高速公路新型護欄改造技術(shù)創(chuàng)新及應(yīng)用探討

摘要 通過對某高速既有護欄的分析，依據(jù)《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（JTG D81—2017）研究其提升改造和再利用技術(shù)，在盡可能不拆除和替換現(xiàn)有波形梁護欄的前提下，提出改進現(xiàn)有舊護欄結(jié)構(gòu)和附加其他輔助設(shè)施的方法，提高護欄防護等級，研究結(jié)果有助于提高其經(jīng)濟和社會效益。

關(guān)鍵詞 高速公路；新型護欄；護欄改造；經(jīng)濟效益

中圖分類號 U417.1 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）18-0091-04

0 引言

為了提升公路使用者的安全保障水平，順應(yīng)人民群眾對交通安全的更高需求，適應(yīng)社會經(jīng)濟的發(fā)展形勢，2006年9月1日交通運輸部頒布實施的《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（JTG D81—2006）（以下簡稱06版規(guī)范）。根據(jù)06版規(guī)范，我國高速公路一般路段的護欄防護能量級別提高到160 kJ，相較于《高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計及施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 074—94）（以下簡稱94版規(guī)范）規(guī)定的護欄防護能量級別有所提升[1]。

2013年，交通運輸部頒布并執(zhí)行了最新的《公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B05-01—2013）（以下簡稱13版標(biāo)準(zhǔn)），同時廢止了2004年發(fā)布實施的《高速公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T F83-01—2004），并將原來的5個等級擴展成了8個等級，進一步細(xì)化了公路護欄的防護等級。與《高速公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T F83-01—2004）相比，13版標(biāo)準(zhǔn)增加了1個最低防護等級C級以及兩個較高的防護等級HB級和HA級，同時新標(biāo)準(zhǔn)對活動護欄、過渡段、防撞墊以及護欄端頭等防護設(shè)施安全性能評價方法進行了規(guī)定。此外，各等級的試驗車型、碰撞速度和碰撞角度等也都有了一定程度的改變，要求有一定程度的提高。因此，在2013年之前，施工安裝的高速公路波形梁護欄可能存在不能達到13版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相應(yīng)防護等級要求的情況。2017年，交通運輸部修訂了06版規(guī)范，發(fā)布實施《公路交通安全 設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（JTG D81—2017）（以下簡稱17版規(guī)范）和《公路交通安全設(shè)施設(shè)計細(xì)則》（JTG/T D81—2017）（以下簡稱17版細(xì)則），規(guī)定了設(shè)置公路路基護欄和橋梁護欄的基本原則，并且調(diào)整了護欄設(shè)置的等級和結(jié)構(gòu)類型[2][3]。

1 1934a6a7edb170599a7a1cbd10634b87defad0862628a03de5513f09825ffdb4護欄現(xiàn)狀

某高速公路全線路側(cè)及中央分隔帶護欄按照06版規(guī)范設(shè)計施工，采用防阻塊式A級波形梁鋼護欄，碰撞能量為123 kJ。隨著17版規(guī)范的發(fā)布實施，A級護欄碰撞能量等級也相應(yīng)調(diào)整為不低于160 kJ，防護等級存在較大差距，現(xiàn)有舊護欄與現(xiàn)行規(guī)范的符合性成為需要解決的首要問題。另外，現(xiàn)有護欄的高度可能由于路面提升、加鋪罩面、路基下沉等原因，進一步加大了現(xiàn)有舊護欄與現(xiàn)行規(guī)范的差異度。在盡可能不拆除和替換現(xiàn)有僅滿足06版規(guī)范護欄的前提下，通過改進現(xiàn)有舊護欄結(jié)構(gòu)和附加其他輔助設(shè)施的方法，使其達到17版規(guī)范要求的防護等級，以適應(yīng)新的需求，是護欄升級改造項目的重點和難點[4]。

2 護欄改造方案研究

2.1 護欄改造方案設(shè)計原則

將既有路基護欄從06版規(guī)范形式提升改造至符合現(xiàn)行17版規(guī)范和13版標(biāo)準(zhǔn)要求的護欄形式，其中路側(cè)護欄提升至現(xiàn)行規(guī)范SB級，中央分隔帶護欄提升至現(xiàn)行規(guī)范A級。新型護欄改造項目充分遵循了以下原則[5]：

（1）防護等級第一位原則

將按照06版規(guī)范設(shè)計施工的波形梁護欄的防護等級提升至13版標(biāo)準(zhǔn)的三（A）級和四（SB）級，改造后的路側(cè)護欄和中央分隔帶護欄的防護等級分別達到13版標(biāo)準(zhǔn)的三（A）級和四（SB）級。

（2）適用性原則

防護等級放在首位，同時考慮高速公路實際運營中現(xiàn)有護欄的類型以及立柱的布局情況。

（3）改造施工過程中的安全防護功能

施工過程中需考慮現(xiàn)有護欄的隔離和保護功能，盡量減少對現(xiàn)有護欄的改動，在施工過程中使其起到隔離保護的作用，對于確保道路施工的安全性具有重大意義。

（4）降低費用，最大限度地利用現(xiàn)有護欄構(gòu)件

在遵循現(xiàn)行規(guī)范的前提下，盡可能充分利用拆除的護欄構(gòu)件與改造位置的護欄進行組合，使其達到預(yù)期的防護等級，降低護欄的改造成本。

（5）施工方便，降低施工安裝工藝難度，縮短工期

盡可能地減少拆卸現(xiàn)有的護欄立柱和護欄板等構(gòu)件，縮短施工周期，遵循施工簡便、安裝迅速的準(zhǔn)則，減少大型施工設(shè)備的使用，使護欄改造簡單有效。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

在不同樁號位置處隨機選擇現(xiàn)有路側(cè)及中央分隔帶波形護欄進行實地測驗，并對現(xiàn)有護欄可利用性展開深入研究。結(jié)果顯示：厚度不足的防阻塊和已經(jīng)生銹的螺栓等構(gòu)件均無法重復(fù)利用，其他厚度滿足現(xiàn)行規(guī)范的防阻塊及波形板、立柱等主要構(gòu)件均可重復(fù)利用。通過查閱該路段竣工圖紙等資料，現(xiàn)有護欄的建筑限界滿足《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）要求。

2.2.1 中央分隔帶護欄

利用現(xiàn)有的波形板和立柱對中央分隔帶波形梁護欄進行設(shè)計改造，在現(xiàn)有立柱外部增設(shè)直徑為156 mm的外套筒及厚度為3 mm的三波形板和防阻塊，并將立柱的高度提高到與之相配的套筒高度，從而升級改造為A級三波形梁護欄[6]，如圖1所示。

2.2.2 路側(cè)護欄

利用已經(jīng)拆卸的中央分隔帶波形護欄板，將其安裝在路側(cè)，同時加密立柱以達到雙層雙波形的防護效果，從而升級改造為SB級雙層雙波形梁護欄，如圖2所示。

2.3 實車足尺碰撞試驗

為驗證護欄改造方案護欄防撞性能，根據(jù)13版標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求，分別采用3種車型（小型客車、中型客車和中型貨車）對中央分隔帶A級三波護欄和路側(cè)SB級雙層雙波護欄進行碰撞試驗。實車足尺碰撞試驗是按照規(guī)定的試驗碰撞條件，采用1∶1比例的試驗車輛與試驗護欄進行碰撞[7]，如表1、表2所示。

2.3.1 A級三波形梁護欄試驗結(jié)果

3種車型分別與A級三波護欄發(fā)生碰撞后車輛未發(fā)生穿越、翻越和跨越護欄等現(xiàn)象，車輛平穩(wěn)駛出，護欄自身未發(fā)生破壞，護欄導(dǎo)向性能良好，阻擋功能滿足要求。

可以看出，A級三波護欄能有效防護小型客車、中型客車和中型貨車碰撞，具備良好的阻擋能力、導(dǎo)向能力和減震能力，性能指標(biāo)符合13版標(biāo)準(zhǔn)要求，安全性能防護等級達到三（A）級要求。

2.3.2 SB級雙層雙波護欄試驗結(jié)果

3種車型分別與SB級三波護欄發(fā)生碰撞后，車輛未發(fā)生穿越、翻越和跨越護欄等現(xiàn)象，車輛平穩(wěn)駛出，護欄自身未發(fā)生破壞，護欄導(dǎo)向性能良好，阻擋功能滿足要求。

可以看出，SB級雙層雙波護欄能有效防護小型客車、中型客車和中型貨車碰撞，具備良好的阻擋能力、導(dǎo)向能力和減震能力，性能指標(biāo)符合13版標(biāo)準(zhǔn)要求，安全性能防護等級達到四（SB）級要求。

3 護欄應(yīng)用效果評價

3.1 經(jīng)濟效益分析

根據(jù)現(xiàn)行17版細(xì)則中推薦的波形梁鋼護欄結(jié)構(gòu)形式，以打入式立柱為例，假設(shè)沒有路緣石的情況下，設(shè)置在高速公路中央分隔帶的三（A）級三波形梁鋼護欄的用鋼量為37.5 kg/延米，設(shè)置在高速公路道路兩側(cè)的四（SB）級三波形梁鋼護欄的用鋼量為60.21 kg/延米[6]。

A級三波形梁護欄總用鋼量約為30.47 kg/延米，護欄改造時，在充分利用既有護欄構(gòu)件時，新增用鋼量為22.39 kg/延米。該護欄形式主要用于中央分隔帶護欄改造，相比于新設(shè)路側(cè)三（A）級三波形梁鋼護欄，采用A級三波形梁護欄改造的新增用鋼量可節(jié)省33.84%，如表3所示。

SB級雙層雙波形梁護欄總用鋼量約為60.04 kg/延米，護欄改造時，在充分利用既有護欄構(gòu)件時，新增用鋼量為19.19 kg/延米。該護欄型式主要用于路側(cè)護欄改造，相比于新設(shè)路側(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范SB級三波形梁鋼護欄，采用SB級雙層雙波形梁護欄改造的新增用鋼量可節(jié)省68.13%，如表4所示。

A級三波形梁鋼護欄的總用鋼量低于現(xiàn)行17版細(xì)則中推薦的同級別波形梁鋼護欄。SB級雙層雙波形梁護欄的總用鋼量高于現(xiàn)行17版細(xì)則中推薦的同級別波形梁鋼護欄[8]。將這兩種護欄用于既有護欄的提升改造，新增用鋼量均有較為明顯的節(jié)省。

某高速沿?？萍悸讽椖?，全長為56 km。按50%路段設(shè)置波形梁護欄，再利用率80%計算，可再利用鋼材至少2 000 t，路側(cè)和中央分隔帶護欄改造項目建設(shè)投資可節(jié)約建設(shè)資金至少1 500萬元；如按照與設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范推薦同等級波形梁護欄相比，新增鋼材量可降低2 300 t，可節(jié)約1 600萬元。新型護欄改造技術(shù)方案經(jīng)濟效益明顯。

3.2 社會經(jīng)濟效益分析

對于既有護欄構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)參數(shù)不符合現(xiàn)行規(guī)范的要求，拆除后往往被低價處理，有些甚至直接回收至冶煉廠重新回爐，因鋼材回收價格略低，造成較大的資源流失。更為重要的是，鋼構(gòu)件的重新回爐對環(huán)境的污染是不可估量的，任何經(jīng)濟數(shù)據(jù)都無法計算出其對生活環(huán)境的影響有多少。新型護欄改造技術(shù)在充分利用既有護欄構(gòu)件的基礎(chǔ)上，通過改進舊護欄結(jié)構(gòu)和附加其他輔助設(shè)施的方法，對護欄進行防護能力升級改造設(shè)計，縮短了施工時間，大幅降低了護欄的施工難度，極大地減小了對交通的影響。通過將路側(cè)和中央分隔帶既有波形梁護欄構(gòu)件流轉(zhuǎn)使用，可提高既有護欄的再利用率，減少新增用鋼量，降低能耗，減小對生態(tài)環(huán)境的危害，護欄在施工過程中仍然可以保持護欄的防護能力，對施工區(qū)內(nèi)的人員和設(shè)備均有良好的安全保障。

4 結(jié)語

該文對某高速沿?？萍悸讽椖考扔凶o欄再利用提升改造形成的新型護欄改造技術(shù)研究成果可作為17版細(xì)則的補充和完善。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范既未提供波形梁護欄提升再利用改造方案，也并未考慮行車道內(nèi)路面加鋪罩面對波形梁護欄防護能力的影響。新型護欄改造技術(shù)首次結(jié)合行車道內(nèi)加鋪罩面方式研究波形梁護欄提升方案，是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的補充和完善，推動標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制修訂的技術(shù)研究工作，豐富既有護欄提升改造的方案成套技術(shù)，提升高速公路交通安全水平，為國內(nèi)高速公路提質(zhì)升級工作提供技術(shù)支撐。

參考文獻

[1]霍冬霞，寧躍云.湖南衡棗高速公路大修護欄改造方案[J].湖南交通科技，2021（1）：146-148.

[2]張翔.高速公路Am級改型護欄防穿越能力優(yōu)化研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2023.

[3]謝玉萌，朱自萍.高速公路橋梁護欄設(shè)計方法研究[J].工程與建設(shè)，2018（4）：514-516+529.

[4]張宏松，李勇王，成虎，等.波形梁護欄應(yīng)用關(guān)鍵因素對防護性能的影響研究[J].公路工程，2017（6）：1-5.

[5]張晶晶，趙志忠.高速公路波形梁護欄改造方案研究[J].公路，2015（12）：67-70.

[6]黃開青，盧申.新型護欄改造技術(shù)方案設(shè)計及應(yīng)用[J].福建交通科技，2024（5）：80-86.

[7]張永釗.裝配式開口護欄結(jié)構(gòu)設(shè)計及安全性能評價[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2023（36）： 51-54.

[8]白玉鳳.山西省高速公路波形梁護欄改造方案研究[J].山西交通科技，2016（3）：96-99.