基于路面水膜厚度对行车安全影响的道路设计研究

乔 贵

（广东省交通规划设计研究院股份有限公司，广东 广州 510517）

0 引言

近年来，伴随着我国高速公路总里程的快速增长，中国汽车保有量也持续攀升，伴随而来的道路行车安全问题也日益突出。根据交关部门公布的数据显示，2011～2015年，全国共发生交通事故99.8 万起，共造成29.7 万人死亡，具体见图1：

图1.1 2010～2014年全国交通事故统计数据

数据显示，2011～2015 道路交通事故及死亡人数均呈下降趋势，但道路交通安全事关人民群众生命财产安全，多角度全方位提高交通安全刻不容缓。

根据统计数据显示，造成交通事故的原因中，除了人（机动车驾驶人、非机动车驾驶人）、道路、车这三者之外，气象因素是造成我国高速公路交通事故的较严重的因素之一。

图1.2 2012年全国高速公路灾害天气条件导致交通事故占比统计

以上数据标明 ，降雨天气是导致交通事故最多的气象灾害之一。降雨天气对道路形成安全的影响，主要是降雨天气会影响到路基路面材料力学性质，进而影响到路基和路面的整体稳定性，从而间接影响到行车安全。其次，降雨初期路面湿滑，驾驶人需要根据实际情况来调整车速，才能够保证行车安全。降雨过程中行车安全性会受到降雨强度、水膜厚度和停车视距的影响，在 多个因素同时变化的复杂影响下，极易发生 “单车滑水事故”。Jung 等统计了道路几何形状、交通状况、车辆类型以及驾驶人和时间属性等非天气因素，发现高速公路车道数、道路线形等因素与雨天交通事故关系密切。不难发现，降雨这种气象灾害导致了路面湿滑并使路面出现积水即出现水膜，水膜的出现改变了汽车轮胎与道路路面之间的相互作用关系，此时，正常驾驶经验就起不到应有的作用，最终导致交通事故的出现。

鉴于以上分析不难看出，降低降雨天气对行车安全影响的关键，在于最大限度减少路面积水，降低路面水膜厚度，使得汽车轮胎与道路路面之间的相互作用关系维持在正常或者接近正常状态。

1 水膜厚度评价及计算

计算得到水膜厚度值后，需要评价不同水膜厚度对行车安全的影响。当水膜厚度达到一定程度后，车辆以一定速度通过时，会产生水滑的危险。评价水滑风险可以通过确定路面水流路径上的水膜深度（特别是车辆行驶轨迹上的水膜）是否超过安全容许值。

据统计，当路面水膜厚度小于2.5mm 时，路面摩阻系数随水膜厚度增加而减小，安全容许速度降低；当路面水膜厚度在2.5～5mm 之间时，随水膜厚度增加，安全容许速度明显降低，已发生部分水滑；当水膜厚度大于5mm 时，则易发生完全水滑，进而引起车辆失稳、失控等危险。因此，当水膜厚度达到或超过5mm 时，则应采取相应的改善措施以降低水膜厚度。

截止目前，针对公路路面水膜厚度的计算，已经有不少学者提出了其各自的水膜厚度计算模型，但由于道路表面在降雨时，路面水流受降雨和坡面光滑程度的影响，是一个高度非线性空间分布的过程，一般公式（模型）很难精确描述，因此，当前路面水膜厚度计算模型以回归类占大多数。

经过对国内外已有的几种典型路面水膜厚度计算模型进行试验对比验证和校核后，笔者提出本文研究拟采用公路路面水膜厚度计算公式如下。

式中，WD 为水膜厚度，单位mm；

L 为水流路径长度，单位m；

S 为路面合成坡度，单位%；

I 为降雨强度，单位mm/h；根据项目所在地气象局资料（1960-2014年）统计，工程所在地区小时最大降雨量为67.6mm，采用此最大降雨量进行计算。

TXD为路面构造深度，单位mm。

2 路面水膜厚度统计与分析

我国高速公路里程的快速增长，也进一步推动了相关标准规范日趋成熟和完善，高速公路因其投资规模较大，在建设过程中的各个环节都严格执行现行行业标准规定，尤其在设计阶段，路面超高和平、纵设计方面均严格执行行业标准和规范，即设计成果各指标均满足规范要求。但即使这样，在现实情况下，高速公路路面积水现象依旧存在，给雨天行车安全带来极大困扰。

根据上述公式1.1，本文笔者拟对广东省某山区高速公路路面水膜厚度进行核查，筛选水膜厚度大于5mm 的路段，具体如下表：

表2.1 公路左侧水膜厚度统计（WD≥5mm）

表2.2 公路右侧水膜厚度统计（WD≥5mm）

通过以上统计数据不难发现，水膜厚度较厚路段主要出现在超高过渡段，其次为竖曲线中凹曲线的底部。笔者进一步核查了以上路段的平、纵、横线形指标，各指标均满足《公路路线设计规范》（JTG D20-2017）相关要求。同时，以上数据也反映出，道路线形要素的构成是否合理、各线形指标间组合的协调程度对积水也有明显的影响，尤其是道路相邻路段线形指标的连续性会对道路排水设计方法的选择起着至关重要的作用。

3 积水路段分析与防治

鉴于以上分析，为了全方位的降低降雨对道路行车安全的影响，从设计人员的角度出发，在设计阶段，笔者提出以下措施，以避免或缓解路面积水问题。

⑴结合当地降雨强度，将水膜厚度纳入道路线形指标考虑范围，并取WD=5mm作为临界值，在路线平纵横拟定后，核查全线水膜厚度，对水膜厚度超过以上临界值的路段，在满足行业规范要求的前提下，进一步优化平纵指标，尽量将水膜厚度值控制在以上临界值范围以内。

⑵在易积水路段，适当延长中央分隔带排水沟布设长度，适当加大超高端横向排水管布设密度。

⑶在易积水路段，设置OGFC 沥青排水路面，该种路面的透水、抗滑、抗车辙性能良好，能有效缓解路面积水，保障雨天行车安全。