趙延慶，王國(guó)忠，譚憶秋

（1.大連理工大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，遼寧大連 116024；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150001）

交通荷載是進(jìn)行瀝青路面結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)時(shí)最重要的輸入?yún)?shù)，也是變異性最大、最難準(zhǔn)確測(cè)定的參數(shù).尤其是在新建路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，在確定交通荷載參數(shù)時(shí)往往采用推薦值.橫向分布是交通荷載的一個(gè)重要特性，橫向分布主要用方向分布系數(shù)和車道分布系數(shù)來(lái)描述.方向分布系數(shù)用來(lái)描述一條道路在不同交通方向上交通量的差別；通常用某一個(gè)行駛方向上的卡車交通量在雙向卡車交通量中所占的比例來(lái)表示.方向分布系數(shù)較大的方向也稱為設(shè)計(jì)方向.車道分布系數(shù)用來(lái)描述在一條道路的某一交通方向上卡車數(shù)量在不同車道之間的分布；通常需確定各個(gè)車道上卡車數(shù)量在該方向所有卡車數(shù)量中所占的比例，最大的比例稱為車道分布系數(shù)，其對(duì)應(yīng)的車道稱為設(shè)計(jì)車道［1－2］.本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，得出方向分布系數(shù)和車道分布系數(shù)的典型值，并對(duì)其影響因素進(jìn)行分析，供路面結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)使用.

1 方向分布系數(shù)分析

中國(guó)目前在許多道路上實(shí)行計(jì)重收費(fèi)，并且在高速公路上基本實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)計(jì)重收費(fèi)，計(jì)重收費(fèi)數(shù)據(jù)包含了車輛的類型、數(shù)量、軸重、軸型和輪胎組成等信息.本文分別收集了江蘇和山西省高速公路網(wǎng)中主線收費(fèi)站上行和下行兩個(gè)交通方向的計(jì)重收費(fèi)數(shù)據(jù)，對(duì)于每一個(gè)收費(fèi)站，因通過(guò)各收費(fèi)亭的車輛組成可能相差很大，故收集了整個(gè)斷面所有收費(fèi)亭的數(shù)據(jù)，即收費(fèi)站的全部數(shù)據(jù).由于高速公路實(shí)行聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)，一般只在出口收費(fèi)站埋設(shè)了相關(guān)檢測(cè)設(shè)備，而在入口處沒有埋設(shè)，所以對(duì)于入口車輛，是通過(guò)檢索整個(gè)計(jì)重收費(fèi)數(shù)據(jù)庫(kù)，找到該車輛在其他收費(fèi)站出網(wǎng)時(shí)記錄的數(shù)據(jù)作為分析所用的數(shù)據(jù).

本文中所收集的計(jì)重收費(fèi)數(shù)據(jù)如表1所示.其中有些斷面的數(shù)據(jù)收集時(shí)間大于一年，為了消除季節(jié)變化的影響，在分析中統(tǒng)一采用一整年的數(shù)據(jù).由于兩軸四輪車輛（主要為小轎車）對(duì)于路面結(jié)構(gòu)的破壞作用很小，在路面結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)中可以忽略不計(jì)［3－4］，故在分析中剔除兩軸四輪車輛.為表述方便，將兩軸四輪以上車輛（包括貨車和客車）統(tǒng)一稱為卡車［2，5］.分別統(tǒng)計(jì)了各斷面上行和下行方向卡車的數(shù)量，進(jìn)而求得各斷面的方向分布系數(shù)，如圖1所示.由圖1可見，方向分布系數(shù)主要集中在50%～60%，表明卡車數(shù)量在兩個(gè)方向的差別并不大，該方向分布系數(shù)范圍和美國(guó)最新推出的AASHTO 2002路面力學(xué)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法中的推薦范圍一致［2］.

表1 計(jì)重收費(fèi)斷面信息Tab.1 Information on toll station sections

圖1 各斷面方向分布系數(shù)Fig.1 Directional distribution factors for various sections

雖然兩個(gè)方向的卡車數(shù)量接近，但是卡車的裝載率可能會(huì)有較大的差別，主要體現(xiàn)為卡車在一個(gè)方向上裝載重型貨物，而在另一個(gè)方向上裝載輕型貨物或空車返回.為此，利用計(jì)重收費(fèi)數(shù)據(jù)中各車輛的軸重、軸組及輪組信息，計(jì)算了各斷面重交通方向上當(dāng)量軸載作用次數(shù)在兩個(gè)方向總作用次數(shù)中所占的比例.分別利用中國(guó)規(guī)范中以彎沉和半剛性材料層底彎拉應(yīng)力為控制指標(biāo)時(shí)的當(dāng)量軸載換算公式進(jìn)行了分析［1］.利用計(jì)重收費(fèi)數(shù)據(jù)計(jì)算當(dāng)量軸載作用次數(shù)的方法詳見文獻(xiàn)［6］.分析結(jié)果如圖2和圖3所示，由圖可見，重交通方向ESAL比例的變化范圍明顯大于方向分布系數(shù)，基本上為50%～85%.所以當(dāng)兩個(gè)方向的交通荷載特性存在明顯區(qū)別時(shí)，應(yīng)對(duì)兩個(gè)方向的路面結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行設(shè)計(jì).

圖2 各斷面重交通方向ESAL所占比例（彎沉控制）Fig.2 Percentage of ESAL in heavy traffic direction for various sections（deflection control）

圖3 各斷面重交通方向ESAL所占比例（彎拉應(yīng)力控制）Fig.3 Percentage of ESAL in heavy traffic direction for various sections（flexural stress control）

2 車道分布系數(shù)分析

由于計(jì)重收費(fèi)數(shù)據(jù)是在收費(fèi)亭測(cè)量并記錄的，此時(shí)車輛已駛離了原先所占用的車道，所以無(wú)法用計(jì)重收費(fèi)數(shù)據(jù)對(duì)車道分布系數(shù)進(jìn)行分析.為此本文在江蘇、山東、山西和遼寧4省共選取了25條道路進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)交通攝像，所選擇的道路包括不同等級(jí)、不同車道數(shù)及交通組成.在道路適當(dāng)?shù)奈恢冒卜艛z像機(jī)，連續(xù)拍攝各車道通過(guò)的車輛，要求拍攝角度能清楚識(shí)別各個(gè)車輛的軸載組成，以準(zhǔn)確地確定車輛類型，必要時(shí)采用兩臺(tái)攝像機(jī)從不同角度同步攝像，每個(gè)斷面交通攝像時(shí)間大約為10h.攝像完成后，在室內(nèi)對(duì)圖像進(jìn)行分析，讀取每個(gè)車輛的軸載組成、類型、所在車道等信息.統(tǒng)計(jì)各個(gè)車道上卡車（2軸4輪以上車輛）的數(shù)量，進(jìn)而確定各斷面的車道分布系數(shù).攝像斷面信息及車道分布系數(shù)分析結(jié)果如表2所示，表中1表示最內(nèi)側(cè)車道，依次外推.表中各斷面先按車道數(shù)，再按道路等級(jí)進(jìn)行排列.

表2 各斷面車道分布系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Tab.2 Statistic results of lane distribution factor for various sections

為了便于分析，表3列出了中國(guó)及國(guó)外典型路面設(shè)計(jì)方法中車道分布系數(shù)的推薦值［1－2，5，7］.由表3可知，中國(guó)目前規(guī)范中的推薦值基本上和AASHTO1993一樣.AI方法中≥3車道的道路車道分布系數(shù)推薦值為80%（范圍為50%～96%），明顯大于其他方法，且AI方法的推薦范圍也較寬.對(duì)于2車道，AASHTO2002的推薦值和其他方法差不多，但對(duì)于3車道和4車道，則有明顯的減小.AASHTO2002中的推薦值是對(duì)LTPP中的數(shù)據(jù)分析后得到的，對(duì)于2車道和3車道，車道分布系數(shù)的平均值為0.872，0.545，分別采用90%和60%的推薦值［2］.

表3 各設(shè)計(jì)方法中車道分布系數(shù)的推薦值Tab.3 Recommended values of lane distribution factor in various design method

表4給出了本文實(shí)測(cè)的所有道路統(tǒng)計(jì)的結(jié)果.將AASHTO2002的推薦值和表4中的數(shù)據(jù)比較，可見對(duì)于3車道和4車道，本文中的實(shí)測(cè)值和AASHTO2002的推薦值很接近.但對(duì)于2車道道路的車道分布系數(shù)相差較大，本文實(shí)測(cè)值明顯小于AASHTO2002的推薦值，這可能是由于中國(guó)卡車司機(jī)的駕駛習(xí)慣造成的，表明中國(guó)卡車司機(jī)會(huì)更多地占用超車道.表5給出了本文實(shí)測(cè)道路中高速公路和其他道路分開進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，表中數(shù)據(jù)顯示高速公路和其他道路的車道分布系數(shù)有明顯區(qū)別，這種區(qū)別是由于道路上不同交通行駛方式造成的.對(duì)于2車道高速公路，由于在路邊設(shè)有護(hù)欄，行人、自行車等不能進(jìn)入道路，行使車輛不受干擾，故卡車主要集中在外側(cè)車道行駛.但對(duì)于其他道路，由于路邊沒有護(hù)欄，行人、自行車等經(jīng)常占用路肩甚至外側(cè)行車道，為了避開行人和自行車等，不少卡車選擇內(nèi)側(cè)車道行使，故造成其他道路的車道分布系數(shù)小于高速公路的車道分布系數(shù).對(duì)于3車道的其他道路，為了避開行人和自行車等，卡車趨向于選擇內(nèi)側(cè)車道行使，而卡車又不得不為小汽車等讓開最內(nèi)側(cè)車道，所以大量卡車集中在中間車道上，而在高速公路上，卡車則可較均勻地分布在外側(cè)兩個(gè)車道上，所以3車道其他道路的車道分布系數(shù)要大于高速公路.表2中的數(shù)據(jù)也反映了這一情況，對(duì)于3車道的其他道路，都是中間車道的卡車百分比明顯高于內(nèi)側(cè)車道和外側(cè)車道.對(duì)于4車道道路，目前主要是高速公路，卡車主要在外側(cè)3個(gè)車道上行駛.

表4 所有道路車道分布系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Tab.4 Statistic results of lane distribution factor for all sections

表5 高速公路和其他道路車道分布系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Tab.5 Statistic results of lane distribution factor for expressway and other highways

可見，交通行駛方式對(duì)車道分布系數(shù)有重要影響，雖然表3中各方法均沒有將此因素作為一個(gè)分類依據(jù)，但AASHTO2002設(shè)計(jì)方法中提到在以后的改進(jìn)中要注意城市道路和鄉(xiāng)村道路車道分布系數(shù)的不同，也主要是考慮行人等對(duì)車道分布系數(shù)的影響［2，8］.為更客觀地反映現(xiàn)場(chǎng)情況，本文考慮高速公路和其他道路上交通行駛方式的不同，以此作為一個(gè)分類依據(jù)，分別給出車道分布系數(shù).綜合以上分析，各種情況下車道分布系數(shù)的推薦值如表6所示.

表6 車道分布系數(shù)推薦值Tab.6 Recommended values of lane distribution factor

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)大量計(jì)重收費(fèi)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)攝像數(shù)據(jù)的分析，得到以下結(jié)論：

1）卡車數(shù)量在兩個(gè)方向的差別并不很大，方向分布系數(shù)主要集中于50%～60%.

2）兩個(gè)方向卡車的裝載率可能會(huì)有較大的差別，重交通方向當(dāng)量軸載作用次數(shù)在總作用次數(shù)中所占的比例一般為50%～85%.當(dāng)兩個(gè)方向的交通荷載特性存在明顯區(qū)別時(shí)，應(yīng)對(duì)兩個(gè)方向的路面結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行設(shè)計(jì).

3）交通行駛方式對(duì)車道分布系數(shù)有明顯的影響.對(duì)于雙向兩車道道路，高速公路的車道分布系數(shù)較大，而對(duì)于雙向三車道道路，其他道路的車道分布系數(shù)較大.

4）分別對(duì)高速公路和其他公路提出了車道分布系數(shù)的推薦值，供路面結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)之用.

［1］ JTG D50－2006 公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2006.JTG D50－2006 Specification of design of highway asphalt pavement［S］.Beijing：China Communications Press，2006.（In Chinese）

［2］ Applied Research Associates.Guide for mechanistic－empirical pavement design［R］／／National Cooperative Highway Research Program（Project No.1－37A）.Washington D C：Transportation Research Board，2004.

［3］ 鄧學(xué)均.路面設(shè)計(jì)原理與方法［M］.北京：人民交通出版社，2001：14－26.DENG Xue－jun.Principles and design methods of pavement［M］.Beijing：China Communications Press，2001：14－26.（In Chinese）

［4］ HUANG Y.Pavement analysis and design［M］.New Jersey：Prentice Hall，2004：303－312.

［5］ AASHTO.AASHTO guide for design of pavement structures［M］.Washington，DC：AASHTO，1993：75－82.

［6］ 趙延慶，王家杰，何昌軒.利用軸載譜確定高速公路瀝青路面當(dāng)量軸載換算系數(shù)［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，27（5）：736－739.ZHAO Yan－qing，WANG Jia－jie，HE Chang－xuan.Determination of equivalent axle load factors for asphalt expressways using load spectra［J］.Journal of Chongqing Jiaotong University，2008，27（5）：736－739.（In Chinese）

［7］ Asphalt Institute.Thickness design：asphalt pavements for highways and streets［M］.Lexington，KY：Asphalt Institute，1991.

［8］ LU Q，HARVEY J.Characterization of truck traffic in California for mechanistic－empirical design［J］.Journal of Transportation Research Board，2006，1945：61－72.