公路交通標準軸載作用次數ESAL的實用計算方法

施 磊

(遼寧省交通運輸事業發展中心 沈陽市 110005)

0 引言

公路瀝青路面設計規范中已經敘述了交通量的計算方法，該方法是一種通用方法，并沒有綜合考慮各省實際應用的交通量調查設備的特點。目前國內對于動態稱重系統(計重式軸載交調點)的使用并不十分廣泛，各地方軸重數據的積累也大部分處于起步階段，這對交通規劃、路網建設及路面結構設計產生明顯的限制。因此，在遵從規范的同時，我們應該認真研究如何在目前的社會條件下，利用已有的設備、資源盡可能多地歸納總結數據，通過論證分析，在充分考慮各省的設備特點的前提下，建立地方適用的計算方法。

1 遼寧交通情況調查現狀

目前，遼寧省普通干線公路交通量調查站點主要通過自動化設備進行數據采集和傳輸，具體數據分為兩種類型：普通連續式/間歇式交調點數據和計重式軸載交調點數據，且長期以來以普通連續式/間歇式交調點數據為主導。但是，兩者的數據組成相差性較大，具體情況例如表1、表2所示。

表1 2019年部分普通連續式/間歇式交調點數據組成(自然數)

表2 計重式軸載交調點數據組成(車型+軸重)

從表1和表2中的數據組成不難看出，普通交調點的數據組成主要是公路上各種車型的自然數、站點名稱、位置、觀測的范圍等基本信息；計重式軸載交調點的數據組成主要是公路上每輛車的通過時間、行走的車道、車型、車牌、車速、軸數、各軸軸重、軸型等信息。

將表1和表2進行對比分析可知，計重式軸載交調點的詳細數據可以準確地反映公路交通軸載信息，但該轉化工作對應的計算量和時間消耗巨大，目前全省僅布設了50個計重式軸載交調點，覆蓋范圍有限，難以全面推廣應用。然而，普通交調點基本覆蓋了全省大部分普通干線公路，交通量信息獲取容易且已積累多年數據(2010～2019年10年數據)。因此，研究公路交通量數據(AADT)與公路標準軸載作用次數(ESAL)的轉化方法，是較為可行的技術途徑。另外，目前已有的路面設計或性能評價模型均需要考慮等效標準軸載作用次數，所以需要建立AADT轉化為標準軸載作用次數ESAL的關系算式，便于交通參數分析。

2 交調數據轉化為標準軸載作用次數的原理

交通量數據(AADT)轉化為標準軸載作用次數(ESAL)的轉化方法簡述如下：

計重式軸載交調點的交通荷載統計數據中包含有車輛車型、軸重等信息，對于此類數據，可以通過平均軸載換算系數將其轉換為等效軸載作用次數。平均軸載換算系數可參考下面的例子確定。

例如：某瀝青路面，由交通調查資料得知，5軸和5軸以上的牽引式半拖車和拖車類車輛的日交通量為168輛，由計重系統得到的該類車輛的軸載組成列于表3，確定該類車輛的等效軸載換算系數時，取標準軸載為100kN。

各級軸載按規范[1]中所示的軸載換算公式確定相應的軸載換算系數[2]，列于表3中。

表3 平均軸載換算系數

各級軸載的軸次數乘以相應的軸載換算系數，得到當量軸次數。累加各級軸載的當量軸次數，得到該類車輛總的標準軸載當量作用次數為640.24次，將其除以車輛自然數168輛，便可得到該類車輛的平均等效軸載換算系數η：

那么，等效標準軸載作用次數可按下式確定：

其中：AADTi—統計的各類車型的年平均日交通量(自然數)；

借助上述方法，可以建立出遼寧省的平均軸載換算系數表，具體過程如下：

(1)以市為單位，收集各軸載交調點的明細數據，統計出該市的各種車型的平均軸載換算系數。

(2)設計時將普通交調點的自然數數據乘以該種車型的平均軸載換算系數，再累計求和，即可算出設計所需的ESAL。

3 數據轉化案列

以“高嶺交調點(此為國道G102葫蘆島綏中縣轄區內站點)計重式軸載交通點數據”為例加以說明。

3.1 第一步：異常數據的剔除

計重式軸載交調點數據為不停車檢測的動態數據，難免存在一些異常數據，經與設備廠家溝通協商，提出以下異常數據剔除原則：

(1)大貨車、集裝箱、掛車：軸1比軸2大于2t者建議剔除。

(2)3軸及以上車輛，最重軸軸重大于總重50%者建議剔除。

(3)3軸以上的車輛，所有的軸重均不低于2t，任何一個軸重低于2t者建議剔除。

(4)“彎沉”值大于3000的數據(車輛重約180t)，重點關注核實。

3.2 第二步：數據統計

借助計重式軸載交調點數據統計表，統計出各種車型的具體數量和累計軸載作用次數，用累計軸載作用次數除以該種車型的具體數量，即為該種車型的平均軸載換算系數。

表4 平均軸載換算系數統計表

另外，按方向統計出所有車型的累計軸載作用次數，用該方向的所有車型的累計軸載作用次數除以全斷面的所有車型的累計軸載作用次數，即為該方向的方向系數，設計時取最大值作為方向系數(最不利情況)。

最后，按車道統計出所有車型的累計軸載作用次數，用該車道的所有車型的累計軸載作用次數除以該方向的所有車道的所有車型的累計軸載作用次數，即為該方向該車道的車道系數，設計時取最大值作為車道系數(最不利方向內的最不利車道)。

表5 方向系數+車道系數統計表

表6 高嶺交調點統計結果表

3.3 第三步：ESAL的計算

當平均軸載換算系數、方向系數、車道系數計算完成后，借助已知的普通交調點各種車型的自然數，相乘求累計和即可。

ESAL=∑(各種車型的自然數×該種車型的平均軸載換算系數)×方向系數×車道系數

4 結論

提出將公路交通量數據(AADT)轉化為標準軸載作用次數(ESAL)的方法簡單實用，并充分考慮了本省交調設備的自身特點、充分利用了交調設備采集的數據資源，為公路交通規劃、干線路網建設及路面結構設計等工作選取交通數據提供了借鑒參考，因此具有較現實的推廣應用價值。