基于轴载交通量调查的沥青路面使用寿命分析

李 佳，任桂娇

( 1.抚顺市交通运输发展服务中心，辽宁 抚顺 113006；2．辽宁城市建设职业技术学院,辽宁 沈阳 110122)

随着我国经济飞速发展，公路交通运输事业也进入高速发展阶段，重载车辆尤其是超载车辆逐年递增，各个城市以及各个省之间的旅客、货物不断增加[1-3]。大中型货车、特大型货车保有量与日俱增，重载、超载现象不断出现，越来越严重，由此对沥青路面损害情况也很严重。因此掌握公路运行中各车型的实时情况，特别是重超载车辆的实时情况，以及掌握车辆载重情况对公路路面损害影响尤为重要[4-7]。文章主要分析在公路设计使用年限内，轴载式交通量调查设备对公路上重载超载车辆实时监测，并以此数据对G202黑大线的沥青混凝土路面的使用寿命情况进行分析。

1 黑大线北三家轴载交通调查站点轴载设备

黑大线北三家轴载式交通量调查站点位于黑大线K1 171处(抚顺市清原县境内)，监测区间为黑大线K1 145+800 m—K1 202+471 m，监测里程56.67 1 km，路面宽度为121 m，此路段位于重丘区。

本交通调查站点采用轴载式调查设备，24 h全天候监测，通过设置在沥青路面中的石英传感器，将经过的机动车各轴重产生的动态信号转化为电子数字信号，由计算机系统汇总分析数据，即动态观测机动车的车型、流量、车速、轴数、单轴重、轴型、总重、超载车辆车牌等信息。此轴载调查系统具备图像抓拍功能、视频监控功能，可对行驶通过的机动车图像、车牌等数据进行监控，实时掌控道路断面的交通荷载特征情况。轴载式交通量调查设备工作流程如图1所示。

图1 轴载交通调查工作流程图

2 交通量调查数据

以2018年北三家轴载交通量调查数据为研究对象，该站点调查的交通量分车型自然计数情况如表1、车型比重情况如表2、车道比重情况如表3、车籍分布情况如表4、当量轴次(弯沉)情况如表5所示。

从表3可以看出，该路段上行车道车辆与下行车道车辆的数量相近，基本持平。

从表4该站点车籍分布情况中可以看出，从G202黑大线抚顺市清原县通过的省外车辆数明显高于省内车辆数。两轴车数量最多，六轴货车数量次之。可见六轴货车在交通量的比重还是较大的。

表1 2018年该站点交通量分车型自然计数情况 辆/日

表2 2018年该站点(设备调查)车型比重情况 %

表3 2018年该站点车道比重情况 %

表4 2018年该站点车籍分布情况 辆

表5 2018年站点年当量轴次(弯沉)情况 次/年

从表5可以看出，上行车道当量轴次(弯沉)多于下行车道弯沉。即从吉林驶向沈阳方向载重车辆较多。

3 连续式交通量调查数据与轴载式交通量调查数据对比分析

连续式交通量调查设备中，小型车为车长小于6 m的2轴车。中小客车为2轴客车，小型货车为2轴车。中型货车为载重量2～7 t之间。大客车为额定座位在19座以上的2轴车。大型货车为载重量7～20 t之间且为3轴或4轴车。特大型货车为载重量20 t以上的4轴以上车。

根据中华人民共和国行业标准《公路沥青路面设计规范(JTG D50-2017)》最新规定，当量设计轴载换算系数[8-12]

EALFm=EALFml×PERml+EALFmb×PERmb.

式中：EALFm为m类车辆的当量设计轴载换算系数；EALFml为m类车辆中非满载车的当量设计轴载换算系数;PERml为m类车辆中非满载车所占的百分比;EALFmb为m类车辆中满载车的当量设计轴载换算系数;PERmb为m类车辆中满载车所占的百分比。

初始年设计车道日平均当量轴次为：

N1=AADTT×DDF×LDF×

式中：AADTT为2轴6轮以上车辆的双向年平均日交通量(辆/d);DDF为方向系数；LDF为车道系数；m为车道类型编号 ；VCDFm为m类车辆类型分布系数；EALFm为m类车辆的当量设计荷载换算系数。

当量设计轴载累计作用次数：

式中：Ne为设计使用年限内设计车道上的当量设计荷载累计作用次数(次)；r为设计使用年限内交通量的年平均增长率；t为设计使用年限(年) ；N1为初始年设计车道日平均当量轴次(次/d).

以沥青混合料层底拉应变为指标,经过计算当量设计轴载换算系数计算结果如表6。

表6 当量设计轴载换算系数

以设备及人工方式分别进行车型比重调查，设备调查车型比重是通过24 h全天后监测得出的车型比重。而人工调查车型比重是以2018年3月、6月进行了两次车型比重调查取算数平均值得到的数据。人工车型比重调查存在不能24 h监测，同时存在调查误差等问题。车型比重调查数据如表7所示。

将设备调查的车型比重与人工调查的车型比重进行计算，轴次换算系数计算结果如表8所示。

表7 车型比重调查 %

表8 轴次换算系数

从表8中可以看出两种调查方式得到的轴次换算系数差值比例在14.54%，造成这种差值的原因主要是人工不能24 h全天候监测，人工调查存在误差导致。随着经济发展，电子设备的发展进步，人工交通量调查将逐步为全电子化设备调查方式所取代。

4 沥青路面使用寿命对比分析

综合以上相关数据进行年累计当量轴次计算，计算结果如表9所示。

表9 年累计当量轴次对比分析

从表9看出，车型比重数据对年累计当量轴次影响较大，轴载设备为24 h全天后监测数据。连续式调查设备没有对货车轴型进行调查，车型比重参考轴载设备，二者年累计当量轴次计算差值比率为5.3%；由连续式调查设备车型比重设备调查与人工调查方式，得到的二者年累计当量轴次计算差值比率为14.6%;轴载设备调查年累计当量轴次与连续式调查设备年累计当量轴次(车型比重为人工调查)差值比率为19.1%。由此可见新规范中当量设计轴次的计算方法与轴载调查设备调查的当量设计轴次监测得到的数据非常接近。在不具备轴载交通量调查设备的路段，车型比重调查的准确性决定了累计设计当量轴次的准确度。

由2018年轴载设备调查年累计当量轴次计算得到的年使用寿命缩减年限，记为使用寿命缩减年限1；由2018年连续式调查设备年累计当量轴次(车型比重为设备调查方式)计算得到的年使用寿命缩减年限，记为使用寿命缩减年限2；由2018年连续式调查设备年累计当量轴次(车型比重为人工调查方式)计算得到的年使用寿命缩减年限，记为使用寿命缩减年限3，计算结果如表10和表11所示。

表10 使用寿命缩减对比分析 年

表11 使用寿命缩减比率及超载车辆年累计当量轴次比率

由表10及表11所示数据显示，重载车辆对沥青路面使用寿命有很大影响，其中超载车辆年累计当量轴次占全部载重车辆累计当量轴次的比率为85.5%，说明超载车辆对沥青路面的影响比重最大。准确掌握重载车辆的各车型交通量、车型比重等数据显得尤为重要。在设计年限内，各年的交通量均不同，各车型交通量、车型比重均发生变化。从2018年轴载交通量数据分析出的当年沥青路面使用寿命缩减情况可以看出，在实际重载车辆的作用下使用寿命缩减年限为1.45 a。与其他两种调查方法相比，轴载设备调查得到的使用寿命消耗与实际最相符。利用连续式调查设备(设备调查车型比重的方式)得到的使用寿命缩减年限为1.37 a，与实际接近。利用连续式调查设备(人工调查车型比重的方式)得到的缩减年限为1.17 a，与实际情况有较大差距[13]。

5 结 论

1)利用轴载设备调查交通数据，可全天候24 h实时监测交通量情况、各车型比重、超载情况、运输量等情况，实现可视化、信息化、实时化动态交通量监测。

2)车型比重的准确程度，直接影响年累计当量轴次的数据准确程度，从而影响当年使用寿命缩减的计算结果。因此，车型比重是影响沥青路面使用寿命分析的重要参数。

3)重载、超载等载重车辆严重影响沥青路面使用寿命。掌握监测路段内重载、超载车辆的运行状况对掌握沥青路面的使用寿命具有重要价值。

4)2017版《公路沥青路面设计规范》中对当量设计轴次计算进行了新的规定，通过轴载设备累计

当量轴次监测数据与新规范中累计当量设计轴次计算结果进行对比发现，两列数据非常接近。相互验证了数据的准确性。

5)轴载设备调查的交通情况数据主要包括交通量、轴次、超载、运输量、车型比重等数据，均为交通情况原始数据。需要进一步与路面结构设计、公路路网规划、路政部门超载治理、公路交通状况分析等具体工作进行有效衔接，以充分发挥交通管理的数字化、信息化的作用。