沈山高速公路消隱提升工程護欄改造實施方案

侯 萌

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)

京哈高速公路綏中(冀遼界)至沈陽段(以下簡稱沈山高速公路)建設時期較早，在過去二十余年作為連接東北三省與北京及內陸地區的交通大動脈，對加強遼寧及整個東北地區與關內的政治經濟往來，促進遼寧的對外開放和經濟發展，特別是對促進遼寧省西部地區社會和經濟發展，形成環渤海經濟帶發揮了重要意義。但隨著我國車輛保有量的不斷增長，交通流量呈幾何倍數暴增，尤其是大型貨車比例逐年提高，已經遠遠超過小客車比例；沿線交通安全設施服役時間長，建設期標準已經修訂多次，交通運行特性發生較大改變，難以滿足當前交通運行安全需求。現狀沈山高速公路交通阻滯頻繁，影響了其干線功能的發揮，迫切需要結合目前的設施現狀、交通運行特性、事故特性、天氣影響、管控措施等有針對性地開展消除隱患、提升安全工作，提升交通出行安全與服務水平。針對沈山高速護欄設施的改造提升提出設計方案及實施效果。

1 目前存在的問題

自2000年建成通車以來，沈山高速公路交通量快速增長，2002年以來年均遞增6.6%，2019年交通量達到了90725輛小客車/日，部分路段達到了10萬輛小客車/日，全線服務水平處于三級，部分區域已超過設計服務交通量。在如此龐大的交通量中，大型貨車尤其是重載貨車占比較高，結合事故分析發現大多數交通事故的發生均與貨車相關，且重載貨車是交通事故發生的重要致險因素[1]。近些年發生過多次車輛穿越中分帶護欄的情況，中分帶護欄是按照99版的規范進行的建設，根據中華人民共和國行業標準《高速公路交通工程及沿線設施設計通用規范》(JTG D80—2006)的第5 部分第5.1.2條規定(表1)[2]，護欄的服役年限已超出設計使用年限，其等級按照現行規范來說也偏低，造成了護欄防護能力不足的情況，也不滿足當前交通運行特征的要求，迫切地需要對其進行改造。

表1 交通安全設施各類設備使用年限

2 現狀護欄的調查及適用性

通過現場隨機調查，綏中至盤錦段高速公路中因交通事故損壞扭曲、折曲變形的護欄板不占少數，如再利用需要通過波形板矯形機修復矯正，值得注意的是，修復后波形板物理截面參數會與規范標準值有一定偏差，尤其抗彎模量會有所降低，在一定程度上，護欄防撞能力有所削弱，這部分波形板不建議在沈山高速上再次使用。可以考慮對修復后的波形板加以技術改造后，在其他等級稍低公路上使用。通過沿線調查，護欄板有局部銹蝕現象，但銹蝕程度不高，對護欄板的物理截面參數影響不大，外觀質量總體較好，除銹后防腐可以再利用。通過測量，波形板厚大于3mm(含防腐層)，根據《公路交通安全設施設計細則》[3](JTG/T D81—2017)要求，符合B級護欄板的使用要求。

護欄立柱同波形板一樣，銹蝕程度不高，外觀質量總體較好，由于無法探知管內以及基礎內立柱銹蝕狀況以及壁厚，僅就規范的符合性來討論舊鋼立柱的再利用。根據綏沈高速公路原設計圖紙，中分帶護欄立柱采用Φ114×4mm焊管立柱，路側采用Φ140×4mm焊管立柱，并通過托板與波形板連接。《公路交通安全設施設計細則》[3](JTG/T D81—2017)規定B級鋼護欄立柱為Φ114×4.5mm焊管立柱，顯然中分帶護欄Φ114×4mm焊管立柱不符合規范要求，不能在本高速中使用。路側Φ140×4mm焊管立柱的截面物理參數均大于Φ114×4.5mm立柱，其抗彎、抗折性能優于Φ114×4.5mm立柱，可以使用但僅限于設置B級鋼護欄路段。

綜上所述，既有護欄板及立柱如果直接利用，僅相當于B級鋼護欄，但按照現行規范的要求，高速公路護欄等級不能低于A級，故無法直接利用。全部拆除新建投資過大，結合經濟型考慮，對既有護欄的結構形式進行升級、改造便成為了最佳方案。

3 護欄提升改造方案

根據以往項目經驗，護欄的利用可采取護欄板前后重疊放置、護欄板上下分布安裝、護欄板對扣、加密立柱等方式進行護欄性能的增加，所以在擬定護欄改造方案前，要明確的是護欄防護的對象以及防護的重點方向，從而選取合適的改造方案。需要說明的是，沈山改擴建工程計劃于2022年實施，本次護欄改造作為消除隱患提升安全的工程需要在2021年底前實施完畢，存在著建設工期短的特征，這就要求設計人員在考慮改造方案時，要兼顧材料通用、方便采購、便捷施工。護欄之所以要進行提升，就是因為沈山高速多發車輛穿越中分帶的交通事故，通過研究事故的類型及車型構成，能夠判定穿越中分帶護欄的幾乎都是大型車輛，大型車輛除了質量大以外，重心相比與小型客車更高，無疑加大了跨越護欄的風險，故本次護欄升級改造就是針對重心更高的大型車輛而言，結合改造經濟性和施工難易程度，選取通過新增三波板的方式對護欄防護能力進行加強，即原則上維持既有護欄不變，在其上方增設三波板，通過新增鋼立柱的方式進行連接。具體改造方式如圖1所示，在既有的4m間隔的護欄立柱之間增設1根F130mm鋼立柱，在二波板的上部安裝三波板時，通過防阻塊與新增的立柱進行連接，而下部二波板與新增的立柱也需要通過防阻塊進行連接，需要注意的是連接處需要對二波板進行打孔處理。

從結構形式上看，護欄整體高度加高，立柱間距加密，這種方式不僅將重心更高的大型車納入到防護對象中，還對小型車輛撞擊時產生的護欄形變量進行了減少，形變量的降低尤其在中分帶存在門架等結構物時將發揮至關重要的作用。由此初步判定，該方案針對性強且結構易實現。

根據現行《公路交通安全設施設計規范》(JTG D81—2017)和《公路交通安全設施設計細則》[3](JTG/T D81—2017)相關規定，高速公路中分帶護欄等級一般采用Am級，因沈山高速公路的交通量中，總質量大于或等于25t的車輛自然數所占比例大于20%，按照規定應將中分帶護欄等級從Am級提升為SBm級，即本次提升改造的護欄等級達到SBm級即可。通過與部公路研究院的合作，該結構通過了SBm級的模擬仿真實驗，具備了提升改造的基礎數據。

同時存在著另一個棘手的問題，改造后的五波護欄需要與既有的兩波板護欄過渡連接，因為新老護欄存在高差，這就需要逐漸降低護欄整體高度。具體方案如圖2所示，通過12m將改造后的護欄(二波+三波)高度向下過渡至三波護欄的高度，同時將下部既有二波板通過12m向下過渡，過渡后的二波板設置端頭。需要注意的是，原二波板立柱應根據過渡線型重新打孔，以便于安裝二波板，與新增鋼立柱連接的二波板也需要進行打孔處理。通過降低后的三波板可以與三波板護欄直接連接，再通過TR板進行三波與兩波的過渡，就完成了五波護欄與兩波護欄的過渡連接。

圖2 過渡段護欄立面圖

4 現場實施情況

以上改造方案均在沈山高速消隱提升工程中得到實施(圖3)，通過了遼寧省交投集團、遼寧省高速公路運營公司的肯定。但是還是存在細節上的不足，現場施工人員反饋，防阻塊的螺孔尺寸沒有富裕度，因為現場的既有護欄高度不統一，存在防阻塊與護欄板安裝不上的情況，建議做成可調節的防阻塊。

圖3 沈山高速公路改造后的五波護欄

設計者吸納了該類建議，結合工程實際的經驗，在日后項目加以完善。

5 結語

本次沈山高速護欄改造工程，從判定防護對象到擬定設計方案，到最后現場的順利實施，驗證了設計要從需求出發的原則，只有充分考慮了設計目標，才能做出符合性更強的方案。設計者在進行工程設計的過程中，可以參考以上內容，從需求入手，有針對性地、合理地考慮實施方案，在節約資源的前提下充分發揮設計者的主觀能動性，匹配出最佳設計方案。