基于路面水膜厚度對行車安全影響的道路設(shè)計研究

喬 貴

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

0 引言

近年來，伴隨著我國高速公路總里程的快速增長，中國汽車保有量也持續(xù)攀升，伴隨而來的道路行車安全問題也日益突出。根據(jù)交關(guān)部門公布的數(shù)據(jù)顯示，2011～2015年，全國共發(fā)生交通事故99.8 萬起，共造成29.7 萬人死亡，具體見圖1：

圖1.1 2010～2014年全國交通事故統(tǒng)計數(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，但道路交通安全事關(guān)人民群眾生命財產(chǎn)安全，多角度全方位提高交通安全刻不容緩。

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，造成交通事故的原因中，除了人（機動車駕駛?cè)?、非機動車駕駛?cè)耍?、道路、車這三者之外，氣象因素是造成我國高速公路交通事故的較嚴重的因素之一。

圖1.2 2012年全國高速公路災害天氣條件導致交通事故占比統(tǒng)計

以上數(shù)據(jù)標明 ，降雨天氣是導致交通事故最多的氣象災害之一。降雨天氣對道路形成安全的影響，主要是降雨天氣會影響到路基路面材料力學性質(zhì)，進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)實際情況來調(diào)整車速，才能夠保證行車安全。降雨過程中行車安全性會受到降雨強度、水膜厚度和停車視距的影響，在 多個因素同時變化的復雜影響下，極易發(fā)生 “單車滑水事故”。Jung 等統(tǒng)計了道路幾何形狀、交通狀況、車輛類型以及駕駛?cè)撕蜁r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)，降雨這種氣象災害導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，正常駕駛經(jīng)驗就起不到應(yīng)有的作用，最終導致交通事故的出現(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 水膜厚度評價及計算

計算得到水膜厚度值后，需要評價不同水膜厚度對行車安全的影響。當水膜厚度達到一定程度后，車輛以一定速度通過時，會產(chǎn)生水滑的危險。評價水滑風險可以通過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）是否超過安全容許值。

據(jù)統(tǒng)計，當路面水膜厚度小于2.5mm 時，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；當路面水膜厚度在2.5～5mm 之間時，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；當水膜厚度大于5mm 時，則易發(fā)生完全水滑，進而引起車輛失穩(wěn)、失控等危險。因此，當水膜厚度達到或超過5mm 時，則應(yīng)采取相應(yīng)的改善措施以降低水膜厚度。

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

經(jīng)過對國內(nèi)外已有的幾種典型路面水膜厚度計算模型進行試驗對比驗證和校核后，筆者提出本文研究擬采用公路路面水膜厚度計算公式如下。

式中，WD 為水膜厚度，單位mm；

L 為水流路徑長度，單位m；

S 為路面合成坡度，單位%；

I 為降雨強度，單位mm/h；根據(jù)項目所在地氣象局資料（1960-2014年）統(tǒng)計，工程所在地區(qū)小時最大降雨量為67.6mm，采用此最大降雨量進行計算。

TXD為路面構(gòu)造深度，單位mm。

2 路面水膜厚度統(tǒng)計與分析

我國高速公路里程的快速增長，也進一步推動了相關(guān)標準規(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)過程中的各個環(huán)節(jié)都嚴格執(zhí)行現(xiàn)行行業(yè)標準規(guī)定，尤其在設(shè)計階段，路面超高和平、縱設(shè)計方面均嚴格執(zhí)行行業(yè)標準和規(guī)范，即設(shè)計成果各指標均滿足規(guī)范要求。但即使這樣，在現(xiàn)實情況下，高速公路路面積水現(xiàn)象依舊存在，給雨天行車安全帶來極大困擾。

根據(jù)上述公式1.1，本文筆者擬對廣東省某山區(qū)高速公路路面水膜厚度進行核查，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（WD≥5mm）

表2.2 公路右側(cè)水膜厚度統(tǒng)計（WD≥5mm）

通過以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，水膜厚度較厚路段主要出現(xiàn)在超高過渡段，其次為豎曲線中凹曲線的底部。筆者進一步核查了以上路段的平、縱、橫線形指標，各指標均滿足《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20-2017）相關(guān)要求。同時，以上數(shù)據(jù)也反映出，道路線形要素的構(gòu)成是否合理、各線形指標間組合的協(xié)調(diào)程度對積水也有明顯的影響，尤其是道路相鄰路段線形指標的連續(xù)性會對道路排水設(shè)計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道路行車安全的影響，從設(shè)計人員的角度出發(fā)，在設(shè)計階段，筆者提出以下措施，以避免或緩解路面積水問題。

⑴結(jié)合當?shù)亟涤陱姸?，將水膜厚度納入道路線形指標考慮范圍，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，對水膜厚度超過以上臨界值的路段，在滿足行業(yè)規(guī)范要求的前提下，進一步優(yōu)化平縱指標，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，適當延長中央分隔帶排水溝布設(shè)長度，適當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。