道路積水對車輛的影響分析及研究

劉志偉 劉書良 董瑋晨 符益聞 趙鶴淞

摘要 文章研究了城市道路積水對車輛行駛安全和交通效率的影響，并提出了相應(yīng)的解決措施。首先分析了道路積水的原因，包括設(shè)計(jì)計(jì)算誤差、城市規(guī)劃設(shè)計(jì)不合理和施工質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)等方面。接著詳細(xì)探討了道路積水對車輛性能的影響，包括附著系數(shù)、行車能見度和行車速度等方面的變化。最后，提出了應(yīng)對道路積水的措施，強(qiáng)調(diào)了設(shè)計(jì)的合理性、駕駛員行為的注意事項(xiàng)以及車輛性能的技術(shù)改進(jìn)。通過合理的道路設(shè)計(jì)、駕駛員的謹(jǐn)慎行駛和車輛性能的優(yōu)化，可以有效減少道路積水對車輛安全和交通效率的負(fù)面影響，提高交通的安全性和效率。

關(guān)鍵詞 道路積水；附著系數(shù)；行車速度；安全性

中圖分類號 U416.217文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）02-0186-03

0 引言

隨著城市交通的發(fā)展，道路積水問題愈發(fā)成為影響車輛行駛安全和交通效率的焦點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年發(fā)生的數(shù)百萬起交通事故中多數(shù)是車輛制動不及時(shí)或制動力不足導(dǎo)致的。在雨天，路面從干燥狀態(tài)變?yōu)槌睗窕蚍e水狀態(tài)，導(dǎo)致輪胎的抓地性能下降使車輛制動不及時(shí)或制動力不足，很容易引發(fā)事故[1]。當(dāng)達(dá)到臨界車速時(shí)，甚至?xí)a(chǎn)生“滑水現(xiàn)象”[2]。“部分滑水現(xiàn)象”會大大影響車輛的制動性能和操縱穩(wěn)定性，使車輛難以受駕駛員控制，導(dǎo)致碰撞或翻轉(zhuǎn)等危險(xiǎn)狀況發(fā)生。因此，研究車輛在雨天積水路面上的各項(xiàng)性能對于車輛安全行駛是非常必要的[3]。

1 道路積水的原因分析

1.1 設(shè)計(jì)計(jì)算誤差大

（1）在設(shè)計(jì)路面排水時(shí)要計(jì)算匯水量和排水量，由于各個(gè)地區(qū)的降雨量不同，不能一張藍(lán)圖繪到底，應(yīng)根據(jù)不同路段情況計(jì)算設(shè)計(jì)雨污水的管徑。

（2）對于道路的橫坡和縱坡坡度，應(yīng)因地制宜地設(shè)置，不可全設(shè)置為縱坡或橫坡，不同區(qū)域有著不同的排水方式。

（3）道路排水大部分是“點(diǎn)排式”，暴雨時(shí)，雨水篦子難以快速排水，在實(shí)際中還會被落葉、垃圾等雜物堵塞，大幅降低排水能力。

1.2 城市規(guī)劃設(shè)計(jì)不合理

（1）在城市的發(fā)展過程中，會出現(xiàn)雨污混流的情況，目前許多城市采取了將雨水排入污水管道的方式，以實(shí)現(xiàn)雨污分流。在城市面臨強(qiáng)降雨的情況下，這種做法會導(dǎo)致排水不暢。雨水流入污水管道的流入口被堵塞，而臨時(shí)放開污水口又會出現(xiàn)水質(zhì)污染的情況，使得城市管理進(jìn)退兩難。

（2）雨污水管道存在標(biāo)高不協(xié)調(diào)的問題，有些區(qū)域低于排水口。而在施工過程中又不好解決該問題，遇到大雨時(shí)，會導(dǎo)致排水不暢，甚至出現(xiàn)倒灌的現(xiàn)象。

1.3 施工質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)

（1）在施工過程中，路面的標(biāo)高和坡度常常是粗放的，缺乏精準(zhǔn)的定點(diǎn)調(diào)整，需要依賴下一層施工進(jìn)行的調(diào)整來糾正偏差。若下一層施工工作不精細(xì)，無法將標(biāo)高和坡度調(diào)整回來，會導(dǎo)致排水不暢，路面出現(xiàn)積水。另外，在道路建設(shè)過程中，若添加灰土的方法不規(guī)范，灰土的用量不足、拌和不均勻，或者使用鈣鎂含量不達(dá)標(biāo)的石灰，都可能導(dǎo)致道路開裂下陷，進(jìn)而引起道路積水的問題。

（2）在施工過程中，若未按要求對收水口周圍處理，或者未按要求在集水井周圍進(jìn)行加灰夯實(shí)，一次填筑過厚且壓實(shí)度不達(dá)標(biāo)，就會導(dǎo)致后期地面塌陷的問題。在施工過程中，必須嚴(yán)格遵循規(guī)范要求，確保收水口周圍進(jìn)行正確施工，并在集水井周圍進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮粚?shí)作業(yè)。

（3）路基的設(shè)計(jì)和施工對道路的使用和維護(hù)具有重要影響。若路基設(shè)計(jì)和施工不達(dá)標(biāo)，道路在使用過程中很容易出現(xiàn)車轍，導(dǎo)致出現(xiàn)路面積水。在建設(shè)階段路面存在許多車轍，雨天時(shí)就會明顯看到縱向條狀積水，導(dǎo)致每次行車會遇到嚴(yán)重的積水情況。嚴(yán)重的積水路面影響行車安全，還加速了路面的損壞。在路基的設(shè)計(jì)和施工過程中，必須嚴(yán)格遵循規(guī)范要求，確保路面的平整度和排水性能，以免車轍和路面積水的發(fā)生。

（4）在水泥穩(wěn)定碎石的施工過程中，級配不合理、使用不合格的材料或者把關(guān)不嚴(yán)，可能導(dǎo)致無法形成密實(shí)的骨架結(jié)構(gòu)。不密實(shí)的骨架結(jié)構(gòu)受水泥穩(wěn)定碎石承載層特性的影響會在后期使用時(shí)引起道路路面下陷和形變問題。若水泥穩(wěn)定材料的壓碎值超過了合理范圍，在承受路面應(yīng)力時(shí)，道路容易發(fā)生縱向裂縫和下陷等問題。另外，水泥穩(wěn)定碎石的施工過程中，材料的配比和養(yǎng)護(hù)方面也是非常重要的因素，該種半剛性材料非常堅(jiān)固，但如果養(yǎng)護(hù)時(shí)間過長或者失水嚴(yán)重，會導(dǎo)致橫向裂縫出現(xiàn)。隨著時(shí)間的推移，這些裂縫可能會變得越來越大。當(dāng)雨水滲入道路表面時(shí)，會導(dǎo)致瀝青面層發(fā)生反射性裂縫，會對道路的使用帶來極大不便，并且可能會導(dǎo)致道路下陷。為了確保道路的長期使用，必須遵循適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)方法，以減少這種問題的發(fā)生。

（5）瀝青面層的施工會直接影響道路的平整度，是預(yù)防路面積水問題的關(guān)鍵步驟。若在實(shí)際施工過程中試驗(yàn)段的參數(shù)沒有正確把握、級配不合理、攤鋪溫度控制不準(zhǔn)確，就會出現(xiàn)瀝青離析、路面不平整、滲水情況不理想等問題。

2 道路積水對車輛性能的影響

2.1 對車輛附著系數(shù)的影響

附著系數(shù)φ是路面對輪胎切向反作用力的極限值FXmax與路面對輪胎法向反作用力FZ之比[4]，即：

（1）

附著力Fφ是路面對輪胎切向反作用力的極限值[5]，即：

Fφ=FXmax=FZφ （2）

附著系數(shù)的數(shù)值主要由輪胎構(gòu)型、路面材料、胎面花紋以及車速等因素決定。一般干燥的水泥路面瀝青路面的附著系數(shù)更高一些，而在有積水或者雪地等路況下附著系數(shù)會降低，典型路面附著系數(shù)如表1所示。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)測定得知，在良好平整的瀝青路面上，帶有胎面花紋的輪胎具有比光滑胎面或細(xì)花紋無排水溝槽的輪胎更優(yōu)越的附著性能。在水層深度超過溝槽深度的情況下，流體動力學(xué)原理表明，光滑胎面或無排水溝槽的輪胎容易發(fā)生滑水現(xiàn)象，此時(shí)動水壓力的升力分量等于作用于輪胎的垂直載荷，因此車速和平均接地壓力的平方根成正比?；F(xiàn)象會降低胎面與地面的附著能力，從而影響車輛的制動、轉(zhuǎn)向等性能。

2.2 對行車能見度的影響

行駛中遇到積水會引起鏡面效應(yīng)，嚴(yán)重影響駕駛員的視線，尤其在夜間，強(qiáng)烈的燈光會使情況更加凸顯。此外，車輪濺起的積水會形成水霧，特別是大貨車濺起的水花會對后方行駛的車輛造成視線阻礙，影響駕駛員的視線能見度，進(jìn)而影響對前車轉(zhuǎn)向和尾燈的觀察。車輛速度越快，出現(xiàn)水霧情況越明顯，嚴(yán)重威脅車輛行駛的安全。

2.3 對行車速度的影響

城市交通在運(yùn)行過程中，遇到雨天最顯著的影響就是車速降低，在車輛集中、積水較深的地方極易發(fā)生擁堵甚至交通癱瘓。道路交通系統(tǒng)內(nèi)部有多種不同等級道路，在強(qiáng)降雨天氣影響下，不同等級道路上積水的平均行程長度變化也存在較大差異。在平峰時(shí)段，無論大雨還是小雨天氣，積水相較于主干路和其他路，快速路的速度降低值和折減率都要偏大；在大雨天氣下，各等級道路積水導(dǎo)致車輛受到的速度折減情況更加明顯，尤其快速路所受到的影響最大。

3 應(yīng)對道路積水的措施

3.1 注重設(shè)計(jì)的合理性

道路設(shè)計(jì)部門設(shè)計(jì)前需了解當(dāng)?shù)氐臍夂蚯闆r、降雨量情況和土質(zhì)情況，以及工程道路的布設(shè)形式和雨污水管網(wǎng)的布設(shè)和管徑設(shè)計(jì)。此外，可以通過合理創(chuàng)新將排水方式從“點(diǎn)排式”變?yōu)椤熬€排式”，通過增大排水面積來避免道路積水問題。即可以通過在道路兩側(cè)增加形槽體，將水沿著路面橫坡匯集到形槽內(nèi)，然后再通過排水管道排出，具體方案如圖1和圖2所示。同時(shí)，還需要合理設(shè)置雨水篦子，尤其是在容易積水的位置安裝雙篦子，以提高排水能力，并選擇不易堵塞的雨水篦子。對于需要的地方，可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整縱向和橫向坡度，計(jì)算匯水量和排水時(shí)間。

3.2 提高駕駛員技術(shù)水平

（1）確認(rèn)車輛底盤的高度。當(dāng)積水高度低于輪胎的一半時(shí)，駕駛員應(yīng)先觀察其他涉水車輛能否安全通過，以判斷地面是否存在深坑或障礙物。不應(yīng)直接強(qiáng)行涉水通過，以免排氣管進(jìn)水。此外，道路上的積水通常帶有雜物，部分污漬可能隨積水進(jìn)入底盤，附在底盤縫隙內(nèi)。未及時(shí)清理可能導(dǎo)致底盤銹蝕，引起不必要的問題。對于密封性差的車燈，積水易進(jìn)入車燈內(nèi)部，影響整體燈光效果。因此，在行駛途中發(fā)現(xiàn)前方有積水時(shí)，務(wù)必減速或停車觀察，確保車輛底盤與積水面之間的距離，切勿強(qiáng)行通過。

（2）降低開車速度。緩慢開車相對于加速開車濺起的水花要小很多，所以涉水時(shí)在保證水面沒有超過進(jìn)氣口的情況下，低速行駛更加安全。

（3）保護(hù)發(fā)動機(jī)。車輛涉水行駛時(shí)，防止發(fā)動機(jī)進(jìn)水是至關(guān)重要的。雖然車輛設(shè)計(jì)時(shí)為保障防水對電路機(jī)械方面有一定的密封性。但隨著車輛行駛里程的增加或車輛經(jīng)過事故維修，可能導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的防水和密封性下降，長期處于潮濕或積水路段，則會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)受損，受損情況如圖3所示。此外，當(dāng)水面高于發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管道時(shí)，積水可能順著空氣一起進(jìn)入到發(fā)動機(jī)氣缸，由于水不能被壓縮，將會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)不能正常工作，從而出現(xiàn)熄火和噴水現(xiàn)象。

（4）提前開啟雨刷。駕駛員在駕駛車輛進(jìn)入積水路段前，都會先觀察積水的高度及范圍，然后再選擇是否駕駛車輛經(jīng)過該路段。若積水路段路況很差，車輛一經(jīng)入水，濺起的水花會打在前擋風(fēng)玻璃上，會給駕駛員造成嚴(yán)重的視線影響。因此，通過積水路段時(shí)，須提前開啟雨刷，使視線保持清晰，以幫助車輛安全通過。

（5）穩(wěn)住油門。為了確保車輛在積水路面上行駛時(shí)穩(wěn)定且具有足夠的動力，必須保持油門穩(wěn)定。這樣做可以保持排氣管中的壓力氣體，防止水倒灌進(jìn)排氣管導(dǎo)致車輛熄火。在行駛過程中，駕駛員應(yīng)盡量保持慢速勻速行駛，減少中途停車、換擋或急轉(zhuǎn)方向等情況發(fā)生。

3.3 提高車輛性能

車輛制造商可以通過技術(shù)改進(jìn)來提高車輛在積水路面上的穩(wěn)定性和控制性：

（1）優(yōu)化車輛的懸掛和減震系統(tǒng)，應(yīng)優(yōu)化車輛的助力泵轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、主動懸掛控制器，通過對車輛助力轉(zhuǎn)向器、減震、電動泵等相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，得出車輛懸掛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向等對操控造成的影響。借助數(shù)據(jù)分析可以更好地對車輛的轉(zhuǎn)向機(jī)行駛做出優(yōu)化調(diào)整，保證車輛在積水中運(yùn)行的安全性及操作穩(wěn)定性，使其能更好地適應(yīng)道路積水的顛簸和不平，提高車輛的穩(wěn)定性和控制性。

（2）加強(qiáng)車輛的密封性，特別是發(fā)動機(jī)、底盤部分、車窗部分等，防止水進(jìn)入車輛內(nèi)部對駕駛員的車輛操作產(chǎn)生阻礙，影響車輛的正常運(yùn)行。

（3）安裝防水和防滑裝置，例如橡膠密封件和防滑胎紋，借助輪胎的胎紋增大輪胎與地面的摩擦力，以增加車輛在濕滑路面上的抓地力和牽引力，防止車輛出現(xiàn)打滑情況。

（4）提供可調(diào)節(jié)的離地間隙，使駕駛員能根據(jù)道路積水的深度和情況來調(diào)整車輛的高度，以減少水花的濺起和底盤的淹水風(fēng)險(xiǎn)，最大程度保證積水路段車輛安全性。

4 結(jié)語

道路積水對車輛的影響不容忽視，它會直接影響駕駛員的駕駛行為、車輛的性能。因此，應(yīng)加強(qiáng)日常維護(hù)工作，及時(shí)清理路面上的垃圾并疏通排水系統(tǒng)，特別是在雨季時(shí)期，及早進(jìn)行道路養(yǎng)護(hù)修復(fù)，以防止問題進(jìn)一步惡化。此外，科學(xué)分析積水的原因，并采取有效的措施來處理，以確保公路的行車安全。為了提高道路積水情況下的交通安全和效率，需要采取一系列應(yīng)對措施。通過加強(qiáng)道路排水系統(tǒng)建設(shè)、增強(qiáng)駕駛員的意識和技能以及應(yīng)用智能交通系統(tǒng)技術(shù)，可以有效減少道路積水對車輛的影響，提高交通的安全性和效率。

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收稿日期：2023-10-26

作者簡介：劉志偉（2003—），男，本科在讀，研究方向：道路交通安全。

基金項(xiàng)目：東北林業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目“基于車路協(xié)同的道路積水信息監(jiān)測裝置”（S202310225222）。