劉婧一

(1.遼寧省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 沈陽(yáng)市 110015； 2.高速公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 沈陽(yáng)市 110015)

0 引言

交通荷載是路面結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)中最重要的考慮因素之一，同時(shí)也是最難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的因素[1]。在《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50-2006)中[2]，將道路承載的混合交通換算成當(dāng)量軸載作用次數(shù)(ESAL)，將混合交通流中的車輛分成六種類型，比如分成小客車、大客車、小貨車、中貨車、大貨車和集裝箱車，并為每一類型車輛選一個(gè)代表車型及其典型軸重值，而典型軸重值的選取有很大的隨意性，這使得利用當(dāng)量軸載換算公式時(shí)對(duì)系數(shù)的取值有較大的誤差，從而造成計(jì)算的當(dāng)量軸載作用次數(shù)不能很好地反映實(shí)際情況[3]。

為了精確地描述交通荷載特性，《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50-2017)[4]中采用軸載譜方法對(duì)交通荷載組成進(jìn)行分析。因此有必要在遼寧省不同地區(qū)、不同高速公路上連續(xù)收集車輛類型及軸重?cái)?shù)據(jù)，分析這些交通量及軸重?cái)?shù)據(jù)就可以得到各類車輛的類型分布系數(shù)、各類車輛的各種軸型的軸載分布系數(shù)(軸載譜)，從而更客觀和精確地反映交通荷載特性，為更合理地進(jìn)行高速公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，從而可以得到更加可靠的設(shè)計(jì)結(jié)果。

1 交通荷載數(shù)據(jù)采集

目前，遼寧省高速公路上實(shí)行了聯(lián)網(wǎng)計(jì)重收費(fèi)，這為研究提供了重要的數(shù)據(jù)來源。計(jì)重收費(fèi)數(shù)據(jù)包含了車輛的類型、單軸重、總軸重及車量數(shù)量信息，可以滿足路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要。研究分別采用了大連、蘇家屯、毛家店、鐵嶺、沈山沈陽(yáng)西、萬家、錦州、朝陽(yáng)、丹東、沈陽(yáng)等10個(gè)典型收費(fèi)站的數(shù)據(jù)，并采用計(jì)重?cái)?shù)據(jù)對(duì)交通荷載特性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 軸型分類及軸數(shù)系數(shù)

《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50-2017)中通過對(duì)全國(guó)各地區(qū)車輛軸型的大量收集和統(tǒng)計(jì)后，共推薦7種軸型。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，遼寧省高速公路運(yùn)行車輛只分為四類，分別為前軸(方向軸)、單軸、雙軸、三軸。

平均軸數(shù)也稱軸數(shù)系數(shù)，指的是某一類車型中該種軸型總數(shù)與車輛總數(shù)的比值，表示各類車輛中不同軸型的平均軸數(shù)。由于一種車型分類可能包含幾種不同軸載組成的車輛，因此，軸數(shù)系數(shù)需要對(duì)軸載組成數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析后確定。本項(xiàng)目根據(jù)遼寧省高速公路計(jì)重收費(fèi)數(shù)據(jù)，對(duì)車輛軸型的統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析，得出遼寧省高速公路軸數(shù)系數(shù)范圍，如表1所示。

由表1可以看出，單軸單胎作為前軸(方向軸)出現(xiàn)的頻率最高，該軸型主要以方向軸為主，不承受主要荷載，因此該軸型軸數(shù)系數(shù)按不同車型分布較為規(guī)則，均為1或2。各類型貨車中單軸雙輪胎軸型的軸數(shù)系數(shù)均比較大，相差較?。浑p聯(lián)軸目前主要以雙軸雙輪組為主，主要出現(xiàn)在4類、7類和9類車型中，其它類型車輛中雙聯(lián)軸出現(xiàn)的頻率相對(duì)較低。三聯(lián)軸雙輪組主要出現(xiàn)在8類、9類、10類貨車中，軸數(shù)系數(shù)相差較小，平均軸數(shù)系數(shù)為0.97。其它類型車輛中三聯(lián)軸雙輪組未出現(xiàn)。

表1 遼寧省高速公路軸數(shù)系數(shù)推薦值

3 車輛類型分類及分布系數(shù)

《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50-2017)中根據(jù)工程實(shí)際情況，細(xì)化了交通量車輛類型的分類標(biāo)準(zhǔn)，將車輛劃分為11類。但在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，僅對(duì)大型車輛和貨車交通荷載進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)遼寧省高速公路計(jì)重收費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

車型分布系數(shù)指的是各種類型車輛在總體車輛中所占的百分比。按前文確定的車輛分類方法，對(duì)采集到的高速公路計(jì)重收費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并進(jìn)行了交通荷載等級(jí)的劃分，進(jìn)而推薦不同交通荷載等級(jí)下的車輛類型分布系數(shù)，如表2所示?？梢钥闯觯煌煌ê奢d等級(jí)之間不同車型比例也有很大的不同。極重交通下貨車比例相對(duì)較高，而重交通和中等交通以小型車輛為主。

表2 遼寧省高速公路車輛類型分布系數(shù)推薦值

4 軸載譜分析

軸載譜即軸重系數(shù)，是指2類～11類車輛中不同軸型在不同軸重區(qū)間所占的百分比。軸載譜明確了不同軸載區(qū)間的軸載作用頻率，能夠較為精準(zhǔn)地計(jì)算出混合交通量對(duì)路面結(jié)構(gòu)的累計(jì)軸載作用次數(shù)。遼寧省高速公路不同交通荷載等級(jí)下的典型軸載譜如圖1～圖4所示，為方便對(duì)軸載特性進(jìn)行分析，對(duì)不同交通等級(jí)下的軸重區(qū)間進(jìn)行了劃分，對(duì)于前軸、單軸、雙聯(lián)軸、三聯(lián)軸分別采用2.5t、4.5t、9t、13.5t為區(qū)間進(jìn)行劃分，以此對(duì)軸載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

圖1 極重交通前軸軸載譜

圖2 特重交通單軸雙胎軸載譜

圖3 重交通雙聯(lián)軸軸載譜

圖4 中等交通三聯(lián)軸軸載譜

圖5 前軸軸重分布系數(shù)

圖6 單軸軸重分布系數(shù)

圖7 雙聯(lián)軸軸重分布系數(shù)

圖8 三聯(lián)軸軸重分布系數(shù)

由圖1～圖8可以看出，各線路前軸和單軸雙胎在各軸重區(qū)間的軸載分布情況差異較小，分布比例較為接近。前軸軸載譜呈現(xiàn)出單峰形式，其中，2.5～5t軸重區(qū)間為主要峰值，絕大部分軸重處于7.5t以內(nèi)，低于我國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)軸載10t。各路線單軸雙胎軸載譜呈現(xiàn)出雙峰形式，主要集中在4.5～9t軸重區(qū)間，上述兩種軸重均未超過標(biāo)準(zhǔn)軸載，可以采用現(xiàn)有力學(xué)模型進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)計(jì)算。

由各路線雙聯(lián)軸和三聯(lián)軸的軸載譜呈現(xiàn)雙峰形式，特重交通荷載等級(jí)下的軸重分布系數(shù)曲線較為平緩，輕交通等級(jí)下的軸重分布系數(shù)曲線較為集中。其峰值均出現(xiàn)在9～18t，但特重交通在27～36t的分布比例明顯高于其它荷載等級(jí)，為4.9%，說明該路線雙聯(lián)軸重載車輛相對(duì)較多，且重載超載較為嚴(yán)重。

三聯(lián)軸軸載譜峰值主要集中在13.5～27t區(qū)間內(nèi)，而特重交通荷載等級(jí)在27～40.5t區(qū)間內(nèi)的比例也相對(duì)較高，為24.4%，若按平均分配計(jì)算，特重交通的三聯(lián)軸超過標(biāo)準(zhǔn)軸重10t的比例將達(dá)到20%以上，對(duì)路面結(jié)構(gòu)的破壞影響已經(jīng)超出現(xiàn)行規(guī)范的力學(xué)模型，在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮本路線重載、超載的影響，提高道路使用性能。

5 當(dāng)量軸載換算系數(shù)

《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50-2017)中要求分別對(duì)瀝青層疲勞開裂和永久變形、無機(jī)結(jié)合料類結(jié)構(gòu)層疲勞開裂、路基抗永久變形等進(jìn)行驗(yàn)算，并推薦了相應(yīng)的當(dāng)量軸載換算系數(shù)。因此有必要結(jié)合遼寧省實(shí)際，對(duì)高速公路瀝青路面當(dāng)量軸載換算系數(shù)進(jìn)行研究，如表3～表5所示。

表3 按瀝青層疲勞開裂和永久變形計(jì)算軸載換算系數(shù)推薦值

表4 按無機(jī)結(jié)合料層疲勞開裂計(jì)算軸載換算系數(shù)推薦值

通過與《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50-2017)對(duì)比分析可知，推薦的各載重類型車輛的推薦數(shù)值與推薦值有所差別。推薦的各類交通換算系

表5 按路基永久變形計(jì)算軸載換算系數(shù)推薦值

數(shù)普遍低于規(guī)范值，按瀝青層疲勞開裂計(jì)算時(shí)差異相對(duì)較小，采用無機(jī)結(jié)合料層疲勞開裂計(jì)算時(shí)相差較大。

綜合不同載重類型道路中超載車輛的軸載換算系數(shù)，由于超載車輛軸重較大，在指數(shù)擴(kuò)大的情況下當(dāng)量軸次急劇增大，對(duì)累計(jì)軸載作用次數(shù)的計(jì)算產(chǎn)生極大的影響，因此在缺少實(shí)際軸載數(shù)據(jù)的情況下，應(yīng)根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，實(shí)地調(diào)查道路車輛的超載比例情況，以便進(jìn)行準(zhǔn)確的軸載計(jì)算。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)基于路面多指標(biāo)設(shè)計(jì)體系，對(duì)遼寧省高速公路瀝青路面交通荷載數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，為路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和養(yǎng)護(hù)管理中準(zhǔn)確地分析和評(píng)價(jià)路面結(jié)構(gòu)的破損情況和使用壽命提供基礎(chǔ)；

(2)通過對(duì)遼寧省高速公路計(jì)重收費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，對(duì)軸型分類、車型分類、車輛類型分布系數(shù)、軸數(shù)系數(shù)、軸載譜等進(jìn)行了研究，并給出了相應(yīng)系數(shù)的推薦值；

(3)在軸數(shù)系數(shù)、當(dāng)量軸載換算系數(shù)的選取時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程項(xiàng)目實(shí)際情況，結(jié)合道路使用功能及服務(wù)對(duì)象確定軸數(shù)系數(shù)，通常情況下重載交通取高值，中輕荷載交通宜取中、低值。