基于轴载谱特征的货运道路交通设计方法研究

2014-01-08李新海

城市道桥与防洪 2014年3期

李新海

（天津港航工程有限公司，天津市 300457）

0 引言

货运交通由于其车辆尺寸、动力性能等与城市道路交通有很大的不同。对于货运专用道路，行驶的车辆不仅有行驶速度快慢之分，而且有装载多少和轴载大小之别，即混合交通，因而交通组成比较复杂，对道路交通安全造成很大影响，因此，从交通安全角度对货运道路的交通设计进行研究具有十分重要的意义。

对于货运道路，其道路线形、纵曲线等与一般公路有所区别。由于其道路荷载较大，若将一般公路修建材料用于货运道路，其道路寿命将受到很大的折减。本文拟从道路设计和道路材料的选取两个角度对货运道路的交通设计进行研究。

1 货运道路轴载特性分析

1.1 轴载调查

为了解货运道路具体轴载水平，并为路面结构层厚度计算提供合理的设计参数，本文选取天津市滨海新区几条代表性道路，利用CL102B便携式超限超载汽车轴重仪分别对不同轴型货车每轴进行称重，对几种主要车型进行轴载调查分析。

轴载谱是指各级轴载所占的比例。由于空载货车的轴重较轻，对路面结构影响微弱，可忽略不计，因此选用典型的车型针对三轴一、三轴二、四轴一、四轴二、五轴一、五轴二、六轴一、六轴二等8种轴型满载车进行轴载谱分析。轴载调查数据分析如下。

（1）三轴一货车前轴的轴型为单轴－单轮，后轴为双联轴。

图1 三轴一货车各轴轴载谱

由图1可以看出，三轴一货车前轴的轴重主要集中在4～7 t的范围内，占71.4%；中轴的轴载谱近似偏正态分布，峰值为16～18 t，占28.6%；后轴轴载谱有一明显峰值为10～12 t，占31%。

（2）三轴二货车前轴为单轴－单轮，中轴和后轴为单轴－双轮。

前轴轴重主要集中在2～4 t，占68.8%；中轴主要集中在4～7 t，占74.9%，后轴的轴载谱近似于偏正态分布，峰值集中在5～7 t。

（3）四轴一货车前轴为单轴－单轮，第二轴为单轴－双轮，后轴为双联轴。

前轴的轴载谱轴重主要集中在2～4 t之间，占84.1%；第二轴的轴载谱存在一个明显的峰值点，为10～12 t，占32.4%；第三轴的轴载谱峰值为10～12 t，占35.3%；第四轴的轴载谱存在一个明显的峰值点，为10～12 t，占45%，但所有的轴载谱中，第二个峰值为12～14 t。

（4）四轴二货车前轴与第二轴都为单轴－单轮，后轴为双联轴。

前轴轴载谱近似偏正态分布，峰值为9～11 t；第二轴存在一个峰值，为10～12 t；第三轴的轴载谱有个峰值为20～25 t，几乎占37.5%；第四轴的轴载谱近似于偏正态分布，其峰值为20～25 t。

（5）五轴一货车前轴为单轴－单轮，第二轴为单轴－双轮，后三轴为三联轴。

前轴的轴载谱有一显著峰值为 4～5 t，占37.5%；第二轴的轴载谱也存在一个明显的峰值点，为10～12 t，占32.5%；第三轴的轴重主要集中在10～25 t的范围内，占87.5%；第四、五轴的轴重集中在15～25 t的范围内，占60%。

（6）五轴二货车前轴为单轴－单轮，第二轴与第三轴为双联轴，后两轴为双联轴。

五轴二前轴的轴载谱存在一峰值为4～5 t，占46.7%；第二轴轴重主要集中在8～14 t范围内，占73.3%，轴重大于10 t的比例高达66.7%；第三轴的轴重轴重大于10 t的比例高达53.3%；第四、五轴轴重主要集中在10～14 t的范围内，占66.7%。

（7）六轴一货车前轴为单轴－单轮，第二轴与第三轴为双联轴，后三轴为三联轴。

前轴的轴载谱近似于偏正态分布，峰值为8～9 t，占25.6%；第二轴轴重主要集中在15～25 t之间，占69.8%；第三轴有一显著峰值为20～25 t，占46.5%；六轴一货车四、五、六轴的轴载谱近似于偏正态分布，峰值为25～30 t。

（8）六轴二前轴与第二轴为单轴－单轮，第三轴为双联轴，后三轴为三联轴。

前轴的峰值为4～5 t，第二轴的峰值为5～6 t，占39.1%；第三轴的轴重主要集中在5～20 t的范围内，占78.2%；第四、五、六轴的轴载谱均存在一峰值为15～20 t，占30.4%。

1.2 轴载谱分析

由于各轴型车前轴起支撑作用，轴载相对比较小，对路面结构影响较少，而各轴型车的双联轴，三联轴都不同程度超载，尤其以六轴一、六轴二最为明显，且单轴轴重分布大多在20～25 t之间。

轴载分布范围较宽且较为集中，大多集中在12～4 t之间，对路面结构影响极大。运输货车多是运输煤、钢材、矿石等较重货物，造成整车超载严重，因此分担到各个轴的轴重都较大，远远大于公路运输部门规定的各种轴、轮型的轴限。

2 货运道路交通设计

2.1 交叉口设计

货运道路由于货车转弯特性与小客车不同，对交叉口设计的要求不同。根据不同车型的车速分布统计，可以看出货运道路交叉口大、中、小车辆的车速分布是离散的。车速分布离散，必然会造成交通事故频发[1]，因此，在道路宽度允许、货车比例较高的条件下，可以考虑设置货车专用进口道，从空间上分离客货交通。同时，对兼有货运和客运功能的城市干道，可以考虑采取货车限时放行的管制手段，从时间上分离客货交通，以解决客货之间的相互干扰。

在大型货车转弯过程中，由于其车身较长，转弯过程中的扫掠角较大，对相交车辆的影响较大，因此在交叉口设计过程中，应适当加大转弯半径，同时对相交道路的道路渠化进行优化，以适应大型货车转弯特性。

2.2 道路线形设计

道路线形包括了道路的直线段、平曲线段以及纵曲线等。

对于大型货车，其加减速性能较差，在前进过程中，横向摆动较大，在道路线形设计中，应采取加大平曲线半径，在道路渠化过程中，应采取较宽的车道设计。

大型车辆的爬坡性能较差，对于纵向坡度较大的要降低车速已获取更大的动力，这样不仅影响道路的通畅，同时也容易引发交通事故，因此在道路设计阶段，对于货运道路，应采取较小的纵坡度，以适应货车爬坡性能，减少重型货车对交通流的影响。

3 筑路材料的选取

3.1 普通材料的缺陷

半刚性基层沥青路面是我国目前高等级公路沥青路面的主要结构类型。

半刚性材料具有强度高、刚度大的特点，然而，随着半刚性沥青路面的大量使用，逐步发现半刚性沥青路面也存在着一些严重的问题。其主要表现在：半刚性材料具有的干缩和温缩特性，使沥青路面不可避免产生反射裂缝，并容易导致沥青面层的破坏；另外，半刚性基层的抗冲刷性能也较弱，易引起水损害等不利影响。

此外，我国幅员辽阔，气候条件千差万别，但高速公路的路面结构形式却过于单一，所采用的基层材料几乎全部是半刚性材料。这种单一的路面结构形式很难满足不同气候环境下的使用要求。

3.2 科学的道路级配

国外沥青路面的沥青层较厚，与我国半刚性基层沥青路面相比，其下层的沥青层部分取代了我国的半刚性基层，可以称之为沥青稳定碎石基层沥青路面。

集料级配基本上分为连续级配和间断级配两大类。我国的沥青路面以连续级配为主，而我国的《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)中所列出的各级配也正是采用连续级配[2]。

关于级配类型的选择，《公路沥青路面施工技术规范》规定：可根据实践经验选用连续级配或间断级配，当无成功的经验或不能确保施工中不产生严重的离析时，通常宜采用连续级配沥青混凝土。

东南大学的杨群在对比有关国家的沥青稳定基层的级配组成和我国的AC—25I和AM—30两种级配后，得出结论：在沥青稳定基层的材料组成设计中，确定材料级配时，必须采用连续级配，保证足够的细料数量，考虑施工的方便，颗粒不宜过大[3]。

综上所述，鉴于连续级配的优越性及我国长期以来使用连续级配的丰富经验，考虑到间断级配在施工时容易出现离析问题，所以，对于沥青稳定碎石基层这样一个大粒径、大空隙的新的基层类型，本研究优先考虑采用连续级配，同时在选择级配时，应注意尽可能利用我国现行设计规范推荐使用的级配，或尽可能与现行规范靠近，以利于推广使用[4]。