多孔瀝青路面與密實瀝青路面高速公路雨天事故風險分析

郭紅濤(石家莊交通勘察設(shè)計院,石家莊050000)

多孔瀝青路面與密實瀝青路面高速公路雨天事故風險分析

郭紅濤
(石家莊交通勘察設(shè)計院,石家莊050000)

分析了道路改造前后多孔路面和密實路面上事故數(shù)量與天氣之間的關(guān)系。數(shù)據(jù)采集于河北省內(nèi)一條高速公路，路段全長43km。數(shù)據(jù)分道路改造之前與道路改造之后2個時期進行收集。改造前路面采用的是密實瀝青混合，而改造之后路面采用的則是多孔瀝青混合料。多孔路面系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的路面系統(tǒng)來說，主要是考慮了多孔結(jié)構(gòu)和環(huán)境友好性。安全性分析是通過分析事故數(shù)量得出的，事故數(shù)據(jù)來源于2個降雨量檢測儀器檢測到的數(shù)據(jù)以及交通量數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示，無論是在多孔瀝青路面上還是在密實瀝青路面上，事故發(fā)生的頻率都與降雨量的密集程度有著較大的相關(guān)性。在密實路面上，當降雨量達到0.5mm/h時事故率就會上升，而在重降雨量的情況下，可能由于駕駛員采取了更為謹慎的措施，事故率反而會有所下降。多孔路面的應(yīng)用使得無論在輕降雨量還是重降雨量的情況下事故率均有所下降。

安全情況；多孔瀝青路面；密實瀝青路面

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.028

1 引言

迅速移除路面上雨水對駕駛員的安全來說是非常必要的，大量的雨水造成輪胎與路面之間的黏附性消失的風險也會增加，此時移除路面雨水就顯得尤為重要。多孔瀝青路面的誕生就為解決路面雨水移除問題帶來了曙光[1]。研究者提供了一項多孔瀝青路面相對于過量雨水造成水膜的對比：這是一個擁有高孔隙率（高于20%）的瀝青路面表層。Barett和Shaw在他們的實驗分析中提出一種多孔的瀝青混合料罩面，也稱為滲透性磨耗層（PFC）或者開級配磨耗層（OGFC），是1層大約50mm厚的多孔瀝青混合料，大多應(yīng)用于傳統(tǒng)高速公路瀝青路面的表層來提高安全性并減少噪聲。

多孔路面使路面有了更強的吸水能力，并將這些水導向路面邊緣進而過濾排出。對于全年降雨豐富地區(qū)的道路是十分理想的[2]。這種高滲透性的混合料可以在第一時間將水從路表面移除從而提高道路安全性。不過，大量的水流經(jīng)瀝青混合料也會對材料的膠結(jié)性能造成不利的影響，使得瀝青從集料上剝落。

許多研究人員已經(jīng)證實了影響道路駕駛安全性的一個重要參數(shù)之一就是速度的變異性。在許多文獻中，研究者已經(jīng)通過研究速度預(yù)測模型來分析真實的駕駛行為[3]。

2 數(shù)據(jù)收集

分析路段取自于河北省內(nèi)高速公路，起點樁號為K221+000，終點樁號為K264+000。路面縱坡最大不超過3%。

全國數(shù)據(jù)顯示，這條路每年有2.5%的交通量增長率。研究區(qū)域的氣候特點是從氣象站獲取的，并得到涉及該地區(qū)降雨量的氣候狀況。交通數(shù)據(jù)通過每天記錄全天車輛數(shù)來獲取。事故數(shù)量數(shù)據(jù)是從公安部門獲取的。分析報告包含以下信息：

1)天氣狀況（如晴天、雨天、雪天等）;

2)路表狀況（如干燥、潮濕、結(jié)冰等）;

3)所涉及的車輛數(shù)量；

4)后果（如材料損傷、受傷人數(shù)、死亡人數(shù)）

5)類型（如追尾事故、碰擦、側(cè)翻等）。

通過分析數(shù)據(jù)獲得在每起事故中的平均降雨量的值。數(shù)據(jù)庫的建立遵循以下步驟：

6)將降雨量從0.2～到2.00mm/h的范圍分為10個等級，即每級0.2mm/h；

7)每級是按照頻率來定義的：頻率=降雨的小時數(shù)（該值要介于本等級范圍內(nèi)降雨小時數(shù)的限值）/實驗持續(xù)的總小時數(shù)；

8)降雨過程中每小時的交通量會和相應(yīng)的降雨量等級（根據(jù)降雨量小時數(shù)來劃分的）；

9)類似地，每段下雨時間內(nèi)的事故數(shù)量也可以按照相應(yīng)的劇烈程度來劃分和分析，從而論證是否事故和相應(yīng)的降雨等級之間存在關(guān)聯(lián)。

3 數(shù)據(jù)分析

為了比較2個事故現(xiàn)場的安全狀況，需要先定義2個合成指數(shù)I1和I2。

式中，N為試驗中的事故數(shù)；L為分析路段的總長,即43km；K1為每個觀測的降雨量等級中途經(jīng)車輛數(shù)與在整個觀測期內(nèi)降雨量的小時數(shù)的比值。

在式（1）中，基于小時的數(shù)據(jù)通過乘以365×24達到基于年的數(shù)值，交通流的單元假定為108N來對結(jié)果進行解釋，因為事故數(shù)量相對于交通量而言是一個很小的數(shù)值?？傊?，I1指數(shù)描述試驗期內(nèi)分析路段在相同的降雨情況下事故數(shù)量和交通流量之間的關(guān)系。

I2與I1的區(qū)別在于引進了描述事故嚴重程度的參數(shù)SV，與事故引起的人員傷亡情況有關(guān)（受傷和/或死亡人數(shù)）。SV數(shù)值的定義見表1。

表1 SV數(shù)值

3.1 密實瀝青路面

根據(jù)上述方法采集道路現(xiàn)代化改造前的數(shù)據(jù)，表2和圖1、圖2詳細的描述了I1和I2值隨降雨量等級的變化。

從圖表中可以看出，降雨等級上升到0.5mm/h之前，2個指數(shù)都隨著降雨量的增大而增大。降雨等級為0.5mm/h時路面產(chǎn)生水膜的可能性比較大。

表2 不同降雨等級下的I1和I2值

試驗結(jié)果與預(yù)期一致：在降雨過程中，在路面形成水膜之前，駕駛員在潮濕的路面上駕駛時能保持和在干燥路面上行駛時一致的狀態(tài)。這對行車安全性會有消極的影響，因為駕駛員不能理解輪胎與路面之間附著力忽然降低的原因。

圖1 密實路面I1與降雨等級關(guān)系

圖2 密實路面I2與降雨等級關(guān)系

只有當駕駛員發(fā)現(xiàn)了路面存在連續(xù)水霧時,他們才會對駕駛和速度方面有了心理上的變化。在一些重大交通事件上，當降雨量增大時事故有增多的趨勢。

3.2 多孔瀝青路面

采集多孔路面的數(shù)據(jù)時所采用的方法與采用密實瀝青路面的方法是一致的。I1和I2數(shù)據(jù)詳見表3和圖3～圖4。

表3 不同降雨等級下的I1和I2值

圖3 多孔瀝青路面I1與降雨等級關(guān)系

圖4 多孔瀝青路面I2與降雨等級關(guān)系

多孔瀝青路面中，I1和I2指數(shù)隨著降雨量的增加而持續(xù)減小，與圖2、圖3中描述密實瀝青路面的情況相似，較低的I1和I2指數(shù)值代表了相應(yīng)的較低的事故率，較高的交通安全性是由于路面不存在水膜的關(guān)系，導致駕駛員對天氣狀況不會給予重視，其后便是輪胎與地面之間的附著力起了對安全性有利的作用。

3.3 密實瀝青路面和多孔瀝青路面結(jié)果對比

表4提供了此次實驗分析的定性總結(jié)，從下雨天氣下事故發(fā)生的頻率、嚴重程度及后果（傷亡人數(shù)）等方面得出使用多孔瀝青路面對提高路面安全性有很大的幫助，從表4可以看出，在分析路段上，受傷人數(shù)從48人降到了12人。另外，當惡劣天氣來臨時，多孔瀝青路面大大提高了駕駛?cè)藛T的駕駛警覺程度，在天氣狀況良好時也能提高他們的安全駕駛行為。

表4 密實路面與多孔路面情況對比

4 結(jié)論

本文闡述了河北省內(nèi)長43km的高速公路路段，駕駛員駕駛的安全情況。分析了駕駛時不同天氣狀況和在不同的路面類型與交通事故之間的關(guān)系。

從事故數(shù)量和事故嚴重程度方面衡量，多孔性瀝青路面的使用獲益高達70%。使用了多孔瀝青路面之后，駕駛者在移除了水膜之后的路面上行駛，安全性也得到了提高，即使在沒有惡劣天氣情況的時候，由于輪胎與底面直接的附著力提高了，駕駛也變得更加安全。

綜上所述，路面排水系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的瀝青路面系統(tǒng)和水泥混凝土路面，是一項更有利于環(huán)境效益的選擇。多孔路面不僅提高了環(huán)境效益，也有結(jié)構(gòu)上和經(jīng)濟上的優(yōu)點。在暴雨天氣中它能為駕駛者提供更為干燥的路面從而提高駕駛安全性，也比在傳統(tǒng)路面上行駛產(chǎn)生更少的噪聲，并且原來的路面也不再需要對雨水進行其他方式的處理。

【1】陳瑜.公路隧道高性能多孔水泥混凝土路面研究[D].長沙：中南大學，2007.

【2】劉羽.大空隙透水瀝青路面錄用特性研究[D].西安：長安大學，2014.

【3】郭勇.高速公路排水性瀝青混合料應(yīng)用研究[D].南京：東南大學，2006.

Rain-related Crash Risk onFreeway Pavements in Porous and Dense Asphalt

GUOHong-tao
（ShijiazhuangTrafficSurveyandDesignInstitute，Shijiazhuang050000，China)

The present paper analyses the correlation between the number of crashes on freeways and weather conditions on denseasphalt and porous asphalt before and after road modernization operations. Data was collected on 43km of the freeway located inJiangsu province. Data were collected for two periods: before the modernization operations with existing dense asphalt and aftermodernization using porous asphalt. Porous pavement system is a structural and environmental mindful alternative to a traditionalpavement system. Safetyanalyseswere carried out correlating the number of crashes to the rainfall detected using two rain gauges, andthe traffic data.The results showa considerabledependence ofcrashfrequencyonthe intensityof rainfall,bothinthepresence ofporousand dense asphalt. In the first case, the accident rate increases to a rainfall of 0.5 mm/h, and then decreases due to probable greaterprudence adopted by drivers in adversemeteorological events. The use of porous asphalt allows a reduction in the accident rate both inadversemeteorological conditionsandfor light rain.

safetyconditions;porousasphaltpavement;denseasphaltpavement

U416.217;U412.36+6;U418.5+4

A

1007-9467（2016）12-0103-03

2016-05-20

郭紅濤（1969～），女，河北石家莊人，高級工程師，從事交通公路工程設(shè)計與研究。