道路交通荷载横向分布特性分析＊

赵延庆，王国忠，谭忆秋

（1.大连理工大学交通运输学院，辽宁大连 116024；2.哈尔滨工业大学交通科学与工程学院，黑龙江哈尔滨 150001）

交通荷载是进行沥青路面结构分析和设计时最重要的输入参数，也是变异性最大、最难准确测定的参数.尤其是在新建路面结构设计中，由于无法进行现场实测，在确定交通荷载参数时往往采用推荐值.横向分布是交通荷载的一个重要特性，横向分布主要用方向分布系数和车道分布系数来描述.方向分布系数用来描述一条道路在不同交通方向上交通量的差别；通常用某一个行驶方向上的卡车交通量在双向卡车交通量中所占的比例来表示.方向分布系数较大的方向也称为设计方向.车道分布系数用来描述在一条道路的某一交通方向上卡车数量在不同车道之间的分布；通常需确定各个车道上卡车数量在该方向所有卡车数量中所占的比例，最大的比例称为车道分布系数，其对应的车道称为设计车道［1－2］.本文通过对现场大量实测数据的分析，得出方向分布系数和车道分布系数的典型值，并对其影响因素进行分析，供路面结构分析和设计使用.

1 方向分布系数分析

中国目前在许多道路上实行计重收费，并且在高速公路上基本实现了联网计重收费，计重收费数据包含了车辆的类型、数量、轴重、轴型和轮胎组成等信息.本文分别收集了江苏和山西省高速公路网中主线收费站上行和下行两个交通方向的计重收费数据，对于每一个收费站，因通过各收费亭的车辆组成可能相差很大，故收集了整个断面所有收费亭的数据，即收费站的全部数据.由于高速公路实行联网收费，一般只在出口收费站埋设了相关检测设备，而在入口处没有埋设，所以对于入口车辆，是通过检索整个计重收费数据库，找到该车辆在其他收费站出网时记录的数据作为分析所用的数据.

本文中所收集的计重收费数据如表1所示.其中有些断面的数据收集时间大于一年，为了消除季节变化的影响，在分析中统一采用一整年的数据.由于两轴四轮车辆（主要为小轿车）对于路面结构的破坏作用很小，在路面结构分析和设计中可以忽略不计［3－4］，故在分析中剔除两轴四轮车辆.为表述方便，将两轴四轮以上车辆（包括货车和客车）统一称为卡车［2，5］.分别统计了各断面上行和下行方向卡车的数量，进而求得各断面的方向分布系数，如图1所示.由图1可见，方向分布系数主要集中在50%～60%，表明卡车数量在两个方向的差别并不大，该方向分布系数范围和美国最新推出的AASHTO 2002路面力学经验设计法中的推荐范围一致［2］.

表1 计重收费断面信息Tab.1 Information on toll station sections

图1 各断面方向分布系数Fig.1 Directional distribution factors for various sections

虽然两个方向的卡车数量接近，但是卡车的装载率可能会有较大的差别，主要体现为卡车在一个方向上装载重型货物，而在另一个方向上装载轻型货物或空车返回.为此，利用计重收费数据中各车辆的轴重、轴组及轮组信息，计算了各断面重交通方向上当量轴载作用次数在两个方向总作用次数中所占的比例.分别利用中国规范中以弯沉和半刚性材料层底弯拉应力为控制指标时的当量轴载换算公式进行了分析［1］.利用计重收费数据计算当量轴载作用次数的方法详见文献［6］.分析结果如图2和图3所示，由图可见，重交通方向ESAL比例的变化范围明显大于方向分布系数，基本上为50%～85%.所以当两个方向的交通荷载特性存在明显区别时，应对两个方向的路面结构分别进行设计.

图2 各断面重交通方向ESAL所占比例（弯沉控制）Fig.2 Percentage of ESAL in heavy traffic direction for various sections（deflection control）

图3 各断面重交通方向ESAL所占比例（弯拉应力控制）Fig.3 Percentage of ESAL in heavy traffic direction for various sections（flexural stress control）

2 车道分布系数分析

由于计重收费数据是在收费亭测量并记录的，此时车辆已驶离了原先所占用的车道，所以无法用计重收费数据对车道分布系数进行分析.为此本文在江苏、山东、山西和辽宁4省共选取了25条道路进行了现场交通摄像，所选择的道路包括不同等级、不同车道数及交通组成.在道路适当的位置安放摄像机，连续拍摄各车道通过的车辆，要求拍摄角度能清楚识别各个车辆的轴载组成，以准确地确定车辆类型，必要时采用两台摄像机从不同角度同步摄像，每个断面交通摄像时间大约为10h.摄像完成后，在室内对图像进行分析，读取每个车辆的轴载组成、类型、所在车道等信息.统计各个车道上卡车（2轴4轮以上车辆）的数量，进而确定各断面的车道分布系数.摄像断面信息及车道分布系数分析结果如表2所示，表中1表示最内侧车道，依次外推.表中各断面先按车道数，再按道路等级进行排列.

表2 各断面车道分布系数统计结果Tab.2 Statistic results of lane distribution factor for various sections

为了便于分析，表3列出了中国及国外典型路面设计方法中车道分布系数的推荐值［1－2，5，7］.由表3可知，中国目前规范中的推荐值基本上和AASHTO1993一样.AI方法中≥3车道的道路车道分布系数推荐值为80%（范围为50%～96%），明显大于其他方法，且AI方法的推荐范围也较宽.对于2车道，AASHTO2002的推荐值和其他方法差不多，但对于3车道和4车道，则有明显的减小.AASHTO2002中的推荐值是对LTPP中的数据分析后得到的，对于2车道和3车道，车道分布系数的平均值为0.872，0.545，分别采用90%和60%的推荐值［2］.

表3 各设计方法中车道分布系数的推荐值Tab.3 Recommended values of lane distribution factor in various design method

表4给出了本文实测的所有道路统计的结果.将AASHTO2002的推荐值和表4中的数据比较，可见对于3车道和4车道，本文中的实测值和AASHTO2002的推荐值很接近.但对于2车道道路的车道分布系数相差较大，本文实测值明显小于AASHTO2002的推荐值，这可能是由于中国卡车司机的驾驶习惯造成的，表明中国卡车司机会更多地占用超车道.表5给出了本文实测道路中高速公路和其他道路分开进行统计的结果，表中数据显示高速公路和其他道路的车道分布系数有明显区别，这种区别是由于道路上不同交通行驶方式造成的.对于2车道高速公路，由于在路边设有护栏，行人、自行车等不能进入道路，行使车辆不受干扰，故卡车主要集中在外侧车道行驶.但对于其他道路，由于路边没有护栏，行人、自行车等经常占用路肩甚至外侧行车道，为了避开行人和自行车等，不少卡车选择内侧车道行使，故造成其他道路的车道分布系数小于高速公路的车道分布系数.对于3车道的其他道路，为了避开行人和自行车等，卡车趋向于选择内侧车道行使，而卡车又不得不为小汽车等让开最内侧车道，所以大量卡车集中在中间车道上，而在高速公路上，卡车则可较均匀地分布在外侧两个车道上，所以3车道其他道路的车道分布系数要大于高速公路.表2中的数据也反映了这一情况，对于3车道的其他道路，都是中间车道的卡车百分比明显高于内侧车道和外侧车道.对于4车道道路，目前主要是高速公路，卡车主要在外侧3个车道上行驶.

表4 所有道路车道分布系数统计结果Tab.4 Statistic results of lane distribution factor for all sections

表5 高速公路和其他道路车道分布系数统计结果Tab.5 Statistic results of lane distribution factor for expressway and other highways

可见，交通行驶方式对车道分布系数有重要影响，虽然表3中各方法均没有将此因素作为一个分类依据，但AASHTO2002设计方法中提到在以后的改进中要注意城市道路和乡村道路车道分布系数的不同，也主要是考虑行人等对车道分布系数的影响［2，8］.为更客观地反映现场情况，本文考虑高速公路和其他道路上交通行驶方式的不同，以此作为一个分类依据，分别给出车道分布系数.综合以上分析，各种情况下车道分布系数的推荐值如表6所示.

表6 车道分布系数推荐值Tab.6 Recommended values of lane distribution factor

3 结 论

通过对大量计重收费数据和现场摄像数据的分析，得到以下结论：

1）卡车数量在两个方向的差别并不很大，方向分布系数主要集中于50%～60%.

2）两个方向卡车的装载率可能会有较大的差别，重交通方向当量轴载作用次数在总作用次数中所占的比例一般为50%～85%.当两个方向的交通荷载特性存在明显区别时，应对两个方向的路面结构分别进行设计.

3）交通行驶方式对车道分布系数有明显的影响.对于双向两车道道路，高速公路的车道分布系数较大，而对于双向三车道道路，其他道路的车道分布系数较大.

4）分别对高速公路和其他公路提出了车道分布系数的推荐值，供路面结构分析和设计之用.

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