強(qiáng)力治超背景下的福建省高速公路交通荷載參數(shù)優(yōu)化研究

作者簡(jiǎn)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(cè)相關(guān)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?cái)?shù)據(jù)與收費(fèi)數(shù)據(jù)，獲取了這兩時(shí)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(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)，進(jìn)一步比較了基于現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》的交通荷載參數(shù)推薦值與本文所獲取的交通荷載參數(shù)而計(jì)算得出的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載作用次數(shù)。結(jié)果表明，由于近年全國(guó)范圍內(nèi)高效治超行動(dòng)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(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，現(xiàn)行規(guī)范中所給出的滿載車比例與當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)相比于基于福建省2018—2020年數(shù)據(jù)的實(shí)測(cè)值均明顯偏大，證實(shí)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(shù)推薦值的必要性。

關(guān)鍵詞：福建??；高速公路；超載治理；交通荷載參數(shù)

中圖分類號(hào)：U491.1⁺13

0 引言

2017年實(shí)施的《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50-2017）（以下簡(jiǎn)稱規(guī)范）^［1］中規(guī)定了公路瀝青路面的交通荷載參數(shù)計(jì)算分為三個(gè)水平。水平一根據(jù)軸載換算公式，直接計(jì)算各類車軸以瀝青層、水穩(wěn)層和路基指標(biāo)為依據(jù)的軸載換算系數(shù)，用于改建路段設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)的預(yù)估。水平二和水平三分別依據(jù)當(dāng)?shù)睾腿珖?guó)的車型組成、滿載車比例與不同車型的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)，用于新建路段設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)的預(yù)估。當(dāng)前，福建省尚未提出水平二所需交通荷載參數(shù)的當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)值，在新建道路設(shè)計(jì)中多直接采用規(guī)范水平三中的全國(guó)經(jīng)驗(yàn)值。

近年來，全國(guó)范圍內(nèi)對(duì)公路體系超載超限的治理力度不斷增強(qiáng)。對(duì)于福建省而言，普通公路的治超行動(dòng)仍以傳統(tǒng)的定點(diǎn)與流動(dòng)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(shè)置的軸載稱重系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。2019年出臺(tái)的《福建省關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)車輛超限超載治理工作的意見》中明確規(guī)定：新建、改建高速公路時(shí)，建設(shè)單位應(yīng)當(dāng)在高速公路收費(fèi)站入口同步建設(shè)稱重檢測(cè)設(shè)施，發(fā)現(xiàn)違法超限超載車輛時(shí)，高速公路經(jīng)營(yíng)管理單位應(yīng)當(dāng)拒絕其進(jìn)入高速公路行駛，并及時(shí)報(bào)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(guī)定的進(jìn)一步落實(shí)，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(guī)定滿載質(zhì)量與規(guī)范中相應(yīng)車型的規(guī)定滿載質(zhì)量存在差異，故可能出現(xiàn)少部分車輛未超出自身載重量，但已超出相應(yīng)車型規(guī)范滿載質(zhì)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(guī)范的交通荷載參數(shù)計(jì)算十分依賴統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)參考值的準(zhǔn)確性^［2］，而規(guī)范中水平三的全國(guó)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)主要基于2015年前的各地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，基本未體現(xiàn)近年高效治超的成果。遼寧^［3］、安徽^［4］等地近年的相關(guān)研究亦已體現(xiàn)這一問題。

1 路段選取

本文選取了福建省高速公路網(wǎng)中多條主次干公路上多個(gè)收費(fèi)站的軸載測(cè)量數(shù)據(jù)與收費(fèi)通行數(shù)據(jù)，具體選取情況如表1所示。根據(jù)規(guī)范附錄A的要求，1類車不進(jìn)行軸載換算，故僅針對(duì)2至11類車的軸載數(shù)據(jù)進(jìn)行交通荷載參數(shù)計(jì)算，部分高速公路同時(shí)選取了2014—2015年間18萬輛車和2018—2020年間32萬輛車的數(shù)據(jù)，部分2015年后通車的高速公路僅選取2018—2020年的數(shù)據(jù)。

2 車型組成

本節(jié)中根據(jù)規(guī)范附錄A中的車型劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)2至11類車所占百分比進(jìn)行計(jì)算。收費(fèi)站出入口處的車輛軸型組成數(shù)據(jù)與收費(fèi)類別數(shù)據(jù)，根據(jù)表2所述方法按2至11類車進(jìn)行歸類劃分。其中，軸型組成為12型的車輛，若其收費(fèi)車型為客車則為2類車，收費(fèi)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(guī)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(jù)規(guī)范中附錄A的要求，對(duì)于2至6軸車，其滿載總質(zhì)量分別為180 kN、250 kN（列車270 kN）、310 kN（列車360 kN）、430 kN和490 kN，計(jì)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(qiáng)與收費(fèi)站稱重系統(tǒng)的普及，福建省高速公路上各類車型的滿載率均出現(xiàn)了巨大的下降，尤其是8、9和10類重型貨車的滿載率出現(xiàn)斷崖式下降。

進(jìn)一步計(jì)算各類車型各“各軸總質(zhì)量/滿載質(zhì)量”區(qū)間車輛數(shù)占此類車型車輛總數(shù)的百分比，繪制圖1所示的軸載分布譜。

對(duì)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(nèi)。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(duì)不明顯，此類車原先即較少滿載，近年的強(qiáng)力治超對(duì)其影響不明顯。

4 當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)

交通量與軸載統(tǒng)計(jì)的目的是基于交通量與軸載數(shù)據(jù)，計(jì)算不同車型對(duì)瀝青路面的等效作用次數(shù)^［5］。根據(jù)規(guī)范附錄A，m類車輛中i種軸型在j級(jí)軸重區(qū)間當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)EALF_mij的計(jì)算公式如式（1）所示，用于水平一的計(jì)算。式（1）中P為100 kN的標(biāo)準(zhǔn)軸載，P′為某軸的實(shí)際軸載，公式中各系數(shù)取值隨軸載換算依據(jù)指標(biāo)的不同而取不同的值，當(dāng)前后軸間距＞3 m時(shí)，按照單個(gè)軸進(jìn)行計(jì)算；當(dāng)前后軸間距＜3 m時(shí)應(yīng)考慮軸組系數(shù)c₁。此時(shí)各系數(shù)取值見表4所示。

在規(guī)范水平三中，給出了全國(guó)范圍內(nèi)統(tǒng)計(jì)的平均當(dāng)量軸載換算系數(shù)，各類車型以瀝青層、水穩(wěn)層與路基指標(biāo)為軸載換算依據(jù)時(shí)的系數(shù)推薦值不同（見表5）。本文第三節(jié)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(shù)年前有了大幅下降。因此，有必要計(jì)算這一背景下的各類車中滿載車與非滿載車的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)，結(jié)果見表5。表5中匯總了各類車型根據(jù)2014—2015年數(shù)據(jù)與2018—2020年數(shù)據(jù)計(jì)算所得的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)，并摘錄了規(guī)范中的相關(guān)推薦值作為對(duì)照。

由表5可知，整體而言，由2014—2015年數(shù)據(jù)計(jì)算所得的滿載車與非滿載車的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)與規(guī)范推薦值接近，且明顯高于由2018—2020年的數(shù)據(jù)計(jì)算的結(jié)果。具體而言，對(duì)于以瀝青層與路基相關(guān)指標(biāo)為依據(jù)計(jì)算所得的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)，與由2014—2015年數(shù)據(jù)計(jì)算所得系數(shù)、由2018—2020年數(shù)據(jù)計(jì)算所得系數(shù)與規(guī)范推薦系數(shù)（以下簡(jiǎn)稱三組系數(shù)）同在一個(gè)數(shù)量級(jí)，差異可控。但是以水穩(wěn)層相關(guān)指標(biāo)為依據(jù)計(jì)算所得的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)存在明顯差異。尤其對(duì)于6至10類的大型貨車，2014—2015年數(shù)據(jù)計(jì)算所得系數(shù)與規(guī)范推薦系數(shù)處于同一數(shù)量級(jí)，但相對(duì)于2018—2020年數(shù)據(jù)計(jì)算所得系數(shù)，二者均偏大1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。其原因在于，式（1）中以水穩(wěn)層指標(biāo)為依據(jù)換算時(shí)，乘方冪數(shù)值為13.0，遠(yuǎn)大于以瀝青層指標(biāo)為依據(jù)時(shí)的取值4.0和以路基指標(biāo)為依據(jù)時(shí)的取值5.0。因此，滿載率與滿載程度的減小，對(duì)以水穩(wěn)層指標(biāo)為依據(jù)計(jì)算的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)影響較大。

綜上所述，由于規(guī)范編制所用數(shù)據(jù)基本為2015年前數(shù)據(jù)，當(dāng)時(shí)公路車輛的滿載率與嚴(yán)格治超當(dāng)下的滿載率存在巨大差異，且當(dāng)下滿載車的滿載程度相比于數(shù)年前亦有明顯降低。因此，規(guī)范中給出的各類車型滿載車與非滿載車的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)并不完全適用于當(dāng)下福建省高速公路的交通荷載參數(shù)計(jì)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(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)，下文以排除1類車后的1輛車為例，統(tǒng)一應(yīng)用上文所計(jì)算的2018—2020年福建省高速公路車輛類型組成比例，并設(shè)置3組參數(shù)組合用于計(jì)算當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載作用次數(shù)。組合1#：規(guī)范滿載率中值+規(guī)范當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)；組合2#：上文由2014—2015年數(shù)據(jù)所得的滿載率+上文由2014—2015年數(shù)據(jù)所得的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)；組合3#：上文由2018—2020年數(shù)據(jù)所得的滿載率+上文由2018—2020年數(shù)據(jù)所得的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)。計(jì)算結(jié)果見表6。當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載作用次數(shù)的計(jì)算指標(biāo)依據(jù)分為瀝青層、水穩(wěn)層與路基相關(guān)指標(biāo)三列。

由表6可見，三組參數(shù)下的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載作用次數(shù)計(jì)算結(jié)果的大小關(guān)系為組合1#gt;組合2#gt;組合3#，組合1#和組合2#的換算結(jié)果較為接近，表明來源于全國(guó)各地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的規(guī)范推薦值在多年前用于指導(dǎo)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(dāng)量設(shè)計(jì)軸載作用次數(shù)出現(xiàn)了明顯下降，2018—2020年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的換算結(jié)果明顯低于基于規(guī)范推薦值的換算結(jié)果。其中，組合1#至組合3#中以瀝青層與路基指標(biāo)換算的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載作用次數(shù)結(jié)果仍在同一個(gè)數(shù)量級(jí)，而對(duì)于以水穩(wěn)層指標(biāo)換算的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載作用次數(shù)，基于參數(shù)組合3#（即福建省2018—2020年實(shí)測(cè)參數(shù)）的結(jié)果相比于其他兩組偏小1個(gè)數(shù)量級(jí)左右。上述結(jié)果證實(shí)了重新編制高效治超背景下福建省的交通荷載參數(shù)推薦值的必要性。

6 結(jié)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?cái)?shù)據(jù)與收費(fèi)數(shù)據(jù)，獲取了這兩個(gè)時(shí)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(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)，進(jìn)一步比較了基于現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》的交通荷載參數(shù)推薦值與本文所獲取的交通荷載參數(shù)而計(jì)算的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載作用次數(shù)。主要結(jié)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(guī)范推薦值均存在較大差異，建議后期采用福建省當(dāng)?shù)氐能囆徒M成比例。

（2）比較2014—2015年與2018—2020年的數(shù)據(jù)可見，近年來福建省高速公路上各類車型的滿載率均出現(xiàn)了巨大的下降。2014—2015年數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中，滿載車主要集中在滿載20%范圍內(nèi)。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(shù)據(jù)計(jì)算所得的滿載車與非滿載車的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)與規(guī)范推薦值接近，且明顯高于由2018—2020年數(shù)據(jù)計(jì)算的結(jié)果。其中以水穩(wěn)層指標(biāo)為依據(jù)所得換算系數(shù)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(dāng)量設(shè)計(jì)軸載作用次數(shù)出現(xiàn)明顯下降，2018—2020年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的換算結(jié)果明顯低于基于規(guī)范推薦值的換算結(jié)果，證實(shí)了重新編制反映福建省高速公路現(xiàn)狀的交通荷載參數(shù)推薦值的必要性。

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收稿日期：2023-04-16