基于路面水膜厚度對(duì)行車安全影響的道路設(shè)計(jì)研究

喬 貴

（廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東 廣州 510517）

0 引言

近年來(lái)，伴隨著我國(guó)高速公路總里程的快速增長(zhǎng)，中國(guó)汽車保有量也持續(xù)攀升，伴隨而來(lái)的道路行車安全問(wèn)題也日益突出。根據(jù)交關(guān)部門(mén)公布的數(shù)據(jù)顯示，2011～2015年，全國(guó)共發(fā)生交通事故99.8 萬(wàn)起，共造成29.7 萬(wàn)人死亡，具體見(jiàn)圖1：

圖1.1 2010～2014年全國(guó)交通事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)顯示，2011～2015 道路交通事故及死亡人數(shù)均呈下降趨勢(shì)，但道路交通安全事關(guān)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，多角度全方位提高交通安全刻不容緩。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，造成交通事故的原因中，除了人（機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)?、非機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)耍?、道路、車這三者之外，氣象因素是造成我國(guó)高速公路交通事故的較嚴(yán)重的因素之一。

圖1.2 2012年全國(guó)高速公路災(zāi)害天氣條件導(dǎo)致交通事故占比統(tǒng)計(jì)

以上數(shù)據(jù)標(biāo)明 ，降雨天氣是導(dǎo)致交通事故最多的氣象災(zāi)害之一。降雨天氣對(duì)道路形成安全的影響，主要是降雨天氣會(huì)影響到路基路面材料力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而影響到路基和路面的整體穩(wěn)定性，從而間接影響到行車安全。其次，降雨初期路面濕滑，駕駛?cè)诵枰鶕?jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)整車速，才能夠保證行車安全。降雨過(guò)程中行車安全性會(huì)受到降雨強(qiáng)度、水膜厚度和停車視距的影響，在 多個(gè)因素同時(shí)變化的復(fù)雜影響下，極易發(fā)生 “單車滑水事故”。Jung 等統(tǒng)計(jì)了道路幾何形狀、交通狀況、車輛類型以及駕駛?cè)撕蜁r(shí)間屬性等非天氣因素，發(fā)現(xiàn)高速公路車道數(shù)、道路線形等因素與雨天交通事故關(guān)系密切。不難發(fā)現(xiàn)，降雨這種氣象災(zāi)害導(dǎo)致了路面濕滑并使路面出現(xiàn)積水即出現(xiàn)水膜，水膜的出現(xiàn)改變了汽車輪胎與道路路面之間的相互作用關(guān)系，此時(shí)，正常駕駛經(jīng)驗(yàn)就起不到應(yīng)有的作用，最終導(dǎo)致交通事故的出現(xiàn)。

鑒于以上分析不難看出，降低降雨天氣對(duì)行車安全影響的關(guān)鍵，在于最大限度減少路面積水，降低路面水膜厚度，使得汽車輪胎與道路路面之間的相互作用關(guān)系維持在正常或者接近正常狀態(tài)。

1 水膜厚度評(píng)價(jià)及計(jì)算

計(jì)算得到水膜厚度值后，需要評(píng)價(jià)不同水膜厚度對(duì)行車安全的影響。當(dāng)水膜厚度達(dá)到一定程度后，車輛以一定速度通過(guò)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生水滑的危險(xiǎn)。評(píng)價(jià)水滑風(fēng)險(xiǎn)可以通過(guò)確定路面水流路徑上的水膜深度（特別是車輛行駛軌跡上的水膜）是否超過(guò)安全容許值。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)路面水膜厚度小于2.5mm 時(shí)，路面摩阻系數(shù)隨水膜厚度增加而減小，安全容許速度降低；當(dāng)路面水膜厚度在2.5～5mm 之間時(shí)，隨水膜厚度增加，安全容許速度明顯降低，已發(fā)生部分水滑；當(dāng)水膜厚度大于5mm 時(shí)，則易發(fā)生完全水滑，進(jìn)而引起車輛失穩(wěn)、失控等危險(xiǎn)。因此，當(dāng)水膜厚度達(dá)到或超過(guò)5mm 時(shí)，則應(yīng)采取相應(yīng)的改善措施以降低水膜厚度。

截止目前，針對(duì)公路路面水膜厚度的計(jì)算，已經(jīng)有不少學(xué)者提出了其各自的水膜厚度計(jì)算模型，但由于道路表面在降雨時(shí)，路面水流受降雨和坡面光滑程度的影響，是一個(gè)高度非線性空間分布的過(guò)程，一般公式（模型）很難精確描述，因此，當(dāng)前路面水膜厚度計(jì)算模型以回歸類占大多數(shù)。

經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外已有的幾種典型路面水膜厚度計(jì)算模型進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證和校核后，筆者提出本文研究擬采用公路路面水膜厚度計(jì)算公式如下。

式中，WD 為水膜厚度，單位mm；

L 為水流路徑長(zhǎng)度，單位m；

S 為路面合成坡度，單位%；

I 為降雨強(qiáng)度，單位mm/h；根據(jù)項(xiàng)目所在地氣象局資料（1960-2014年）統(tǒng)計(jì)，工程所在地區(qū)小時(shí)最大降雨量為67.6mm，采用此最大降雨量進(jìn)行計(jì)算。

TXD為路面構(gòu)造深度，單位mm。

2 路面水膜厚度統(tǒng)計(jì)與分析

我國(guó)高速公路里程的快速增長(zhǎng)，也進(jìn)一步推動(dòng)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范日趨成熟和完善，高速公路因其投資規(guī)模較大，在建設(shè)過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)都嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，尤其在設(shè)計(jì)階段，路面超高和平、縱設(shè)計(jì)方面均嚴(yán)格執(zhí)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，即設(shè)計(jì)成果各指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。但即使這樣，在現(xiàn)實(shí)情況下，高速公路路面積水現(xiàn)象依舊存在，給雨天行車安全帶來(lái)極大困擾。

根據(jù)上述公式1.1，本文筆者擬對(duì)廣東省某山區(qū)高速公路路面水膜厚度進(jìn)行核查，篩選水膜厚度大于5mm 的路段，具體如下表：

表2.1 公路左側(cè)水膜厚度統(tǒng)計(jì)（WD≥5mm）

表2.2 公路右側(cè)水膜厚度統(tǒng)計(jì)（WD≥5mm）

通過(guò)以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，水膜厚度較厚路段主要出現(xiàn)在超高過(guò)渡段，其次為豎曲線中凹曲線的底部。筆者進(jìn)一步核查了以上路段的平、縱、橫線形指標(biāo)，各指標(biāo)均滿足《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20-2017）相關(guān)要求。同時(shí)，以上數(shù)據(jù)也反映出，道路線形要素的構(gòu)成是否合理、各線形指標(biāo)間組合的協(xié)調(diào)程度對(duì)積水也有明顯的影響，尤其是道路相鄰路段線形指標(biāo)的連續(xù)性會(huì)對(duì)道路排水設(shè)計(jì)方法的選擇起著至關(guān)重要的作用。

3 積水路段分析與防治

鑒于以上分析，為了全方位的降低降雨對(duì)道路行車安全的影響，從設(shè)計(jì)人員的角度出發(fā)，在設(shè)計(jì)階段，筆者提出以下措施，以避免或緩解路面積水問(wèn)題。

⑴結(jié)合當(dāng)?shù)亟涤陱?qiáng)度，將水膜厚度納入道路線形指標(biāo)考慮范圍，并取WD=5mm作為臨界值，在路線平縱橫擬定后，核查全線水膜厚度，對(duì)水膜厚度超過(guò)以上臨界值的路段，在滿足行業(yè)規(guī)范要求的前提下，進(jìn)一步優(yōu)化平縱指標(biāo)，盡量將水膜厚度值控制在以上臨界值范圍以內(nèi)。

⑵在易積水路段，適當(dāng)延長(zhǎng)中央分隔帶排水溝布設(shè)長(zhǎng)度，適當(dāng)加大超高端橫向排水管布設(shè)密度。

⑶在易積水路段，設(shè)置OGFC 瀝青排水路面，該種路面的透水、抗滑、抗車轍性能良好，能有效緩解路面積水，保障雨天行車安全。