高速公路中間帶優化設計方法研究

張 欣，王宏丹

（1.河北省高速公路張涿張家口段臨時籌建處，河北 張家口 075600；2.北京深華達交通工程檢測有限公司，北京 102208）

1 我國高速公路面臨的問題

改革開放以來，我國公路建設迅猛發展，截止到2011年底，全國公路總里程達到398.4×104km，其中高速公路總里程達到8.5×104km，居世界第二位。但隨著公路里程和交通量的不斷增加，公路交通安全的嚴峻形勢也呈現在人們的眼前。高速公路建設的核心應能夠使車輛安全、暢通的行駛，然而一起起觸目驚心的交通事故卻發人深省。

經過對大量交通事故及高速公路通車運營情況調查分析可知，目前我國高速公路面臨著以下幾方面問題。

1.1 中間帶護欄防護設施等級不足

目前我國高速公路大部分整體式路基一般路段中間帶均按照規范規定采用Am級波形梁護欄，即設計能力為160kJ，防護10t貨車以60km／h車速20°角碰撞。然而，從我國交通發展現狀及趨勢來看，高速公路由于其交通流量大、車輛運行速度高（一般為80～120km／h）、車輛大型化（大型車輛約占交通組成的20%～40%）、車輛超載現象較為普遍等特點，大型車輛失控沖破中央分隔帶護欄，闖入對向車道引發二次事故，造成群死群傷的特、重大交通事故屢有發生。

1.2 路基水害嚴重

我國大部分高速公路中間帶采用波形梁護欄配綠化防眩的設計方案，為防止滲水破壞路面，中間帶采取抹水泥砂漿、涂瀝青、增設防滲土工布等措施隔水。然而，這雖然可以起到一定的防水效果，但由于中間帶寬度范圍內壓實度不足、護欄立柱施工破壞防水設施等原因導致綠化灌溉水及雨水沿中間帶區域滲入路基，使路基存在著水害安全隱患。

1.3 現有混凝土護欄在防撞性能上存在一些問題

目前我國采用的混凝土護欄多為美國開發的新澤西護欄，在使用中發現這種形式的護欄在防撞性能上存在一些問題：易發生二次事故，造成車輛內翻；對駕駛員和乘客壓迫感較大；降低了高速公路的行車舒適性等。

基于高速公路面臨的上述技術問題，本文提出中間帶優化技術，旨在通過該項技術在提高行車安全性的同時，解決路基水害問題，并降低公路全壽命周期成本。

2 中間帶構成及主要功能

中間帶是公路整體式路基橫斷面的重要組成部分，由中央分隔帶和兩側路緣帶組成，其主要功能一般有如下幾點：

a）將上、下行車流分開，既可防止因快車駛入對向行車帶造成車禍，又能減少公路中心線附近的交通阻力，從而提高通行能力；

b）可作設置公路標志牌及其它交通管理沒施的場地，也可作為行人的安全島使用；

c）設置一定寬度的中間帶并種植花草灌木或設置防眩網，可防止對向車輛燈光眩目，還可起到美化路容和環境的作用；

d）設于中央分隔帶兩側的路緣帶，由于有一定寬度，既引導駕駛員視線，又增加行車所必須的側向余寬，從而提高行車的安全性和舒適性。

3 現有中間帶設計方法

由上述功能可知，中間帶的寬度越寬作用越明顯，同時也便于養護作業的開展。但從資源利用、經濟性及施工難易度等方面綜合考慮，使用較寬的中間帶是有困難的，所以在我國基本上是采用窄的中間帶。

我國行業標準規范中對中間帶的寬度做出了相應的規定（如表1所示），現有中間帶設計方法（以下簡稱“原設計”）即是以規范值為基礎的。

表1 中間帶設計寬度標準值

以24.5m路基寬度為例，原設計中央分隔帶采用波形梁鋼護欄，中間回填土，表面植草綠化和植樹防眩方案，左側路緣帶和中央分隔帶之間設置路緣石，如圖1所示。

圖1 24.5m路基橫斷面布設及中間帶設計圖

4 需求分析

由上述分析可知，目前我國高速公路中間帶設計面臨著以下幾方面問題。

一是波形梁護欄防護能力低，車輛穿越中分帶造成群死群傷事故屢見不鮮。

二是中間帶護欄采用植樹綠化，水害嚴重。

目前，我國高速公路整體式路基中間帶約80%采用波形梁護欄，下設通訊管線，上為綠化防眩。為防止滲水破壞路面，中間帶以防水為主，采取抹水泥砂漿、涂瀝青、增設防滲土工布等措施隔水。然而，這雖然可以起到一定的防水效果，卻存在著水害安全隱患，表現為：

a）路基施工階段，中央分隔帶范圍因不在行車道范圍內，質量控制不嚴，導致中間帶區域壓實度不足、孔隙率大、滲水不能及時排出，為路基的穩定埋下隱患；

b）D81中規定，中央分隔帶波形梁護欄立柱埋深為1.4m，護欄立柱在施工中往往破壞了中央分隔帶的防水設施，形成雨水下滲通道，且當波形梁護欄立柱蓋帽丟失或損壞時，立柱即成了匯水通道，加劇了雨水對路基的破壞；

c）綠化帶滲水使路基處于潮濕狀態，路基強度降低，凍融造成路基翻漿，使路面松散、破壞。

三是中央分隔帶綠化養護成本大，并且養護時存在安全隱患。

基于上述三個方面，公路中間帶優化設計研究需解決三個主要問題，即安全性、水害、養護及周期成本。

5 中間帶優化設計關鍵指標選取

高速公路中間帶由中央分隔帶和兩側左側路緣帶組成，中間帶優化設計關鍵指標即是對中央分隔帶及路緣帶指標的選取。由表1可知，以24.5m路基寬、80km／h設計速度為例，中央分隔帶寬度一般值為2m，左側路緣帶寬度一般值為0.5m。

本工程中間帶優化設計方法研究的核心即是通過對中央分隔帶護欄的優化，從而對中央分隔帶的寬度進行優化，即將原設計的波形梁護欄（占用寬度2m）優化為混凝土護欄（寬度50cm），在保持行車道和土路肩寬度不變的前提下將優化節省的寬度用于增加行車的有效寬度，從而滿足不同的公路安全要求。

6 中間帶優化設計方法研究

下面以24.5m路基為例，對中間帶優化設計方法進行研究。

6.1 橫斷面布設方法

中間帶優化設計是將中央分隔帶的寬度由2m壓縮為1m，從而需對路基橫斷面進行重新布設。由于行車道寬度、土路肩寬度及路緣帶寬度均不可調整，因此根據中央分隔帶節省的1m空間可按兩種方式進行分配：

a）將節省的1m空間用來增加硬路肩的寬度，則硬路肩的寬度由250cm增加到300cm；

b）將節省的1m空間用來增加左側路緣帶的寬度，則左側路緣帶的寬度由50cm增加到100cm。

6.2 中央分隔帶護欄設計方法

中間帶優化設計的核心也是對中央分隔帶護欄的優化設計，即采用占地面積小、防撞等級高的混凝土護欄代替原設計的波形梁護欄。目前，我國已使用的混凝土護欄多為美國開發的新澤西護欄，如圖2所示，但在使用中發現這種形式的護欄在防撞性能上存在一些問題，如易發生二次事故、對駕駛員和乘客壓迫感較大、降低了高速公路的行車舒適性等。

圖2 新澤西護欄

基于上述問題，中央分隔帶護欄優化設計時，應滿足以下幾項技術要求：

a）防護等級高（高于Am級）；

b）底寬?。ú怀^50cm）；

c）結構設計安全合理（不能造成車輛內翻或翻越，且不給駕駛人員造成壓迫感）；

d）充分考慮使用年限內，公路大中修罩面需求（護欄高度滿足路面罩面需求）。

為了滿足上述要求，經試驗研究，中央分隔帶護欄可采用以下兩種形式（如圖3所示）：

a）單坡面混凝土護欄 以廣西桂柳高速公路為依托工程研發而成，該護欄具有造價低、占地少、防護能力強、維修養護費用低等優點，特別是對于山嶺重丘區路基寬度較窄、中央分隔帶寬度小于2m的高速公路，意義更是重大；

b）閔華型混凝土護欄 以福建某高速公路為依托工程研發而成，該護欄性質與單坡面混凝土護欄相似。

圖3 新型混凝土護欄

6.3 左側路緣帶設計方法

由上述可知，中間帶優化設計后，中央分隔帶護欄采用底寬較小的混凝土護欄，左側路緣帶除提供側向余寬的功能外，還對混凝土護欄基礎起嵌固作用。目前，我國大部分高速公路為瀝青路面結構，左側路緣帶與行車道路面結構設計一致。

一般情況下，混凝土的抗壓強度大于瀝青，所以混凝土結構嵌固基礎的穩定性高于瀝青路面嵌固基礎形式，且混凝土結構的建設成本低于瀝青結構，因此，中間帶優化設計時，可將護欄兩側的路緣帶設計為混凝土結構，在保證護欄基礎穩定性的基礎上，也降低了工程造價。

6.4 路基段排水設計方法研究

優化設計后，由于一般路基段中間帶不存在植樹綠化、填土等設施，可將基層及底基層沿橫向貫通，整個路幅雨水靠路面坡度向路側自然排出，因此可取消原設計中央分隔帶排水設施。

而對于超高路段外側半幅路面排水可采用集中排水方式進行排水，即在靠近中央分隔帶護欄的位置設置縱向中溝及集水井，并通過集水井底設置的橫向排水管將路面水排出路側；同時也取消了原中央分隔帶綠化帶內的排水設施。

實踐證明，該種設計方法既能滿足路面排水需求，也大大降低了降雨滲水對路基的影響，避免了路基水害問題。

7 原設計與優化設計方案對比分析

中間帶原設計方案主要包括波形梁護欄、中分帶填土、植樹植草綠化路緣石及中分帶排水系統等；優化設計方案包括單坡面混凝土護欄、防昡板，兩側優化的路面結構（包括面層，基層和底基層等）層等?，F將兩種方案的技術指標、性能指標及運營后使用效果對比如下（見表2）。

表2 中間帶優化設計方案與原設計方案的對比分析

表2（續）

綜上所述，中間帶優化設計方法較原設計有較大的提高，不僅滿足行車安全性的需求，還可以減少路基水害、增加道路通行能力、以及維修養護費用低等優點，與我國高速公路發展趨勢相一致。

8 結語

中間帶優化設計方法的核心即是對中央分隔帶護欄的設計研究。中間帶優化設計方法的應用，以實現提高了護欄的防護等級，滿足行車安全性需求、有效緩解了路基水害問題、降低公路全壽命周期成本、提高道路通行能力為目的。

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