高速動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)在公路車輛荷載調(diào)查中的應(yīng)用

陳少幸 王 強(qiáng)

(1.珠海交通集團(tuán)有限公司，廣東珠海 519000;2.廣東交通集團(tuán)檢測中心，廣東 廣州 510800)

1 概述

車輛荷載的作用是路面使用性能和壽命的關(guān)鍵因素之一。不同類型、裝載的車輛會(huì)產(chǎn)生不同級(jí)別的軸載，對(duì)路面形成不同程度的損傷。因而，對(duì)路面設(shè)計(jì)和管理人員來說，感興趣的不僅僅是交通量，更重要的是軸載的大小和各級(jí)軸載出現(xiàn)的次數(shù)。當(dāng)前路面設(shè)計(jì)和公路管理采用的是以某一(幾)種代表車型在空載、半載和滿載條件下的軸載以及交通量來模擬路上的軸載譜［1，2］。這種方法能滿足車輛按照額定的裝載噸位和均勻的裝載方式進(jìn)行裝載行駛的情況，卻不能考慮車輛的超載和貨物不均勻裝載引起的軸載變化，而這種情況在現(xiàn)有的公路運(yùn)營中又已普遍存在。所以，模擬軸載數(shù)據(jù)不能反映公路現(xiàn)場情況，需要對(duì)道路實(shí)際的交通流量及軸載進(jìn)行調(diào)查。為了掌握高速公路車輛荷載情況，采用高速動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)進(jìn)行車輛荷載調(diào)查分析［3-5］。

2 檢測方法

采用高速動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)進(jìn)行檢測，可以同時(shí)采集軸重、軸數(shù)、總車重、軸間距、車長、車速、車輛分類等參數(shù)。高速稱重系統(tǒng)安置于車輛正常行駛路段，待車輛行駛通過后可以得到相應(yīng)數(shù)據(jù)。

采用安裝較為方便、采集數(shù)據(jù)能夠滿足要求的HI-TRAC 100高速稱重系統(tǒng)。

2.1 HI-TRAC稱重及交通調(diào)查系統(tǒng)工作原理

壓電稱重傳感器輸出的電壓信號(hào)與車輛壓過的壓力相對(duì)稱。信號(hào)由HI-TRAC控制器轉(zhuǎn)換成電壓。此電壓信號(hào)用來決定軸被檢測到的時(shí)間，電壓的大小計(jì)算出相應(yīng)軸的重量。壓電稱重傳感器埋設(shè)的截面圖及車輛輪壓示意如圖1所示［6］。

圖1 壓電傳感器埋設(shè)截面及輪壓示意圖

圖2為一輛四軸貨車所壓過傳感器時(shí)系統(tǒng)所檢測到的波形。

2.2 設(shè)備安裝及調(diào)試

具體安裝如下:

1)地感線圈的安裝。

在每一車道上，開5 mm寬，30 mm深，2 m見方的埋槽，埋設(shè)地感線圈，開1 cm寬3 cm深的埋槽，將線引到路邊，開槽用填縫膠密封。

2)壓電傳感器的安裝。

每一車道，開兩條橫跨車道的埋槽，埋槽長度為3.5 m，寬19 mm，深19 mm，埋設(shè)1條壓電傳感器(長3.5 m)，并開1 cm寬2 cm深的埋槽，將線引到路邊，開槽用填縫膠密封。

3)路面溫度傳感器的安裝。

在最外側(cè)車道路面中間開1 cm寬3 cm深的埋槽，埋設(shè)溫度傳感器，埋槽延伸到路邊，將溫度傳感器電纜線引到路邊，開槽用填縫膠密封。

圖2 車輪經(jīng)過時(shí)的傳感器波形

4)主機(jī)機(jī)箱的安裝。

在安裝點(diǎn)路側(cè)基礎(chǔ)上安裝控制機(jī)柜，控制機(jī)箱底座需要建一個(gè)長3 m，寬2 m的水泥臺(tái)，臺(tái)面與路面同高，并預(yù)留穿線管道和修建一口接線用標(biāo)準(zhǔn)人井。

5)供電電纜線的鋪設(shè)。

2.3 數(shù)據(jù)采集

該系統(tǒng)能采集單軸重、軸數(shù)、軸組負(fù)荷、總車重、軸距、總軸距、車長、車懸長、等效軸負(fù)載、車速、車間距時(shí)間、站點(diǎn)識(shí)別、車流量、車間距、行駛方向、跨道車輛、車道代碼、車輛分類、違規(guī)代碼、路面溫度、有效性代碼、時(shí)間、日期等參數(shù)。調(diào)查車型分為小車、大客車和貨車。

交通量換算時(shí)采用小客車作為標(biāo)準(zhǔn)車型，各類汽車代表車型與車輛折算系數(shù)如表1所示。

表1 各汽車代表車型的車輛折算系數(shù)

3 車輛荷載調(diào)查統(tǒng)計(jì)與分析

3.1 斷面交通量

根據(jù)交通流量調(diào)查的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出某高速公路一周內(nèi)的斷面交通量狀況，具體如表2所示。

由表2可以得到以下結(jié)論:1)某高速公路24 h斷面交通量平均為77 531輛，上行方向車流總量(37 703輛)略小于下行方向(39 828輛)，方向分布系數(shù)為48.6%;交通組成中貨車所占比例為28.9%，上行方向與下行方向基本上一致。2)在一周的交通荷載調(diào)查中，客貨車比率基本上保持一個(gè)水平，貨車的比率維持在27%～31%之間。客車的比率在69%～73%之間。雙向的客貨車比率較為穩(wěn)定。3)一周之中，斷面交通量比較穩(wěn)定，本次調(diào)查顯示為星期三斷面交通量為最大交通量，因此，在后面的分析中選擇2008年12月24日交通荷載進(jìn)行討論。

表2 某高速24 h斷面交通流量統(tǒng)計(jì)

3.2 交通量晝夜分布情況

把此次交通流量調(diào)查的數(shù)據(jù)(2008年12月24日00時(shí)～25日00時(shí))分為白天和夜間分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，具體情況如表3所示。

由表3得出以下結(jié)論:1)某高速公路白天的車流量明顯大于夜間，白天車流量的比例達(dá)到70%左右，無論是上行方向，還是下行方向結(jié)果基本一致。而且對(duì)于客車和貨車的結(jié)果也較為一致。2)某高速公路夜間貨車的比例要大于白天，特別是下行方向，貨車所占比例達(dá)到32.4%，大于白天貨車所占比例27.6%。另外，根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)可以得出某高速晝夜斷面比例，如圖3所示。由圖3可以得到，某高速公路交通流量高峰時(shí)段在下午16:00～18:00出現(xiàn)，這時(shí)行駛的車輛最多，17:00～18:00時(shí)段達(dá)到7 005輛/h然后慢慢減少，03:00～04:00時(shí)段為711輛/h，在早上5:00～6:00開始增加。

表3 某高速斷面晝夜交通流量統(tǒng)計(jì)

圖3 晝夜24 h斷面交通量分布

3.3 軸載調(diào)查與分析

軸載的調(diào)查與分析主要針對(duì)貨車，小汽車與客車超載超重現(xiàn)象基本上不會(huì)出現(xiàn)，而且程度較低。貨車的軸載類型標(biāo)準(zhǔn)及限重值如表4所示。

表4 貨車的軸載類型標(biāo)準(zhǔn)及限重值

3.3.1 貨車車型分布

對(duì)某日的荷載調(diào)查結(jié)果進(jìn)行貨車不同車型的統(tǒng)計(jì)分析，具體結(jié)果如表5所示。

表5 貨車車型統(tǒng)計(jì)分析

由表5可以看出，某高速公路車流量中上行方向與下行方向貨車的數(shù)量相當(dāng)，分別為12 293輛、12 875輛;貨車主要以2軸貨車為主，雙向比例達(dá)到69.2%，下行方向比例比上行方向要小;4軸、5軸、6軸車占貨車的比率基本相當(dāng)，為7%左右，而且兩個(gè)方向也較為一致;3軸車的比例分別為11.6%，7.6%，兩個(gè)方向相差較大，達(dá)到4個(gè)百分點(diǎn)。

3.3.2 貨車載重情況分析

1)總體超載情況。

對(duì)某日的荷載調(diào)查結(jié)果進(jìn)行貨車超載情況的統(tǒng)計(jì)分析，按照限載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，具體結(jié)果如表6所示。

由表6可以得到以下結(jié)論:

a.下行方向貨車的超載率(10.5%)要低于上行—下行方向(15.4%)，相差將近5個(gè)百分點(diǎn)，說明兩個(gè)方向車輛荷載存在一定的差異，這也與實(shí)際情況相符合，因?yàn)樯闲蟹较虻能囕v主要是原材料等貨物，而下行方向主要是生產(chǎn)出來的商品，這樣相對(duì)來說重量要輕。

b.超載率＜30%的比例最大，雙向達(dá)到7.1%;其次為超載率＞30%，＜50%比例，雙向?yàn)?.2%;超載率＞50%的比例為2.9%。

表6 貨車超載統(tǒng)計(jì)

2)不同車型超載情況。

按照不同車型進(jìn)行超載分析，主要是考慮貨車的軸數(shù)不同，按照限載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，得到不同車型的超載情況如表7所示。

表7 不同車型超載情況分布

由表7可以得到以下結(jié)論:

a.從各種不同車型的情況來看，軸數(shù)越多，車輛的最大載重超重越多，最大載重量的車型為6軸車，達(dá)到138.3 t，其他依次為5軸、4軸、3軸、2軸車。最大載重超載率為6軸車，其他依次為3軸、5軸、2軸、4軸車。

b.不同車型的超載比例，基本上呈現(xiàn)軸數(shù)越多，超載比例越大的趨勢，上行方向的6軸車的超載比例達(dá)到52.2%;2軸車超載的比例最小，不到10%，上行與下行方向的比例基本一致;而從3軸、4軸、5軸、6軸車型超載率來看，上行方向明顯要大于下行方向。

c.對(duì)于超載不同程度的比較來看，基本上為超載率＜30%的比例最大，其次為超載率＞30%，＜50%的比例，超載率＞50%的比例為最小。

3.3.3 貨車軸重情況分析

對(duì)不同軸型的軸重進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，按照軸載類型標(biāo)識(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到不同軸型的軸重超載情況如表8所示。

由表8可以得到以下結(jié)論:

1)對(duì)于不同軸型的軸載，下行方向的三聯(lián)軸超載比例最大，達(dá)到29.1%;上行方向的雙聯(lián)軸超載比例最大，達(dá)到52.2%。超載比例較少的為單軸單輪，兩個(gè)方向的超載比例不超過20%。總體趨勢為單軸單輪＜單軸雙輪＜雙聯(lián)軸＜三聯(lián)軸。

表8 不同軸型的軸重超載情況分布

2)對(duì)于不同軸型及軸載超載程度的超載比例，超載率＜30%的超載比例最大的為上行方向的雙聯(lián)軸(18.6%)，最小的為上行方向的單軸雙輪(9.4%);超載率＞30%，＜50%的超載比例最大的為上行方向的雙聯(lián)軸(12.7%)，最小的為上行方向的單軸雙輪(1.7%);超載率＞50%的超載比例最大的為上行方向的三聯(lián)軸(26%)，最小的為下行方向的單軸單輪(0.9%)。

3)不同軸型的最大軸重為三聯(lián)軸，達(dá)到74 400 kg(74.4 t)，超載率達(dá)到238.2%;對(duì)于下行—上行方向，單軸單輪、單軸雙輪、雙聯(lián)軸的最大軸重的車型都為3軸車，三聯(lián)軸的最大軸重的車型為6軸車;對(duì)于上行方向，單軸單輪的最大軸重的車型為4軸車，軸重達(dá) 19 300 kg(19.3 t)，超載率 221.7%，單軸雙輪、雙聯(lián)軸、三聯(lián)軸的最大軸重的車型為6軸車，最大軸重分別為25 000 kg(25 t)，50 000 kg(50 t)，74 400 kg(74.4 t)，最大超載率分別為150.0%，177.8%，238.2%。

4 結(jié)語

采用高速動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)可以連續(xù)不間斷得到道路交通流量及軸載情況，從而可以更準(zhǔn)確地對(duì)公路路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，采取相應(yīng)措施確保結(jié)構(gòu)的使用安全。同時(shí)也為公路規(guī)劃、設(shè)計(jì)、養(yǎng)護(hù)和管理提供重要、科學(xué)的決策依據(jù)。

［1］JTG D50-2006，瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］JTG D40-2002，公路水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］陳浙江，王玲娟.超載下的瀝青路面軸載換算［J］.中外公路，2007(2):11-13.

［4］李 揚(yáng).國外汽車超載治理技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2004(9):80-82.

［5］周道武.動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)若干問題研究［D］.西安:西北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2001.

［6］廣東交通集團(tuán)檢測中心.廣東省主要高速公路交通流量及軸載抽樣調(diào)查報(bào)告［R］.2007.