基于改擴建工程的舊路交通軸載分布特征分析

丁婷婷，孫建秀，韋金城，張曉萌，倪廣聰

（1.山東省交通規(guī)劃設(shè)計院集團有限公司，山東 濟南 250031；2.山東省交通科學(xué)研究院，山東 濟南 250031；3.頓河國立技術(shù)大學(xué)，俄羅斯 羅斯托夫 344022）

引言

交通參數(shù)是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中最重要的設(shè)計參 數(shù)[1-3]。現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計規(guī)范中，采用當(dāng)量軸載作為輸入?yún)?shù)來描述交通軸載荷載參數(shù)，可以準(zhǔn)確、全面地描述交通荷載，有效地避免當(dāng)量軸載換算帶來的誤差。但隨著WIM系統(tǒng)在山東省高速公路收費站的普及應(yīng)用，實測軸載譜分析已成為可能。該系統(tǒng)不僅可以測量動態(tài)輪胎力、車速、車輛通過時間等信息，還可以計算車輛軸數(shù)、軸重、總重等數(shù)據(jù)，并通過建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫，在人工無法確定交通荷載參數(shù)的情況下，為區(qū)域道路結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析提供參數(shù)參考依據(jù)，極大程度上提高工作效率[4-5]。

濟青高速因交通量大、車型多、軸重分布區(qū)間大等因素[6-7]，可借助“道可道網(wǎng)”軟件系統(tǒng)，根據(jù)實測交通軸載分布特征，對濟青高速進(jìn)行實測軸載譜分析。

1 車輛類型分類

為了方便收集不同車輛類型的數(shù)量和軸載分布特征，進(jìn)行車輛軸型分類見表1。通過對濟青高速淄博段車輛類型統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，常見軸型為1（單軸單胎）、2（單軸雙胎）、5（雙聯(lián)軸）、7（三聯(lián)軸）四種軸型。

表1 車輛各軸型分類

2 交通量及各分布系數(shù)分析

2.1 交通量分析

利用“道可道網(wǎng)”軟件對2013—2015年所采集的數(shù)據(jù)信息按不同車型進(jìn)行分類處理發(fā)現(xiàn)，2014年、2015年與2013年相比，雖然1類車數(shù)量逐年增加，但是在交通組成中所占比例卻逐漸減小，意味著大型客車和載重汽車在交通組成中比重增大；采用環(huán)比法分析發(fā)現(xiàn)，2013—2015年輕型小汽車數(shù)量在迅速增長，增長速度由＜1%增長到＞4%；2013年平均日交通量略高于10 000輛/d，而到2015年年平均交通量可達(dá)12 000輛/d。

2.2 交通量月分布系數(shù)

對2013—2015年濟青高速公路交通量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，見圖1。

圖1 2013—2015年交通量月分布系數(shù)變化曲線

由圖1可知，3 a內(nèi)交通量月分布系數(shù)變化規(guī)律大致相同，分別都在5月、8月和10月出現(xiàn)峰值。通過分析交通量隨時間的變化規(guī)律，結(jié)合道路材料隨季節(jié)的變化特性，可以定性描述交通荷載對道路結(jié)構(gòu)的破壞作用。

2.3 交通量小時分布系數(shù)分析

根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D50—2017）分析了2013—2015年間每年的交通量小時分布系數(shù)，見圖2。

圖2 2013—2015年交通量小時分布系數(shù)

由圖2可知，2013—2015年總交通量小時分布系數(shù)雖略有差異，但整體變化趨勢是一致的，都呈現(xiàn)雙峰曲線，峰值主要集中在11:00—13:00和17:00—19:00兩個時間段，符合日常生活出行規(guī)律。

2.4 軸數(shù)系數(shù)分析

平均軸數(shù)指某一類車中某一軸型數(shù)量與該類車數(shù)量的比值。通過對濟青高速某類車軸載組成數(shù)據(jù)分析計算后得到各類車的平均軸數(shù)，見表2。表中車輛類型2～11類按車輛軸型組成及車輛類別劃分。

表2 2013—2015年各類車輛中不同軸型平均軸數(shù)/%

由表2可以看出，2～5類和9類車的平均軸數(shù)都是定值；而6～8類、10～11類車其對應(yīng)的平均軸數(shù)會隨著各車型交通量的變化而變化。平均軸數(shù)為0，則代表該類車在該年的交通量為零。

3 軸載譜分析

根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D50—2017）中軸重區(qū)間劃分方法，分別對各類車型3 a內(nèi)單軸單胎、單軸雙胎、雙聯(lián)軸和三聯(lián)軸的軸重分布分析，即軸載譜分析，見圖3～圖6。

圖3 2013—2015年各類車單軸單胎軸載譜

圖6 2013—2015年各類車三聯(lián)軸軸載譜

由圖3可知：（1）2類、3類、6類、7類車的軸重 分 布 區(qū) 間 主 要 集 中 在10～25 kN、20～50 kN、20～60 kN、30～60 kN；（2）8類、9類車的軸重分布區(qū)間主要集中在35～65 kN 和40～60 kN之間，且8類車在2014年、2015年軸載分布有向軸重區(qū)間集中聚攏的趨勢，而9類車到在2015年軸載分布呈外擴的趨勢；（3）對于10類車，軸載分布主要集中在20～50 kN之間，且2013年、2014年的分布曲線呈明顯雙峰，2015年無明顯雙峰。

由圖4可知：（1）2類車軸重相對較小，呈單峰曲線；（2）3類、8類、10類車，分別在45 kN、 45 kN、35 kN時軸重分布系數(shù)達(dá)到最大峰值，而軸重分布系數(shù)達(dá)到較小峰值分別在110 kN、120kN、140 kN，都呈雙峰曲線；（3）6類車軸重峰值是在達(dá)到50 kN時；（4）7類車軸重于50 kN時達(dá)到峰值，且隨著軸重增大，軸重分布系數(shù)呈下降趨勢。

圖4 2013—2015年各類車單軸雙胎軸載譜

由圖5可知：（1）6類車2013年軸重分布系數(shù)分別在70 kN、220 kN時達(dá)到最大峰值和較小峰值，而2014年、2015年分別在70 kN、200 kN達(dá)到最大峰值和較小峰值，且總體軸重有向小軸重方向發(fā)展的變化趨勢；（2）7類車2013年、2014年分別在70 kN、170 kN達(dá)到最大峰值和較小峰值，而2015年在60 kN、170 kN分別達(dá)到最大峰值和較小峰值，且軸載分布有變小的趨勢；（3）9類車約在60 kN時達(dá)到最大峰值，呈雙峰曲線分布。

圖5 2013—2015年各類車雙聯(lián)軸軸載譜

由圖6可知：（1）2013—2015年的軸重分布系數(shù)變化曲線都呈雙峰型，且8類車峰值有波動； （2）9類車峰值先變大后變小，軸重有變小的趨勢；（3）10類車，峰值波動較為明顯。

4 結(jié)語

通過對濟青高速交通量調(diào)查并進(jìn)行軸載譜分析得到：（1） 2013—2015年總體交通量呈上升趨勢，1類車所占比例最多可達(dá)72%；2類、3類、9類、10類車所占比例較大，呈現(xiàn)上升趨勢；6類、7類、8類車所占比例相對較小，連續(xù)3 a呈下降趨勢；4類、5類和11類車變化規(guī)律不明顯。（2）2類、3類和9類車平均軸數(shù)是不隨交通量改變而變化；6類、7類、8類和10類車軸數(shù)系數(shù)隨交通量變化而變化。交通量分別在5月、8月和10月達(dá)到峰值，與國家經(jīng)濟發(fā)展相關(guān)。（3）單軸單胎的軸載譜分布基本呈單峰特性；單軸雙胎、雙聯(lián)軸和三聯(lián)軸的軸載譜分布呈雙峰特性。3 a內(nèi)四種軸型的軸重分布系數(shù)略有波動，但并無明顯規(guī)律。