中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與南部非洲標(biāo)準(zhǔn)
——關(guān)于路面設(shè)計(jì)累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算的比較

◎李敬德

中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與南部非洲標(biāo)準(zhǔn)
——關(guān)于路面設(shè)計(jì)累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算的比較

◎李敬德

針對(duì)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與南部非洲標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于路面設(shè)計(jì)累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算的比較問題進(jìn)行分析，提出了我國(guó)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次預(yù)測(cè)模型，其中有車輛當(dāng)量軸載系數(shù)，并結(jié)合工程實(shí)例，分析出交通量及軸載調(diào)查方法。結(jié)合這些問題，闡述了南部非洲標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于路面設(shè)計(jì)累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算和基于實(shí)測(cè)軸載譜的累計(jì)軸次計(jì)算。

南部非洲，從地理位置上來(lái)說(shuō)就是非洲南部，泛指非洲大陸南部及四周的島嶼。包括了十三個(gè)國(guó)家，如莫桑比克、津巴布韋、毛里求斯、科摩羅、馬達(dá)加斯加島等。隨著我國(guó)綜合國(guó)力的不斷增強(qiáng)，越來(lái)越多的中國(guó)建設(shè)單位參與到國(guó)際工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)之中。

我國(guó)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次預(yù)測(cè)模型

車輛當(dāng)量軸載系數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)軸載、軸載的換算方法。根據(jù)規(guī)范的規(guī)定，以水泥混凝土路面為研究對(duì)象。我們國(guó)家的水泥混凝土路面設(shè)計(jì)，其標(biāo)準(zhǔn)軸載為100 kN的單軸-雙輪組荷載。

以重載交通軸負(fù)荷為例，超出了計(jì)算范圍的權(quán)重，沒有給出相應(yīng)的規(guī)范計(jì)算方法。由于目前重載交通軸載換算的研究尚不成熟。為此，我們還利用這一公式，綜合考慮了3種等效軸載換算系數(shù)的計(jì)算方法：一種是在計(jì)算公式上應(yīng)用的超公式計(jì)算軸載量范圍；二是超公式計(jì)算的軸載，根據(jù)公式可以最大限度地考慮軸載限制值；三是考慮局部是加大力度，打擊車輛超載，相信重載一個(gè)指定百分比的重型卡車的現(xiàn)象最終會(huì)得到解決。因此，計(jì)算相當(dāng)于所有類型的車輛軸載系數(shù)，限制了軸載能超過(guò)規(guī)定的極限。

車輛當(dāng)量軸載系數(shù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。由于路面結(jié)構(gòu)的可靠性，正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布的計(jì)算結(jié)果相差不大。為了簡(jiǎn)單起見，本文采用了正態(tài)分布模型的交通參數(shù)。這是一個(gè)看同一輛汽車同軸型車輛的隨機(jī)抽樣，使用公式來(lái)計(jì)算每輛汽車衡重車輛標(biāo)準(zhǔn)的軸載動(dòng)作時(shí)間，然后計(jì)算出汽車的軸類車輛當(dāng)量軸載系數(shù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

工程實(shí)例

以非洲道路的水泥混凝土路面改造工程來(lái)說(shuō)。把車輛分成五類：

一類：摩托；二類：小型類型的車；三類：中型類型的車；四類：大型類型的車；五類：屬于特大型號(hào)的車。

各類車輛的軸類分為單軸、雙軸和三軸3類。單軸（單胎），單軸（每側(cè)雙胎），雙軸（每側(cè)的雙胎），雙軸（每側(cè)一個(gè)單，雙胎），三重軸（每側(cè)雙胎）代號(hào)為1，2，3，4，6 。作為一個(gè)獨(dú)立的汽車12個(gè)代表單軸和后橋單軸雙輪等。

采用連續(xù)觀測(cè)法，對(duì)24小時(shí)的收費(fèi)站進(jìn)行了大量的交通量調(diào)查，由于全國(guó)公路南到煤為主，路面嚴(yán)重?fù)p壞。為了獲得一個(gè)可靠的和有代表性的交通量和軸載數(shù)據(jù)，要向南和向北的車輛進(jìn)行了調(diào)查，各期各型汽車的數(shù)量的統(tǒng)計(jì)，以及大量的各種類型的車輛軸載車輛的每一類型；和HPS便攜式輪稱重儀表，將被放置在一個(gè)收費(fèi)車道，除了2 軸4輪下面的轎車和卡車稱重，得出公路行駛的車輛的軸載譜，并掌握情況超載貨車車道向南和向北。為了使數(shù)據(jù)具有代表性，南，北車道進(jìn)行了調(diào)查2天，這2天是不連續(xù)的，這有一天以上的時(shí)間間隔。

南部非洲標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于路面設(shè)計(jì)累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算

隨著我國(guó)綜合國(guó)力的不斷增強(qiáng)，越來(lái)越多的中國(guó)建設(shè)單位參與到國(guó)際工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)之中。2013～2015年，筆者多次參與在贊比亞共和國(guó)公路項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，對(duì)南部非洲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了較為深入的研究。本文就路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)當(dāng)量軸次的計(jì)算，進(jìn)行中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與南部非洲標(biāo)準(zhǔn)的比較。計(jì)算前提條件雙向2車道，路面寬7.2m，瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)年限10年，交通量增長(zhǎng)率6%。采用的車型如表1。

南部非洲標(biāo)準(zhǔn)路面設(shè)計(jì)中標(biāo)準(zhǔn)軸載采用的是80kN或8160kg，而國(guó)內(nèi)采用的是100kN。而且在國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中柔性路面（多為瀝青混凝土）和剛性路面（多為水泥混凝土）的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載計(jì)算公式不同，兩者的劃分標(biāo)準(zhǔn)也不一樣，相對(duì)而言，國(guó)內(nèi)的軸載計(jì)算更加化，適應(yīng)不同材料的路面結(jié)構(gòu)。但也存在標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，可能帶來(lái)不易進(jìn)行經(jīng)濟(jì)及技術(shù)比較的現(xiàn)實(shí)問題。南部非洲標(biāo)準(zhǔn)路面設(shè)計(jì)中交通等級(jí)根據(jù)交通量由少變多分為T1-T8共八個(gè)等級(jí)，而國(guó)內(nèi)路面設(shè)計(jì)一般僅分為輕型、中型、重型及特重四個(gè)等級(jí)。考慮國(guó)內(nèi)道路上行駛車輛重載超載情況較多的現(xiàn)實(shí)，軸載等級(jí)區(qū)分較少是符合實(shí)際情況的，但一定程度上不能體現(xiàn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的優(yōu)勢(shì)。

基于實(shí)測(cè)軸載譜的累計(jì)軸次計(jì)算

實(shí)測(cè)軸載譜。為了客觀地反映路面的軸載水平，為路面結(jié)構(gòu)層厚度的設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)六軸和兩輪車進(jìn)行了軸載測(cè)量。根據(jù)交通調(diào)查結(jié)果，通過(guò)交通調(diào)查研究顯示，該路段的主要卡車車型是六輛載重車、四軸2車、五軸1車和六軸1車。因此，主要分析了四種型號(hào)的軸載譜。

軸載換算結(jié)果。對(duì)公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范的等效軸載和參考的各種型號(hào)的當(dāng)量軸次（N 或N′）求和，可以得到平均等效軸1的項(xiàng)目，它可以是設(shè)計(jì)年累計(jì)當(dāng)量軸的計(jì)算。路面結(jié)構(gòu)的厚度計(jì)算與設(shè)計(jì)撓度值。

累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算。瀝青路面設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次按下式計(jì)算：

式中：Ne——設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次（次/車道）；t——設(shè)計(jì)基準(zhǔn)年（年）；N1——路面營(yíng)運(yùn)第一年單向日平均軸次（次/d）；γ——設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)交通量的年平均增長(zhǎng)率（%）；η——設(shè)計(jì)車道分布系數(shù)。車道系數(shù)η按表2取值。公路無(wú)分隔時(shí)，車道窄宜選高值，車道寬宜選低值［4］。下表2車道系數(shù)

累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算結(jié)果

交通等級(jí)的確定

按照南部非洲標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算結(jié)果屬于T6交通等級(jí)。

南部非洲在公路工程建設(shè)中，采用的路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是南部非洲交通運(yùn)輸委員（Southern African Transport andCommunications Commission，簡(jiǎn)稱 SATCC）編寫的道路路面設(shè)計(jì)手冊(cè)適用于南非、萊索托、津巴布韋、斯威士蘭等國(guó)家的公路工程建設(shè)，可對(duì)其他國(guó)家起到參考的作用。根據(jù)對(duì)南部非洲標(biāo)準(zhǔn)路面設(shè)計(jì)的研究，并與中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，對(duì)中國(guó)工程設(shè)計(jì)單位在南部非洲進(jìn)行道路設(shè)計(jì)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

（作者單位：中交第二公路工程局有限公司）