高速動態(tài)稱重系統(tǒng)在公路車輛荷載調(diào)查中的應(yīng)用

陳少幸 王 強

(1.珠海交通集團有限公司，廣東珠海 519000;2.廣東交通集團檢測中心，廣東 廣州 510800)

1 概述

車輛荷載的作用是路面使用性能和壽命的關(guān)鍵因素之一。不同類型、裝載的車輛會產(chǎn)生不同級別的軸載，對路面形成不同程度的損傷。因而，對路面設(shè)計和管理人員來說，感興趣的不僅僅是交通量，更重要的是軸載的大小和各級軸載出現(xiàn)的次數(shù)。當(dāng)前路面設(shè)計和公路管理采用的是以某一(幾)種代表車型在空載、半載和滿載條件下的軸載以及交通量來模擬路上的軸載譜［1，2］。這種方法能滿足車輛按照額定的裝載噸位和均勻的裝載方式進行裝載行駛的情況，卻不能考慮車輛的超載和貨物不均勻裝載引起的軸載變化，而這種情況在現(xiàn)有的公路運營中又已普遍存在。所以，模擬軸載數(shù)據(jù)不能反映公路現(xiàn)場情況，需要對道路實際的交通流量及軸載進行調(diào)查。為了掌握高速公路車輛荷載情況，采用高速動態(tài)稱重系統(tǒng)進行車輛荷載調(diào)查分析［3-5］。

2 檢測方法

采用高速動態(tài)稱重系統(tǒng)進行檢測，可以同時采集軸重、軸數(shù)、總車重、軸間距、車長、車速、車輛分類等參數(shù)。高速稱重系統(tǒng)安置于車輛正常行駛路段，待車輛行駛通過后可以得到相應(yīng)數(shù)據(jù)。

采用安裝較為方便、采集數(shù)據(jù)能夠滿足要求的HI-TRAC 100高速稱重系統(tǒng)。

2.1 HI-TRAC稱重及交通調(diào)查系統(tǒng)工作原理

壓電稱重傳感器輸出的電壓信號與車輛壓過的壓力相對稱。信號由HI-TRAC控制器轉(zhuǎn)換成電壓。此電壓信號用來決定軸被檢測到的時間，電壓的大小計算出相應(yīng)軸的重量。壓電稱重傳感器埋設(shè)的截面圖及車輛輪壓示意如圖1所示［6］。

圖1 壓電傳感器埋設(shè)截面及輪壓示意圖

圖2為一輛四軸貨車所壓過傳感器時系統(tǒng)所檢測到的波形。

2.2 設(shè)備安裝及調(diào)試

具體安裝如下:

1)地感線圈的安裝。

在每一車道上，開5 mm寬，30 mm深，2 m見方的埋槽，埋設(shè)地感線圈，開1 cm寬3 cm深的埋槽，將線引到路邊，開槽用填縫膠密封。

2)壓電傳感器的安裝。

每一車道，開兩條橫跨車道的埋槽，埋槽長度為3.5 m，寬19 mm，深19 mm，埋設(shè)1條壓電傳感器(長3.5 m)，并開1 cm寬2 cm深的埋槽，將線引到路邊，開槽用填縫膠密封。

3)路面溫度傳感器的安裝。

在最外側(cè)車道路面中間開1 cm寬3 cm深的埋槽，埋設(shè)溫度傳感器，埋槽延伸到路邊，將溫度傳感器電纜線引到路邊，開槽用填縫膠密封。

圖2 車輪經(jīng)過時的傳感器波形

4)主機機箱的安裝。

在安裝點路側(cè)基礎(chǔ)上安裝控制機柜，控制機箱底座需要建一個長3 m，寬2 m的水泥臺，臺面與路面同高，并預(yù)留穿線管道和修建一口接線用標(biāo)準(zhǔn)人井。

5)供電電纜線的鋪設(shè)。

2.3 數(shù)據(jù)采集

該系統(tǒng)能采集單軸重、軸數(shù)、軸組負荷、總車重、軸距、總軸距、車長、車懸長、等效軸負載、車速、車間距時間、站點識別、車流量、車間距、行駛方向、跨道車輛、車道代碼、車輛分類、違規(guī)代碼、路面溫度、有效性代碼、時間、日期等參數(shù)。調(diào)查車型分為小車、大客車和貨車。

交通量換算時采用小客車作為標(biāo)準(zhǔn)車型，各類汽車代表車型與車輛折算系數(shù)如表1所示。

表1 各汽車代表車型的車輛折算系數(shù)

3 車輛荷載調(diào)查統(tǒng)計與分析

3.1 斷面交通量

根據(jù)交通流量調(diào)查的數(shù)據(jù)統(tǒng)計出某高速公路一周內(nèi)的斷面交通量狀況，具體如表2所示。

由表2可以得到以下結(jié)論:1)某高速公路24 h斷面交通量平均為77 531輛，上行方向車流總量(37 703輛)略小于下行方向(39 828輛)，方向分布系數(shù)為48.6%;交通組成中貨車所占比例為28.9%，上行方向與下行方向基本上一致。2)在一周的交通荷載調(diào)查中，客貨車比率基本上保持一個水平，貨車的比率維持在27%～31%之間?？蛙嚨谋嚷试?9%～73%之間。雙向的客貨車比率較為穩(wěn)定。3)一周之中，斷面交通量比較穩(wěn)定，本次調(diào)查顯示為星期三斷面交通量為最大交通量，因此，在后面的分析中選擇2008年12月24日交通荷載進行討論。

表2 某高速24 h斷面交通流量統(tǒng)計

3.2 交通量晝夜分布情況

把此次交通流量調(diào)查的數(shù)據(jù)(2008年12月24日00時～25日00時)分為白天和夜間分別進行統(tǒng)計，具體情況如表3所示。

由表3得出以下結(jié)論:1)某高速公路白天的車流量明顯大于夜間，白天車流量的比例達到70%左右，無論是上行方向，還是下行方向結(jié)果基本一致。而且對于客車和貨車的結(jié)果也較為一致。2)某高速公路夜間貨車的比例要大于白天，特別是下行方向，貨車所占比例達到32.4%，大于白天貨車所占比例27.6%。另外，根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)可以得出某高速晝夜斷面比例，如圖3所示。由圖3可以得到，某高速公路交通流量高峰時段在下午16:00～18:00出現(xiàn)，這時行駛的車輛最多，17:00～18:00時段達到7 005輛/h然后慢慢減少，03:00～04:00時段為711輛/h，在早上5:00～6:00開始增加。

表3 某高速斷面晝夜交通流量統(tǒng)計

圖3 晝夜24 h斷面交通量分布

3.3 軸載調(diào)查與分析

軸載的調(diào)查與分析主要針對貨車，小汽車與客車超載超重現(xiàn)象基本上不會出現(xiàn)，而且程度較低。貨車的軸載類型標(biāo)準(zhǔn)及限重值如表4所示。

表4 貨車的軸載類型標(biāo)準(zhǔn)及限重值

3.3.1 貨車車型分布

對某日的荷載調(diào)查結(jié)果進行貨車不同車型的統(tǒng)計分析，具體結(jié)果如表5所示。

表5 貨車車型統(tǒng)計分析

由表5可以看出，某高速公路車流量中上行方向與下行方向貨車的數(shù)量相當(dāng)，分別為12 293輛、12 875輛;貨車主要以2軸貨車為主，雙向比例達到69.2%，下行方向比例比上行方向要小;4軸、5軸、6軸車占貨車的比率基本相當(dāng)，為7%左右，而且兩個方向也較為一致;3軸車的比例分別為11.6%，7.6%，兩個方向相差較大，達到4個百分點。

3.3.2 貨車載重情況分析

1)總體超載情況。

對某日的荷載調(diào)查結(jié)果進行貨車超載情況的統(tǒng)計分析，按照限載標(biāo)準(zhǔn)進行計算，具體結(jié)果如表6所示。

由表6可以得到以下結(jié)論:

a.下行方向貨車的超載率(10.5%)要低于上行—下行方向(15.4%)，相差將近5個百分點，說明兩個方向車輛荷載存在一定的差異，這也與實際情況相符合，因為上行方向的車輛主要是原材料等貨物，而下行方向主要是生產(chǎn)出來的商品，這樣相對來說重量要輕。

b.超載率＜30%的比例最大，雙向達到7.1%;其次為超載率＞30%，＜50%比例，雙向為3.2%;超載率＞50%的比例為2.9%。

表6 貨車超載統(tǒng)計

2)不同車型超載情況。

按照不同車型進行超載分析，主要是考慮貨車的軸數(shù)不同，按照限載標(biāo)準(zhǔn)進行計算，得到不同車型的超載情況如表7所示。

表7 不同車型超載情況分布

由表7可以得到以下結(jié)論:

a.從各種不同車型的情況來看，軸數(shù)越多，車輛的最大載重超重越多，最大載重量的車型為6軸車，達到138.3 t，其他依次為5軸、4軸、3軸、2軸車。最大載重超載率為6軸車，其他依次為3軸、5軸、2軸、4軸車。

b.不同車型的超載比例，基本上呈現(xiàn)軸數(shù)越多，超載比例越大的趨勢，上行方向的6軸車的超載比例達到52.2%;2軸車超載的比例最小，不到10%，上行與下行方向的比例基本一致;而從3軸、4軸、5軸、6軸車型超載率來看，上行方向明顯要大于下行方向。

c.對于超載不同程度的比較來看，基本上為超載率＜30%的比例最大，其次為超載率＞30%，＜50%的比例，超載率＞50%的比例為最小。

3.3.3 貨車軸重情況分析

對不同軸型的軸重進行統(tǒng)計分析，按照軸載類型標(biāo)識進行統(tǒng)計，得到不同軸型的軸重超載情況如表8所示。

由表8可以得到以下結(jié)論:

1)對于不同軸型的軸載，下行方向的三聯(lián)軸超載比例最大，達到29.1%;上行方向的雙聯(lián)軸超載比例最大，達到52.2%。超載比例較少的為單軸單輪，兩個方向的超載比例不超過20%?？傮w趨勢為單軸單輪＜單軸雙輪＜雙聯(lián)軸＜三聯(lián)軸。

表8 不同軸型的軸重超載情況分布

2)對于不同軸型及軸載超載程度的超載比例，超載率＜30%的超載比例最大的為上行方向的雙聯(lián)軸(18.6%)，最小的為上行方向的單軸雙輪(9.4%);超載率＞30%，＜50%的超載比例最大的為上行方向的雙聯(lián)軸(12.7%)，最小的為上行方向的單軸雙輪(1.7%);超載率＞50%的超載比例最大的為上行方向的三聯(lián)軸(26%)，最小的為下行方向的單軸單輪(0.9%)。

3)不同軸型的最大軸重為三聯(lián)軸，達到74 400 kg(74.4 t)，超載率達到238.2%;對于下行—上行方向，單軸單輪、單軸雙輪、雙聯(lián)軸的最大軸重的車型都為3軸車，三聯(lián)軸的最大軸重的車型為6軸車;對于上行方向，單軸單輪的最大軸重的車型為4軸車，軸重達 19 300 kg(19.3 t)，超載率 221.7%，單軸雙輪、雙聯(lián)軸、三聯(lián)軸的最大軸重的車型為6軸車，最大軸重分別為25 000 kg(25 t)，50 000 kg(50 t)，74 400 kg(74.4 t)，最大超載率分別為150.0%，177.8%，238.2%。

4 結(jié)語

采用高速動態(tài)稱重系統(tǒng)可以連續(xù)不間斷得到道路交通流量及軸載情況，從而可以更準(zhǔn)確地對公路路面結(jié)構(gòu)進行計算，采取相應(yīng)措施確保結(jié)構(gòu)的使用安全。同時也為公路規(guī)劃、設(shè)計、養(yǎng)護和管理提供重要、科學(xué)的決策依據(jù)。

［1］JTG D50-2006，瀝青路面設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］JTG D40-2002，公路水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］陳浙江，王玲娟.超載下的瀝青路面軸載換算［J］.中外公路，2007(2):11-13.

［4］李 揚.國外汽車超載治理技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2004(9):80-82.

［5］周道武.動態(tài)稱重技術(shù)若干問題研究［D］.西安:西北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2001.

［6］廣東交通集團檢測中心.廣東省主要高速公路交通流量及軸載抽樣調(diào)查報告［R］.2007.