公路交通标准轴载作用次数ESAL的实用计算方法

施 磊

(辽宁省交通运输事业发展中心 沈阳市 110005)

0 引言

公路沥青路面设计规范中已经叙述了交通量的计算方法，该方法是一种通用方法，并没有综合考虑各省实际应用的交通量调查设备的特点。目前国内对于动态称重系统(计重式轴载交调点)的使用并不十分广泛，各地方轴重数据的积累也大部分处于起步阶段，这对交通规划、路网建设及路面结构设计产生明显的限制。因此，在遵从规范的同时，我们应该认真研究如何在目前的社会条件下，利用已有的设备、资源尽可能多地归纳总结数据，通过论证分析，在充分考虑各省的设备特点的前提下，建立地方适用的计算方法。

1 辽宁交通情况调查现状

目前，辽宁省普通干线公路交通量调查站点主要通过自动化设备进行数据采集和传输，具体数据分为两种类型：普通连续式/间歇式交调点数据和计重式轴载交调点数据，且长期以来以普通连续式/间歇式交调点数据为主导。但是，两者的数据组成相差性较大，具体情况例如表1、表2所示。

表1 2019年部分普通连续式/间歇式交调点数据组成(自然数)

表2 计重式轴载交调点数据组成(车型+轴重)

从表1和表2中的数据组成不难看出，普通交调点的数据组成主要是公路上各种车型的自然数、站点名称、位置、观测的范围等基本信息；计重式轴载交调点的数据组成主要是公路上每辆车的通过时间、行走的车道、车型、车牌、车速、轴数、各轴轴重、轴型等信息。

将表1和表2进行对比分析可知，计重式轴载交调点的详细数据可以准确地反映公路交通轴载信息，但该转化工作对应的计算量和时间消耗巨大，目前全省仅布设了50个计重式轴载交调点，覆盖范围有限，难以全面推广应用。然而，普通交调点基本覆盖了全省大部分普通干线公路，交通量信息获取容易且已积累多年数据(2010～2019年10年数据)。因此，研究公路交通量数据(AADT)与公路标准轴载作用次数(ESAL)的转化方法，是较为可行的技术途径。另外，目前已有的路面设计或性能评价模型均需要考虑等效标准轴载作用次数，所以需要建立AADT转化为标准轴载作用次数ESAL的关系算式，便于交通参数分析。

2 交调数据转化为标准轴载作用次数的原理

交通量数据(AADT)转化为标准轴载作用次数(ESAL)的转化方法简述如下：

计重式轴载交调点的交通荷载统计数据中包含有车辆车型、轴重等信息，对于此类数据，可以通过平均轴载换算系数将其转换为等效轴载作用次数。平均轴载换算系数可参考下面的例子确定。

例如：某沥青路面，由交通调查资料得知，5轴和5轴以上的牵引式半拖车和拖车类车辆的日交通量为168辆，由计重系统得到的该类车辆的轴载组成列于表3，确定该类车辆的等效轴载换算系数时，取标准轴载为100kN。

各级轴载按规范[1]中所示的轴载换算公式确定相应的轴载换算系数[2]，列于表3中。

表3 平均轴载换算系数

各级轴载的轴次数乘以相应的轴载换算系数，得到当量轴次数。累加各级轴载的当量轴次数，得到该类车辆总的标准轴载当量作用次数为640.24次，将其除以车辆自然数168辆，便可得到该类车辆的平均等效轴载换算系数η：

那么，等效标准轴载作用次数可按下式确定：

其中：AADTi—统计的各类车型的年平均日交通量(自然数)；

借助上述方法，可以建立出辽宁省的平均轴载换算系数表，具体过程如下：

(1)以市为单位，收集各轴载交调点的明细数据，统计出该市的各种车型的平均轴载换算系数。

(2)设计时将普通交调点的自然数数据乘以该种车型的平均轴载换算系数，再累计求和，即可算出设计所需的ESAL。

3 数据转化案列

以“高岭交调点(此为国道G102葫芦岛绥中县辖区内站点)计重式轴载交通点数据”为例加以说明。

3.1 第一步：异常数据的剔除

计重式轴载交调点数据为不停车检测的动态数据，难免存在一些异常数据，经与设备厂家沟通协商，提出以下异常数据剔除原则：

(1)大货车、集装箱、挂车：轴1比轴2大于2t者建议剔除。

(2)3轴及以上车辆，最重轴轴重大于总重50%者建议剔除。

(3)3轴以上的车辆，所有的轴重均不低于2t，任何一个轴重低于2t者建议剔除。

(4)“弯沉”值大于3000的数据(车辆重约180t)，重点关注核实。

3.2 第二步：数据统计

借助计重式轴载交调点数据统计表，统计出各种车型的具体数量和累计轴载作用次数，用累计轴载作用次数除以该种车型的具体数量，即为该种车型的平均轴载换算系数。

表4 平均轴载换算系数统计表

另外，按方向统计出所有车型的累计轴载作用次数，用该方向的所有车型的累计轴载作用次数除以全断面的所有车型的累计轴载作用次数，即为该方向的方向系数，设计时取最大值作为方向系数(最不利情况)。

最后，按车道统计出所有车型的累计轴载作用次数，用该车道的所有车型的累计轴载作用次数除以该方向的所有车道的所有车型的累计轴载作用次数，即为该方向该车道的车道系数，设计时取最大值作为车道系数(最不利方向内的最不利车道)。

表5 方向系数+车道系数统计表

表6 高岭交调点统计结果表

3.3 第三步：ESAL的计算

当平均轴载换算系数、方向系数、车道系数计算完成后，借助已知的普通交调点各种车型的自然数，相乘求累计和即可。

ESAL=∑(各种车型的自然数×该种车型的平均轴载换算系数)×方向系数×车道系数

4 结论

提出将公路交通量数据(AADT)转化为标准轴载作用次数(ESAL)的方法简单实用，并充分考虑了本省交调设备的自身特点、充分利用了交调设备采集的数据资源，为公路交通规划、干线路网建设及路面结构设计等工作选取交通数据提供了借鉴参考，因此具有较现实的推广应用价值。