铺面工程学：特点简析

同其他土木工程结构物相比，铺面工程具有自己鲜明的特点。

（1）荷载的大量反复作用和疲劳设计准则。铺面设计不考虑铺面自身的重量，仅考虑外部荷载作用。除了环境因素外，外部荷载就是指汽车荷载。就单个荷载而言，汽车荷载的吨位并不大，但其特点是作用次数多。在整个铺面使用寿命期间，荷载的作用次数少则数十万次，多则数亿次。即便在汽车的一次作用下铺面结构不会产生破坏，但这并不能保证铺面结构在设计的使用期内不发生破坏，即不能保证在多次荷载的重复作用下，铺面不会发生疲劳破坏。所以，在铺面工程中，不仅考虑一次荷载作用下铺面结构和材料的性能，而且更关心铺面结构和材料在车辆和环境荷载重复作用下的性能，所以铺面设计采用的是疲劳准则，而不是一次性（极限）破坏准则。

（2）有损伤设计和使用性能标准。铺面结构量大面广，加之与其他工程结构相比所使用的材料较差，所以结构设计通常并不保证铺面在服役期间完全不发生损坏，而是采用的“有损伤设计”，即出于节约造价和结构特点的考虑，允许铺面结构在服役过程中具有一定程度的损坏。设计方法中所采用的一些设计指标看上去是力学指标，但其标准最终是根据使用性能来确定的，从本质上说，这些标准是基于使用性能的。事实上，这也是铺面设计的难点。采用使用性能标准，有助于有损伤设计的实现。

（3）设计的安全度很小。由于铺面采用的是有损伤设计，所以设计中预留的设计安全度很小，这也是确保铺面使用性能的难点所在。一方面，在预留安全度很小的情况下保证使用性能就要求铺面结构和材料具有很小的变异性，这对铺面材料而言不易做到；另一方面，铺面的许多性能之间是相互制约的，且受环境因素的影响很大，因而想要有效提高安全度不是简单地增加结构的厚度或材料的强度就能够实现的。

（4）混合材料，复合结构。铺面结构所采用的材料是由集料和沥青、水泥、石灰等结合料组成的混合料，其性能随材料的配合比例、组成方式以及原材料自身性能的不同而不同，变化范围很大。同时，混合材料还受所处环境及所受应力状况的不同而变化，加上施工时采用就地生产、就地成型的方式，使其性能很难把握［5］。(www.xing528.com)

铺面结构是多层次的复合结构，出于节约造价的考虑，各结构层常常采用不同的混合材料。这种设计不仅在荷载作用下会产生复杂的应力、应变场，而且在环境因素作用下，不同结构层、不同材料的变形不协调也将造成内应力，与荷载应力产生复杂叠加。所以，在研究和设计铺面结构时，要兼顾荷载和环境、结构和材料等多个方面，并考虑其耦合作用——不能把材料性能看成是固定不变的数值而抽象地分析其对结构组合的影响，也不能脱离材料在结构中所处的层位来孤立地分析材料的性状。

（5）变异性大，不确定因素多［5］。铺面结构是沿地表的浅层结构物；虽然铺面结构研究和设计仅涉及厚度方向，但道路工程本身是一种线形建筑，所经地区的地形、地质和水文等条件往往变化很大，使铺面结构的支撑条件有很大的变异。组成铺面各结构层的材料受料源和施工状况的影响，其性能变化也很大。同时，铺面结构所处的环境随路线所处位置的不同可能会有很大的不同，这对混合料的物理和力学性能将产生不同的影响。作用在铺面结构上的荷载，无论是作用图式、重量、作用频率和次数，都是变异性很大的随机变量。所以，铺面是一种自身变异性大，又在复杂多变的环境和条件下工作的结构物，这给设计、施工、养护和管理带来了较大的困难，对工程技术人员的技术理解提出了更高的要求。

为了减小变异性的影响，目前一般采用两种方法：一是在工程规模上缩短设计分杆路段的长度；二是在参数取值上根据工程重要性或设计阶段的要求分为三个水平（等级），分别采用实测法（水平一）、公式计算法（水平二）或根据经验（水平三）来确定。