基于改扩建工程的旧路交通轴载分布特征分析

丁婷婷，孙建秀，韦金城，张晓萌，倪广聪

（1.山东省交通规划设计院集团有限公司，山东 济南 250031；2.山东省交通科学研究院，山东 济南 250031；3.顿河国立技术大学，俄罗斯 罗斯托夫 344022）

引言

交通参数是路面结构设计中最重要的设计参 数[1-3]。现行沥青路面设计规范中，采用当量轴载作为输入参数来描述交通轴载荷载参数，可以准确、全面地描述交通荷载，有效地避免当量轴载换算带来的误差。但随着WIM系统在山东省高速公路收费站的普及应用，实测轴载谱分析已成为可能。该系统不仅可以测量动态轮胎力、车速、车辆通过时间等信息，还可以计算车辆轴数、轴重、总重等数据，并通过建立相关数据库，在人工无法确定交通荷载参数的情况下，为区域道路结构设计与分析提供参数参考依据，极大程度上提高工作效率[4-5]。

济青高速因交通量大、车型多、轴重分布区间大等因素[6-7]，可借助“道可道网”软件系统，根据实测交通轴载分布特征，对济青高速进行实测轴载谱分析。

1 车辆类型分类

为了方便收集不同车辆类型的数量和轴载分布特征，进行车辆轴型分类见表1。通过对济青高速淄博段车辆类型统计分析发现，常见轴型为1（单轴单胎）、2（单轴双胎）、5（双联轴）、7（三联轴）四种轴型。

表1 车辆各轴型分类

2 交通量及各分布系数分析

2.1 交通量分析

利用“道可道网”软件对2013—2015年所采集的数据信息按不同车型进行分类处理发现，2014年、2015年与2013年相比，虽然1类车数量逐年增加，但是在交通组成中所占比例却逐渐减小，意味着大型客车和载重汽车在交通组成中比重增大；采用环比法分析发现，2013—2015年轻型小汽车数量在迅速增长，增长速度由＜1%增长到＞4%；2013年平均日交通量略高于10 000辆/d，而到2015年年平均交通量可达12 000辆/d。

2.2 交通量月分布系数

对2013—2015年济青高速公路交通量数据进行统计分析，见图1。

图1 2013—2015年交通量月分布系数变化曲线

由图1可知，3 a内交通量月分布系数变化规律大致相同，分别都在5月、8月和10月出现峰值。通过分析交通量随时间的变化规律，结合道路材料随季节的变化特性，可以定性描述交通荷载对道路结构的破坏作用。

2.3 交通量小时分布系数分析

根据《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2017）分析了2013—2015年间每年的交通量小时分布系数，见图2。

图2 2013—2015年交通量小时分布系数

由图2可知，2013—2015年总交通量小时分布系数虽略有差异，但整体变化趋势是一致的，都呈现双峰曲线，峰值主要集中在11:00—13:00和17:00—19:00两个时间段，符合日常生活出行规律。

2.4 轴数系数分析

平均轴数指某一类车中某一轴型数量与该类车数量的比值。通过对济青高速某类车轴载组成数据分析计算后得到各类车的平均轴数，见表2。表中车辆类型2～11类按车辆轴型组成及车辆类别划分。

表2 2013—2015年各类车辆中不同轴型平均轴数/%

由表2可以看出，2～5类和9类车的平均轴数都是定值；而6～8类、10～11类车其对应的平均轴数会随着各车型交通量的变化而变化。平均轴数为0，则代表该类车在该年的交通量为零。

3 轴载谱分析

根据《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2017）中轴重区间划分方法，分别对各类车型3 a内单轴单胎、单轴双胎、双联轴和三联轴的轴重分布分析，即轴载谱分析，见图3～图6。

图3 2013—2015年各类车单轴单胎轴载谱

图6 2013—2015年各类车三联轴轴载谱

由图3可知：（1）2类、3类、6类、7类车的轴重 分 布 区 间 主 要 集 中 在10～25 kN、20～50 kN、20～60 kN、30～60 kN；（2）8类、9类车的轴重分布区间主要集中在35～65 kN 和40～60 kN之间，且8类车在2014年、2015年轴载分布有向轴重区间集中聚拢的趋势，而9类车到在2015年轴载分布呈外扩的趋势；（3）对于10类车，轴载分布主要集中在20～50 kN之间，且2013年、2014年的分布曲线呈明显双峰，2015年无明显双峰。

由图4可知：（1）2类车轴重相对较小，呈单峰曲线；（2）3类、8类、10类车，分别在45 kN、 45 kN、35 kN时轴重分布系数达到最大峰值，而轴重分布系数达到较小峰值分别在110 kN、120kN、140 kN，都呈双峰曲线；（3）6类车轴重峰值是在达到50 kN时；（4）7类车轴重于50 kN时达到峰值，且随着轴重增大，轴重分布系数呈下降趋势。

图4 2013—2015年各类车单轴双胎轴载谱

由图5可知：（1）6类车2013年轴重分布系数分别在70 kN、220 kN时达到最大峰值和较小峰值，而2014年、2015年分别在70 kN、200 kN达到最大峰值和较小峰值，且总体轴重有向小轴重方向发展的变化趋势；（2）7类车2013年、2014年分别在70 kN、170 kN达到最大峰值和较小峰值，而2015年在60 kN、170 kN分别达到最大峰值和较小峰值，且轴载分布有变小的趋势；（3）9类车约在60 kN时达到最大峰值，呈双峰曲线分布。

图5 2013—2015年各类车双联轴轴载谱

由图6可知：（1）2013—2015年的轴重分布系数变化曲线都呈双峰型，且8类车峰值有波动； （2）9类车峰值先变大后变小，轴重有变小的趋势；（3）10类车，峰值波动较为明显。

4 结语

通过对济青高速交通量调查并进行轴载谱分析得到：（1） 2013—2015年总体交通量呈上升趋势，1类车所占比例最多可达72%；2类、3类、9类、10类车所占比例较大，呈现上升趋势；6类、7类、8类车所占比例相对较小，连续3 a呈下降趋势；4类、5类和11类车变化规律不明显。（2）2类、3类和9类车平均轴数是不随交通量改变而变化；6类、7类、8类和10类车轴数系数随交通量变化而变化。交通量分别在5月、8月和10月达到峰值，与国家经济发展相关。（3）单轴单胎的轴载谱分布基本呈单峰特性；单轴双胎、双联轴和三联轴的轴载谱分布呈双峰特性。3 a内四种轴型的轴重分布系数略有波动，但并无明显规律。