วิศวกรรมทางหลวง

วิศวกรรมทางหลวง (Highway engineering) เป็นสาขาวิศวกรรมแผนกหนึ่งแยกมาจากวิศวกรรมโยธาที่เกี่ยวข้องกับการวางแผน, การออกแบบ, การก่อสร้าง, การดำเนินงาน, และการบำรุงรักษา, ถนน, สะพาน, และอุโมงค์เพื่อให้แน่ใจในความปลอดภัยและมีประสิทธิภาพของการขนส่งผู้คนและสินค้า วิศวกรรมทางหลวงกลายเป็นที่โดดเด่นในครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 นับจากสงครามโลกครั้งที่ 2 มาตรฐานของวิศวกรรมทางหลวงมีการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง วิศวกรทางหลวงต้องคำนึงถึงการไหลของการจราจรในอนาคต, การออกแบบทางแยก/ทางร่วมของทางหลวง, การจัดแนวเรขาคณิตและการออกแบบ, วัสดุลาดยางทางหลวงและการออกแบบ, การออกแบบโครงสร้างของความหนาของผิวทาง, และการบำรุงรักษาผิวทาง

**ประวัติความเป็นมา**
จุดเริ่มต้นของการก่อสร้างถนนสามารถย้อนหลังไปถึงยุคของชาวโรมัน ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีจากรถลากด้วยม้าสองตัวไปยังยานพาหนะที่มีกำลังเทียบเท่ากับม้า 100 ตัว, การพัฒนาถนนต้องติดตามให้เหมาะสม การก่อสร้างทางหลวงที่ทันสมัยยังไม่เริ่มจนกระทั่งช่วงปลายศตวรรษที่ 19 จนถึงช่วงต้นศตวรรษที่ 20
การวิจัยครั้งแรกที่ทุ่มเทให้กับการวิศวกรรมทางหลวงเริ่มต้นในสหราชอาณาจักรด้วยการแนะนำของห้องปฏิบัติการวิจัยการขนส่ง (TRL) ในปี 1930 ในสหรัฐอเมริกา วิศวกรรมทางหลวงกลายเป็นสาขาที่สำคัญที่มีการผ่านกฏหมาย Federal-Aid Highway Act of 1944 ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อเชื่อมต่อ 90% ของเมืองที่มีประชากร 50,000 คนหรือมากกว่า ด้วยความเครียดคงที่จากยานพาหนะที่มากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป การปรับปรุงผ้วการจราจรเป็นสิ่งที่จำเป็น ด้วยเทคโนโลยีที่ล้าสมัย ในปี 1958 การก่อสร้างทางด่วนเป็นครั้งแรกในสหราชอาณาจักร (ถนนบายพาสเพรสตัน) ได้มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาของเทคโนโลยีการสร้างผิวการจราจรใหม่
มาตรฐานของนโยบายการออกแบบที่ใช้ในประเทศสหรัฐอเมริกาโดยทั่วไปจะเป็นไปตามสิ่งพิมพ์ของ American Association of State Highway and Transportation Officials รวมทั้งการวิจัยที่ประกาศโดยคณะกรรมการวิจัยการขนส่ง, สถาบันวิศวกรการขนส่ง, การบริหารทางหลวงแห่งชาติ, และกรมการขนส่งสหรัฐ

**การวางแผนและการพัฒนา**
การวางแผนทางหลวงเกี่ยวข้องกับการประเมินปริมาณของการจราจรในปัจจุบันและอนาคตบนเครือข่ายถนน วิศวกรทางหลวงมุ่งมั่นที่จะคาดการณ์และวิเคราะห์ผลกระทบต่อพลเรือนที่เป็นไปได้ทั้งหมดของระบบทางหลวง บางการพิจารณาเป็นผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเช่นมลพิษทางเสียง, มลพิษทางอากาศ, มลพิษทางน้ำ, และผลกระทบต่อระบบนิเวศอื่น ๆ

**การเงิน**
ประเทศที่พัฒนาแล้วกำลังเผชิญอย่างต่อเนื่องกับค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาที่สูงของทางหลวงขนส่งที่มีอายุมาก การเจริญเติบโตของอุตสาหกรรมยานยนต์และการเติบโตทางเศรษฐกิจของส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องได้สร้างความต้องการสำหรับทางหลวงที่มีความปลอดภัยมากขึ้น, ประสิทธิภาพที่ดีขึ้น, แออัดน้อยลง, การเจริญเติบโตของการค้า, สถาบันการศึกษา, ที่อยู่อาศัย, และการป้องกันประเทศได้ดึงงบประมาณส่วนใหญ่มาจากรัฐบาลในอดีตที่ผ่านมา, ทำให้การหาเงินของทางหลวงสาธารณะเป็นความท้าทายอย่างหนึ่ง
ลักษณะอเนกประสงค์ทางหลวง, สภาพแวดล้อมทางเศรษฐกิจ, และความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการกำหนดราคาทางหลวงกำลังเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นวิธีการจัดหาเงิน, การจัดการ, และการบำรุงรักษาสำหรับทางหลวงจึงกำลังเปลี่ยนแปลงเช่นกัน

**การประเมินผลกระทบสิ่งแวดล้อม**
การเติบโตทางเศรษฐกิจของชุมชนขึ้นอยู่กับการพัฒนาทางหลวงเพื่อเพิ่มความคล่องตัว แต่ทางหลวงที่มีการวางแผน, การออกแบบ, การสร้าง, และการบำรุงรักษาไม่ถูกต้องสามารถทำลายลักษณะทางเศรษฐกิจและสังคมของชุมชนในทุกขนาด ผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ที่พบบ่อยในการพัฒนาทางหลวงจะรวมถึงความเสียหายของที่อยู่อาศัยและความหลากหลายทางชีวภาพ, การสร้างมลพิษทางอากาศและน้ำ, การสร้างเสียง/ความสั่นสะเทือน, ความเสียหายของภูมิทัศน์ธรรมชาติ, และการทำลายของโครงสร้างทางสังคมและวัฒนธรรมของชุมชน โครงสร้างพื้นฐานทางหลวงจะต้องมีการสร้างและการบำรุงรักษาด้วยคุณภาพและมาตรฐานที่สูง
มีสามขั้นตอนที่สำคัญสำหรับการบูรณาการพิจารณาด้านสิ่งแวดล้อมเข้าไปในการวางแผน, การจัดตารางเวลา, การก่อสร้าง, และบำรุงรักษาทางหลวง กระบวนการนี้เป็นที่รู้จักกันว่าเป็นการประเมินผลกระทบสิ่งแวดล้อม, หรืออีไอเอ, เนื่องจากมันเป็นระบบที่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบต่อไปนี้: 
# ตัวบ่งชี้ของรูปแบบอย่างสมบูรณ์ของผลกระทบทั้งหมดที่เป็นไปได้ในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติและทางสังคมและเศรษฐกิจ
# การประเมินและปริมาณของผลกระทบเหล่านี้
# การกำหนดมาตรการเพื่อหลีกเลี่ยง, บรรเทา, และชดเชยผลกระทบที่คาดว่าจะมี

**ความปลอดภัยบนทางหลวง**
ระบบทางหลวงสร้างความเสียหายด้วยราคาสูงสุดในการได้รับบาดเจ็บของมนุษย์และความตาย, เกือบ 50 ล้านคนได้รับบาดเจ็บในอุบัติเหตุการจราจรทุกปี, ไม่รวมถึง 1.2 ล้านคนเสียชีวิต การบาดเจ็บเนื่องจากการจราจรบนถนนเป็นสาเหตุระดับนำตัวเดียวของการเสียชีวิตโดยไม่ได้ตั้งใจในช่วงห้าสิบปีแรกของชีวิตมนุษย์
การจัดการความปลอดภัยเป็นกระบวนการที่เป็นระบบที่มุ่งมั่นที่จะลดการเกิดและความรุนแรงของอุบัติเหตุจราจร ปฏิสัมพันธ์ระหว่างคน/เครื่องกับระบบการจราจรบนถนนไม่เสถียรและท้าทายในการบริหารจัดการความปลอดภัยบนทางหลวง กุญแจสำคัญสำหรับการเพิ่มความปลอดภัยของระบบทางหลวงคือการออกแบบ, การสร้าง, และบำรุงรักษาพวกมันให้มีความอดทนมากขึ้นในช่วงที่ค่าเฉลี่ยของปฏิสัมพันธ์ระหว่างคน/เครื่องนี้กับทางหลวง ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีด้านวิศวกรรมทางหลวงได้มีการปรับปรุงการออกแบบ, การก่อสร้าง, และวิธีการบำรุงรักษาที่ใช้มาแล้วหลายปี ความก้าวหน้าเหล่านี้ได้สร้างนวัตกรรมความปลอดภัยบนทางหลวงที่ทันสมัยขึ้น
โดยความมั่นใจว่าทุกสถานการณ์และโอกาสได้มีการระบุ, มีการพิจารณา, และมีการดำเนินการไปแล้วตามความเหมาะสม, พวกมันสามารถได้รับการประเมินในขั้นตอนของการวางแผน, การออกแบบ, การก่อสร้าง, การบำรุงรักษา, และการดำเนินการเพื่อเพิ่มความปลอดภัยของระบบทางหลวงของเรา

**การออกแบบ**
ตำแหน่ง, แนวถนน, และรูปร่างของทางหลวงที่เหมาะสมที่สุดจะได้รับการคัดเลือกในระหว่างขั้นตอนการออกแบบ การออกแบบทางหลวงเกี่ยวข้องกับการพิจารณาของสามปัจจัยสำคัญ (มนุษย์, พาหนะ, และถนน) และปัจจัยเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไรเพื่อให้มีความปลอดภัยบนทางหลวง ปัจจัยมนุษย์รวมถึงเวลาการเกิดปฏิกิริยาสำหรับการเบรกและการหมุนพวงมาลัย, การมองเห็นป้ายและสัญญาณจราจร, และพฤติกรรมของรถที่ขับตามมา การพิจารณาด้านยานพาหนะรวมถึงขนาดและพลวัตของยานพาหนะที่จำเป็นในการกำหนดความกว้างของช่องทางและความลาดชันสูงสุด, และสำหรับชนิดของยานพาหนะ วิศวกรทางหลวงจะออกแบบเรขาคณิตของถนนเพื่อให้มั่นใจว่าในเสถียรภาพของยานพาหนะเมื่อมีการพิจารณาการสร้างแนวโค้งและเนินดินและเพื่อให้มีระยะการมองเห็นที่เพียงพอสำหรับการปรับวงเลี้ยวในการแซงช่วงทางโค้งบนถนนสองช่องทาง, ไป-กลับ

**การออกแบบทางเรขาคณิต**
วิศวกรทางหลวงและการขนส่งจะต้องตอบสนองความต้องการมาตรฐานความปลอดภัย, การบริการ, และการปฏิบัติงานหลายอย่างเมื่อทำการออกแบบทางหลวงสำหรับภูมิประเทศบางอย่าง การออกแบบทางหลวงทางเรขาคณิตเบื้องต้นหมายถึงองค์ประกอบที่มองเห็นได้ของทางหลวง วิศวกรทางหลวงผู้ออกแบบรูปทรงเรขาคณิตของทางหลวงยังต้องพิจารณาถึงผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมและสังคมของการออกแบบในโครงสร้างพื้นฐานโดยรอบ
มีการพิจารณาบางอย่างที่ต้องนำมาพูดถึงอย่างเหมาะสมในขั้นตอนการออกแบบเพื่อให้ทางหลวงเข้ากันได้ดีกับภูมิประเทศและยังคงมีความปลอดภัยให้กับมัน บางส่วนที่จะต้องนำมาพิจารณาในการออกแบบเหล่านี้ประกอบด้วย: - การออกแบบความเร็ว- การออกแบบปริมาณการจราจร- จำนวนช่องทาง- ระดับของการบริการ (Level of Service (LOS))- ระยะการมองเห็น- การจัดแนว, การยกระดับ, และการทำเนินไล่ระดับ- รูปตัดขวาง- ความกว้างของช่องทาง- ระยะห่างในแนวนอนและแนวตั้ง
ความสามารถในการดำเนินงานของทางหลวงสามารถมองเห็นผ่านปฏิกิริยาของผู้ขับขี่ที่มีต่อการพิจารณาการออกแบบข้างต้นและปฏิสัมพันธ์ของพวกเขา

**วัสดุ**
วัสดุที่ใช้ในการก่อสร้างถนนได้มีความก้าวหน้าไปตามกาลเวลา, ย้อนหลังไปถึงช่วงแรก ๆ ของจักรวรรดิโรมัน ความก้าวหน้าในวิธีการด้วยวัสดุเหล่านี้มีความโดดเด่นและถูกนำไปใช้กับการออกแบบโครงสร้างการปูผิวหน้าของถนนที่ได้มาพร้อมกับความก้าวหน้าในวัสดุ
มีสองประเภทหลักของวัสดุที่ใช้ในการปูผิวหน้าของถนน - ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์คอนกรีต (Portland cement concrete (PCC)) และยางมะตอยผสมร้อน (hot-mix asphalt (HMA))  ภายใต้ผิวบนสุดนี้เป็นชั้น ๆ ของวัสดุที่ให้การรองรับโครงสร้างของระบบการปูผิวหน้า พื้นผิวที่อยู่ข้างใต้เหล่านี้อาจประกอบด้วยอย่างใดอย่างหนึ่งคือ base ทำจากหินคลุกและหลายชั้นของ subbase, หรือ base ทำจากวัสดุปรับสภาพ (treated material}}) และหลายชั้นของ subbase, และนอกจากนี้ยังมี subgrade ธรรมชาติหรือ subgrade สารปรับสภาพอยู่ข้างใต้. ชั้นที่ถูกปรับสภาพเหล่านี้อาจถูกปรับสภาพด้วยซีเมนต์, ยางมะตอย, หรือหินปูนเพื่อเพิ่มความสามารถในการรองรับ

**การออกแบบการปูพื้นถนนแบบยืดหยุ่น**
การปูพื้นถนนแบบยืดหยุ่นคือการทำด้วยยางมะตอย, หรือด้วย Tarmac โดยทั่วไปประกอบด้วยชั้นต่าง ๆ สามหรือสี่ชั้น สำหรับแบบสี่ชั้น, จะมีชั้นผิวหน้า, ชั้น base, ชั้น subbase ที่สร้างขึ้นบนชั้น subgrade ที่เป็นดินธรรมชาติอัดแน่น เมื่อมีการสร้างแบบสามชั้น, ชั้น subbase จะไม่มีโดยชั้น base จะถูกสร้างอยู่บนชั้น subgrade โดยตรง
ชั้นบนสุดของการปูพื้นถนนแบบยืดหยุ่นจะถูกสร้างขึ้นจากยางมะตอยผสมร้อน (HMA) หินคลุกที่ไม่เสถียรมักจะถูกใช้สำหรับชั้น base; อย่างไรก็ตาม ชั้น base อาจถูกทำให้เสถียรด้วยยางมะตอย, ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์, หรือสารตัวทำเสถียรอื่น ๆ subbase โดยทั่วไปจะถูกสร้างจากวัสดุผสมในท้องถิ่น, ในขณะที่ด้านบนของ subgrade มักจะถูกทำให้เสถียรด้วยซีเมนต์หรือหินปูน
ด้วยการปูพื้นถนนแบบยืดหยุ่น, ความเครียดสูงสุดจะเกิดขึ้นที่ผิวหน้าและความเครียดจะลดลงตามความลึกของพื้นถนน ดังนั้นวัสดุที่มีคุณภาพสูงสุดจะต้องถูกนำมาสร้างผิวหน้า ในขณะที่วัสดุที่มีคุณภาพต่ำสามารถถูกใช้ในส่วนลึกของพื้นถนน คำว่า "ยืดหยุ่น" ถูกนำมาใช้เพราะความสามารถ asphalts ในการโค้งงอและบิดเบี้ยวเล็กน้อย จากนั้นมันจะกลับไปที่ตำแหน่งเดิมเมื่อปริมาณการจราจรเพื่มขึ้นและลดลง มันเป็นไปได้ที่การบิดเบี้ยวขนาดเล็กเหล่านี้จะกลายเป็นถาวร, ซึ่งสามารถนำไปสู่การเป็นร่องในเส้นทางล้อตลอดการใช้งาน
ชีวิตการใช้งานของการปูพื้นแบบยืดหยุ่นโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 15-20 ปี ความหนาที่จำเป็นของแต่ละชั้นของการปูพื้นถนนแบบยืดหยุ่นจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้, ขนาด, จำนวนการใช้ซ้ำๆกันของโหลดจราจร, สภาพแวดล้อม, และอายุการใช้งานที่ต้องการของถนน ปัจจัยเช่นนี้จะถูกนำมาพิจารณาในระหว่างขั้นตอนการออกแบบเพื่อให้พื้นถนนมีอายุตามที่ได้ออกแบบมาโดยไม่ต้องมีความเครียดมากเกินไป

**การออกแบบการปูพื้นถนนแบบแข็ง**
การปูพื้นถนนแบบแข็งโดยทั่วไปจะใช้ในการสร้างสนามบินและทางหลวงสายหลักเช่นระบบทางหลวงระหว่างรัฐ นอกจากนี้พวกมันโดยปกติจะทำหน้าที่เป็นแผ่นพื้นในงานอุตสาหกรรมหนัก, ลานท่าเรือและท่าเรือจอดเรือ, และลานจอดรถหรือสถานีรถหนัก เหมือนการปูพื้นถนนแบบยืดหยุ่น, การปูพื้นทางหลวงแบบแข็งได้รับการออกแบบให้เป็นโครงสร้างที่ใช้งานได้ทุกสภาพอากาศ, และใช้ได้ยาวนานเพื่อให้บริการการจราจรความเร็วสูงในวันที่ทันสมัย การเสนอให้พื้นผิวการขับขี่ที่คุณภาพสูงสำหรับการเดินทางด้วยยานพาหนะที่ปลอดภัย, พวกมันหน้าที่เป็นชั้นโครงสร้างเพื่อการกระจายโหลดที่ล้อในลักษณะที่ความเครียดที่เกิดขึ้นจะถูกส่งไปยังดินฐานราก (subgrade) ในขนาดที่ยอมรับได้
ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์คอนกรีต (PCC) เป็นวัสดุที่ใช้กันมากที่สุดในการก่อสร้างของแผ่นถนนแบบแข็ง เหตุผลสำหรับความนิยมของมันเป็นผลมาจากความพร้อมและความประหยัดของมัน การปูพื้นแข็งจะต้องได้รับการออกแบบให้ทนแรงการจราจรซ้ำ ๆ บ่อย ๆ อายุการใช้งานโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 30 และ 40 ปี หรือสองเท่าของการปูแบบยืดหยุ่น
หนึ่งในการพิจารณาที่สำคัญของการปูพื้นแบบแข็งก็คือการลดการล้มเหลวจากการล้าเนื่องจากความเครียดซ้ำๆของการจราจร ความล้มเหลวจากการล้าเป็นเรื่องธรรมดาในหมู่ถนนสายหลักเพราะทางหลวงโดยทั่วไปจะสัมผัสนับล้านของวงล้อที่ผ่านตลอดอายุการใช้ของมัน นอกจากนี้ในการออกแบบเกณฑ์ เช่น การรับน้ำหนักจราจร, ความเครียดจากแรงดึงเนื่องจากพลังงานความร้อนจะต้องนำเข้าสู่การพิจารณา เมื่อการออกแบบปูพื้นถนนมีความก้าวหน้า, วิศวกรทางหลวงหลายคนได้ตั้งข้อสังเกตว่าความเครียดที่เกิดจากความร้อนในการปูพื้นแบบแข็งสามารถให้ความรุนแรงเช่นเดียวกับที่ถูกกระทำโดยแรงล้อ เนื่องจากแรงดึงที่ค่อนข้างต่ำของคอนกรีต, ความเครียดที่เกิดจากความร้อนจึงมีความสำคัญอย่างสุดขั้วต่อการพิจารณาการออกแบบของการปูพื้นแบบแข็ง
การปูพื้นแบบแข็งถูกสร้างขึ้นโดยทั่วไปเป็นสามชั้น - ชั้นเตรียมฐานราก, ชั้นฐานหรือ subbase และชั้นแผ่นคอนกรีต (concrete slab) แผ่นคอนกรีตจะถูกสร้างขึ้นตามการเลือกของขนาดที่ถูกออกแบบไว้สำหรับแผงของแผ่น (slab panel), ซึ่งมีอิทธิพลโดยตรงต่อความเข้มของความเครียดจากความร้อนที่เกิดขึ้นภายในพื้นถนน นอกเหนือจากการติดตั้งแผงของแผ่น, การเสริมกำลังอุณหภูมิ (temperature reinforcement) ต้องได้รับการออกแบบมาเพื่อควบคุมพฤติกรรมการแตกร้าวในแผ่น ระยะห่างระหว่างรอยต่อถูกกำหนดโดยขนาดแผงแผ่น
สามประเภทหลักของการปูพื้นถนนด้วยคอนกรีตที่ใช้กันทั่วไปคือ (1) การปูพื้นคอนกรีตธรรมดามีรอยต่อ (Jointed plain concrete pavement (JPCP)), (2) การปูพื้นคอนกรีตเสริมแรงมีรอยต่อ (jointed reinforced concrete pavement (JRCP)), และ (3) การปูพื้นคอนกรีตเสริมแรงต่อเนื่อง (continuously reinforced concrete pavements (CRCP)) JPCP จะถูกสร้างด้วยรอยต่อแบบหดตัวซึ่งจะช่วยดูแลการแตกร้าวตามธรรมชาติของแผ่าปูน แผ่าปูนเหล่านี้ไม่ได้ใช้เหล็กเสริมแรงแต่อย่างใด JRCP จะถูกสร้างขึ้นที่มีทั้งรอยต่อแบบหดตัวและเหล็กเสริมแรงเพื่อควบคุมการแตกร้าวของแผ่นปูน อุณหภูมิและความเครียดจากความชื้นที่สูงภายในแผ่นปูนเป็นตัวสร้างการแตกร้าว, ซึ่งเหล็กเสริมแรงจะช่วยยึดเข้าด้วกันให้แน่น ที่รอยต่อตามขวาง แท่งเดือย (dowel bar) มักจะถูกติดตั้งไว้เพื่อช่วยถ่ายโอนน้ำหนักของยานพาหนะข้ามรอยแตกไป CRCP พึ่งพาเหล็กเสริมแรงต่อเนื่องแต่เพียงอย่างเดียวเพื่อยึดรอยแตกตามขวางตามธรรมชาติของพื้นถนนเข้าด้วยกัน การปูพื้นด้วยคอนกรีตอัดแรง (Prestressed concrete) ยังถูกนำมาใช้ในการก่อสร้างทางหลวงเช่นกัน; แต่พวกมันจะไม่เป็นสามัญเหมือนกับสามแบบนี้ การปูพื้นแบบอัดแรงทำให้ความหนาของแผ่น slab บางลงเนื่องจากสามารถทำการ neutralizing ความเครียดที่เกิดจากความร้อนหรือแรงกดทับได้บางส่วนหรือทั้งหมด

**การออกแบบการวางซ้อนทับบนการปูพื้นแบบยืดหยุ่น**
ตลอดอายุการใช้งานของพิ้นถนนแบบยืดหยุ่น, โหลดการจราจรที่สะสมอาจทำให้เกิดร่องหรือรอยแตกมากเกินไป, คุณภาพการขับขี่ไม่เพียงพอ, หรือความต้านทานการลื่นไถลมีไม่เพียงพอ ปัญหาเหล่านี้สามารถหลีกเลี่ยงได้โดยการบำรุงรักษาผิวถนนอย่างเพียงพอ, แต่การแก้ปัญหามักจะมีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษามากเกินไป, หรือผิวถนนอาจมีความสามารถทางโครงสร้างที่ไม่เพียงพอสำหรับโหลดการจราจรที่ได้คาดการณ์ไว้
ตลอดชีวิตของทางหลวง, ระดับของการให้บริการจะมีการตรวจสอบและการบำรุงรักษาอย่างใกล้ชิด วิธีการหนึ่งที่มักใช้ในการรักษาระดับของการบริการของทางหลวงก็คือการวางซ้อนทับ (overlay) บนพื้นผิวของถนน
มีสามประเภททั่วไปของการซ้อนทับที่ใช้บนพื้นแบบยืดหยุ่นได้แก่: การซ้อนทับด้วยยางมะตอย-คอนกรีต, การซ้อนทับด้วยพอร์ตแลนด์ซีเมนต์คอนกรีต, และการซ้อนทับด้วยพอร์ตแลนด์ซีเมนต์คอนกรีตบางเฉียบ.ชั้นคอนกรีตใน overlay ด้วย PCC ธรรมดาถูกวางแบบไม่ติดแน่นอยู่บนพื้นผิวแบบยืดหยุ่น ความหนาโดยทั่วไปของ overlay ด้วย PCC แบบบางเฉียบคือ 4 นิ้ว (10 เซนติเมตร) หรือน้อยกว่า
มีสองประเภทหลักของขั้นตอนการออกแบบการซ้อนทับผิวทางแบบยืดหยุ่นดังนี้: 
# การออกแบบการวิเคราะห์องค์ประกอบ (Component Analysis Design)
# การออกแบบที่มีพื้นฐานจากการโก่งงอ (Deflection-Based Design)

**การออกแบบ overlay สำหรับการปูพื้นแบบแข็ง**
ใกล้ถึงจุดสิ้นสุดของอายุการใช้งานของการปูพื้นแบบแข็ง, ต้องมีการตัดสินใจทำอย่างใดอย่างหนึ่งเพื่อสร้างพื้นถนนที่ชำรุดขึ้นใหม่อย่างเต็มที่หรือสร้างเลเยอร์ซ้อนทับ การพิจารณาการสร้าง overlay บนผิวถนนแบบแข็งสามารถทำได้แม้จะยังไม่ถึงจุดสิ้นสุดของอายุการใช้งาน, มันก็มักจะน่าสนใจทางเศรษฐกิจมากขึ้นที่จะทำชั้นซ้อนทับขึ้นบ่อยครั้ง ความหนาของชั้นซ้อนทับที่จำเป็นสำหรับพื้นถนนแบบแข็งที่มีโครงสร้างอย่างดีจะมีขนาดบางกว่าพื้นถนนที่ถึงจุดสิ้นสุดของอายุการใช้งานแล้ว. การซ้อนทับแบบแข็งและยืดหยุ่นทั้งสองอย่างถูกใช้ในการฟื้นฟูสภาพพื้นผิวแข็ง เช่น JPCP, JRCP และ CRCP
มีสามหมวดหมู่ย่อยของการสร้าง overlay บนพื้นถนนแบบแข็งที่มีการรวบรวมไว้, มันขึ้นอยู่กับสภาพการติดแน่นที่รอยต่อระหว่างผิว overlay กับ slab เดิมที่มีอยู่
# overlay ที่ติดแน่น
# overlay ที่ไม่ติดแน่น
# overlay ที่ติดแน่นบางส่วน

**การออกแบบระบบระบายน้ำ**
การออกแบบสำหรับการระบายน้ำที่เหมาะสมของระบบทางหลวงเป็นสิ่งสำคัญต่อความสำเร็จของทางหลวง โดยไม่คำนึงถึงรูปแบบด้านอื่นๆของถนนว่าจะได้รับการออกแบบและการก่อสร้างดีอย่างไร, ระบบระบายน้ำที่เพียงพอเป็นเรื่องสำคัญอย่างยิ่งสำหรับถนนเพื่อความอยู่รอดตลอดอายุการใช้งานของมัน น้ำส่วนเกินในโครงสร้างทางหลวงหลีกเลี่ยงไม่ได้ย่อมจะนำไปสู่ความล้มเหลวก่อนกำหนด, แม้ว่าความล้มเหลวนั้นจะไม่ได้เป็นหายนะ
แต่ละระบบระบายน้ำทางหลวงเป็นแบบเฉพาะที่และสามารถที่จะซับซ้อนมาก ขึ้นอยู่กับภูมิศาสตร์ของภูมิภาค, หลายวิธีสำหรับการระบายน้ำที่เหมาะสมอาจจะไม่สามารถใช้ได้กับอีกที่หนึ่ง วิศวกรทางหลวงจะต้องกำหนดว่าสถานการณ์ไหนที่การออกแบบควรจะนำมาใช้โดยเฉพาะ, โดยปกติ วิธีการและวัสดุที่เหมาะสมผสมกันหลายอย่างสามารถจะนำน้ำออกไปจากโครงสร้างได้
การควบคุมการกัดเซาะก็เป็นองค์ประกอบสำคัญในการออกแบบระบบการระบายน้ำทางหลวง การระบายน้ำที่พื้นผิวจะต้องกระทำเพื่อระบายน้ำฝนหิมะหรือลูกเห็บที่ตกลงมาออกจากโครงสร้าง ทางหลวงจะต้องได้รับการออกแบบให้มีความลาดชันเพื่อให้น้ำสามารถที่ไหลบ่ามาจะถูกนำไปที่ไหล่ของถนน, ลงไปในคู, และออกจากพื้นที่ไป การออกแบบระบบระบายน้ำจะต้องใช้การคาดการณ์การไหลบ่าและการแทรกซึมของน้ำ, การวิเคราะห์ช่องเปิด, และการออกแบบท่อระบายน้ำสำหรับการนำน้ำผิวดินไปยังสถานที่ที่เหมาะสม

**งานก่อสร้าง, การบำรุงรักษาและการจัดการ**

**การก่อสร้างทางหลวง**
ก่อนการก่อสร้างทางหลวงโดยทั่วไปจะต้องทำการสำรวจในรายละเอียดและเตรียมฐานราก วิธีการและเทคโนโลยีในการก่อสร้างทางหลวงมีการพัฒนาอยู่ตลอดเวลาและมีความซับซ้อนมากขึ้น ความก้าวหน้าด้านเทคโนโลยีนี้ได้ยกระดับทักษะที่จำเป็นในการจัดการโครงการก่อสร้างทางหลวง ทักษะนี้แตกต่างกันไปจากโครงการหนึ่งไปยังอีกโครงการหนึ่ง, ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ เช่นความซับซ้อนและธรรมชาติของโครงการ, ความแตกต่างระหว่างการก่อสร้างใหม่และการบูรณะของเดิมขึ้นมาใหม่, และความแตกต่างระหว่างโครงการที่อยู่ในภูมิภาคพื้นที่เมืองและภูมิภาคพื้นที่ชนบท
มีองค์ประกอบหลายอย่างของการก่อสร้างทางหลวงซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นองค์ประกอบทางเทคนิคและองค์ประกอบเชิงพาณิชย์ของระบบ บางตัวอย่างของแต่ละองค์ประกอบได้ระบุไว้ด้านล่าง- องค์ประกอบทางเทคนิค
** วัสดุ
** คุณภาพของวัสดุ
** เทคนิคการติดตั้ง
** การจราจร- องค์ประกอบเชิงพาณิชย์
** ความเข้าใจสัญญา
** ด้านสิ่งแวดล้อม
** แง่มุมทางการเมือง
** แง่มุมของกฎหมาย
** ความกังวลของประชาชน
โดยปกติแล้วการก่อสร้างเริ่มต้นที่ระดับความสูงที่ต่ำสุดของไซต์งาน, โดยที่ไม่คำนึงถึงประเภทของโครงการ, และทำขึ้นข้างบน โดยการทบทวนข้อกำหนดด้านปฐพีเทคนิคของโครงการ, จะได้รับข้อมูลเกี่ยวกับ: - สภาพดินเดิม- อุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับการขุดขนดิน, การทำเป็นชั้นๆ, และการขนส่งวัสดุไปยังและจากไซต์งาน- คุณสมบัติของวัสดุที่จะขุด- ความจำเป็นที่จะต้องปล่อยน้ำออกสำหรับงานที่ต่ำกว่าฐานราก- ความจำเป็นที่จะต้องมีการสร้างกำแพงค้ายันเพื่อป้องกันขณะขุด- ปริมาณน้ำเพื่อการบดอัดและการควบคุมฝุ่นละออง

**งานก่อสร้างชั้น subbase**
ชั้น subbase (subbase course) จะถูกออกแบบให้ใช้วัสดุที่คัดสรรมาอย่างระมัดระวังเนื่องจากเป็นชั้นที่อยู่ระหว่างฐานรากและ base ของพื้นถนน ความหนาของ subbase โดยทั่วไปอยู่ในช่วง 4-16 นิ้ว, และมันถูกออกแบบมาเพื่อทนต่อความจุของโครงสร้างที่ต้องการของพื้นถนน
วัสดุทั่วไปที่ใช้สำหรับสร้าง subbase ของทางหลวงประกอบด้วยกรวด, หินบด, หรือดินฐานรากที่ถูกทำให้เสถียรด้วยซีเมนต์, เถ้าลอย, หรือหินปูน ความสามารถในการดูดซึมน้ำของ subbase จะกลายเป็นที่แพร่หลายมากขึ้นด้วยความสามารถในการระบายน้ำที่แทรกซึมจากพื้นผิวด้านบน นอกจากนี้มันยังป้องกันไม่ให้น้ำจากดินซึมผ่านขึ้นมาถึงพื้นผิวถนน
เมื่อต้นทุนวัตถุดิบในท้องถิ่นมีราคาแพงเกินไปหรือความต้องการวัสดุเพื่อเพิ่มการแบกรับด้านโครงสร้างของฐานย่อยไม่สามารถจัดหามาได้, วิศวกรทางหลวงสามารถเพิ่มความสามารถในการแบกรับของดินที่อยู่ข้างใต้โดยการผสมปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์, ยางมะตอยโฟม, หรือด้วยเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่ เช่น cross-linking styrene acrylic polymer ที่ใช้เพิ่มอัตราส่วนการแบกรับแบบแคลิฟอร์เนีย (California Bearing Ratio) ของวัสดุในแหล่งกำเนิดโดยอัตาส่วน 4 ต่อ 6

**งานก่อสร้างชั้น base**
ชั้น base (base course) เป็นส่วนของการปูพื้นถนนและอยู่ใต้พื้นผิวถนนพอดี หากมีชั้น subbase, ชั้น base จะถูกสร้างเหนือชั้นนี้โดยตรง มิฉะนั้น มันจะถูกสร้างเหนือฐานราก ปกติความหนาของ base อยู่ในช่วง 4-6 นิ้วและถูกควบคุมโดยคุณสมบัติชั้นที่อยู่ข้างใต้
โหลดขนาดหนักถูกนำมาใส่อย่างต่อเนื่องบนพื้นผิวและชั้น base จะดูดซับส่วนใหญ่ของความเครียดเหล่านี้ โดยทั่วไปชั้น base จะถูกสร้างด้วยหินคลุกบดที่ยังไม่ปรับสภาพเช่นหินบด, ตะกรัน, หรือกรวด วัสดุที่ทำ base จะมีความมั่นคงภายใต้การจราจรสูงและมีลักษณะการระบายน้ำที่ดี
วัสดุชั้น base มักจะถูกปรับสภาพด้วยปูนซีเมนต์, น้ำมันดิน, แคลเซียมคลอไรด์, โซเดียมคลอไรด์, เถ้าลอยหรือหินปูน การปรับสภาพเหล่านี้จะช่วยให้การรองรับน้ำหนักดีขึ้นสำหรับโหลดนำ้หนักสูง, เพิ่มความแข็งแรงสำหรับน้ำค้างแข็ง, และทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันความชื้นระหว่างชั้น base และชั้นพื้นผิว

**การก่อสร้างชั้นพื้นผิว**
การปูชั้นพื้นผิว (surface course) มีสองประเภทที่ใช้กันมากที่สุดในการก่อสร้างทางหลวงคือ: ประเภทยางมะตอยร้อนผสมและประเภทคอนกรีตปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ การปูชั้นพื้นผิวเหล่านี้ให้พื้นผิวขับขี่ที่ราบรื่นและปลอดภัย, ในขณะเดียวกันก็มีการถ่ายโอนโหลดการจราจรที่หนาแน่นผ่านชั้น base ต่าง ๆ ไปพร้อมกัน และเข้าไปในดินฐานรากที่อยู่ด้านล่าง

**=ชั้นยางมะตอยผสมร้อน (HMA) =**
ชั้นพื้นผิวยางมะตอยผสมร้อนจะเรียกว่าเป็นการปูพื้นแบบยืดหยุ่น 'ระบบ Superpave' ได้รับการพัฒนาในช่วงปลายทศวรรษที่ 1980s และได้นำเสนอการเปลี่ยนแปลงให้กับวิธีการออกแบบ, การออกแบบผสม, ลักษณะสมบัติ, และการทดสอบคุณภาพของวัสดุ
การก่อสร้างผิวถนนแบบลาดยางมะตอยที่มีประสิทธิภาพและใช้งานได้ยาวนานจะต้องใช้ทีมงานก่อสร้างที่มีประสบการณ์, มีความมุ่งมั่นที่จะมีคุณภาพและมีการควบคุมอุปกรณ์การทำงานของพวกเขา
ปัญหาการก่อสร้าง:- การแยกตัวของยางมะตอยผสม- การปูผิว- การบดอัด- การเชื่อมต่อ
มีการใช้'สารฉาบหน้าหลัก' (prime coat), เป็นยางมะตอยที่มีความหนืดต่ำ, จะถูกนำไปใช้ที่ชั้น base ก่อนที่จะมีการเทชั้นพื้นผิวด้วย HMA สารฉาบหน้านี้จะยึดวัสดุที่หลวม, ทำการสร้างชั้นเหนียวระหว่างชั้น base และพื้นผิวยางมะตอย
สารฉาบหน้าเกี่ยว (tack coat) เป็นยางมะตอยอิมัลชันที่มีความหนืดต่ำที่ถูกใช้ในการสร้างความผูกพันระหว่างพื้นผิวหน้าเดิมและ overlay ยางมะตอยใหม่ สารฉาบหน้าเกี่ยวถูกนำมาใช้โดยทั่วไปในการปูพื้นที่อยู่ติดกัน (คันหิน (curb)) เพื่อช่วยการยึดเกาะรำหว่าง HMA และคอนกรีต

**=ชั้นพอร์ตแลนด์ซีเมนต์คอนกรีต (PCC)=**
ชั้นพอร์ตแลนด์ซีเมนต์คอนกรีต (PCC)จะหมายถึงการปูพื้นถนนแบบแข็ง, หรือการปูพื้นคอนกรีต
โดยทั่วไปมีสามประเภทได้แก่ - เรียบมีรอยต่อ, เสริมแรงมีรอยต่อและเสริมแรงต่อเนื่อง
โหลดการจราจรจะถูกโอนระหว่างส่วนต่อส่วนเมื่อหินคลุกขนาดใหญ่กว่าในส่วนผสมของ PCC จะล็อคภายในเข้าด้วยกัน, หรือผ่านทางอุปกรณ์ถ่ายโอนโหลดในรอยต่อตามขวางของพื้นผิว แท่งเดือยจะถูกนำมาใช้เป็นอุปกรณ์ถ่ายโอนโหลดได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อถ่ายโอนโหลดข้ามรอยต่อตามขวางในขณะที่ยังคงไว้ซึ่งการจัดแนวในแนวนอนและแนวตั้ง แท่งประกับ (tie-bar) จะเป็นแท่งเหล็กขึ้นรูปหรือเหล็กข้ออ้อยที่วางไปตามรอยต่อแนวยาวเพื่อยึดส่วนต่างๆของพื้นให้อยู่กับที่

**การบำรุงรักษาทางหลวง**
วัตถุประสงค์โดยรวมของการบำรุงรักษาทางหลวงคือการแก้ไขข้อบกพร่องและรักษาและซ่อมบำรุงโครงสร้างของถนน ข้อบกพร่องจะต้องถูกกำหนด, ทำความเข้าใจ, และถูกบันทึกไว้ในอันที่จะเลือกแผนการบำรุงรักษาที่เหมาะสม ข้อบกพร่องจะแตกต่างกันระหว่างการปูพื้นแบบยืดหยุ่นและแบบแข็ง
วัตถุประสงค์หลักของการบำรุงรักษาทางหลวงมีสี่อย่างคือ:
# ซ่อมแซมข้อบกพร่องของถนน
# ยืดอายุการให้บริการของการทำงานและโครงสร้างของถนน
# รักษาความปลอดภัยและป้ายของถนน
# ให้ทรัพากรของถนนอยู่ในสภาพที่ยอมรับได้
โดยการปฏิบัติบำรุงรักษาเป็นประจำ, ระบบทางหลวงและทุกองค์ประกอบของมันสามารถได้รับการรักษาให้อยู่ในสภาพเดิมเมื่อแรกสร้างของมัน

**การบริหารจัดการโครงการ**
การบริหารจัดการโครงการจะเกี่ยวข้องกับการจัดตั้งองค์กรและการจัดโครงสร้างของกิจกรรมต่าง ๆ ของโครงการตั้งแต่เริ่มต้นจนจบ กิจกรรมอาจเป็นการก่อสร้างโครงสร้างพื้นฐานเช่นถนนและสะพานหรือกิจกรรมการบำรุงรักษาหลักและรองที่เกี่ยวข้องกับการสร้างโครงสร้างพื้นฐานดังกล่าว โครงการและกิจกรรมที่เกี่ยวข้องทั้งหมดจะต้องได้รับการจัดการในลักษณะมืออาชีพและจะต้องแล้วเสร็จภายในเวลาและงบประมาณที่กำหนด นอกจากนี้การลดผลกระทบทางสังคมและสิ่งแวดล้อมเป็นสิ่งสำคัญในความสำเร็จของการบริหารจัดการโครงการ

**อ้างอิง**
หมวดหมู่:วิศวกรรมการขนส่ง
หมวดหมู่:โครงสร้างพื้นฐานทางถนน