基于交通量的公路寿命周期计算方法优化

普通公路设计使用年限，是设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期，等同于全寿命周期约定的有效使用期。《公路工程技术标准》规定：二级公路沥青混凝土路面的设计使用年限12年，二级公路水泥混凝土路面的设计使用年限20年，二级公路中小桥梁设计使用年限50年。可以理解为，正常使用状况下，二级公路沥青混凝土路面全寿命周期为12年，二级公路水泥混凝土路面全寿命周期为20年，二级公路中小桥梁全寿命周期为50年。

交通量是计算路面设计使用年限的重要参数，通常通过计算设计使用年限内标准轴载累计当量作用次数，来推算沥青路面设计弯沉、水泥路面弯拉强度标准和路面结构组合。当一条公路达到标准轴载累计当量作用次数时候，可以认为该公路已经到达设计周期寿命。通常情况下，在交通量达不到饱和状态时，设计基准期内标准轴载累计当量作用次数按照下述公式计算：

Ne——设计基准期内标准轴载累计作用次数；

N1——设计第1年双向日平均当量轴次；

t——设计基准期；

gr——交通量年平均增长率；

η——轮迹横向分布系数。

当交通量处于饱和状态时，标准轴载或者混合交通量已经不能增长，有时出现负增长，则应该采用饱和交通量计算法，其计算公式如下：

Ne——设计基准期内标准轴载累计作用次数；

N1——设计第1年双向日平均当量轴次；

t——设计基准期；

t1——设计达到饱和的年数；(www.xing528.com)

gr——交通量年平均增长率；

η——轮迹横向分布系数。

以国道为例，2008年日平均交通量(7921辆/日)为设计基准交通量，“十二五”期间日平均交通量(10832)为饱和交通量。考虑到二级公路标准轴载和混合交通量的比例范围在0.4～0.5之间，取0.45均值，则N1＝7921×0.45＝3564。

依据调查，正常交通量增长率一般变动于2%～6%范围内，gr取平均值4%，交通量在设计基准期内达到饱和交通量的年数t1为7，沥青混凝土路面t为12，η为1，水泥混凝土路面t为20，η为0.35，则：

沥青混凝土路面Ne＝3564*[(1＋0.04)7-1]*365*1/0.04＋3564*(1＋0.04)(7-1)*365*(12-7)＝18277083

水泥混凝土路面Ne＝3564*[(1＋0.04)7-1]*365*0.35/0.04＋3564*(1＋0.04)(7-1)*365*(20-7)*0.35＝10986412

沥青混凝土按照双车道计算，则12年的累计标准轴次为18277083/2＝9.1×106，参照《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)的交通等级，9.1×106相当于12年中等交通的累计标准轴次；水泥混凝土按照双车道计算，则20年的累计标准轴次为10986412/2＝5.5×106，参照《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2011)的交通等级，5.5×106相当于20年重载交通的累计标准轴次。

按照政府还贷二级公路取消收费后交通量增长情况，gr取12%，t1取4，沥青混凝土路面t取10，η为1，水泥混凝土路面t取16，η为0.35，则：

沥青混凝土路面Ne＝3564*[(1＋0.12)4-1]*365*1/0.12＋3564*(1＋0.12)(4-1)*365*(10-4)＝17181390

水泥混凝土路面Ne＝3564*[(1＋0.12)4-1]*365*0.35/0.12＋3564*(1＋0.12)(4-1)*365*(16-4)*0.35＝9848942

由此可见，政府还贷二级公路取消收费后，沥青混凝土路面10年标准轴载累计作用次数与政府还贷二级公路取消收费之前中等交通量12年标准轴载累计作用次数相近，水泥混凝土路面16年标准轴载累计作用次数与政府还贷二级公路取消收费之前重载交通量20年标准轴载累计作用次数相近，这充分说明政府还贷二级公路取消收费后，二级公路沥青混凝土路面寿命周期缩短到10年、二级公路水泥混凝土路面寿命周期缩短到16年，即实际使用寿命周期只有设计寿命周期的0.8倍左右。