道路积水对车辆的影响分析及研究

刘志伟 刘书良 董玮晨 符益闻 赵鹤淞

摘要 文章研究了城市道路积水对车辆行驶安全和交通效率的影响，并提出了相应的解决措施。首先分析了道路积水的原因，包括设计计算误差、城市规划设计不合理和施工质量把关不严等方面。接着详细探讨了道路积水对车辆性能的影响，包括附着系数、行车能见度和行车速度等方面的变化。最后，提出了应对道路积水的措施，强调了设计的合理性、驾驶员行为的注意事项以及车辆性能的技术改进。通过合理的道路设计、驾驶员的谨慎行驶和车辆性能的优化，可以有效减少道路积水对车辆安全和交通效率的负面影响，提高交通的安全性和效率。

关键词 道路积水；附着系数；行车速度；安全性

中图分类号 U416.217文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）02-0186-03

0 引言

随着城市交通的发展，道路积水问题愈发成为影响车辆行驶安全和交通效率的焦点。据统计，我国每年发生的数百万起交通事故中多数是车辆制动不及时或制动力不足导致的。在雨天，路面从干燥状态变为潮湿或积水状态，导致轮胎的抓地性能下降使车辆制动不及時或制动力不足，很容易引发事故[1]。当达到临界车速时，甚至会产生“滑水现象”[2]。“部分滑水现象”会大大影响车辆的制动性能和操纵稳定性，使车辆难以受驾驶员控制，导致碰撞或翻转等危险状况发生。因此，研究车辆在雨天积水路面上的各项性能对于车辆安全行驶是非常必要的[3]。

1 道路积水的原因分析

1.1 设计计算误差大

（1）在设计路面排水时要计算汇水量和排水量，由于各个地区的降雨量不同，不能一张蓝图绘到底，应根据不同路段情况计算设计雨污水的管径。

（2）对于道路的横坡和纵坡坡度，应因地制宜地设置，不可全设置为纵坡或横坡，不同区域有着不同的排水方式。

（3）道路排水大部分是“点排式”，暴雨时，雨水篦子难以快速排水，在实际中还会被落叶、垃圾等杂物堵塞，大幅降低排水能力。

1.2 城市规划设计不合理

（1）在城市的发展过程中，会出现雨污混流的情况，目前许多城市采取了将雨水排入污水管道的方式，以实现雨污分流。在城市面临强降雨的情况下，这种做法会导致排水不畅。雨水流入污水管道的流入口被堵塞，而临时放开污水口又会出现水质污染的情况，使得城市管理进退两难。

（2）雨污水管道存在标高不协调的问题，有些区域低于排水口。而在施工过程中又不好解决该问题，遇到大雨时，会导致排水不畅，甚至出现倒灌的现象。

1.3 施工质量把关不严

（1）在施工过程中，路面的标高和坡度常常是粗放的，缺乏精准的定点调整，需要依赖下一层施工进行的调整来纠正偏差。若下一层施工工作不精细，无法将标高和坡度调整回来，会导致排水不畅，路面出现积水。另外，在道路建设过程中，若添加灰土的方法不规范，灰土的用量不足、拌和不均匀，或者使用钙镁含量不达标的石灰，都可能导致道路开裂下陷，进而引起道路积水的问题。

（2）在施工过程中，若未按要求对收水口周围处理，或者未按要求在集水井周围进行加灰夯实，一次填筑过厚且压实度不达标，就会导致后期地面塌陷的问题。在施工过程中，必须严格遵循规范要求，确保收水口周围进行正确施工，并在集水井周围进行适当的夯实作业。

（3）路基的设计和施工对道路的使用和维护具有重要影响。若路基设计和施工不达标，道路在使用过程中很容易出现车辙，导致出现路面积水。在建设阶段路面存在许多车辙，雨天时就会明显看到纵向条状积水，导致每次行车会遇到严重的积水情况。严重的积水路面影响行车安全，还加速了路面的损坏。在路基的设计和施工过程中，必须严格遵循规范要求，确保路面的平整度和排水性能，以免车辙和路面积水的发生。

（4）在水泥稳定碎石的施工过程中，级配不合理、使用不合格的材料或者把关不严，可能导致无法形成密实的骨架结构。不密实的骨架结构受水泥稳定碎石承载层特性的影响会在后期使用时引起道路路面下陷和形变问题。若水泥稳定材料的压碎值超过了合理范围，在承受路面应力时，道路容易发生纵向裂缝和下陷等问题。另外，水泥稳定碎石的施工过程中，材料的配比和养护方面也是非常重要的因素，该种半刚性材料非常坚固，但如果养护时间过长或者失水严重，会导致横向裂缝出现。随着时间的推移，这些裂缝可能会变得越来越大。当雨水渗入道路表面时，会导致沥青面层发生反射性裂缝，会对道路的使用带来极大不便，并且可能会导致道路下陷。为了确保道路的长期使用，必须遵循适当的养护方法，以减少这种问题的发生。

（5）沥青面层的施工会直接影响道路的平整度，是预防路面积水问题的关键步骤。若在实际施工过程中试验段的参数没有正确把握、级配不合理、摊铺温度控制不准确，就会出现沥青离析、路面不平整、渗水情况不理想等问题。

2 道路积水对车辆性能的影响

2.1 对车辆附着系数的影响

附着系数φ是路面对轮胎切向反作用力的极限值FXmax与路面对轮胎法向反作用力FZ之比[4]，即：

（1）

附着力Fφ是路面对轮胎切向反作用力的极限值[5]，即：

Fφ=FXmax=FZφ （2）

附着系数的数值主要由轮胎构型、路面材料、胎面花纹以及车速等因素决定。一般干燥的水泥路面沥青路面的附着系数更高一些，而在有积水或者雪地等路况下附着系数会降低，典型路面附着系数如表1所示。

经实验测定得知，在良好平整的沥青路面上，带有胎面花纹的轮胎具有比光滑胎面或细花纹无排水沟槽的轮胎更优越的附着性能。在水层深度超过沟槽深度的情况下，流体动力学原理表明，光滑胎面或无排水沟槽的轮胎容易发生滑水现象，此时动水压力的升力分量等于作用于轮胎的垂直载荷，因此车速和平均接地压力的平方根成正比。滑水现象会降低胎面与地面的附着能力，从而影响车辆的制动、转向等性能。

2.2 对行车能见度的影响

行驶中遇到积水会引起镜面效应，严重影响驾驶员的视线，尤其在夜间，强烈的灯光会使情况更加凸显。此外，车轮溅起的积水会形成水雾，特别是大货车溅起的水花会对后方行驶的车辆造成视线阻碍，影响驾驶员的视线能见度，进而影响对前车转向和尾灯的观察。车辆速度越快，出现水雾情况越明显，严重威胁车辆行驶的安全。

2.3 对行车速度的影响

城市交通在运行过程中，遇到雨天最显著的影响就是车速降低，在车辆集中、积水较深的地方极易发生拥堵甚至交通瘫痪。道路交通系统内部有多种不同等级道路，在强降雨天气影响下，不同等级道路上积水的平均行程长度变化也存在较大差异。在平峰时段，无论大雨还是小雨天气，积水相较于主干路和其他路，快速路的速度降低值和折减率都要偏大；在大雨天气下，各等级道路积水导致车辆受到的速度折减情况更加明显，尤其快速路所受到的影响最大。

3 应对道路积水的措施

3.1 注重设计的合理性

道路设计部门设计前需了解当地的气候情况、降雨量情况和土质情况，以及工程道路的布设形式和雨污水管网的布设和管径设计。此外，可以通过合理創新将排水方式从“点排式”变为“线排式”，通过增大排水面积来避免道路积水问题。即可以通过在道路两侧增加形槽体，将水沿着路面横坡汇集到形槽内，然后再通过排水管道排出，具体方案如图1和图2所示。同时，还需要合理设置雨水篦子，尤其是在容易积水的位置安装双篦子，以提高排水能力，并选择不易堵塞的雨水篦子。对于需要的地方，可以根据实际情况调整纵向和横向坡度，计算汇水量和排水时间。

3.2 提高驾驶员技术水平

（1）确认车辆底盘的高度。当积水高度低于轮胎的一半时，驾驶员应先观察其他涉水车辆能否安全通过，以判断地面是否存在深坑或障碍物。不应直接强行涉水通过，以免排气管进水。此外，道路上的积水通常带有杂物，部分污渍可能随积水进入底盘，附在底盘缝隙内。未及时清理可能导致底盘锈蚀，引起不必要的问题。对于密封性差的车灯，积水易进入车灯内部，影响整体灯光效果。因此，在行驶途中发现前方有积水时，务必减速或停车观察，确保车辆底盘与积水面之间的距离，切勿强行通过。

（2）降低开车速度。缓慢开车相对于加速开车溅起的水花要小很多，所以涉水时在保证水面没有超过进气口的情况下，低速行驶更加安全。

（3）保护发动机。车辆涉水行驶时，防止发动机进水是至关重要的。虽然车辆设计时为保障防水对电路机械方面有一定的密封性。但随着车辆行驶里程的增加或车辆经过事故维修，可能导致发动机的防水和密封性下降，长期处于潮湿或积水路段，则会导致发动机受损，受损情况如图3所示。此外，当水面高于发动机进气管道时，积水可能顺着空气一起进入到发动机气缸，由于水不能被压缩，将会导致发动机不能正常工作，从而出现熄火和喷水现象。

（4）提前开启雨刷。驾驶员在驾驶车辆进入积水路段前，都会先观察积水的高度及范围，然后再选择是否驾驶车辆经过该路段。若积水路段路况很差，车辆一经入水，溅起的水花会打在前挡风玻璃上，会给驾驶员造成严重的视线影响。因此，通过积水路段时，须提前开启雨刷，使视线保持清晰，以帮助车辆安全通过。

（5）稳住油门。为了确保车辆在积水路面上行驶时稳定且具有足够的动力，必须保持油门稳定。这样做可以保持排气管中的压力气体，防止水倒灌进排气管导致车辆熄火。在行驶过程中，驾驶员应尽量保持慢速匀速行驶，减少中途停车、换挡或急转方向等情况发生。

3.3 提高车辆性能

车辆制造商可以通过技术改进来提高车辆在积水路面上的稳定性和控制性：

（1）优化车辆的悬挂和减震系统，应优化车辆的助力泵转向系统、主动悬挂控制器，通过对车辆助力转向器、减震、电动泵等相关数据的分析，得出车辆悬挂系统、转向等对操控造成的影响。借助数据分析可以更好地对车辆的转向机行驶做出优化调整，保证车辆在积水中运行的安全性及操作稳定性，使其能更好地适应道路积水的颠簸和不平，提高车辆的稳定性和控制性。

（2）加强车辆的密封性，特别是发动机、底盘部分、车窗部分等，防止水进入车辆内部对驾驶员的车辆操作产生阻碍，影响车辆的正常运行。

（3）安装防水和防滑装置，例如橡胶密封件和防滑胎纹，借助轮胎的胎纹增大轮胎与地面的摩擦力，以增加车辆在湿滑路面上的抓地力和牵引力，防止车辆出现打滑情况。

（4）提供可调节的离地间隙，使驾驶员能根据道路积水的深度和情况来调整车辆的高度，以减少水花的溅起和底盘的淹水风险，最大程度保证积水路段车辆安全性。

4 结语

道路积水对车辆的影响不容忽视，它会直接影响驾驶员的驾驶行为、车辆的性能。因此，应加强日常维护工作，及时清理路面上的垃圾并疏通排水系统，特别是在雨季时期，及早进行道路养护修复，以防止问题进一步恶化。此外，科学分析积水的原因，并采取有效的措施来处理，以确保公路的行车安全。为了提高道路积水情况下的交通安全和效率，需要采取一系列应对措施。通过加强道路排水系统建设、增强驾驶员的意识和技能以及应用智能交通系统技术，可以有效减少道路积水对车辆的影响，提高交通的安全性和效率。

参考文献

[1]马涛， 汤钧尧， 郑彬双， 等. 雨天条件下车辆轮胎与沥青路面间附着特性[J]. 北京工业大学学报， 2022（6）： 635-643.

[2]梁海媚. 沥青路面积水车辙行车安全仿真分析与评价[D]. 西安：长安大学， 2021.

[3]王婷宇， 周梓豪， 杨梦. 高速公路沥青路面积水病害综合处治对策[J]. 湖南交通科技， 2022（1）： 34-36+46.

[4]宋宇航. 沥青路面雨天抗滑性能试验研究[D]. 北京：北京建筑大学， 2023.

[5]孙保海. 市政路面积水问题防治措施研究[J]. 工程与建设， 2022（4）： 1047-1048+1090.

收稿日期：2023-10-26

作者简介：刘志伟（2003—），男，本科在读，研究方向：道路交通安全。

基金项目：东北林业大学大学生创新项目“基于车路协同的道路积水信息监测装置”（S202310225222）。