沥青道面重交通特征研究综述

摘要：本文对国内外关于交通荷载描述方法的文章进行了分析，认为传统中描述交通荷载的方法已经不能满足目前路面设计要求；美国AASHTO2002中采用轴载谱的方法描述交通荷载，我国高速公路逐步普及的计重收费设备为交通荷载的收集提供了新的手段。基于计重收费系统的交通荷载描述方法是接下来研究的一个方向。

关键词： 重交通；AASHTO2002；计重收费

Abstract：At home and abroad on the traffic load description of the article, that described in the traditional method of traffic load can no longer meet current road design requirements; axle load spectrum method to describe the traffic load used in the United States AASHTO2002 the gradual popularization of highwayweight fees equipment provides a new means for the collection of traffic load. Description method of weight-based toll system traffic load in one direction of the next study.

Key words: heavy traffic; AASHTO2002; weight fees

中图分类号：C913.32文献标识码：A文章编号：

0 引言

路面[1]是一个复杂的系统，它包含了许多变量之间的相互作用。路面性能的主要影响因素包括：材料属性、交通荷载、环境因素和施工。交通荷载是施力方，路面是承力方，路面设计的目的即是：在一定的环境条件下，通过合理的结构和材料设计以使路面达到足够的强度和刚度来承受交通荷载，使其以一定的概率保证路面在设计寿命内不发生不可接受的损坏。因此，交通荷载数据从某种意义上决定了路面设计的目标。

对于交通荷载的研究，主要集中在两个方面：如何有效地描述交通荷载；路面结构在交通荷载作用下的响应机理。本文主要研究如何有效描述重交通荷载。

1 研究背景

我们传统的设计方法[1]中，是将收集的交通荷载数据，通过轴载换算得到累计等效轴载作用次数ESALs(ESAL-Equivalent single axle loads)，用该参数来表征交通荷载数据在路面设计中的作用。ESALs是预测的交通量，在大部分路面设计方法（程序）中都需要，包括AASHTO1993路面设计指南。但是，ESALs与路面类型（柔性路面或者刚性路面）、面层厚度、破坏类型或者现行破坏标准都有关。因此，即使相同交通量和相同荷载的不同道路结构，都有可能有完全不同的ESALs，这点取决于这些因素之间的相互作用。因此，一些研究人员得出这样的结论：在基于性能的力学模型中应用ESALs是没有根据的，并且建议使用轴载和车辆类型数据来代替ESALs（Hajeck，1995）。

AASHTO2002使用轴载谱来描述轴载[2]。在AASHTO2002中轴载谱数据的来源包括：静态称重站、自动车辆分类系统（AVC-automatic vehicle classification）、自动交通量纪录仪（ATR）以及最新的动态称重系统（WIM-weight in motion）。这些设备和方法大大提高了交通荷载数据的质量，但是我国目前并不完全具备这些条件。我国大部分道路中都采用人工调查的方法来采集交通荷载数据，精度很难得到保证。因此，怎样提高交通荷载数据的质量成为首要的解决的问题。计重收费系统在我国公路的广范应用给这一问题的解决提供了突破口。

近几年，我国高速公路的调查表明，我国超载超限问题非常严重。虽然国家多次文件治理超载超限，但是道路超载情况依然严重：01年对广州4条干道高速公路的调查结果[3]显示：87％的载货货车超载，54％的后轴单轴轴重超限。单元货车的载货量是额定载货量的3.16倍，半挂车的载重量是额定载重量的2.42倍；03年对山西省内13条主要运煤干线交通轴载情况的调查结果显示：超重车的比例在90％以上，总质量的超限情况几乎发生在所有车型，从轴重的调查结果看，单轴双轮组超载情况最为严重，单轴单轮组大于6t的比例为40％，其中最大轴载高达10t；单轴双轮组轴载大于14t的比例平均为61.8％，其中最大轴重为24t，双轴双轮轴载大于26t的比例平均为92.8％，其中最大轴重为41t。06年辽宁省初步调查显示，超载车辆几乎占全部运输车辆的40%一60%。超载吨位一般为标准吨位的10%－50%左右，有的甚至达到100%以上。08年山西省某运煤重载道路调查结果显示：单轴―单轮组（额定轴载7t）超载比例仅占9.8%，单轴―双轮组（额定轴载10t）100%超载，主要集中在16t～21t之间，约占72%，双轴―双轮组（额定轴载18t）100%超载，主要集中在24t～38t占到92%，三轴―双轮组（额定轴载24t）100%超载，主要集中在32t～42t占到81%。从这些数据，我们可以看出一个这样一个事实：超载超限非常已经严重到无以复加的地步，超载引起路面结构内巨大剪应力，造成剪切开裂和车辙。为了解决重载带来的车辙、早期损坏等问题，路面设计中通常采用优质沥青材料提高结构强度的方法。但是首先要做的是对重交通荷载进行准确的描述。

2 国内研究现状

我国自1986年颁布了柔性路面设计规范，公路建设高速发展，路面研究不断深入，路面设计方法也不断改进，对路面交通荷载的研究也不断深入。关于交通荷载，我国规范中一直使用累计等效轴载作用次数ESALs来代表。交通荷载数据收集主要是依靠公路的称重站资料。

随着各种便携式称重仪器的出现和使用，交通荷载数据收集的工作逐渐摆脱对公路称重站的依赖，变得越来越方便。赵洪铎[4]提出了按照抽样理论制定轴载调查计划，以及将调查数据以轴载谱的方式进行分析和应用的方法。随着公路运输的蓬勃发展，公路超载问题越来越严重，为了治理超载超限，我国各地公路均采用计重收费系统[5]对通行车辆进行称重，并根据载重收费，有效限制了超载超限。计重收费系统具有自动识别车辆轴型、自动称重以及数据存储功能，其收集的车型、轴型、以及轴重资料为全面了解路面交通荷载提供了基础。赵延庆[6]利用江苏省某高速公路3年的计重收费数据，计算了轴载谱以及轴载谱参数。孟岩,郭林泉[7]在收集了我国公路上行驶的单、双后轴整车型的载重车辆轴载资料的基础上,参考国家现行轴限规定与轮胎型号等标准,从路面结构设计的角度上对轴载、轮胎气压、接地压力、轴型参数等荷载特征参数进行了整理分析,采用统计回归方法找到了特征参数的规律和相互关系,进而提出了供路面结构设计的轴型参数:双轮间距、轮距、轴距按额定轴载进行分级的建议表。

我国多项公路交通荷载调查显示，我国干线公路交通荷载的主要特征为重轴载、大交通量、高胎压。现行的《沥青路面结构设计规范》也无法满足当前我国超重轴载条件下的沥青路面结构设计要求。为此，交通部公路司于1999年立项，开展“重载沥青路面结构设计规范”的研究[3]，研究的目标是调查了解我国公路轴载特点和水平，研究针对这种轴载特点下的沥青路面结构设计，减少路面早期损坏，保持路面使用寿命。该项目自1999年起，对全国11个省份63条国省道主干线的轴载谱调查，全面了解了我国西部地区、运煤专用线和东部发达地区国道主干线的轴载特点和水平：不论是运煤专用线还是国省道干线以及高速公路，货运汽车超载十分普遍且十分严重。按50%的概率水平，我国干线公路上货车的平均等效轴载是15.14吨，超出规范规定的50%，若考虑1倍标准差的保证率，则超出限额的80%以上；干线公路上平均的单车道日标准轴载作用次数达到近20000次，远远超出了现行规范的设计标准；超载的另一个特点即是货车轮胎充气压力明显大于规范0.7MPa的设计指标。

3 国外研究现状

在过去的50年间，美国大部分州公路局的交通数据是以联邦公路局（FHWA）W－表格的格式存储的[8]。通常，卡车在称重站称重来保证符合与州公路局制定的车辆总重和轴重限制。

从20世纪50年代到80年代，美国各州公路局主要从美国境内的称重站收集交通和载重数据。称重站的建立旨在加强载重限制的法律强度以及为FHWA卡车重量研究提供交通数据。称重站收集各种类型的数据并按照FHWA表1－8的格式分类：

1962年，美国启动NCHRP计划[8]，旨在进行连续的公路研究。研究主要集中在影响美国范围内的公路规划、设计、施工、操作和养护的问题领域。NCHRP的子项目NCHRP1-37A旨在更新AASHTO1996指南，并颁布其项目成果AASHTO2002设计指南。AASHTO2002设计指南的独特性部分在于它的交通数据单元中包含了自动车型识别(AVC)和动态称重(WIM)数据。在AASHTO2002中，对交通荷载的描述采用以下多个指标。

4 结论

目前我国重交通的特征非常明显，以往的采用累计等效轴载作用次数ESALs来描述交通荷载的方法已经不能适应目前的道面设计要求。需要研究更加精确的交通荷载描述方法。美国AASHTO2002中采用轴载谱的方法来描述交通荷载很大程度地提高了交通荷载数据的精确度。我国高速公路收费正在普及计重收费设备，该设备具备采集交通荷载参数的功能。可以考虑基于计重收费系统的交通荷载数据收集和描述的研究。

参考文献

【1】 黄仰贤．路面分析与设计[M].北京:人民交通出版社,1998

【2】 Mohammad A.al-Yagout．Improving traffic characterization to enhance pavementdesign and performance．University of Washington，2004

【3】 交通部公路科研所．重载沥青路面设计规范研究报告．北京

【4】 赵鸿铎．轴载测定和轴载谱分析．公路，2002，（12）

【5】 七省市公路计重收费实施情况调查．关注，2007，（10）

【6】赵延庆,贾渝,曹荣吉,刘伟．交通荷载轴载谱参数的确定及分析，中外公路,2007,27(4):185-1881

【7】 孟岩,郭林泉,谈至明在．路面荷载车辆的轴载特征。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。