基于改擴建工程的舊路交通軸載分布特征分析

丁婷婷，孫建秀，韋金城，張曉萌，倪廣聰

（1.山東省交通規劃設計院集團有限公司，山東 濟南 250031；2.山東省交通科學研究院，山東 濟南 250031；3.頓河國立技術大學，俄羅斯 羅斯托夫 344022）

引言

交通參數是路面結構設計中最重要的設計參 數[1-3]。現行瀝青路面設計規范中，采用當量軸載作為輸入參數來描述交通軸載荷載參數，可以準確、全面地描述交通荷載，有效地避免當量軸載換算帶來的誤差。但隨著WIM系統在山東省高速公路收費站的普及應用，實測軸載譜分析已成為可能。該系統不僅可以測量動態輪胎力、車速、車輛通過時間等信息，還可以計算車輛軸數、軸重、總重等數據，并通過建立相關數據庫，在人工無法確定交通荷載參數的情況下，為區域道路結構設計與分析提供參數參考依據，極大程度上提高工作效率[4-5]。

濟青高速因交通量大、車型多、軸重分布區間大等因素[6-7]，可借助“道可道網”軟件系統，根據實測交通軸載分布特征，對濟青高速進行實測軸載譜分析。

1 車輛類型分類

為了方便收集不同車輛類型的數量和軸載分布特征，進行車輛軸型分類見表1。通過對濟青高速淄博段車輛類型統計分析發現，常見軸型為1（單軸單胎）、2（單軸雙胎）、5（雙聯軸）、7（三聯軸）四種軸型。

表1 車輛各軸型分類

2 交通量及各分布系數分析

2.1 交通量分析

利用“道可道網”軟件對2013—2015年所采集的數據信息按不同車型進行分類處理發現，2014年、2015年與2013年相比，雖然1類車數量逐年增加，但是在交通組成中所占比例卻逐漸減小，意味著大型客車和載重汽車在交通組成中比重增大；采用環比法分析發現，2013—2015年輕型小汽車數量在迅速增長，增長速度由＜1%增長到＞4%；2013年平均日交通量略高于10 000輛/d，而到2015年年平均交通量可達12 000輛/d。

2.2 交通量月分布系數

對2013—2015年濟青高速公路交通量數據進行統計分析，見圖1。

圖1 2013—2015年交通量月分布系數變化曲線

由圖1可知，3 a內交通量月分布系數變化規律大致相同，分別都在5月、8月和10月出現峰值。通過分析交通量隨時間的變化規律，結合道路材料隨季節的變化特性，可以定性描述交通荷載對道路結構的破壞作用。

2.3 交通量小時分布系數分析

根據《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50—2017）分析了2013—2015年間每年的交通量小時分布系數，見圖2。

圖2 2013—2015年交通量小時分布系數

由圖2可知，2013—2015年總交通量小時分布系數雖略有差異，但整體變化趨勢是一致的，都呈現雙峰曲線，峰值主要集中在11:00—13:00和17:00—19:00兩個時間段，符合日常生活出行規律。

2.4 軸數系數分析

平均軸數指某一類車中某一軸型數量與該類車數量的比值。通過對濟青高速某類車軸載組成數據分析計算后得到各類車的平均軸數，見表2。表中車輛類型2～11類按車輛軸型組成及車輛類別劃分。

表2 2013—2015年各類車輛中不同軸型平均軸數/%

由表2可以看出，2～5類和9類車的平均軸數都是定值；而6～8類、10～11類車其對應的平均軸數會隨著各車型交通量的變化而變化。平均軸數為0，則代表該類車在該年的交通量為零。

3 軸載譜分析

根據《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50—2017）中軸重區間劃分方法，分別對各類車型3 a內單軸單胎、單軸雙胎、雙聯軸和三聯軸的軸重分布分析，即軸載譜分析，見圖3～圖6。

圖3 2013—2015年各類車單軸單胎軸載譜

圖6 2013—2015年各類車三聯軸軸載譜

由圖3可知：（1）2類、3類、6類、7類車的軸重 分 布 區 間 主 要 集 中 在10～25 kN、20～50 kN、20～60 kN、30～60 kN；（2）8類、9類車的軸重分布區間主要集中在35～65 kN 和40～60 kN之間，且8類車在2014年、2015年軸載分布有向軸重區間集中聚攏的趨勢，而9類車到在2015年軸載分布呈外擴的趨勢；（3）對于10類車，軸載分布主要集中在20～50 kN之間，且2013年、2014年的分布曲線呈明顯雙峰，2015年無明顯雙峰。

由圖4可知：（1）2類車軸重相對較小，呈單峰曲線；（2）3類、8類、10類車，分別在45 kN、 45 kN、35 kN時軸重分布系數達到最大峰值，而軸重分布系數達到較小峰值分別在110 kN、120kN、140 kN，都呈雙峰曲線；（3）6類車軸重峰值是在達到50 kN時；（4）7類車軸重于50 kN時達到峰值，且隨著軸重增大，軸重分布系數呈下降趨勢。

圖4 2013—2015年各類車單軸雙胎軸載譜

由圖5可知：（1）6類車2013年軸重分布系數分別在70 kN、220 kN時達到最大峰值和較小峰值，而2014年、2015年分別在70 kN、200 kN達到最大峰值和較小峰值，且總體軸重有向小軸重方向發展的變化趨勢；（2）7類車2013年、2014年分別在70 kN、170 kN達到最大峰值和較小峰值，而2015年在60 kN、170 kN分別達到最大峰值和較小峰值，且軸載分布有變小的趨勢；（3）9類車約在60 kN時達到最大峰值，呈雙峰曲線分布。

圖5 2013—2015年各類車雙聯軸軸載譜

由圖6可知：（1）2013—2015年的軸重分布系數變化曲線都呈雙峰型，且8類車峰值有波動； （2）9類車峰值先變大后變小，軸重有變小的趨勢；（3）10類車，峰值波動較為明顯。

4 結語

通過對濟青高速交通量調查并進行軸載譜分析得到：（1） 2013—2015年總體交通量呈上升趨勢，1類車所占比例最多可達72%；2類、3類、9類、10類車所占比例較大，呈現上升趨勢；6類、7類、8類車所占比例相對較小，連續3 a呈下降趨勢；4類、5類和11類車變化規律不明顯。（2）2類、3類和9類車平均軸數是不隨交通量改變而變化；6類、7類、8類和10類車軸數系數隨交通量變化而變化。交通量分別在5月、8月和10月達到峰值，與國家經濟發展相關。（3）單軸單胎的軸載譜分布基本呈單峰特性；單軸雙胎、雙聯軸和三聯軸的軸載譜分布呈雙峰特性。3 a內四種軸型的軸重分布系數略有波動，但并無明顯規律。