วิศวกรรมทางหลวง
วิศวกรรมทางหลวง (อังกฤษ: Highway engineering) เป็นสาขาวิศวกรรมแผนกหนึ่งแยกมาจากวิศวกรรมโยธาที่เกี่ยวข้องกับการวางแผน, การออกแบบ, การก่อสร้าง, การดำเนินงาน, และการบำรุงรักษา, ถนน, สะพาน, และอุโมงค์เพื่อให้แน่ใจในความปลอดภัยและมีประสิทธิภาพของการขนส่งผู้คนและสินค้า[1][2][3]. วิศวกรรมทางหลวงกลายเป็นที่โดดเด่นในครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 นับจากสงครามโลกครั้งที่ 2. มาตรฐานของวิศวกรรมทางหลวงมีการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง. วิศวกรทางหลวงต้องคำนึงถึงการไหลของการจราจรในอนาคต, การออกแบบทางแยก/ทางร่วมของทางหลวง, การจัดแนวเรขาคณิตและการออกแบบ, วัสดุลาดยางทางหลวงและการออกแบบ, การออกแบบโครงสร้างของความหนาของผิวทาง, และการบำรุงรักษาผิวทาง[1].
ประวัติความเป็นมา
[แก้]จุดเริ่มต้นของการก่อสร้างถนนสามารถย้อนหลังไปถึงยุคของชาวโรมัน[2]. ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีจากรถลากด้วยม้าสองตัวไปยังยานพาหนะที่มีกำลังเทียบเท่ากับม้า 100 ตัว, การพัฒนาถนนต้องติดตามให้เหมาะสม. การก่อสร้างทางหลวงที่ทันสมัยยังไม่เริ่มจนกระทั่งช่วงปลายศตวรรษที่ 19 จนถึงช่วงต้นศตวรรษที่ 20[2].
การวิจัยครั้งแรกที่ทุ่มเทให้กับการวิศวกรรมทางหลวงเริ่มต้นในสหราชอาณาจักรด้วยการแนะนำของห้องปฏิบัติการวิจัยการขนส่ง (TRL) ในปี 1930[2]. ในสหรัฐอเมริกา, วิศวกรรมทางหลวงกลายเป็นสาขาที่สำคัญที่มีการผ่านกฏหมาย Federal-Aid Highway Act of 1944, ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อเชื่อมต่อ 90% ของเมืองที่มีประชากร 50,000 คนหรือมากกว่า[2]. ด้วยความเครียดคงที่จากยานพาหนะที่มากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป, การปรับปรุงผ้วการจราจรเป็นสิ่งที่จำเป็น. ด้วยเทคโนโลยีที่ล้าสมัย, ในปี 1958 การก่อสร้างทางด่วนเป็นครั้งแรกในสหราชอาณาจักร (ถนนบายพาสเพรสตัน) ได้มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาของเทคโนโลยีการสร้างผิวการจราจรใหม่[2].
มาตรฐานของนโยบายการออกแบบที่ใช้ในประเทศสหรัฐอเมริกาโดยทั่วไปจะเป็นไปตามสิ่งพิมพ์ของ American Association of State Highway and Transportation Officials รวมทั้งการวิจัยที่ประกาศโดยคณะกรรมการวิจัยการขนส่ง, สถาบันวิศวกรการขนส่ง, การบริหารทางหลวงแห่งชาติ, และกรมการขนส่งสหรัฐ .
การวางแผนและการพัฒนา
[แก้]การวางแผนทางหลวงเกี่ยวข้องกับการประเมินปริมาณของการจราจรในปัจจุบันและอนาคตบนเครือข่ายถนน. วิศวกรทางหลวงมุ่งมั่นที่จะคาดการณ์และวิเคราะห์ผลกระทบต่อพลเรือนที่เป็นไปได้ทั้งหมดของระบบทางหลวง. บางการพิจารณาเป็นผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเช่นมลพิษทางเสียง, มลพิษทางอากาศ, มลพิษทางน้ำ, และผลกระทบต่อระบบนิเวศอื่นๆ[3].
การเงิน
[แก้]ประเทศที่พัฒนาแล้วกำลังเผชิญอย่างต่อเนื่องกับค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาที่สูงของทางหลวงขนส่งที่มีอายุมาก. การเจริญเติบโตของอุตสาหกรรมยานยนต์และการเติบโตทางเศรษฐกิจของส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องได้สร้างความต้องการสำหรับทางหลวงที่มีความปลอดภัยมากขึ้น, ประสิทธิภาพที่ดีขึ้น, แออัดน้อยลง. การเจริญเติบโตของการค้า, สถาบันการศึกษา, ที่อยู่อาศัย, และการป้องกันประเทศได้ดึงงบประมาณส่วนใหญ่มาจากรัฐบาลในอดีตที่ผ่านมา, ทำให้การหาเงินของทางหลวงสาธารณะเป็นความท้าทายอย่างหนึ่ง[4].
ลักษณะอเนกประสงค์ทางหลวง, สภาพแวดล้อมทางเศรษฐกิจ, และความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการกำหนดราคาทางหลวงกำลังเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง. ดังนั้นวิธีการจัดหาเงิน, การจัดการ, และการบำรุงรักษาสำหรับทางหลวงจึงกำลังเปลี่ยนแปลงเช่นกัน[5].
การประเมินผลกระทบสิ่งแวดล้อม
[แก้]การเติบโตทางเศรษฐกิจของชุมชนขึ้นอยู่กับการพัฒนาทางหลวงเพื่อเพิ่มความคล่องตัว. แต่ทางหลวงที่มีการวางแผน, การออกแบบ, การสร้าง, และการบำรุงรักษาไม่ถูกต้องสามารถทำลายลักษณะทางเศรษฐกิจและสังคมของชุมชนในทุกขนาด. ผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ที่พบบ่อยในการพัฒนาทางหลวงจะรวมถึงความเสียหายของที่อยู่อาศัยและความหลากหลายทางชีวภาพ, การสร้างมลพิษทางอากาศและน้ำ, การสร้างเสียง/ความสั่นสะเทือน, ความเสียหายของภูมิทัศน์ธรรมชาติ, และการทำลายของโครงสร้างทางสังคมและวัฒนธรรมของชุมชน. โครงสร้างพื้นฐานทางหลวงจะต้องมีการสร้างและการบำรุงรักษาด้วยคุณภาพและมาตรฐานที่สูง[6].
มีสามขั้นตอนที่สำคัญสำหรับการบูรณาการพิจารณาด้านสิ่งแวดล้อมเข้าไปในการวางแผน, การจัดตารางเวลา, การก่อสร้าง, และบำรุงรักษาทางหลวง. กระบวนการนี้เป็นที่รู้จักกันว่าเป็นการประเมินผลกระทบสิ่งแวดล้อม, หรืออีไอเอ, เนื่องจากมันเป็นระบบที่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบต่อไปนี้[6]:
- ตัวบ่งชี้ของรูปแบบอย่างสมบูรณ์ของผลกระทบทั้งหมดที่เป็นไปได้ในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติและทางสังคมและเศรษฐกิจ[6]
- การประเมินและปริมาณของผลกระทบเหล่านี้[6]
- การกำหนดมาตรการเพื่อหลีกเลี่ยง, บรรเทา, และชดเชยผลกระทบที่คาดว่าจะมี[6]
ความปลอดภัยบนทางหลวง
[แก้]ระบบทางหลวงสร้างความเสียหายด้วยราคาสูงสุดในการได้รับบาดเจ็บของมนุษย์และความตาย, เกือบ 50 ล้านคนได้รับบาดเจ็บในอุบัติเหตุการจราจรทุกปี, ไม่รวมถึง 1.2 ล้านคนเสียชีวิต[7]. การบาดเจ็บเนื่องจากการจราจรบนถนนเป็นสาเหตุระดับนำตัวเดียวของการเสียชีวิตโดยไม่ได้ตั้งใจในช่วงห้าสิบปีแรกของชีวิตมนุษย์[8].
การจัดการความปลอดภัยเป็นกระบวนการที่เป็นระบบที่มุ่งมั่นที่จะลดการเกิดและความรุนแรงของอุบัติเหตุจราจร. ปฏิสัมพันธ์ระหว่างคน/เครื่องกับระบบการจราจรบนถนนไม่เสถียรและท้าทายในการบริหารจัดการความปลอดภัยบนทางหลวง. กุญแจสำคัญสำหรับการเพิ่มความปลอดภัยของระบบทางหลวงคือการออกแบบ, การสร้าง, และบำรุงรักษาพวกมันให้มีความอดทนมากขึ้นในช่วงที่ค่าเฉลี่ยของปฏิสัมพันธ์ระหว่างคน/เครื่องนี้กับทางหลวง. ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีด้านวิศวกรรมทางหลวงได้มีการปรับปรุงการออกแบบ, การก่อสร้าง, และวิธีการบำรุงรักษาที่ใช้มาแล้วหลายปี. ความก้าวหน้าเหล่านี้ได้สร้างนวัตกรรมความปลอดภัยบนทางหลวงที่ทันสมัยขึ้น[8].
โดยความมั่นใจว่าทุกสถานการณ์และโอกาสได้มีการระบุ, มีการพิจารณา, และมีการดำเนินการไปแล้วตามความเหมาะสม, พวกมันสามารถได้รับการประเมินในขั้นตอนของการวางแผน, การออกแบบ, การก่อสร้าง, การบำรุงรักษา, และการดำเนินการเพื่อเพิ่มความปลอดภัยของระบบทางหลวงของเรา[3].
การออกแบบ
[แก้]ตำแหน่ง, แนวถนน, และรูปร่างของทางหลวงที่เหมาะสมที่สุดจะได้รับการคัดเลือกในระหว่างขั้นตอนการออกแบบ. การออกแบบทางหลวงเกี่ยวข้องกับการพิจารณาของสามปัจจัยสำคัญ (มนุษย์, พาหนะ, และถนน) และปัจจัยเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไรเพื่อให้มีความปลอดภัยบนทางหลวง. ปัจจัยมนุษย์รวมถึงเวลาการเกิดปฏิกิริยาสำหรับการเบรกและการหมุนพวงมาลัย, การมองเห็นป้ายและสัญญาณจราจร, และพฤติกรรมของรถที่ขับตามมา. การพิจารณาด้านยานพาหนะรวมถึงขนาดและพลวัตของยานพาหนะที่จำเป็นในการกำหนดความกว้างของช่องทางและความลาดชันสูงสุด, และสำหรับชนิดของยานพาหนะ. วิศวกรทางหลวงจะออกแบบเรขาคณิตของถนนเพื่อให้มั่นใจว่าในเสถียรภาพของยานพาหนะเมื่อมีการพิจารณาการสร้างแนวโค้งและเนินดินและเพื่อให้มีระยะการมองเห็นที่เพียงพอสำหรับการปรับวงเลี้ยวในการแซงช่วงทางโค้งบนถนนสองช่องทาง, ไป-กลับ[3].
การออกแบบทางเรขาคณิต
[แก้]วิศวกรทางหลวงและการขนส่งจะต้องตอบสนองความต้องการมาตรฐานความปลอดภัย, การบริการ, และการปฏิบัติงานหลายอย่างเมื่อทำการออกแบบทางหลวงสำหรับภูมิประเทศบางอย่าง. การออกแบบทางหลวงทางเรขาคณิตเบื้องต้นหมายถึงองค์ประกอบที่มองเห็นได้ของทางหลวง. วิศวกรทางหลวงผู้ออกแบบรูปทรงเรขาคณิตของทางหลวงยังต้องพิจารณาถึงผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมและสังคมของการออกแบบในโครงสร้างพื้นฐานโดยรอบ[9].
มีการพิจารณาบางอย่างที่ต้องนำมาพูดถึงอย่างเหมาะสมในขั้นตอนการออกแบบเพื่อให้ทางหลวงเข้ากันได้ดีกับภูมิประเทศและยังคงมีความปลอดภัยให้กับมัน. บางส่วนที่จะต้องนำมาพิจารณาในการออกแบบเหล่านี้ประกอบด้วย[9]:
- การออกแบบความเร็ว
- การออกแบบปริมาณการจราจร
- จำนวนช่องทาง
- ระดับของการบริการ (อังกฤษ: Level of Service (LOS))
- ระยะการมองเห็น
- การจัดแนว, การยกระดับ, และการทำเนินไล่ระดับ
- รูปตัดขวาง
- ความกว้างของช่องทาง
- ระยะห่างในแนวนอนและแนวตั้ง
ความสามารถในการดำเนินงานของทางหลวงสามารถมองเห็นผ่านปฏิกิริยาของผู้ขับขี่ที่มีต่อการพิจารณาการออกแบบข้างต้นและปฏิสัมพันธ์ของพวกเขา[9].
วัสดุ
[แก้]วัสดุที่ใช้ในการก่อสร้างถนนได้มีความก้าวหน้าไปตามกาลเวลา, ย้อนหลังไปถึงช่วงแรกๆของจักรวรรดิโรมัน. ความก้าวหน้าในวิธีการด้วยวัสดุเหล่านี้มีความโดดเด่นและถูกนำไปใช้กับการออกแบบโครงสร้างการปูผิวหน้าของถนนที่ได้มาพร้อมกับความก้าวหน้าในวัสดุ[10].
มีสองประเภทหลักของวัสดุที่ใช้ในการปูผิวหน้าของถนน - ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์คอนกรีต (อังกฤษ: Portland cement concrete (PCC)) และยางมะตอยผสมร้อน (อังกฤษ: hot-mix asphalt (HMA)). ภายใต้ผิวบนสุดนี้เป็นชั้นๆของวัสดุที่ให้การรองรับโครงสร้างของระบบการปูผิวหน้า. พื้นผิวที่อยู่ข้างใต้เหล่านี้อาจประกอบด้วยอย่างใดอย่างหนึ่งคือ base ทำจากหินคลุกและหลายชั้นของ subbase, หรือ base ทำจากว้สดุปรับสภาพ (treated material}}) และหลายชั้นของ subbase, และนอกจากนี้ยังมี subgrade ธรรมชาติหรือ subgrade สารปรับสภาพอยู่ข้างใต้. ชั้นที่ถูกปรับสภาพเหล่านี้อาจถูกปรับสภาพด้วยซีเมนต์, ยางมะตอย, หรือหินปูนเพื่อเพิ่มความสามารถในการรองรับ[10].
การออกแบบการปูพื้นถนนแบบยืดหยุ่น
[แก้]การปูพื้นถนนแบบยืดหยุ่นคือการทำด้วยยางมะตอย, หรือด้วย Tarmac โดยทั่วไปประกอบด้วยชั้นต่างๆสามหรือสี่ชั้น. สำหรับแบบสี่ชั้น, จะมีชั้นผิวหน้า, ชั้น base, ชั้น subbase ที่สร้างขึ้นบนชั้น subgrade ที่เป็นดินธรรมชาติอัดแน่น. เมื่อมีการสร้างแบบสามชั้น, ชั้น subbase จะไม่มีโดยชั้น base จะถูกสร้างอยู่บนชั้น subgrade โดยตรง[11].
ชั้นบนสุดของการปูพื้นถนนแบบยืดหยุ่นจะถูกสร้างขึ้นจากยางมะตอยผสมร้อน (HMA). หินคลุกที่ไม่เสถียรมักจะถูกใช้สำหรับชั้น base; อย่างไรก็ตาม ชั้น base อาจถูกทำให้เสถียรด้วยยางมะตอย, ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์, หรือสารตัวทำเสถียรอื่นๆ. subbase โดยทั่วไปจะถูกสร้างจากวัสดุผสมในท้องถิ่น, ในขณะที่ด้านบนของ subgrade มักจะถูกทำให้เสถียรด้วยซีเมนต์หรือหินปูน[11].
ด้วยการปูพื้นถนนแบบยืดหยุ่น, ความเครียดสูงสุดจะเกิดขึ้นที่ผิวหน้าและความเครียดจะลดลงตามความลึกของพื้นถนน. ดังนั้นวัสดุที่มีคุณภาพสูงสุดจะต้องถูกนำมาสร้างผิวหน้า, ในขณะที่วัสดุที่มีคุณภาพต่ำสามารถถูกใช้ในส่วนลึกของพื้นถนน. คำว่า "ยืดหยุ่น" ถูกนำมาใช้เพราะความสามารถ asphalts ในการโค้งงอและบิดเบี้ยวเล็กน้อย, จากนั้นมันจะกลับไปที่ตำแหน่งเดิมเมื่อปริมาณการจราจรเพื่มขึ้นและลดลง. มันเป็นไปได้ที่การบิดเบี้ยวขนาดเล็กเหล่านี้จะกลายเป็นถาวร, ซึ่งสามารถนำไปสู่การเป็นร่องในเส้นทางล้อตลอดการใช้งาน[11].
ชีวิตการใช้งานของการปูพื้นแบบยืดหยุ่นโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 15-20 ปี[12]. ความหนาที่จำเป็นของแต่ละชั้นของการปูพื้นถนนแบบยืดหยุ่นจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้, ขนาด, จำนวนการใช้ซ้ำๆกันของโหลดจราจร, สภาพแวดล้อม, และอายุการใช้งานที่ต้องการของถนน. ปัจจัยเช่นนี้จะถูกนำมาพิจารณาในระหว่างขั้นตอนการออกแบบเพื่อให้พื้นถนนมีอายุตามที่ได้ออกแบบมาโดยไม่ต้องมีความเครียดมากเกินไป[11].
การออกแบบการปูพื้นถนนแบบแข็ง
[แก้]การปูพื้นถนนแบบแข็งโดยทั่วไปจะใช้ในการสร้างสนามบินและทางหลวงสายหลักเช่นระบบทางหลวงระหว่างรัฐ. นอกจากนี้พวกมันโดยปกติจะทำหน้าที่เป็นแผ่นพื้นในงานอุตสาหกรรมหนัก, ลานท่าเรือและท่าเรือจอดเรือ, และลานจอดรถหรือสถานีรถหนัก. เหมือนการปูพื้นถนนแบบยืดหยุ่น, การปูพื้นทางหลวงแบบแข็งได้รับการออกแบบให้เป็นโครงสร้างที่ใช้งานได้ทุกสภาพอากาศ, และใช้ได้ยาวนานเพื่อให้บริการการจราจรความเร็วสูงในวันที่ทันสมัย. การเสนอให้พื้นผิวการขับขี่ที่คุณภาพสูงสำหรับการเดินทางด้วยยานพาหนะที่ปลอดภัย, พวกมันหน้าที่เป็นชั้นโครงสร้างเพื่อการกระจายโหลดที่ล้อในลักษณะที่ความเครียดที่เกิดขึ้นจะถูกส่งไปยังดินฐานราก (อังกฤษ: subgrade) ในขนาดที่ยอมรับได้[12].
ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์คอนกรีต (PCC) เป็นวัสดุที่ใช้กันมากที่สุดในการก่อสร้างของแผ่นถนนแบบแข็ง. เหตุผลสำหรับความนิยมของมันเป็นผลมาจากความพร้อมและความประหยัดของมัน. การปูพิ้นแข็งจะต้องได้รับการออกแบบให้ทนแรงการจราจรซ้ำๆบ่อยๆ. อายุการใช้งานโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 30 และ 40 ปี หรือสองเท่าของการปูแบบยืดหยุ่น[12].
หนึ่งในการพิจารณาที่สำคัญของการปูพื้นแบบแข็งก็คือการลดการล้มเหลวจากการล้าเนื่องจากความเครียดซ้ำๆของการจราจร. ความล้มเหลวจากการล้าเป็นเรื่องธรรมดาในหมู่ถนนสายหลักเพราะทางหลวงโดยทั่วไปจะสัมผัสนับล้านของวงล้อที่ผ่านตลอดอายุการใช้ของมัน. นอกจากนี้ในการออกแบบเกณฑ์เช่นการรับนัำหนักจราจร, ความเครียดจากแรงดึงเนื่องจากพลังงานความร้อนจะต้องนำเข้าสู่การพิจารณา. เมื่อการออกแบบปูพื้นถนนมีความก้าวหน้า, วิศวกรทางหลวงหลายคนได้ตั้งข้อสังเกตว่าความเครียดที่เกิดจากความร้อนในการปูพื้นแบบแข็งสามารถให้ความรุนแรงเช่นเดียวกับที่ถูกกระทำโดยแรงล้อ. เนื่องจากแรงดึงที่ค่อนข้างต่ำของคอนกรีต, ความเครียดที่เกิดจากความร้อนจึงมีความสำคัญอย่างสุดขั้วต่อการพิจารณาการออกแบบของการปูพื้นแบบแข็ง[12].
การปูพื้นแบบแข็งถูกสร้างขึ้นโดยทั่วไปเป็นสามชั้น - ชั้นเตรียมฐานราก, ชั้นฐานหรือ subbase และชั้นแผ่นคอนกรีต (อังกฤษ: concrete slab). แผ่นคอนกรีตจะถูกสร้างขึ้นตามการเลือกของขนาดที่ถูกออกแบบไว้สำหรับแผงของแผ่น (อังกฤษ: slab panel), ซึ่งมีอิทธิพลโดยตรงต่อความเข้มของความเครียดจากความร้อนที่เกิดขึ้นภายในพื้นถนน. นอกเหนือจากการติดตั้งแผงของแผ่น, การเสริมกำลังอุณหภูมิ (อังกฤษ: temperature reinforcement) ต้องได้รับการออกแบบมาเพื่อควบคุมพฤติกรรมการแตกร้าวในแผ่น. ระยะห่างระหว่างรอยต่อถูกกำหนดโดยขนาดแผงแผ่น[12].
สามประเภทหลักของการปูพื้นถนนด้วยคอนกรีตที่ใช้กันทั่วไปคือ (1) การปูพื้นคอนกรีตธรรมดามีรอยต่อ (อังกฤษ: Jointed plain concrete pavement (JPCP)), (2) การปูพื้นคอนกรีตเสริมแรงมีรอยต่อ (อังกฤษ: jointed reinforced concrete pavement (JRCP)), และ (3) การปูพื้นคอนกรีตเสริมแรงต่อเนื่อง (อังกฤษ: continuously reinforced concrete pavements (CRCP)). JPCP จะถูกสร้างด้วยรอยต่อแบบหดตัวซึ่งจะช่วยดูแลการแตกร้าวตามธรรมชาติของแผ่าปูน. แผ่าปูนเหล่านี้ไม่ได้ใช้เหล็กเสริมแรงแต่อย่างใด. JRCP จะถูกสร้างขึ้นที่มีทั้งรอยต่อแบบหดตัวและเหล็กเสริมแรงเพื่อควบคุมการแตกร้าวของแผ่นปูน. อุณหภูมิและความเครียดจากความชื้นที่สูงภายในแผ่นปูนเป็นตัวสร้างการแตกร้าว, ซึ่งเหล็กเสริมแรงจะช่วยยึดเข้าด้วกันให้แน่น. ที่รอยต่อตามขวาง แท่งเดือย (อังกฤษ: dowel bar) มักจะถูกติดตั้งไว้เพื่อช่วยถ่ายโอนน้ำหนักของยานพาหนะข้ามรอยแตกไป. CRCP พึ่งพาเหล็กเสริมแรงต่อเนื่องแต่เพียงอย่างเดียวเพื่อยึดรอยแตกตามขวางตามธรรมชาติของพื้นถนนเข้าด้วยกัน. การปูพื้นด้วยคอนกรีตอัดแรง (อังกฤษ: Prestressed concrete) ยังถูกนำมาใช้ในการก่อสร้างทางหลวงเช่นกัน; แต่พวกมันจะไม่เป็นสามัญเหมือนกับสามแบบนี้. การปูพื้นแบบอัดแรงทำให้ความหนาของแผ่น slab บางลงเนื่องจากสามารถทำการ neutralizing ความเครียดที่เกิดจากความร้อนหรือแรงกดทับได้บางส่วนหรือทั้งหมด[12].
การออกแบบการวางซ้อนทับบนการปูพื้นแบบยืดหยุ่น
[แก้]ตลอดอายุการใช้งานของพิ้นถนนแบบยืดหยุ่น, โหลดการจราจรที่สะสมอาจทำให้เกิดร่องหรือรอยแตกมากเกินไป, คุณภาพการขับขี่ไม่เพียงพอ, หรือความต้านทานการลื่นไถลมีไม่เพียงพอ. ปัญหาเหล่านี้สามารถหลีกเลี่ยงได้โดยการบำรุงรักษาผิวถนนอย่างเพียงพอ, แต่การแก้ปัญหามักจะมีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษามากเกินไป, หรือผิวถนนอาจมีความสามารถทางโครงสร้างที่ไม่เพียงพอสำหรับโหลดการจราจรที่ได้คาดการณ์ไว้[13].
ตลอดชีวิตของทางหลวง, ระดับของการให้บริการจะมีการตรวจสอบและการบำรุงรักษาอย่างใกล้ชิด. วิธีการหนึ่งที่มักใช้ในการรักษาระดับของการบริการของทางหลวงก็คือการวางซ้อนทับ (อังกฤษ: overlay) บนพื้นผิวของถนน[13].
มีสามประเภททั่วไปของการซ้อนทับที่ใช้บนพื้นแบบยืดหยุ่นได้แก่: การซ้อนทับด้วยยางมะตอย-คอนกรีต, การซ้อนทับด้วยพอร์ตแลนด์ซีเมนต์คอนกรีต, และการซ้อนทับด้วยพอร์ตแลนด์ซีเมนต์คอนกรีตบางเฉียบ.ชั้นคอนกรีตใน overlay ด้วย PCC ธรรมดาถูกวางแบบไม่ติดแน่นอยู่บนพื้นผิวแบบยืดหยุ่น. ความหนาโดยทั่วไปของ overlay ด้วย PCC แบบบางเฉียบคือ 4 นิ้ว (10 เซนติเมตร) หรือน้อยกว่า[13].
มีสองประเภทหลักของขั้นตอนการออกแบบการซ้อนทับผิวทางแบบยืดหยุ่นดังนี้[13]:
- การออกแบบการวิเคราะห์องค์ประกอบ (อังกฤษ: Component Analysis Design)
- การออกแบบที่มีพื้นฐานจากการโก่งงอ (อังกฤษ: Deflection-Based Design)
การออกแบบ overlay สำหรับการปูพื้นแบบแข็ง
[แก้]ใกล้ถึงจุดสิ้นสุดของอายุการใช้งานของการปูพื้นแบบแข็ง, ต้องมีการตัดสินใจทำอย่างใดอย่างหนึ่งเพื่อสร้างพื้นถนนที่ชำรุดขึ้นใหม่อย่างเต็มที่หรือสร้างเลเยอร์ซ้อนทับ. การพิจารณาการสร้าง overlay บนผิวถนนแบบแข็งสามารถทำได้แม้จะยังไม่ถึงจุดสิ้นสุดของอายุการใช้งาน, มันก็มักจะน่าสนใจทางเศรษฐกิจมากขึ้นที่จะทำชั้นซ้อนทับขึ้นบ่อยครั้ง. ความหนาของชั้นซ้อนทับที่จำเป็นสำหรับพื้นถนนแบบแข็งที่มีโครงสร้างอย่างดีจะมีขนาดบางกว่าพื้นถนนที่ถึงจุดสิ้นสุดของอายุการใช้งานแล้ว. การซ้อนทับแบบแข็งและยืดหยุ่นทั้งสองอย่างถูกใช้ในการฟื้นฟูสภาพพื้นผิวแข็งเช่น JPCP, JRCP และ CRCP[14].
มีสามหมวดหมู่ย่อยของการสร้าง overlay บนพื้นถนนแบบแข็งที่มีการรวบรวมไว้, มันขึ้นอยู่กับสภาพการติดแน่นที่รอยต่อระหว่างผิว overlay กับ slab เดิมที่มีอยู่[14].
- overlay ที่ติดแน่น
- overlay ที่ไม่ติดแน่น
- overlay ที่ติดแน่นบางส่วน
การออกแบบระบบระบายน้ำ
[แก้]การออกแบบสำหรับการระบายน้ำที่เหมาะสมของระบบทางหลวงเป็นสิ่งสำคัญต่อความสำเร็จของทางหลวง. โดยไม่คำนึงถึงรูปแบบด้านอื่นๆของถนนว่าจะได้รับการออกแบบและการก่อสร้างดีอย่างไร, ระบบระบายน้ำที่เพียงพอเป็นเรื่องสำคัญอย่างยิ่งสำหรับถนนเพื่อความอยู่รอดตลอดอายุการใช้งานของมัน. น้ำส่วนเกินในโครงสร้างทางหลวงหลีกเลี่ยงไม่ได้ย่อมจะนำไปสู่ความล้มเหลวก่อนกำหนด, แม้ว่าความล้มเหลวนั้นจะไม่ได้เป็นหายนะ[15].
แต่ละระบบระบายน้ำทางหลวงเป็นแบบเฉพาะที่และสามารถที่จะซับซ้อนมาก. ขึ้นอยู่กับภูมิศาสตร์ของภูมิภาค, หลายวิธีสำหรับการระบายน้ำที่เหมาะสมอาจจะไม่สามารถใช้ได้กับอีกที่หนึ่ง. วิศวกรทางหลวงจะต้องกำหนดว่าสถานการณ์ไหนที่การออกแบบควรจะนำมาใช้โดยเฉพาะ, โดยปกติ วิธีการและวัสดุที่เหมาะสมผสมกันหลายอย่างสามารถจะนำน้ำออกไปจากโครงสร้างได้[15].
การควบคุมการกัดเซาะก็เป็นองค์ประกอบสำคัญในการออกแบบระบบการระบายน้ำทางหลวง. การระบายน้ำที่พื้นผิวจะต้องกระทำเพื่อระบายน้ำฝนหิมะหรือลูกเห็บที่ตกลงมาออกจากโครงสร้าง. ทางหลวงจะต้องได้รับการออกแบบให้มีความลาดชันเพื่อให้น้ำสามารถที่ไหลบ่ามาจะถูกนำไปที่ไหล่ของถนน, ลงไปในคู, และออกจากพื้นที่ไป. การออกแบบระบบระบายน้ำจะต้องใช้การคาดการณ์การไหลบ่าและการแทรกซึมของน้ำ, การวิเคราะห์ช่องเปิด, และการออกแบบท่อระบายน้ำสำหรับการนำน้ำผิวดินไปยังสถานที่ที่เหมาะสม[15]
งานก่อสร้าง, การบำรุงรักษาและการจัดการ
[แก้]การก่อสร้างทางหลวง
[แก้]ก่อนการก่อสร้างทางหลวงโดยทั่วไปจะต้องทำการสำรวจในรายละเอียดและเตรียมฐานราก[3]. วิธีการและเทคโนโลยีในการก่อสร้างทางหลวงมีการพัฒนาอยู่ตลอดเวลาและมีความซับซ้อนมากขึ้น. ความก้าวหน้าด้านเทคโนโลยีนี้ได้ยกระดับทักษะที่จำเป็นในการจัดการโครงการก่อสร้างทางหลวง. ทักษะนี้แตกต่างกันไปจากโครงการหนึ่งไปยังอีกโครงการหนึ่ง, ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆเช่นความซับซ้อนและธรรมชาติของโครงการ, ความแตกต่างระหว่างการก่อสร้างใหม่และการบูรณะของเดิมขึ้นมาใหม่, และความแตกต่างระหว่างโครงการที่อยู่ในภูมิภาคพื้นที่เมืองและภูมิภาคพื้นที่ชนบท[16].
มีองค์ประกอบหลายอย่างของการก่อสร้างทางหลวงซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นองค์ประกอบทางเทคนิคและองค์ประกอบเชิงพาณิชย์ของระบบ[16]. บางตัวอย่างของแต่ละองค์ประกอบได้ระบุไว้ด้านล่าง.
- องค์ประกอบทางเทคนิค
- วัสดุ
- คุณภาพของวัสดุ
- เทคนิคการติดตั้ง
- การจราจร
- องค์ประกอบเชิงพาณิชย์
- ความเข้าใจสัญญา
- ด้านสิ่งแวดล้อม
- แง่มุมทางการเมือง
- แง่มุมของกฎหมาย
- ความกังวลของประชาชน
โดยปกติแล้วการก่อสร้างเริ่มต้นที่ระดับความสูงที่ต่ำสุดของไซต์งาน, โดยที่ไม่คำนึงถึงประเภทของโครงการ, และทำขึ้นข้างบน. โดยการทบทวนข้อกำหนดด้านปฐพีเทคนิคของโครงการ, จะได้รับข้อมูลเกี่ยวกับ[16]:
- สภาพดินเดิม
- อุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับการขุดขนดิน, การทำเป็นชั้นๆ, และการขนส่งวัสดุไปยังและจากไซต์งาน
- คุณสมบัติของวัสดุที่จะขุด
- ความจำเป็นที่จะต้องปล่อยน้ำออกสำหรับงานที่ต่ำกว่าฐานราก
- ความจำเป็นที่จะต้องมีการสร้างกำแพงค้ายันเพื่อป้องกันขณะขุด
- ปริมาณน้ำเพื่อการบดอัดและการควบคุมฝุ่นละออง
งานก่อสร้างชั้น subbase
[แก้]ชั้น subbase (อังกฤษ: subbase course) จะถูกออกแบบให้ใช้วัสดุที่คัดสรรมาอย่างระมัดระวังเนื่องจากเป็นชั้นที่อยู่ระหว่างฐานรากและ base ของพื้นถนน. ความหนาของ subbase โดยทั่วไปอยู่ในช่วง 4-16 นิ้ว, และมันถูกออกแบบมาเพื่อทนต่อความจุของโครงสร้างที่ต้องการของพื้นถนน[16].
วัสดุทั่วไปที่ใช้สำหรับสร้าง subbase ของทางหลวงประกอบด้วยกรวด, หินบด, หรือดินฐานรากที่ถูกทำให้เสถียรด้วยซีเมนต์, เถ้าลอย, หรือหินปูน. ความสามารถในการดูดซึมน้ำของ subbase จะกลายเป็นที่แพร่หลายมากขึ้นด้วยความสามารถในการระบายน้ำที่แทรกซึมจากพื้นผิวด้านบน. นอกจากนี้มันยังป้องกันไม่ให้น้ำจากดินซึมผ่านขึ้นมาถึงพื้นผิวถนน[16].
เมื่อต้นทุนวัตถุดิบในท้องถิ่นมีราคาแพงเกินไปหรือความต้องการวัสดุเพื่อเพิ่มการแบกรับด้านโครงสร้างของฐานย่อยไม่สามารถจัดหามาได้, วิศวกรทางหลวงสามารถเพิ่มความสามารถในการแบกรับของดินที่อยู่ข้างใต้โดยการผสมปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์, ยางมะตอยโฟม, หรือด้วยเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่ เช่น cross-linking styrene acrylic polymer ที่ใช้เพิ่มอัตราส่วนการแบกรับแบบแคลิฟอร์เนีย (อังกฤษ: California Bearing Ratio) ของวัสดุในแหล่งกำเนิดโดยอัตาส่วน 4 ต่อ 6[17].
งานก่อสร้างชั้น base
[แก้]ชั้น base (อังกฤษ: base course) เป็นส่วนของการปูพื้นถนนและอยู่ใต้พื้นผิวถนนพอดี. หากมีชั้น subbase, ชั้น base จะถูกสร้างเหนือชั้นนี้โดยตรง. มิฉะนั้น มันจะถูกสร้างเหนือฐานราก. ปกติความหนาของ base อยู่ในช่วง 4-6 นิ้วและถูกควบคุมโดยคุณสมบัติชั้นที่อยู่ข้างใต้[16].
โหลดขนาดหนักถูกนำมาใส่อย่างต่อเนื่องบนพื้นผิวและชั้น base จะดูดซับส่วนใหญ่ของความเครียดเหล่านี้. โดยทั่วไป, ชั้น base จะถูกสร้างด้วยหินคลุกบดที่ยังไม่ปรับสภาพเช่นหินบด, ตะกรัน, หรือกรวด. วัสดุที่ทำ base จะมีความมั่นคงภายใต้การจราจรสูงและมีลักษณะการระบายน้ำที่ดี[16].
วัสดุชั้น base มักจะถูกปรับสภาพด้วยปูนซีเมนต์, น้ำมันดิน, แคลเซียมคลอไรด์, โซเดียมคลอไรด์, เถ้าลอยหรือหินปูน. การปรับสภาพเหล่านี้จะช่วยให้การรองรับน้ำหนักดีขึ้นสำหรับโหลดนำ้หนักสูง, เพิ่มความแข็งแรงสำหรับน้ำค้างแข็ง, และทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันความชื้นระหว่างชั้น base และชั้นพื้นผิว[16].
การก่อสร้างชั้นพื้นผิว
[แก้]บทความหลัก: wearing course
การปูชั้นพื้นผิว (อังกฤษ: surface course) มีสองประเภทที่ใช้กันมากที่สุดในการก่อสร้างทางหลวงคือ: ประเภทยางมะตอยร้อนผสมและประเภทคอนกรีตปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์. การปูชั้นพื้นผิวเหล่านี้ให้พื้นผิวขับขี่ที่ราบรื่นและปลอดภัย, ในขณะเดียวกันก็มีการถ่ายโอนโหลดการจราจรที่หนาแน่นผ่านชั้น base ต่างๆไปพร้อมกัน และเข้าไปในดินฐานรากที่อยู่ด้านล่าง[16].
ชั้นยางมะตอยผสมร้อน (HMA)
[แก้]ชั้นพื้นผิวยางมะตอยผสมร้อนจะเรียกว่าเป็นการปูพื้นแบบยืดหยุ่น. 'ระบบ Superpave' ได้รับการพัฒนาในช่วงปลายทศวรรษที่ 1980s และได้นำเสนอการเปลี่ยนแปลงให้กับวิธีการออกแบบ, การออกแบบผสม, ลักษณะสมบัติ, และการทดสอบคุณภาพของวัสดุ[16].
การก่อสร้างผิวถนนแบบลาดยางมะตอยที่มีประสิทธิภาพและใช้งานได้ยาวนานจะต้องใช้ทีมงานก่อสร้างที่มีประสบการณ์, มีความมุ่งมั่นที่จะมีคุณภาพและมีการควบคุมอุปกรณ์การทำงานของพวกเขา[16].
ปัญหาการก่อสร้าง:
- การแยกตัวของยางมะตอยผสม
- การปูผิว
- การบดอัด
- การเชื่อมต่อ
มีการใช้'สารฉาบหน้าหลัก' (อังกฤษ: prime coat), เป็นยางมะตอยที่มีความหนืดต่ำ, จะถูกนำไปใช้ที่ชั้น base ก่อนที่จะมีการเทชั้นพื้นผิวด้วย HMA. สารฉาบหน้านี้จะยึดวัสดุที่หลวม, ทำการสร้างชั้นเหนียวระหว่างชั้น base และพื้นผิวยางมะตอย[16].
สารฉาบหน้าเกี่ยว (อังกฤษ: tack coat) เป็นยางมะตอยอิมัลชันที่มีความหนืดต่ำที่ถูกใช้ในการสร้างความผูกพันระหว่างพื้นผิวหน้าเดิมและ overlay ยางมะตอยใหม่. สารฉาบหน้าเกี่ยวถูกนำมาใช้โดยทั่วไปในการปูพื้นที่อยู่ติดกัน (คันหิน (อังกฤษ: curb)) เพื่อช่วยการยึดเกาะรำหว่าง HMA และคอนกรีต[16].
ชั้นพอร์ตแลนด์ซีเมนต์คอนกรีต (PCC)
[แก้]ชั้นพอร์ตแลนด์ซีเมนต์คอนกรีต (PCC)จะหมายถึงการปูพื้นถนนแบบแข็ง, หรือการปูพื้นคอนกรีต. โดยทั่วไปมีสามประเภทได้แก่ - เรียบมีรอยต่อ, เสริมแรงมีรอยต่อและเสริมแรงต่อเนื่อง[16].
โหลดการจราจรจะถูกโอนระหว่างส่วนต่อส่วนเมื่อหินคลุกขนาดใหญ่กว่าในส่วนผสมของ PCC จะล็อคภายในเข้าด้วยกัน, หรือผ่านทางอุปกรณ์ถ่ายโอนโหลดในรอยต่อตามขวางของพื้นผิว. แท่งเดือยจะถูกนำมาใช้เป็นอุปกรณ์ถ่ายโอนโหลดได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อถ่ายโอนโหลดข้ามรอยต่อตามขวางในขณะที่ยังคงไว้ซึ่งการจัดแนวในแนวนอนและแนวตั้ง. แท่งประกับ (อังกฤษ: tie-bar) จะเป็นแท่งเหล็กขึ้นรูปหรือเหล็กข้ออ้อยที่วางไปตามรอยต่อแนวยาวเพื่อยึดส่วนต่างๆของพื้นให้อยู่กับที่[16].
การบำรุงรักษาทางหลวง
[แก้]วัตถุประสงค์โดยรวมของการบำรุงรักษาทางหลวงคือการแก้ไขข้อบกพร่องและรักษาและซ่อมบำรุงโครงสร้างของถนน. ข้อบกพร่องจะต้องถูกกำหนด, ทำความเข้าใจ, และถูกบันทึกไว้ในอันที่จะเลือกแผนการบำรุงรักษาที่เหมาะสม. ข้อบกพร่องจะแตกต่างกันระหว่างการปูพื้นแบบยืดหยุ่นและแบบแข็ง[18].
วัตถุประสงค์หลักของการบำรุงรักษาทางหลวงมีสี่อย่างคือ:
- ซ่อมแซมข้อบกพร่องของถนน
- ยืดอายุการให้บริการของการทำงานและโครงสร้างของถนน
- รักษาความปลอดภัยและป้ายของถนน
- ให้ทรัพากรของถนนอยู่ในสภาพที่ยอมรับได้
โดยการปฏิบัติบำรุงรักษาเป็นประจำ, ระบบทางหลวงและทุกองค์ประกอบของมันสามารถได้รับการรักษาให้อยู่ในสภาพเดิมเมื่อแรกสร้างของมัน[18].
การบริหารจัดการโครงการ
[แก้]การบริหารจัดการโครงการจะเกี่ยวข้องกับการจัดตั้งองค์กรและการจัดโครงสร้างของกิจกรรมต่างๆของโครงการตั้งแต่เริ่มต้นจนจบ. กิจกรรมอาจเป็นการก่อสร้างโครงสร้างพื้นฐานเช่นถนนและสะพานหรือกิจกรรมการบำรุงรักษาหลักและรองที่เกี่ยวข้องกับการสร้างโครงสร้างพื้นฐานดังกล่าว. โครงการและกิจกรรมที่เกี่ยวข้องทั้งหมดจะต้องได้รับการจัดการในลักษณะมืออาชีพและจะต้องแล้วเสร็จภายในเวลาและงบประมาณที่กำหนด. นอกจากนี้การลดผลกระทบทางสังคมและสิ่งแวดล้อมเป็นสิ่งสำคัญในความสำเร็จของการบริหารจัดการโครงการ[19]
อ้างอิง
[แก้]- ↑ 1.0 1.1 Rogers, Martin (2002). Highway engineering. Oxford, UK: Blackwell Science. ISBN 978-0-632-05993-5.
- ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 O'Flaherty (2002). Highways the location, design, construction and maintenance of road pavements (4th ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-5090-8.
- ↑ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 "Highway engineering." McGraw-Hill Concise Encyclopedia of Science and Technology. New York: McGraw-Hill, 2006. Credo Reference. Web. 13 February 2013.
- ↑ Chin, Antony T.H. “Financing Highways.” The Handbook of Highway Engineering. Ed. T.W. Fwa. CRC Press, 2005.
- ↑ Estache, A., Romero, M., and Strong, J. 2000. The Long and Winding Path to Private Financing and Regulation of Toll Roads. The World Bank, Washington, DC, 49 pp.
- ↑ 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 Aziz, M.A. “Environmental Impact Assessment of Highway Development.” The Handbook of Highway Engineering. Ed. T.W. Fwa. CRC Press, 2005.
- ↑ World Health Organization, 2004. World Report on Road Traffic Injury Prevention. World Health Organization, Geneva.
- ↑ 8.0 8.1 Johnston, Ian. “Highway Safety.” The Handbook of Highway Engineering. Ed. T.W. Fwa. CRC Press, 2005.
- ↑ 9.0 9.1 9.2 Cheu, R.L. “Highway Geometric Design.” The Handbook of Highway Engineering. Ed. T.W. Fwa. CRC Press, 2005.
- ↑ 10.0 10.1 Tam, Weng On. “Highway Materials.” The Handbook of Highway Engineering. Ed. T.W. Fwa. CRC Press, 2005.
- ↑ 11.0 11.1 11.2 11.3 Mamlouk, Michael S. “Design of Flexible Pavements.” The Handbook of Highway Engineering. Ed. T.W. Fwa. CRC Press, 2005.
- ↑ 12.0 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 Fwa, T.F. and Wei, Liu. “Design of Rigid Pavements.” The Handbook of Highway Engineering. Ed. T.W. Fwa. CRC Press, 2005.
- ↑ 13.0 13.1 13.2 13.3 Tia, Mang. “Overlay Design for Flexible Pavements.” The Handbook of Highway Engineering. Ed. T.W. Fwa. CRC Press, 2005.
- ↑ 14.0 14.1 Fwa, T.F. “Overlay Design for Rigid Pavements.” The Handbook of Highway Engineering. Ed. T.W. Fwa. CRC Press, 2005.
- ↑ 15.0 15.1 15.2 Ksaibati, Khaled and Kolkman, Laycee L. “Highway Drainage Systems and Design.” The Handbook of Highway Engineering. Ed. T.W. Fwa. CRC Press, 2005.
- ↑ 16.00 16.01 16.02 16.03 16.04 16.05 16.06 16.07 16.08 16.09 16.10 16.11 16.12 16.13 16.14 Gunalan, K.N. “Highway Construction.” The Handbook of Highway Engineering. Ed. T.W. Fwa. CRC Press, 2005.
- ↑ "AggreBind - Major Roads and Highways". คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2013-12-20. สืบค้นเมื่อ 2014-11-11.
- ↑ 18.0 18.1 Van Wijk, Ian. “Highway Maintenance.” The Handbook of Highway Engineering. Ed. T.W. Fwa. CRC Press, 2005.
- ↑ Walker, Derek and Kumar, Arun. “Project Management in Highway Construction.” The Handbook of Highway Engineering. Ed. T.W. Fwa. CRC Press, 2005.