外，附近发电厂粉煤灰储量极为丰富，可用于本项目建设，本项目所在地域较缺乏砂砾。考虑到实际工程中常用水泥稳定碎石做底基层，故选定以下方案，如表3-3所示：

沥青路面结构方案 表3-2

基层类型 面层 基层 土基回弹模量

半刚性 细粒式沥青混凝土、中粒式沥青混凝土、粗粒式沥青混凝土 水泥稳定碎石、石灰粉煤灰碎石

60Mpa

4 结论

（1） HPDS可以很迅速方便地进行沥青路面结构设计，以设计弯沉值和容许弯拉应力进行路面结构厚度设计。此外，该软件也可以对路面设计厚度进行取整修改，便于施工。

（2） HPDS一次就可以完成土基及路面各层顶面竣工验收弯沉值的计算，十分方便。

（3） 根据交工设计弯沉值和容许弯拉应力值，可知该路面设计方案符合要求。

参考文献：

[1]肖化德. HPDS在路基换填深度计算中的应用[J].交通标准化，2011（18）

[2]冯健雪. 公路软弱地基换填深度的探讨[J].山西建筑，2014（19）

[3]李月文，廖陈林. 浅谈沥青路面设计指标[J].中国科技信息，2007（21）