強力治超背景下的福建省高速公路交通荷載參數優化研究

作者簡介：李樹仁（1996—），碩士，助理工程師，主要從事瀝青路面材料與檢測相關研究工作。

摘要：文章基于福建省主要高速公路2014—2015年和2018—2020年的出入口軸載稱重數據與收費數據，獲取了這兩時段福建省高速公路各類車型的平均組成比例、滿載車比例與當量設計軸載換算系數，進一步比較了基于現行《公路瀝青路面設計規范》的交通荷載參數推薦值與本文所獲取的交通荷載參數而計算得出的當量設計軸載作用次數。結果表明，由于近年全國范圍內高效治超行動的開展，福建省高速公路中滿載車的比例和滿載程度均出現明顯下降趨勢，現行規范中所給出的滿載車比例與當量設計軸載換算系數相比于基于福建省2018—2020年數據的實測值均明顯偏大，證實了重新編制高效治超背景下福建省高速公路交通荷載參數推薦值的必要性。

關鍵詞：福建省；高速公路；超載治理；交通荷載參數

中圖分類號：U491.1⁺13

0 引言

2017年實施的《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50-2017）（以下簡稱規范）^［1］中規定了公路瀝青路面的交通荷載參數計算分為三個水平。水平一根據軸載換算公式，直接計算各類車軸以瀝青層、水穩層和路基指標為依據的軸載換算系數，用于改建路段設計時當量設計軸載累計作用次數的預估。水平二和水平三分別依據當地和全國的車型組成、滿載車比例與不同車型的當量設計軸載換算系數，用于新建路段設計時當量設計軸載累計作用次數的預估。當前，福建省尚未提出水平二所需交通荷載參數的當地經驗值，在新建道路設計中多直接采用規范水平三中的全國經驗值。

近年來，全國范圍內對公路體系超載超限的治理力度不斷增強。對于福建省而言，普通公路的治超行動仍以傳統的定點與流動檢查站為主，而高速公路的超載超限治理主要依賴近年在高速公路出入口處普遍設置的軸載稱重系統實現。2019年出臺的《福建省關于進一步加強車輛超限超載治理工作的意見》中明確規定：新建、改建高速公路時，建設單位應當在高速公路收費站入口同步建設稱重檢測設施，發現違法超限超載車輛時，高速公路經營管理單位應當拒絕其進入高速公路行駛，并及時報告。上述舉措有力地降低了福建省高速公路的車輛滿載率水平。隨著上述規定的進一步落實，理論上可將福建省高速公路的車輛滿載率降至較低的水平（由于部分車輛的規定滿載質量與規范中相應車型的規定滿載質量存在差異，故可能出現少部分車輛未超出自身載重量，但已超出相應車型規范滿載質量的情況，故仍存在一部分未超載的滿載車，滿載率不可能完全降至零）。規范的交通荷載參數計算十分依賴統計數據或經驗參考值的準確性^［2］，而規范中水平三的全國經驗參數主要基于2015年前的各地統計數據，基本未體現近年高效治超的成果。遼寧^［3］、安徽^［4］等地近年的相關研究亦已體現這一問題。

1 路段選取

本文選取了福建省高速公路網中多條主次干公路上多個收費站的軸載測量數據與收費通行數據，具體選取情況如表1所示。根據規范附錄A的要求，1類車不進行軸載換算，故僅針對2至11類車的軸載數據進行交通荷載參數計算，部分高速公路同時選取了2014—2015年間18萬輛車和2018—2020年間32萬輛車的數據，部分2015年后通車的高速公路僅選取2018—2020年的數據。

2 車型組成

本節中根據規范附錄A中的車型劃分標準，對2至11類車所占百分比進行計算。收費站出入口處的車輛軸型組成數據與收費類別數據，根據表2所述方法按2至11類車進行歸類劃分。其中，軸型組成為12型的車輛，若其收費車型為客車則為2類車，收費車型為貨車則為3類車。換算所得的福建省高速公路2014—2015年與2018—2020年的2至11類車型平均占比見表2所示。

由表2可見，福建省高速公路中基本無5類與11類車，且2014—2015年與2018—2020年中各類車型的組成比例接近，與規范中TTC1至TTC5的推薦車型組成比例均存在較大差別。

3 滿載率與軸載分布

根據規范中附錄A的要求，對于2至6軸車，其滿載總質量分別為180 kN、250 kN（列車270 kN）、310 kN（列車360 kN）、430 kN和490 kN，計算2至11類車型車輛的滿載率見表3所示。由表3可見，隨著近年高速公路治理超載力度的加強與收費站稱重系統的普及，福建省高速公路上各類車型的滿載率均出現了巨大的下降，尤其是8、9和10類重型貨車的滿載率出現斷崖式下降。

進一步計算各類車型各“各軸總質量/滿載質量”區間車輛數占此類車型車輛總數的百分比，繪制圖1所示的軸載分布譜。

對于圖1中福建省高速公路上常見的2至4類，6至10類車，比較2014—2015年與2018—2020年的軸載分布譜可見，2018—2020年的峰值明顯靠右，說明整體載重明顯下降。由2014—2015年的軸載分布譜可見，4類、6至10類中重型貨車不僅滿載率較高，且滿載率超過30%的車輛在滿載車中仍占較大比例。而由2018—2020年的軸載分布譜可見，滿載率明顯下降，且滿載車主要集中在滿載20%范圍內。相較于中重型貨車，2類車所代表的客車與3類車所代表的小型貨車在2014—2015年與2018—2020年的軸載分布譜變化相對不明顯，此類車原先即較少滿載，近年的強力治超對其影響不明顯。

4 當量設計軸載換算系數

交通量與軸載統計的目的是基于交通量與軸載數據，計算不同車型對瀝青路面的等效作用次數^［5］。根據規范附錄A，m類車輛中i種軸型在j級軸重區間當量設計軸載換算系數EALF_mij的計算公式如式（1）所示，用于水平一的計算。式（1）中P為100 kN的標準軸載，P′為某軸的實際軸載，公式中各系數取值隨軸載換算依據指標的不同而取不同的值，當前后軸間距＞3 m時，按照單個軸進行計算；當前后軸間距＜3 m時應考慮軸組系數c₁。此時各系數取值見表4所示。

在規范水平三中，給出了全國范圍內統計的平均當量軸載換算系數，各類車型以瀝青層、水穩層與路基指標為軸載換算依據時的系數推薦值不同（見表5）。本文第三節中已證明，近年來福建省高速公路上各類車型的滿載車比例與滿載程度相比數年前有了大幅下降。因此，有必要計算這一背景下的各類車中滿載車與非滿載車的當量設計軸載換算系數，結果見表5。表5中匯總了各類車型根據2014—2015年數據與2018—2020年數據計算所得的當量設計軸載換算系數，并摘錄了規范中的相關推薦值作為對照。

由表5可知，整體而言，由2014—2015年數據計算所得的滿載車與非滿載車的當量設計軸載換算系數與規范推薦值接近，且明顯高于由2018—2020年的數據計算的結果。具體而言，對于以瀝青層與路基相關指標為依據計算所得的當量設計軸載換算系數，與由2014—2015年數據計算所得系數、由2018—2020年數據計算所得系數與規范推薦系數（以下簡稱三組系數）同在一個數量級，差異可控。但是以水穩層相關指標為依據計算所得的當量設計軸載換算系數存在明顯差異。尤其對于6至10類的大型貨車，2014—2015年數據計算所得系數與規范推薦系數處于同一數量級，但相對于2018—2020年數據計算所得系數，二者均偏大1～2個數量級。其原因在于，式（1）中以水穩層指標為依據換算時，乘方冪數值為13.0，遠大于以瀝青層指標為依據時的取值4.0和以路基指標為依據時的取值5.0。因此，滿載率與滿載程度的減小，對以水穩層指標為依據計算的當量設計軸載換算系數影響較大。

綜上所述，由于規范編制所用數據基本為2015年前數據，當時公路車輛的滿載率與嚴格治超當下的滿載率存在巨大差異，且當下滿載車的滿載程度相比于數年前亦有明顯降低。因此，規范中給出的各類車型滿載車與非滿載車的當量設計軸載換算系數并不完全適用于當下福建省高速公路的交通荷載參數計算。

5 軸載換算

上述研究已得出福建省高速公路的車輛類型組成比例以及各類車型滿載車與非滿載車的當量設計軸載換算系數，下文以排除1類車后的1輛車為例，統一應用上文所計算的2018—2020年福建省高速公路車輛類型組成比例，并設置3組參數組合用于計算當量設計軸載作用次數。組合1#：規范滿載率中值+規范當量設計軸載換算系數；組合2#：上文由2014—2015年數據所得的滿載率+上文由2014—2015年數據所得的當量設計軸載換算系數；組合3#：上文由2018—2020年數據所得的滿載率+上文由2018—2020年數據所得的當量設計軸載換算系數。計算結果見表6。當量設計軸載作用次數的計算指標依據分為瀝青層、水穩層與路基相關指標三列。

由表6可見，三組參數下的當量設計軸載作用次數計算結果的大小關系為組合1#gt;組合2#gt;組合3#，組合1#和組合2#的換算結果較為接近，表明來源于全國各地統計數據的規范推薦值在多年前用于指導福建省軸載換算是可行的，但由于福建省高速公路近年來滿載率與滿載程度的共同下降，每輛2至11類車所換算的當量設計軸載作用次數出現了明顯下降，2018—2020年實測數據的換算結果明顯低于基于規范推薦值的換算結果。其中，組合1#至組合3#中以瀝青層與路基指標換算的當量設計軸載作用次數結果仍在同一個數量級，而對于以水穩層指標換算的當量設計軸載作用次數，基于參數組合3#（即福建省2018—2020年實測參數）的結果相比于其他兩組偏小1個數量級左右。上述結果證實了重新編制高效治超背景下福建省的交通荷載參數推薦值的必要性。

6 結語

本文基于福建省主要高速公路2014—2015年和2018—2020年的出入口軸載稱重數據與收費數據，獲取了這兩個時段福建省高速公路各類車型的平均組成比例、滿載車比例與當量設計軸載換算系數，進一步比較了基于現行《公路瀝青路面設計規范》的交通荷載參數推薦值與本文所獲取的交通荷載參數而計算的當量設計軸載作用次數。主要結論如下：

（1）福建省高速公路中2至11類車的組成比例在2014—2015年與2018—2020年間無明顯變化，其取值與規范推薦值均存在較大差異，建議后期采用福建省當地的車型組成比例。

（2）比較2014—2015年與2018—2020年的數據可見，近年來福建省高速公路上各類車型的滿載率均出現了巨大的下降。2014—2015年數據顯示，滿載30%以上的車輛在滿載車中仍占較大比例；而在2018—2020年的數據中，滿載車主要集中在滿載20%范圍內。因此近年福建省高速公路的滿載車比例與滿載程度均有明顯下降。

（3）由2014—2015年數據計算所得的滿載車與非滿載車的當量設計軸載換算系數與規范推薦值接近，且明顯高于由2018—2020年數據計算的結果。其中以水穩層指標為依據所得換算系數的差異最大。

（4）由于福建省高速公路近年滿載率與滿載程度的共同下降，每輛2至11類車所換算的當量設計軸載作用次數出現明顯下降，2018—2020年實測數據的換算結果明顯低于基于規范推薦值的換算結果，證實了重新編制反映福建省高速公路現狀的交通荷載參數推薦值的必要性。

參考文獻

［1］JTG D50-2017，公路瀝青路面設計規范［S］.

［2］尹 磊，王 琛，申愛琴.中法瀝青路面設計交通荷載參數差異研究［J］.中外公路，2021，41（2）：35-40.

［3］常家樹.具體交通條件下車輛軸載換算系數計算方法［J］.北方交通，2019（5）：53-55，60.

［4］王春紅.安徽省高速公路瀝青路面交通荷載參數取值研究［J］.北方交通，2019（7）：63-65.

［5］孫倩倩.瀝青路面交通荷載參數研究［J］.大連：大連理工大學，2018.

收稿日期：2023-04-16