公路新版规范交通量计算

1、沥青路面材料和结构专题研究,沈阳建筑大学 交通学院 道路与铁道工程 张敏江 2015.1,第二部分 沥青路面设计参数和指标,提 纲,一、新规范相关说明,背 景,计 算 框 架,计 算 过 程 解 释,计 算 实 例,二、交通量调查和分析计算,1 术语改动说明,1.1 删除“上面层”，用“表面层”替代 删除“中、下面层”，用“联结层”与之对应 路面结构面层、基层和底基层命名是基于结构层的主要功能， 而2006版规范将面层细分为上面层、中面层、下面层则以层位命 名，命名思路不够 协调和清晰。欧洲国家将面层分为表面层（磨 耗层）和联结层（结合层），可避免这一问题。借鉴这一做法， 本规范引入联结层，对

2、应中面层和下面层。,一、新规范相关说明,1.2 取消“垫层”这一术语 以“功能层”和“路基改善层”代替 为了便于国际交流: （1） 以提高路基回弹模量值为目的而设置的结构层归入路基 ，称为路基改善层 （2）对路面底基层以下分别以排水、隔水、防冻等目的的结构 层，归入路面结构层，统称为功能层。 （3）功能层包括：封层、透层、排水层、防冻层等。,1 术语改动说明,1.3 不再使用“半刚性基层”、“刚性基层”和“柔性基层”等术语，而是直接将基层按照材料划分为“粒料类”、“无机结合料类”、“沥青稳定类”、“水泥混凝土类”四类。 原因：2006版规范将路面划分为“柔性路面”“刚性路面”和“复合式路面”。

3、柔性路面划分为“柔性基层沥青路面”、“ 刚性基层沥青路面”和“半刚性基层沥青路面”。上述划分原则 是从结构设计方法出发，以力学特性作为划分原则，而以这种划 分没有绝对的定量界限。随着材料科学的发展，“刚性”与“半 刚性”的区别也变得模糊。,1 术语改动说明,1.4 新版规范新增术语“路基平衡湿度” ，指公路通车后路 基在地下水、降雨和蒸发等因素作用下，达到湿度相对稳定的平 衡状态，此时的湿度定义为路基平衡湿度。 2006版规范按最不利季节路基湿度状况进行路面设计，没有 考虑路基湿度季节性变化的影响。观测资料表明，通车一段时间 后，路基湿度会逐渐趋于相对平衡的状态。交通运输部西部交通 建设项目和

4、美国LTPP项目实施的季节性观测课题等，实测了路基 湿度长期变化，验证了平衡湿度概念的合理性。因此，本规范增 加平衡湿度这一术语，采用平衡湿度状态下路基顶面回弹模量。,1 术语改动说明,1.5 新版规范新增术语“裂缝指数”（英文名称为 cracking index）， 裂缝指数（CI）：是表征横向裂缝密集程度的指标，定义为100米区间內单方向路面全幅横向裂缝数量加上长度超过一个车道宽度但未贯穿全幅的横向裂缝数量的一半 。,1 术语改动说明,1.6 “设计年限”改称为“设计期” 说明： （1）数值上没有变化；15,12,8,6 （2）避免了设计年限和设计使用寿命的误解。 设计使用寿命是指路 面所

5、能承受的交通荷载作用次数，设计年限是预估交通荷载作用次数所采用的时间长，由于交通量预估偏差，路面达 到设计寿命的时间不一定与设计年限一致。,1 术语改动说明,2.1 新的设计指标体系说明 增加了路基永久变形、沥青层永久变形和路面低温开裂设计指标，改进了沥青层和无机结合料层疲劳开裂预估模型，取消了路表弯沉值指标。,2 新的沥青路面设计指标体系,薄沥青面层路面结构 （弯沉控制 低温开裂）,厚沥青面层路面结构 （多项指标控制）,薄沥青面层柔性基层路面结构 （弯沉、层底疲劳， 低温开裂）,无机结合料稳定,沥青面层,沥青面层,沥青面层,路基,路基,路基,无机结合料稳定,无机结合料稳定,粒料类,沥青 路面

6、设计指标体系,破 坏 位 置 分 析,沥青面层,基层,底基层,路基,（1）沥青层层底拉应变； （2）基层层底拉应力； （3）路基顶面竖向压应变； （4）路表面永久变形（车辙）； （5）温缩裂缝。,2 新的沥青路面设计指标体系,2006版规范对不同地区沥青路面统一采用15或20温度 条件，无法反映不同地区气候条件对路面性能的影响。 2014版规范采用温度调整系数反映不同地区气候条件对路面结构层疲劳开裂、路基顶面永久变形的影响，采用等效温度表征对沥青层永久变形的影响。,理论基础：多层弹性体系,沥青面层,半刚性基层,底基层,路 基,2014版规范提出了可靠度理念，路面结构可靠度可定义为：设计期内在预

7、定交通荷载和环境因素作用下，设计路面使用性能满足预定使用性能标准的概率。 美国力学经验法路面设计指南将各个损坏指标模型预测结果与已有LTPP路段实测结果进行验证，认为其预估误差的分布接近于正态。由此确定，各类损坏可按损坏模型预估的均值及其标准偏差确定 参照公路水泥路面设计规范（JTG D40）和美国力学经验法路面设计指南规定的路面结构设计可靠度，提出各级公路沥青路面的设计安全等级、可靠度要求和可靠度指标取值。,2.2 可靠度和可靠度指标,2 新的沥青路面设计指标体系,规范规定 各级公路路面结构的安全等级及相应的可靠度、可靠度指标不应低于下表的规定。,2 新的沥青路面设计指标体系,2014版规范

8、改进了沥青层疲劳开裂的预估模型。 应依据沥青层层底拉应变按下式计算沥青层疲劳寿命。沥青层疲劳寿命Nf1应大于设计期内设计车道当量轴载作用累计次数 Ne1， 否则应调整路面结构重新检验，直至满足要求。,2.3 沥青层疲劳开裂,2 新的沥青路面设计指标体系,沥青层疲 劳寿命（次）,沥青混合料 的沥青饱和度,沥青层层 底拉应变,20度沥青 混合料回 弹模量,沥青层 厚度 （mm）,温度调整系数,可靠度指标，根据公路等级按表3.0.1取值；,2 新的沥青路面设计指标体系,2.4 无机结合料层疲劳开裂,2014版改进了无机结合料层疲劳开裂的预估模型。 进行无机结合料类基层与底基层拉应力进行疲劳分析，无机

9、结合料层疲劳寿命Nf2应大于设计期内设计车道当量轴载作用累计次数Ne2，否则应调整路面结构重新检验，直至满足要求。,2 新的沥青路面设计指标体系,无机结合料 疲劳寿命（次）,无机结合料 层底拉应力,无机结合料 弯拉强度,模型参数 （查表）,裂缝扩展系数 （查表）,温度调整系数,考虑裂缝影响的应力增大系数（查表）,弯拉强度调整系数（查表）,试验回归参数回归（查表）,2 新的沥青路面设计指标体系,2.5 路基永久变形分析,规定：路基顶面最大竖向压应变不应大于容许压应变值z，当不符合要求时，调整路面结构重新检验，直至满足要求。,2 新的沥青路面设计指标体系,累计设计车道 上累计当量轴 次（按b=5）

10、,温度调整系数,2 新的沥青路面设计指标体系,2.6 沥青层永久变形分析,2014版规范新增“沥青层永久变形”这一设计指标。 以轮辙试验指标为基础构建沥青层永久变形预估模型。 要求对沥青层进行分层，应按下式分别计算各分层永久变形量，沥青层永久变形量为各分层永久变形量之和。,沥青层分层永久变形量（mm）,等效温度 （查表）,层顶竖向压应力,累计轴次 （b=4）,施工后初始孔隙率,分层厚度 （mm）,轮辙试验时：试验温度，压强，加载次数，试件空隙率，厚度,综合修正系数,车辙试验时总变形量（mm）,分层深度,沥青层厚度,2.7 路面低温开裂,2014版规范新增“路面低温开裂”这一设计指标。 季节性冰

11、冻地区高速公路和一级公路，可按下式分析路面低温裂缝指数CI。 高速公路和一级公路路面 CI3.0， 二级公路路面 CI5.0； 三级、四级公路路面 CI7.0。,2 新的沥青路面设计指标体系,CI和交通荷载无关,沥青路面 裂缝指数,弯曲流变试验加载180秒时的蠕变劲度（试验温度：设计温度+10度）,路基类型参数 砂土：b=5 粉质粘土b=3 粘土b=2,路面低温设计温度（连续10年最低气温平均值）,沥青层厚度 （mm）,？,2.8 路表弯沉值指标 路面竣工时，应对路表进行弯沉值检验，要求：,路表弯沉检测标准值（0.01mm)，由模型计算得到,路段内实测路表弯沉代表值（0.01mm）;现场检测加

12、上修正,2 新的沥青路面设计指标体系,实测路表弯沉平均值,实测路表弯沉标准差,路表弯沉湿度影响系数,路表弯沉温度影响系数,路基回 弹模量,沥青层厚度,检测时沥青层中点温度,2.9 路基弯沉值检测（验收） 路基竣工时，应对路基进行弯沉值检验，路基顶面要求：,路基弯沉检测标准值（0.01mm)，由模型计算得到,路段内实测路表弯沉代表值（0.01mm）;现场检测加上修正,实测路基顶面弯沉平均值,弯沉标准差,湿度影响系数,2 新的沥青路面设计指标体系,2.10 抗滑技术要求（两规范一致） 2.11 平整度技术要求 2014版规范对平整度要求降低。 2014版规范指出平整度宜满足下表的术要求。,2 新的

13、沥青路面设计指标体系,第二部分 交通量调查和分析计算,2006版规范范采用代表车型对交通组成进行分类，通常将混合交通分为56种代表车型，分类偏少，难以充分考虑车辆组成和超载对路面的影响。 2014版规范根据车辆组成、轴组组成和对路面的破坏作用， 将交通组成分为11种车辆类型，并按轴载谱对不同轴重区间统计 轴重分布，以更加准确分析交通参数。,1 背 景,标准轴载BZ-100,车道系数,车道系数,设计年限,车辆当量轴载换算系数,车辆类型分布系数,交通增长率,公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）,公路沥青路面设计规范 （JTG D50-2014送审稿）,设计期,交通增长率,方向系数,年日

14、平均交通量,1 背 景,06规范车道系数和设计的规定,1 背 景,06规范轴载转换,若以弯沉为设计指标和验算沥青层底拉应力时：（大于25kn计）,1 背 景,轴数系数(coefficient of axle number),m：轴数 （当轴间距(axle base)大于3m时，按单独一个轴考虑）,轮组系数(coefficient of wheel group) 单轮组(single wheel group)：6.4 双轮组(double wheel group)：1 四轮组(four wheel group)：0.38,1 背 景,当验算半刚性基层层低拉应力时：（大于50kn计）,1 背 景,

15、步骤1：根据不同方向上实测的交通量计算方向系数DDF； 步骤2：按照三水平确定车道系数LDF； 步骤3：按照三水平确定车辆类型分布系数VCDFm； 步骤4：计算各类车辆中不同轴型平均轴数 步骤5：计算不同轴型的轴重分布系数 步骤6：计算各类车辆的当量轴载换算系数,2交通量计算框架,按照三水平确定各类车辆当量轴载换算系数 （1）第一水平（采用称重设备连续采集设计车道上车辆类 型、轴型组成和轴重数据 ） （2）第二水平（取当地的默许值） （3）第三水平 （取规范中表A.3.1-2所列全国的默许值）,2交通量计算框架,步骤7：确定初始年设计车道日平均当量轴次N1,DDF：方向系数，无实测数据时在0.

16、50.6范围内选取。,2轴6轮及以上车辆的双向年平均日交通量（辆/日）；,式中：,方向系数；,m 车辆类型编号；, m类车辆类型分布系数；, 类车辆的当量轴载换算系数。, 车道系数。,2交通量计算框架,步骤8：根据初始年设计车道日平均当量轴次N1、设计期等，计算 设计期内设计车道上的当量轴载累计作用次数Ne （只有该公式表达形式与2006版规范相同）,式中：,设计期内设计车道上的当量轴载累计作用次数（次）；,设计期（年）；,设计期内交通量的年平均增长率；,初始年设计车道日平均当量轴次（次/d）。,2交通量计算框架,3计算过程,3.1车型分类,按从前至后轴型组合命名车辆类型，如“15型货车”是指

17、前 轴为1型轴（1个轴），后轴为5型轴（2个轴）。 1类车型：为对路面破坏较小的小轿车或载重量较轻的小货车 路面设计时不予考虑； 2类车型：为大客车，对路面有一定的破坏作用，应在路面设计中考虑； 其他类车型（3-11类）： 其他车型都为对路面有显著作用的货车。为便于表述，将除1类车以外的2类11类车统称为大型客货车。,车辆轴型可根据表A.1.1规定按轮组和轴组类型分为7类。,表A.1.1轴型分类,3.1车型分类,表A.1.2 车辆类型分类,3.1车型分类,3.2 交通量等级的划分,交通等级（2006版）,注：1极重交通适用于以集装箱车辆为主的货运干线公路和运 送大宗散装货物为主的货运专用公路。

18、 2大型客货车为附录A中表A.1.2所列的2类11类车。,交通荷载等级（2014版）,3.3 交通调查,1 交通数据调查应包括交通量及增长率、方向系数、车道系数、车辆类型组成、轴组组成和轴重等。 2 可参考可行性研究报告等有关交通量预测资料，结合当地交通参数观测站的观测和统计资料，或通过实地设立站点进行观测和统计，获取公路初期交通量和其他参数。 3 可依据公路等级和功能以及所在地区经济和交通发展情况等，通过调查分析，确定交通量的年平均增长率。 4 可根据不同方向上实测的交通量计算方向系数，无实测数据时方向系数 可在0.50.6范围内选取。,5 可按下列三个水平确定车道系数 。加铺设计应采用第一

19、水平，新建路面设计可采用第二或第三水平。 1 第一水平，根据现场交通量观测资料统计设计方向不同车道上车辆的数量，确定车道系数。 2 第二水平，采用当地的默许值。 3 第三水平，采用表A.2.5推荐值。,表A.2.5 车道系数,车道系数（ )和设计期（t）的规定,第一水平：根据交通观测资料分析2类11类车型所占的百分比，得到 车辆类型分布系数。 第二水平：根据当地默许值确定TTC分类。再根据TTC分类查表确定 车 辆类型分布系数 第三水平：根据历史数据或经验数据按表A1确定公路TTC分类， 采用表A2规定车辆类型分布系数。,6 可按下列三个水平确定车辆类型分布系数。加铺设计应采用第一水平，新建路

20、面设计可采用第二和第三水平。,表A.2.6-1 公路TTC分类标准（%）,表A.2.6-2 不同TTC分类车辆类型分布系数 （%）,3.4 车辆当量轴载换算,第一水平，采用称重设备连续采集设计车道上车辆类型、轴型组成和轴重数据，根据实测数据按照下列步骤分析各类车辆当量换算系数： 1）分别统计2类11类车辆单轴单胎、单轴双胎、双联轴和三联轴的数量，除以各类车辆总量，按式（A-1）计算各类车辆中不同轴型平均轴数。,（A-1）,式中： m类车辆中i种轴型的平均轴数； m类车辆中i种轴型（数）总数；,m类车辆总数；,2）按式（A-2）计算2类11类车辆的不同轴型在不同轴重区间所占的百分比，得到不同轴型

21、的轴重分布系数，即为轴载谱。确定轴载谱时，单轴单胎、单轴双胎、双联轴和三联轴应分别间隔2.5kN、4.5kN、9.0kN和13.5kN划分轴重区间,A-2,式中： m类车辆中 i 种轴型在 j 级轴重区间的轴重分布系数； m类车辆中 i 种轴型在 j 级轴重区间的数量； m类车辆中 i 种轴型的数量；,3）按式（A-3）计算2类11类车辆的各种轴型在不同轴重区间的当量轴载换算系数，计算时取各轴重区间的中点值作为该轴重区间的代表轴重。,（A-3）,各种轴型在不同轴重区间的当量轴载换算系数,式中：Ps设计轴载（kN）； Pmijm类车辆中 i 种轴型在 j 级轴重区间的单轴轴载（kN），对双联轴和

22、 三联轴，为分配到每根单轴的轴载重量； b 换算指数。分析沥青层疲劳和沥青层永久变形时，b =4；分析路基永 久变形时，b =5；分析无机结合料层疲劳时，b =13； c2 被换算轴轮型的轮组系数，双轮组为1.0，单轮时取4.5； c1被换算轴型的轴组系数，前后轴间距大于3m时，分别按单个轴计算， 轴间距小于3m时，按下表取值。,表A.3.1-1轴型系数取值,4） 按下式计算各类车辆的当量轴载换算系数：,m类车辆中 i 种轴 型的平均轴数,m类车辆中 i 种轴型在 j 级轴重区间当量轴载 换算系数,m类车辆中 i 种轴型在 j 级轴重区间的轴重 分布系数；,算例,假设m=2，有100辆车（12

23、=40,15=60），车重不同，前后轴轴重不同,20%,40%,97.5,97.5,102.5,105,i=1,40%,30%,30%,100,104.5,95.5,i=2,第二水平和第三水平：应通过分析实测的或历史积累的车辆总重数据，或者根据以往的车辆超载情况调查结果，确定各种车型的非超载车和超载车的比例，按下式确定各类车辆的当量轴载换算系数。下式中非超载车和超载车的当量轴载换算系数，第二水平时取当地的默许值，第三水平时取表C所列全国的默许值。,m类车辆中非超载车 的当量轴载换算系数,m类车辆中超载车的 当量轴载换算系数,m类车辆中超载 车所占的百分比。,m类车辆中非超载 车所占的百分比。,上述轴载换算系数，可用于单轴轴载不大于130kN的轴载换算。,表A.3.1-2 2类11类车辆当量轴载换算系数,1 轴重标准 1）单轴（每侧单轮胎）7吨； 2）单轴（每侧双轮胎）10吨； 3）双联轴（每侧双轮胎），双轴总重18吨（每少2个轮胎减4吨）； 4）三联轴（每侧双轮胎），三轴总重24吨（每少2个轮胎减4吨）。 2 车辆总重标准 1）二轴