高速公路波形梁護欄端頭設置問題及優化措施研究

盧云

（廣州市公路實業發展公司，廣東廣州 510650）

高速公路波形梁護欄端頭設置問題及優化措施研究

盧云

（廣州市公路實業發展公司，廣東廣州 510650）

隨著人民生活水平的不斷提高，高速公路建設快速發展，路網日益完善，私家車輛日益增多，行車安全成為重中之重，保障行車安全的交通安全產品顯得十分重要。波形梁護欄是交通安全產品的重要組成部分，但在實際應用中往往重視護欄標準段設計、施工，而忽略護欄端頭的設計、施工。文中分析了高速公路波形梁護欄端頭設置中常見的問題，提出了相應改善措施。

交通安全；波形梁護欄；端頭；優化措施

1 公路護欄安全性能評價新標準及廣東省的響應措施

1.1評價新標準

交通運輸部于2013年12月1日發布實施JTG B05-01-2013《公路護欄安全性能評價標準》（簡稱《B05標準》），作為公路工程行業的基礎類標準，《B05標準》對護欄的安全性能評價適用范圍、圍護等級、評價方法和指標作了明確規定并要求強制執行。其主要內容：

（1）提出了適用于各等級公路的護欄標準段、護欄過渡段、中央分隔帶開口護欄及護欄端頭和防撞墊，建立了較完善的公路護欄防護體系。

（2）新增了護欄過渡段、中央分隔帶開口護欄；對于護欄端頭和防撞墊，增設了設計防護能量為40、640和760 kJ 3個公路護欄防護等級。

（3）強調公路護欄安全性能應采用實車足尺碰撞試驗進行評價，明確規定每種防護等級的護欄標準段、護欄過渡段和中央分隔帶開口護欄均應采用小型客車、大中型客車（包括特大型客車）和大中型貨車3種車型進行實車足尺碰撞試驗。

圖1　立柱錨固外展圓頭式護欄端部結構立面圖（單位：mm）

（4）對安全性能評價指標作了規定，要求護欄同時滿足阻擋、緩沖、導向3項基本功能，并規定了具體指標。

《B05標準》充分吸收和借鑒了國外公路護欄相關標準與先進技術，指標嚴格，其應用實施能提高中國新建高速公路的運營安全水平。至目前為止，只有幾種高等級護欄通過了《B05標準》驗證。

1.2廣東省的響應措施

廣東省交通運輸廳于2014年2月18日組織召開貫徹落實《B05標準》研討會，為進一步提高廣東省高速公路護欄的安全性能，會議決定組織開展護欄設計的安全評估，開展必要的試驗研究，為設計規范的完善和修訂積累經驗。2015年2月，發布粵交基［2015］379號文件廣東省交通運輸廳關于發布實施廣東省公路新型A級波形梁護欄設計通用圖的通知》，研發了公路新型A級波形梁護欄，編制并發布了其設計通用圖，該通用圖原則上適用于廣東省內新建、改擴建高速公路。通用圖以外展式護欄端部為基礎，給出了3種護欄端部處理推薦方案。

方案一為立柱錨固外展圓頭式護欄端部結構。護欄端部立柱加密，間距為1 m，端部末端5根立柱與波形梁板直接連接，無防阻塊。護欄端部逐漸外展使護欄端部遠離行車道（見圖1、圖2）。

圖2　立柱錨固外展圓頭式護欄端部結構平面圖（單位：mm）

方案二為外展地錨式護欄端部結構。護欄大約在15 m范圍內，采用漸變過渡方式使護欄端部遠離行車道（見圖3、圖4）。實際工程應用中可在埋于砼基礎里的波形梁上焊接錨固鋼筋或錨固鋼板，以防波形梁板脫出砼基礎。

圖3　外展地錨式護欄端部結構立面圖（單位：mm）

圖4　外展地錨式護欄端部結構平面圖（單位：mm）

方案三為鋼絲繩錨固外展圓頭式護欄端部結構。采用端部錨固鋼絲繩的方式提供錨固力，鋼絲繩一端連接于波形梁護欄板上，另一端錨固于相鄰立柱底部，采用強度為1 670 MPa的φ18型號鋼絲繩，鋼絲繩預緊力不低于10 k N（見圖5、圖6）。

圖5　鋼絲繩錨固外展圓頭式護欄端部結構立面圖（單位：mm）

圖6　鋼絲繩錨固外展圓頭式護欄端部結構平面圖（單位：mm）

以上三方案僅為推薦，在實際工程實施中，若采用其他端部處理，應保證護欄端部錨固力不小于170 k N。中央分隔帶新型A級波形梁護欄端部應與中分帶開口活動護欄平順銜接，并成為一個整體。

上述3種端頭處理方案還是比較傳統地設置了圓頭式或地錨式端頭，經常會發生圖7、圖8所示事故。圓頭式端頭的吸能作用非常有限，其自身結構限制了其吸能效果，因為不同車輛碰撞圓頭式端頭時速度不一樣，而圓頭式端頭的結構是一樣的，故其不能真正起到吸能的作用。另外，從圖7來看，該端頭并不能阻止波形板插入碰撞車輛的內部。地錨式防撞端頭可對碰撞車輛起到攔截和吸收一部分碰撞能量的作用，但其向地面延伸的結構給碰撞車輛留下了可能騎跨或翻車的隱患，故這種處理方式也不能有效保護失控車輛。

圖7　圓頭式端頭事故形態

圖8　地錨式端頭事故形態

2 波形護欄端頭優化改造的技術背景

（1）防撞端頭處置的重點在護欄起點處，即護欄段的上游或稱迎車面，如設在上橋橋墩迎車面及設在中央分隔帶起終點的護欄端頭。

（2）車輛撞到未經特殊處置的護欄端部時，由于碰撞角度大（基本上是正面相撞），對車輛的導向作用不顯著，緩沖時間短，加速度大，汽車與護欄端部碰撞事故的嚴重程度遠大于汽車與路側刮擦所造成的事故嚴重性。此外，護欄端部因沒有特殊的端頭在其前端保護失控車輛，護欄波形板還可能刺穿車輛或導致車輛傾覆。

（3）鑒于上述原因，護欄端頭設計時應使其具有以下獨特性能：1）失控車輛正面碰撞時具有很好的吸能效果；2）端頭護欄板不會穿透乘客車廂危及乘客安全；3）端頭側板具有很好的導向性能，不會使失控車輛在端頭處因阻絆而突然停住；4）護欄端頭結構連接牢固、整體性好。

3 波形護欄端頭優化改造技術方案

JTG/T D81-2006《公路交通安全設施設計細則》要求對路側波形梁鋼護欄的起、訖點進行端頭處理，指出在填挖路基交界處護欄起點端頭的位置應從填挖零點向挖方延伸20 m，并設置為外展圓頭式。根據這一規定，護欄端頭一般設置在挖方地段，相對護欄標準段來說，考慮端頭防側撞的能力弱一些，重點關注端頭的正面碰撞。

根據目前常見事故形態，依據標準和規范，護欄端頭應滿足以下基本要求：護欄端頭受碰撞后其結構基本保持完好，脫離部件和碎片不得大面積侵入相鄰車道；同時吸收碰撞能量使車輛停止，車輛不能出現掉頭、傾倒、翻車等現象，更要有效保護車內司乘人員。

圖9為參照國外現有護欄端頭，結合國內實際情況改造而成的新型路側上游防撞端頭，該端頭由自潰式立柱、卷板器組、脫鉤約束裝置和二波（三波）波形板等組成。

圖9　新型路側上游防撞端頭

（1）卷板器組由擠壓回彈區、可導向滑動槽、弧線板、二波波形梁板和前端擋板等組成（見圖10）。其中：可導向滑動槽使卷板器沿二波波形梁板長度方向移動；擠壓回彈區通過變頸使波形板展開吸能，能控制展開波形板的運動軌跡；前端擋板可起到吸能作用，同時增加碰撞接觸面積，可有效防止波形板插入車體。

（2）脫鉤約束裝置兩端與自潰式立柱連接，兩端頭的連接處為半封閉形鉤子（見圖11），當被車碰撞時，半封閉形鉤子可順利脫開，使波形梁板展開吸收能量，從而防止車輛翻車、騎跨護欄等。

（3）自潰式立柱由上下兩部分立柱通過螺栓連接而成（見圖12），下端立柱安裝在砼基礎中，通過大小螺栓與上端立柱相連。當受到車輛碰撞時，小螺栓受到撞擊力先被拉斷，上端立柱則以大螺栓為軸旋轉倒地，防止立柱插入碰撞車輛內和碰撞車輛翻轉等。

圖10　卷板器組結構圖

圖11　脫鉤約束裝置結構圖

圖12　自潰式立柱結構圖

路側上游防撞端頭由卷板器組、端頭段和端頭加強段組成，端頭段數量為1組，端頭加強段數量為6組，端部加強段之后是路側標準波形板護欄。設計參數如下：護欄卷板器長0.505 m；端頭段長2 m；端部加強段長12 m；整體護欄總長14.505 m；端部加強段后面是每段4 m的標準波形板護欄與之相連接；端頭段、加強段和標準段之間的連接方式與標準波形板護欄的連接方式一致。圖13為其大樣圖，圖14為效果圖。

圖13　路側上游防撞端頭整體大樣圖（單位：mm）

圖14　路側上游防撞端頭施工完后效果

4 實車碰撞試驗及模擬碰撞效果

為驗證路側上游防撞端頭的實施效果，進行實車碰撞試驗。圖15為1.5 t小汽車以100km/h的速度從行駛方向正面碰撞路側上游防撞端頭的試驗結果，圖16為電腦模擬碰撞效果圖。

圖15　實車碰撞試驗效果圖

圖16　電腦模擬碰撞效果圖

實車碰撞試驗結果如下：護欄端頭除發生扭曲、局部變形外，其余結構基本保持完好；護欄端部的脫離部件和碎片沒有大面積侵入相鄰車道；同時吸收碰撞能量使車輛停止，車輛沒有出現掉頭、傾倒、翻車等現象，有效保護了車內司乘人員。該裝置對保護行車和生命財產安全具有重要作用。

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