淺析公路橋梁防撞護(hù)欄設(shè)計要點(diǎn)

劉 旭

浙江梓丞路橋工程設(shè)計咨詢有限公司 浙江 杭州 310000

防撞護(hù)欄是橋梁的重要組成部分，橋上安裝的被動保護(hù)結(jié)構(gòu)，可以防止不受控制的車輛從橋上墜落，造成傷害或二次交通事故，減少車輛和人員的傷害，同時給駕駛員一定的心理安全感。通過自身的變形或車輛吸收碰撞能量來改變車輛的方向，以防止車輛過橋或進(jìn)入轉(zhuǎn)向軌道，以盡量減少對乘客的傷害。橋梁護(hù)欄的具體設(shè)計需要確定橋梁上部結(jié)構(gòu)截面的布置和寬度，確定防撞護(hù)欄的等級和類型，計算防撞護(hù)欄，確定鋼筋數(shù)量，最后繪制防撞護(hù)欄的設(shè)計方案，并制定相應(yīng)的詳細(xì)說明。

1 公路橋梁防撞護(hù)欄發(fā)展的阻礙

隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，公路橋梁的安全等級和外觀都有了很大提高，但與實(shí)際出需求相比仍存在較大差異。我國規(guī)范中橋梁護(hù)欄主要有三種結(jié)構(gòu)：金屬梁柱式橋梁護(hù)欄、鋼筋混凝土墻式橋梁護(hù)欄和組合式橋梁護(hù)欄。目前主要使用鋼筋混凝土墻式橋梁護(hù)欄和金屬梁柱式橋梁護(hù)欄。鋼筋混凝土墻式橋梁護(hù)欄是具有足夠剛度的堅固圍欄，但結(jié)構(gòu)過于簡單，缺乏創(chuàng)新，車輛的吸收能力較弱，碰撞后容易越過護(hù)欄或造成二次事故。金屬梁柱式橋梁護(hù)欄由多個平行鋼管組成的梁柱屏障，表面看起來非常復(fù)雜，但實(shí)際上是由鋼管組成的，如果要達(dá)到較高防護(hù)能量則護(hù)欄造價較高。組合式橋梁護(hù)欄，上部結(jié)構(gòu)形式多樣，關(guān)鍵在于上部梁柱式結(jié)構(gòu)和下部混凝土墻體結(jié)構(gòu)的鏈接強(qiáng)度，以上這些都阻礙了我國橋梁護(hù)欄的發(fā)展。

模板的焊縫處理不當(dāng)，有裂縫，梁橋的圍欄和混凝土在拉伸時會形成嚴(yán)重的裂縫甚至損壞。如果不及時處理，護(hù)欄的保護(hù)就會減少，從而嚴(yán)重影響道路安全。安裝護(hù)欄時不精細(xì)，內(nèi)縫不緊，控制不善，混凝土表面會造成泥土和雕塑。在橋梁施工時，放線位置不準(zhǔn)確，障礙物的切割不正確或切割深度過低都會導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)裂縫。

公路橋梁護(hù)欄使用的材料不合理，控制不嚴(yán)，橋梁護(hù)欄經(jīng)常出現(xiàn)混凝土條紋、顏色不均勻、多孔、表面干燥后不均勻、各種裂縫甚至損壞等嚴(yán)重問題。這些現(xiàn)象不僅是表面問題，而且是建筑質(zhì)量和安全問題，嚴(yán)重影響了人和車輛的安全和公路的發(fā)展。造成這些現(xiàn)象的主要原因是舊混凝土的使用，混凝土的水灰比控制不當(dāng)，混凝土質(zhì)量不合格。沙子太厚或粘合力不夠，容易造成電池混凝土，氣泡增多。內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)材料質(zhì)量差，它容易生銹和老化，嚴(yán)重影響質(zhì)量，安全性和外觀。此外，施工人員的質(zhì)量意識和安全意識較差，責(zé)任心不強(qiáng)，都會嚴(yán)重影響公路橋梁護(hù)欄的安全和質(zhì)量，應(yīng)引起重視和監(jiān)督。

2 橋梁防撞護(hù)欄的選型

橋梁護(hù)欄本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度保證了防撞護(hù)欄的功能，它必須具有很高的強(qiáng)度，良好的耐久性和易于維護(hù)。在選擇橋梁護(hù)欄類型時，首先要確定防撞程度，然后考慮護(hù)欄的防撞性能，護(hù)欄的變形程度，護(hù)欄的美觀和環(huán)保要求，以及整個生命周期的成本。所選擇的護(hù)欄必須有效地吸收碰撞能量，以防止不受控制的車輛越過橋梁或進(jìn)入相反的車道，正確地引導(dǎo)行駛方向。公路上的典型橋梁護(hù)欄主要有鋼筋混凝土墻式護(hù)欄、金屬梁柱式護(hù)欄和組合式護(hù)欄。鋼筋混凝土墻式橋梁護(hù)欄是一種剛性結(jié)構(gòu)，完全依賴于車輪與混凝土護(hù)欄表面的接觸，并通過沿著混凝土護(hù)欄表面的攀爬，旋轉(zhuǎn)和摩擦吸收能量，防碰撞等級高，防雷能力強(qiáng)，但如果不受控制的車輛碰撞角度大，對車輛和人的傷害很大。金屬梁柱式橋梁護(hù)欄是一種半穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，支柱的彈性變形、保護(hù)支架、防碰撞塊能吸收碰撞能量，對中小型車輛有很好的防碰撞作用，對乘員也有很好的保護(hù)作用，但防碰撞等級較低。組合式橋梁護(hù)欄是混凝土護(hù)欄與梁柱式護(hù)欄的結(jié)合，集合了混凝土護(hù)欄吸能好，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高和梁柱式鋼護(hù)欄通透性、景觀協(xié)調(diào)性好的特點(diǎn)，兼顧了視覺效果和防撞能力。

圖1 鋼筋混凝土墻式橋梁護(hù)欄

圖2 金屬梁柱式橋梁護(hù)欄

圖3 組合式橋梁護(hù)欄

3 影響防撞護(hù)欄外觀質(zhì)量的預(yù)防措施

3.1 鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制

(1)鋼框架的連接質(zhì)量對模型安裝和混凝土質(zhì)量有很大影響，間接影響鋼框架的外觀質(zhì)量。如果骨架連接不直，不僅模型的安裝不直，而且會影響保護(hù)層的厚度，導(dǎo)致鋼或混凝土出現(xiàn)裂縫。因此，骨架的形狀必須從制造到安裝嚴(yán)格控制，以滿足設(shè)計要求。(2)根據(jù)護(hù)欄控制線調(diào)整內(nèi)置鋼筋，為了保證安裝鋼筋時鋼筋的高度，安裝時應(yīng)控制鋼筋接觸長度和梁端長度，小于設(shè)計長度1～2cm，但必須保證與埋地鋼筋的連接長度;為了滿足對線路的要求，有必要注意在安裝配筋和控制距離的方法。安裝鋼筋后，檢查結(jié)構(gòu)軸，并根據(jù)規(guī)范檢查中心的偏差。鋼筋安裝成型后，定位精確，水平垂直，間距均勻，合理拼接，焊接牢固。在實(shí)踐中，不僅要參考設(shè)計尺寸，還要考慮實(shí)際工作中的誤差以及鋼筋的變形和伸長尺寸。這確保了骨架安裝和連接的質(zhì)量。(3)在連接鋼管之前，確定路燈、信號支架等的位置。應(yīng)根據(jù)圖紙要求進(jìn)行標(biāo)記和埋設(shè)，以確保正確的位置和焊縫牢固。接口用膠帶包裹，以防止混凝土在澆注時進(jìn)入管道[1]。

3.2 模板檢查和裝配控制

(1)模板進(jìn)入施工現(xiàn)場后，現(xiàn)場技術(shù)負(fù)責(zé)人檢查模板的幾何形狀以及模板與內(nèi)墻高度的差異。如果圖紙和規(guī)格不符合設(shè)計要求，則不可以使用。(2)裝配模板時，仔細(xì)檢查模板的內(nèi)壁是否光滑干凈，然后均勻涂上一層皮層，技術(shù)負(fù)責(zé)任只有在現(xiàn)場檢查后才能執(zhí)行。(3)在保養(yǎng)模板時，嚴(yán)禁用錘子敲打模板。在運(yùn)輸過程中，每件必須單獨(dú)裝卸，并在干凈的地方均勻涂油，以防止模型生銹。嚴(yán)禁在模板上放置重物，以免模板變形。

3.3 控制水泥的質(zhì)量

如果橋梁護(hù)欄的混凝土為C30，則比例調(diào)整為水泥:砂:石:水=1:1.500:2.670:0.48，水泥是42.5#水泥，中砂用細(xì)骨料。混凝土攪拌由電腦控制混凝土攪拌機(jī)進(jìn)行，混凝土攪拌由兩臺混凝土攪拌機(jī)進(jìn)行。(1)中心實(shí)驗室應(yīng)控制原材料質(zhì)量，清理不合格材料。此外，對混凝土的初凝和終凝時間進(jìn)行詳細(xì)的測定，為脫模成型時間提供了理論依據(jù)。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土的初凝時間為2.5h，終凝時間為6h。(2)在攪拌站，中心試驗室應(yīng)控制混凝土的質(zhì)量，以確保混凝土護(hù)欄質(zhì)量。混凝土運(yùn)至現(xiàn)場后，工地負(fù)責(zé)人應(yīng)再次檢查混凝土的質(zhì)量，確定是否有水化。

3.4 控制澆筑質(zhì)量和振動

(1)混凝土應(yīng)分層澆筑。根據(jù)防撞護(hù)欄的設(shè)計特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)分為三層。采用分層，澆筑第一層，當(dāng)長度達(dá)到2m時，澆筑第二層，以此類推。(2)混凝土振搗時，振動器不得接觸模型(離模型至少5cm)。因為鋼筋太細(xì)，比較密，且護(hù)欄結(jié)構(gòu)較小，所以振動器只能垂直使用，避免在鋼筋中間振搗。建議控制振搗時間，使混凝土不變黑，不出現(xiàn)氣泡，振搗時間不要過長。(3)為了盡量減少混凝土表面的氣泡，用振動器或木板擊打模型外壁，減少混凝土表面的氣泡。

3.5 控制養(yǎng)護(hù)時間

混凝土表面應(yīng)在澆筑后盡快覆蓋，不得損壞和污染混凝土表面。澆水次數(shù)應(yīng)保證混凝土表面濕潤，養(yǎng)護(hù)時間視混凝土強(qiáng)度的增加而定，一般為7天。維護(hù)期過后，涂層將被去除。如果混凝土的強(qiáng)度達(dá)到預(yù)定強(qiáng)度的50%，固定模板鋼筋將移除。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的85%時，拆除模板，以保證護(hù)欄其表面和棱角的完整性。

4 公路橋梁防撞護(hù)欄的創(chuàng)新設(shè)計方法

結(jié)合各種橋梁護(hù)欄的特點(diǎn)，創(chuàng)新設(shè)計了一種新型鋼梁護(hù)欄。傳統(tǒng)混凝土有足夠的剛度，但緩沖能力差，一旦發(fā)生事故，人和車輛都會受到嚴(yán)重傷害。橫梁和柱梁的延展性很強(qiáng)，但不夠堅固，無法保護(hù)中大型車輛。目前，公路需要更多創(chuàng)新的設(shè)計。各種橋梁護(hù)欄特性的組合，需要合適的剛度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和足夠的緩沖能力，這樣可以保護(hù)中大型車輛，避免碰撞及二次事故造成的嚴(yán)重后果。新型鋼梁橋梁護(hù)欄由梁、柱、連接件和基礎(chǔ)組成，只有重視每一個部件，嚴(yán)格的質(zhì)量控制，結(jié)合科學(xué)先進(jìn)的結(jié)構(gòu)，才能保證車身的整體性能。新型剛性梁結(jié)構(gòu)完全由高強(qiáng)度鋼合金和高強(qiáng)度混凝土制成，用于減輕事故多發(fā)段的事故程度和保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)的自身安全，結(jié)構(gòu)新穎，穩(wěn)定，緩沖保護(hù)性強(qiáng)。傳統(tǒng)的梁、柱是均勻分布的，不同型號無法達(dá)到相同的防護(hù)效果。新鋼梁的橫梁將適應(yīng)目前小、中、大型車輛的尺寸，以保護(hù)小、中、大型車輛。新型鋼梁保護(hù)也改變了傳統(tǒng)的壓力鋼柱，采用了新型組合緩沖柱，動能吸收效果好，緩沖能力強(qiáng)。連接器還配備了新的緩沖鎖定裝置，其底座與高性能混凝土相連。這種新型鋼柱的設(shè)計通過了多種車輛的多次碰撞試驗，結(jié)果表明各項指標(biāo)合格，極大地保證了車輛和人員的安全。

為了保證模型的質(zhì)量，進(jìn)行了創(chuàng)新的接頭結(jié)構(gòu)和良好的檢查維護(hù)。防撞桿模型應(yīng)采用5mm厚的優(yōu)質(zhì)鋼材，以保證模型質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，背面設(shè)有兩根垂直增益鋼條，防止模型變形。在安裝模型之前，必須提前將它們組合起來，以確保安裝的成功率。如果有問題，要在固定的位置校正模型，防止方塊模型的移動造成誤差，影響護(hù)欄的質(zhì)量。模型安裝時由小圓木支撐，形成一個系統(tǒng)，使模型成為一個穩(wěn)定的整體。固定位置確定后，固定在欄桿上。加強(qiáng)護(hù)欄模型底邊的密封，澆筑混凝土前進(jìn)行最佳密封試驗，防止圍欄底部對質(zhì)量和外觀造成不利影響。模型安裝后，施工人員要做好檢查和維護(hù)工作，確保鋼結(jié)構(gòu)的安全和質(zhì)量。

隨著高性能混凝土和新型優(yōu)質(zhì)合金鋼的應(yīng)用，混凝土不可避免地被用于護(hù)欄設(shè)計，但普通混凝土無法滿足當(dāng)前的防護(hù)水平。設(shè)計公路橋梁護(hù)欄時，需要高性能混凝土，高性能混凝土是基于混凝土耐久性的新產(chǎn)品，使用壽命可達(dá)100年，它比傳統(tǒng)混凝土具有更高的耐久性、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，高性能混凝土的優(yōu)異性能已被世界各地的相關(guān)工程所認(rèn)可，特別是在道路橋梁、雕塑建筑和高層建筑中。相信在未來，它會逐漸取代日常生活中的普通混凝土。各種鋼材配合使用高性能混凝土外，還有材質(zhì)證明或檢驗報告，保證鋼筋等材料的安全性和合規(guī)性。鋼材應(yīng)有足夠的剛度和穩(wěn)定性，鋼筋加工工藝應(yīng)符合評定試驗標(biāo)準(zhǔn)，外部鋼材采用新型優(yōu)質(zhì)合金鋼，經(jīng)久耐用，硬度是普通鋼材的兩倍。經(jīng)過幾年不老化、不變形、不生銹，延長了結(jié)構(gòu)體的使用壽命，避免了因各種原因造成的后期更換，降低成本，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。除了保證材料的質(zhì)量和效率外，還要保證建筑工人的細(xì)心和認(rèn)真，提升安全質(zhì)量意識，確保施工質(zhì)量和安全[2]。

5 公路橋梁防撞護(hù)欄創(chuàng)新設(shè)計案例研究

5.1 防撞護(hù)欄對于公路橋梁的安全運(yùn)營至關(guān)重要

目前我國的橋梁防撞護(hù)欄結(jié)構(gòu)主要由鋼筋混凝土組成，雖然能在一定程度上保證行車安全，但不能充分發(fā)揮公路橋梁工程的景觀價值，通視性差。因此，在道路橋梁防撞護(hù)欄的設(shè)計中，應(yīng)把實(shí)踐和裝飾結(jié)合起來，從根本上保證橋梁防撞護(hù)欄的結(jié)構(gòu)安全，提高工程整體景觀效果，為生態(tài)文明建設(shè)打下堅實(shí)基礎(chǔ)。

5.2 設(shè)計目標(biāo)

根據(jù)國外引進(jìn)的先進(jìn)設(shè)計理念，公路橋梁防撞護(hù)欄的設(shè)計應(yīng)滿足以下設(shè)計要求:一是確保防撞護(hù)欄的結(jié)構(gòu)安全，并滿足嚴(yán)格的國家標(biāo)準(zhǔn)；二是通透性好，造型美觀，結(jié)構(gòu)新穎簡潔；再次，防撞護(hù)欄的剛性結(jié)構(gòu)給駕駛者帶來壓迫感，最大化駕駛者的視野；第四，合理使用人工帶結(jié)構(gòu)，可以誘導(dǎo)駕駛員的視線，降低交通事故發(fā)生的可能性；五是技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)適用性。保證了后期防撞護(hù)欄的舒適性設(shè)計，降低了運(yùn)維成本。

5.3 方案的設(shè)計

為了提高公路橋梁防撞護(hù)欄的建造和后續(xù)運(yùn)行的整體效率，公路橋梁防撞護(hù)欄的設(shè)計采用透明護(hù)欄結(jié)構(gòu)，以確保駕駛員和車輛成員能夠感受到橋梁和路側(cè)的美感，減少疲勞。在設(shè)計橋梁護(hù)欄時，一定要分析特點(diǎn)，以滿足護(hù)欄的要求。特別是大型懸索橋、斜拉橋等橋梁工程的護(hù)欄屬于連續(xù)的帶狀結(jié)構(gòu)，必須在遠(yuǎn)距離形成和諧之美，護(hù)欄的結(jié)構(gòu)比例、尺寸、色彩、材質(zhì)等屬性不斷優(yōu)化，以保證護(hù)欄本身能與周圍景觀形成合理的連接，選擇合適的護(hù)欄結(jié)構(gòu)材料。

5.4 設(shè)計方案內(nèi)容

護(hù)欄整體高度調(diào)整為980mm，下部采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高度為400mm，欄桿每2m預(yù)留260mm方孔，欄桿上部采用鋼柱組合結(jié)構(gòu)。鋼柱插入底部的預(yù)制混凝土殼體中，上下結(jié)構(gòu)在澆筑混凝土支架中間連接成統(tǒng)一的整體。為確保外部邊界結(jié)構(gòu)具有裝飾性和安全性，將獲得預(yù)期的結(jié)果。對橋梁護(hù)欄的外觀進(jìn)行了優(yōu)化，改變了梁的位置和連接，達(dá)到了最佳的景觀效果。

總之，公路橋梁護(hù)欄是維護(hù)和安全的重要設(shè)施，其設(shè)計和結(jié)構(gòu)關(guān)系到公路的建設(shè)，關(guān)系到國家公路交通的發(fā)展，關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展和人民財產(chǎn)的安全。根據(jù)公路橋梁護(hù)欄的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)，要不斷吸取教訓(xùn)，創(chuàng)新技術(shù)、施工管理、可持續(xù)發(fā)展理念、科學(xué)方法和先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用。確保人民的安全，真正為國家的繁榮富強(qiáng)做出貢獻(xiàn)。