道路交通荷載橫向分布特性分析＊

趙延慶，王國忠，譚憶秋

（1.大連理工大學交通運輸學院，遼寧大連 116024；2.哈爾濱工業大學交通科學與工程學院，黑龍江哈爾濱 150001）

交通荷載是進行瀝青路面結構分析和設計時最重要的輸入參數，也是變異性最大、最難準確測定的參數.尤其是在新建路面結構設計中，由于無法進行現場實測，在確定交通荷載參數時往往采用推薦值.橫向分布是交通荷載的一個重要特性，橫向分布主要用方向分布系數和車道分布系數來描述.方向分布系數用來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表示.方向分布系數較大的方向也稱為設計方向.車道分布系數用來描述在一條道路的某一交通方向上卡車數量在不同車道之間的分布；通常需確定各個車道上卡車數量在該方向所有卡車數量中所占的比例，最大的比例稱為車道分布系數，其對應的車道稱為設計車道［1－2］.本文通過對現場大量實測數據的分析，得出方向分布系數和車道分布系數的典型值，并對其影響因素進行分析，供路面結構分析和設計使用.

1 方向分布系數分析

中國目前在許多道路上實行計重收費，并且在高速公路上基本實現了聯網計重收費，計重收費數據包含了車輛的類型、數量、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中主線收費站上行和下行兩個交通方向的計重收費數據，對于每一個收費站，因通過各收費亭的車輛組成可能相差很大，故收集了整個斷面所有收費亭的數據，即收費站的全部數據.由于高速公路實行聯網收費，一般只在出口收費站埋設了相關檢測設備，而在入口處沒有埋設，所以對于入口車輛，是通過檢索整個計重收費數據庫，找到該車輛在其他收費站出網時記錄的數據作為分析所用的數據.

本文中所收集的計重收費數據如表1所示.其中有些斷面的數據收集時間大于一年，為了消除季節變化的影響，在分析中統一采用一整年的數據.由于兩軸四輪車輛（主要為小轎車）對于路面結構的破壞作用很小，在路面結構分析和設計中可以忽略不計［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）統一稱為卡車［2，5］.分別統計了各斷面上行和下行方向卡車的數量，進而求得各斷面的方向分布系數，如圖1所示.由圖1可見，方向分布系數主要集中在50%～60%，表明卡車數量在兩個方向的差別并不大，該方向分布系數范圍和美國最新推出的AASHTO 2002路面力學經驗設計法中的推薦范圍一致［2］.

表1 計重收費斷面信息Tab.1 Information on toll station sections

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

雖然兩個方向的卡車數量接近，但是卡車的裝載率可能會有較大的差別，主要體現為卡車在一個方向上裝載重型貨物，而在另一個方向上裝載輕型貨物或空車返回.為此，利用計重收費數據中各車輛的軸重、軸組及輪組信息，計算了各斷面重交通方向上當量軸載作用次數在兩個方向總作用次數中所占的比例.分別利用中國規范中以彎沉和半剛性材料層底彎拉應力為控制指標時的當量軸載換算公式進行了分析［1］.利用計重收費數據計算當量軸載作用次數的方法詳見文獻［6］.分析結果如圖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，基本上為50%～85%.所以當兩個方向的交通荷載特性存在明顯區別時，應對兩個方向的路面結構分別進行設計.

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 車道分布系數分析

由于計重收費數據是在收費亭測量并記錄的，此時車輛已駛離了原先所占用的車道，所以無法用計重收費數據對車道分布系數進行分析.為此本文在江蘇、山東、山西和遼寧4省共選取了25條道路進行了現場交通攝像，所選擇的道路包括不同等級、不同車道數及交通組成.在道路適當的位置安放攝像機，連續拍攝各車道通過的車輛，要求拍攝角度能清楚識別各個車輛的軸載組成，以準確地確定車輛類型，必要時采用兩臺攝像機從不同角度同步攝像，每個斷面交通攝像時間大約為10h.攝像完成后，在室內對圖像進行分析，讀取每個車輛的軸載組成、類型、所在車道等信息.統計各個車道上卡車（2軸4輪以上車輛）的數量，進而確定各斷面的車道分布系數.攝像斷面信息及車道分布系數分析結果如表2所示，表中1表示最內側車道，依次外推.表中各斷面先按車道數，再按道路等級進行排列.

表2 各斷面車道分布系數統計結果Tab.2 Statistic results of lane distribution factor for various sections

為了便于分析，表3列出了中國及國外典型路面設計方法中車道分布系數的推薦值［1－2，5，7］.由表3可知，中國目前規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.對于2車道，AASHTO2002的推薦值和其他方法差不多，但對于3車道和4車道，則有明顯的減小.AASHTO2002中的推薦值是對LTPP中的數據分析后得到的，對于2車道和3車道，車道分布系數的平均值為0.872，0.545，分別采用90%和60%的推薦值［2］.

表3 各設計方法中車道分布系數的推薦值Tab.3 Recommended values of lane distribution factor in various design method

表4給出了本文實測的所有道路統計的結果.將AASHTO2002的推薦值和表4中的數據比較，可見對于3車道和4車道，本文中的實測值和AASHTO2002的推薦值很接近.但對于2車道道路的車道分布系數相差較大，本文實測值明顯小于AASHTO2002的推薦值，這可能是由于中國卡車司機的駕駛習慣造成的，表明中國卡車司機會更多地占用超車道.表5給出了本文實測道路中高速公路和其他道路分開進行統計的結果，表中數據顯示高速公路和其他道路的車道分布系數有明顯區別，這種區別是由于道路上不同交通行駛方式造成的.對于2車道高速公路，由于在路邊設有護欄，行人、自行車等不能進入道路，行使車輛不受干擾，故卡車主要集中在外側車道行駛.但對于其他道路，由于路邊沒有護欄，行人、自行車等經常占用路肩甚至外側行車道，為了避開行人和自行車等，不少卡車選擇內側車道行使，故造成其他道路的車道分布系數小于高速公路的車道分布系數.對于3車道的其他道路，為了避開行人和自行車等，卡車趨向于選擇內側車道行使，而卡車又不得不為小汽車等讓開最內側車道，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兩個車道上，所以3車道其他道路的車道分布系數要大于高速公路.表2中的數據也反映了這一情況，對于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側車道和外側車道.對于4車道道路，目前主要是高速公路，卡車主要在外側3個車道上行駛.

表4 所有道路車道分布系數統計結果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統計結果Tab.5 Statistic results of lane distribution factor for expressway and other highways

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

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

3 結 論

通過對大量計重收費數據和現場攝像數據的分析，得到以下結論：

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

2）兩個方向卡車的裝載率可能會有較大的差別，重交通方向當量軸載作用次數在總作用次數中所占的比例一般為50%～85%.當兩個方向的交通荷載特性存在明顯區別時，應對兩個方向的路面結構分別進行設計.

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

4）分別對高速公路和其他公路提出了車道分布系數的推薦值，供路面結構分析和設計之用.

［1］ JTG D50－2006 公路瀝青路面設計規范［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）

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［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量軸載換算系數［J］.重慶交通大學學報，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）

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