高速公路護(hù)欄立柱埋深安全性分析

李喆

摘要 高速公路護(hù)欄是關(guān)系到交通安全的重要措施，公路護(hù)欄的立柱是承受車輛駛出路外沖擊力的主體，立柱的埋深決定了交通的安全性。文章采用沖擊彈性波法對(duì)公路護(hù)欄立柱進(jìn)行無損檢測(cè)，通過沖擊彈性波法的檢測(cè)原理以及檢測(cè)步驟，得到高速公路護(hù)欄立柱埋深的檢測(cè)方案。依托京哈高速公路段護(hù)欄檢測(cè)項(xiàng)目，基于沖擊彈性波法，對(duì)該公路段波形護(hù)欄的立柱埋深進(jìn)行無損檢測(cè)，得到該公路段護(hù)欄立柱埋深合格率為91%，波形護(hù)欄安全性符合規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞 高速公路;波形護(hù)欄;立柱埋深;安全性分析

中圖分類號(hào) U417.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）13-0050-03

0 引言

高速公路波形防撞護(hù)欄是車輛高速行駛的安全保證，是駕駛員生命安全的最后一道防線。因此要求波形護(hù)欄必須具有抵抗沖擊力的能力，護(hù)欄的安全性與立柱的埋置深度相關(guān)[1]。護(hù)欄長度達(dá)到2.3 m左右，但外露長度僅為1 m，其地下部分為典型的隱蔽工程。所以對(duì)立柱埋深的檢測(cè)很困難，需要在不破壞護(hù)欄整體結(jié)構(gòu)的情況下進(jìn)行檢測(cè)，要求立柱埋深的檢測(cè)必須采用無損檢測(cè)技術(shù)。無損檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)方便、快捷但檢測(cè)精度較低，因此需要新型無損檢測(cè)技術(shù)提高檢測(cè)精度[2]。該文基于沖擊彈性波法，依托京哈高速公路段護(hù)欄檢測(cè)項(xiàng)目，對(duì)護(hù)欄立柱埋深安全性進(jìn)行分析。

1 鋼制護(hù)欄立柱埋深檢測(cè)原理

1.1 檢測(cè)方法

1.1.1 現(xiàn)場(chǎng)拔樁法

即使用拔樁設(shè)備將已經(jīng)安裝好的鋼制護(hù)欄拔出，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定立柱埋深，檢測(cè)完成后，再將拔出的鋼制護(hù)欄進(jìn)行安裝。這種方法屬于有損檢測(cè)的范疇，破壞護(hù)欄結(jié)構(gòu)本身，該種方法測(cè)試精度高且檢測(cè)步驟簡單，但是使用拔樁設(shè)備直接拔出護(hù)欄易破壞邊坡和路基的整體穩(wěn)定性，并且需要大量檢測(cè)人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，無法作為日常檢測(cè)方法。

1.1.2 沖擊彈性波無損檢測(cè)法

即在不破壞鋼制護(hù)欄結(jié)構(gòu)本身的前提下，基于沖擊彈性波檢測(cè)原理，通過傳感器對(duì)沖擊彈性波反射信號(hào)的采集，對(duì)鋼制護(hù)欄立柱埋深進(jìn)行檢測(cè)。無損檢測(cè)方法與現(xiàn)場(chǎng)拔樁法相比，檢測(cè)精度較高，對(duì)路基和邊坡無破壞，操作簡便且需要檢測(cè)人員較少，能夠作為鋼制護(hù)欄立柱埋深的日常檢測(cè)方法[3]。

1.2 沖擊彈性波無損檢測(cè)原理

沖擊彈性波法測(cè)定鋼制護(hù)欄立柱埋深的檢測(cè)原理是依據(jù)沖擊彈性波的反射特性，通過在立柱頂端放置自動(dòng)激振裝置。在實(shí)際的測(cè)試中，可以利用1個(gè)頻道的重復(fù)反射法測(cè)試，適合短立柱的測(cè)試。也可以利用2個(gè)頻道的單一反射法測(cè)試，適合長立柱的測(cè)試。如圖1所示，EDMA中將這2種測(cè)試方法合并，采用的是2個(gè)通道的測(cè)試方法，只是在數(shù)據(jù)處理方式上加以區(qū)分。

沖擊彈性波法測(cè)定護(hù)欄立柱埋深的檢測(cè)原理依據(jù)沖擊彈性波的反射特性，如圖2所示。在立柱頂部安裝自動(dòng)激振裝置，通過激振在立柱頂部截面上發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，產(chǎn)生沖擊彈性波。彈性波傳遞至立柱底部時(shí)發(fā)生反射，產(chǎn)生反射信號(hào)。同時(shí)儀器在另一端接收到彈性波反射信號(hào)，通過數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)沖擊彈性波在立柱內(nèi)的傳播周期進(jìn)行分析，結(jié)合鋼制護(hù)欄的波速以及立柱的外露長度，能夠計(jì)算出立柱長度及立柱埋深。

如圖2所示，利用首次反射信號(hào)，根據(jù)其傳播時(shí)間按式（1）即可計(jì)算出立柱長度和埋深。

式中，L——立柱長度;LS——傳感器與立柱頂部間距離;TR——反射波到達(dá)時(shí)刻;TS——發(fā)振波到達(dá)時(shí)刻;V——在立柱中的彈性波波速，在該系統(tǒng)中采用P波。其波速可以通過式（2）計(jì)算或?qū)崪y(cè)。

式中，E——立柱材料的彈性模量，一般在200～

210 GPa之間;ρ——立柱材料的密度。

2 鋼制護(hù)欄立柱埋深檢測(cè)設(shè)備及步驟

2.1 檢測(cè)設(shè)備

檢測(cè)設(shè)備采用IE鋼制護(hù)欄立柱埋深檢測(cè)儀，設(shè)備組成如圖3所示。該設(shè)備包括儀器主機(jī)、工業(yè)平板、2個(gè)S305M傳感器、磁性卡座、電荷電纜以及自動(dòng)激振裝置。

2.2 測(cè)試準(zhǔn)備

（1）打開鋼制護(hù)欄柱帽，使用銼刀將激振裝置安裝位置打磨平整。激振控制器與激振頭通過電荷電纜相連接，將激振裝置安裝在立柱頂部，安裝時(shí)保證激振頭輕輕接觸立柱端面。避免安裝在焊縫位置，激振頭中心打擊在立柱端面中心位置。

（2）將兩個(gè)S305M傳感器分別與磁性卡座及電荷電纜相連接，再將電荷電纜與主機(jī)CH0及CH1通道相連接，最后將主機(jī)與工業(yè)平板相連接。

（3）將傳感器組裝套件放在立柱對(duì)應(yīng)位置，CH0通道安裝在距離立柱頂端10 cm處，CH1通道安裝在距離立柱頂端60 cm處，保證激振頭與兩個(gè)傳感器套件在同一豎直線。

2.3 數(shù)據(jù)采集

（1）在工業(yè)平板中打開數(shù)據(jù)采集軟件，設(shè)置檢測(cè)項(xiàng)目保存文件夾，點(diǎn)擊確定按鈕，進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。點(diǎn)擊保存名稱按鈕，按照立柱編號(hào)進(jìn)行設(shè)置，點(diǎn)擊保存[4]。

（2）基本參數(shù)設(shè)置，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際選擇立柱種類，激振方式選擇柱頂激振，檢測(cè)項(xiàng)目選擇柱長及埋深測(cè)試。量取柱內(nèi)、柱外外露長度，依據(jù)設(shè)計(jì)書設(shè)置立柱長度，點(diǎn)擊OK，完成參數(shù)設(shè)置。

（3）點(diǎn)擊零點(diǎn)標(biāo)定按鈕，標(biāo)定3次，電壓小于0.05 V表明儀器可用，進(jìn)入數(shù)據(jù)采集，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集按鈕，在10 s內(nèi)點(diǎn)擊激振控制器打擊產(chǎn)生波形，得到波形明顯的數(shù)據(jù)后點(diǎn)擊保存數(shù)據(jù)按鈕，保存5～8組有效數(shù)據(jù)即可。

3 高速公路護(hù)欄立柱埋深安全性分析

3.1 檢測(cè)項(xiàng)目概況

依托京哈高速公路段護(hù)欄工程改造項(xiàng)目，對(duì)京哈高速段鋼制護(hù)欄進(jìn)行立柱埋深檢測(cè)，起始樁號(hào)為K257+012

～K264+056。依據(jù)北京地標(biāo)要求，對(duì)于中央分隔帶的立柱，抽檢頻率一般不低于15%。對(duì)于一般路段兩側(cè)的立柱，抽檢頻率不低于20%。對(duì)于連續(xù)下坡路段、路基高填方路段、線形指標(biāo)偏低等特殊路段兩側(cè)的立柱，抽檢頻率不低于30%，且每檢測(cè)路段不少于20根。該公路段護(hù)欄立柱包含土中埋入立柱以及混凝土中立柱兩類，故抽檢23根立柱，其中土中埋入立柱為18根，混凝土中立柱為5根。土中埋入立柱設(shè)計(jì)長度分為2.38 m、2.67 m、2.63 m三類，混凝土中立柱設(shè)計(jì)長度為1.68 m、1.63 m兩類。

3.2 沖擊彈性波法檢測(cè)京哈高速護(hù)欄立柱埋深

3.2.1 確定鋼制護(hù)欄標(biāo)定波速

根據(jù)沖擊彈性波法測(cè)定鋼制護(hù)欄立柱埋深檢測(cè)原理，需要對(duì)京哈高速的護(hù)欄進(jìn)行波速標(biāo)定，通過對(duì)護(hù)欄外觀材質(zhì)巡檢，得到該公路段內(nèi)護(hù)欄狀況良好，護(hù)欄本身基本無銹蝕，護(hù)欄埋入材料性質(zhì)良好[5]。依據(jù)實(shí)際工程檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)護(hù)欄標(biāo)定波速進(jìn)行取值，如表1所示，由于該公路段護(hù)欄質(zhì)量良好，故將土中埋入立柱波速取5.18 km/s，混凝土中立柱波速取中指5.14 km/s。

3.2.2 檢測(cè)結(jié)果分析

通過沖擊彈性波無損檢測(cè)法對(duì)京哈高速K257～K264段公路波形防撞護(hù)欄進(jìn)行抽檢，得到23根護(hù)欄檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

由表2京哈高速公路波形護(hù)欄檢測(cè)結(jié)果可得，土中埋入立柱的長度要大于混凝土中立柱的長度。在18根土中埋入立柱檢測(cè)長度結(jié)果中，14根立柱長度達(dá)到設(shè)計(jì)長度要求，占比達(dá)到77.8%，未達(dá)到設(shè)計(jì)長度的4根立柱，檢測(cè)長度達(dá)到設(shè)計(jì)長度的99%以上，可以認(rèn)為土中埋入立柱長度滿足檢測(cè)要求。在5根混凝土中立柱檢測(cè)長度結(jié)果中，5根立柱長度達(dá)到設(shè)計(jì)長度的99%以上，滿足混凝土立柱長度檢測(cè)要求。由此可得，該公路段波形護(hù)欄長度全部合格。

該公路段土中埋入立柱設(shè)計(jì)長度分別為2.38 m、2.67 m、2.63 m，根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1—2017），確定土中埋入立柱的設(shè)計(jì)埋深分別為1.38 m、1.67 m、1.63 m，其中14根立柱埋深到達(dá)檢測(cè)要求，占比77.8%，4根未達(dá)到設(shè)計(jì)埋深的立柱中，2根到達(dá)設(shè)計(jì)埋深的99%可以認(rèn)為合格，另外2根僅達(dá)到設(shè)計(jì)埋深的85%不滿足檢測(cè)要求。混凝土中立柱設(shè)計(jì)長度分別為1.38 m、1.63 m，確定設(shè)計(jì)埋深為0.38 m，5根混凝土中立柱埋深符合設(shè)計(jì)埋深要求，屬于合格產(chǎn)品。因此，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可得，該公路段波形護(hù)欄立柱埋深合格率為91.3%，大于規(guī)范要求的90%合格率，該公路波形護(hù)欄立柱埋深符合安全性要求。

4 結(jié)論

綜上所述，沖擊彈性波法在不破壞護(hù)欄整體性的前提下，能夠完成高速公路波形護(hù)欄立柱埋深的檢測(cè)。依托鋼制護(hù)欄立柱埋深無損檢測(cè)設(shè)備，分析鋼制護(hù)欄立柱埋深檢測(cè)原理及檢測(cè)步驟。以京哈高速公路波形護(hù)欄檢測(cè)項(xiàng)目為例，使用立柱埋深無損檢測(cè)設(shè)備對(duì)23根護(hù)欄埋深進(jìn)行無損檢測(cè)，其中21根立柱埋深滿足檢測(cè)要求，根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1—2017），京哈高速公路護(hù)欄安全性符合規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)

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