波形梁護(hù)欄基礎(chǔ)加固措施研究

任自銘 韓衛(wèi)娜 凡明杰（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南 鄭州 450003）

波形梁護(hù)欄基礎(chǔ)加固措施研究

任自銘 韓衛(wèi)娜 凡明杰
（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南 鄭州 450003）

文章對波形梁護(hù)欄立柱受力變形情況進(jìn)行分析計(jì)算得知：針對現(xiàn)行的波形梁護(hù)欄立柱，在汽車與護(hù)欄發(fā)生碰撞時(shí)，彎折點(diǎn)必須位于路面頂面下0.2m以上，在這個(gè)前提下，不管采用什么樣的基礎(chǔ)加固形式，均可保障護(hù)欄系統(tǒng)的安全性?；诖?，針對工程中能夠保障立柱受力穩(wěn)定且較常見的三種立柱基礎(chǔ)加固措施進(jìn)行了分析研究，以期為施工方案選取提供一定的參考。

波形梁護(hù)欄；基礎(chǔ)加固

1.前言

波形梁護(hù)欄是我國公路建設(shè)中常用的一種護(hù)欄形式，它的作用原理是：汽車與波形梁護(hù)欄發(fā)生碰撞時(shí)，該系統(tǒng)利用立柱基礎(chǔ)、立柱及波形梁的局部或共同變形來吸收碰撞能量，并利用其彈性使失控的車輛改變行駛方向并恢復(fù)到正確的行駛狀態(tài)。因此，護(hù)欄立柱必須安裝在堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)中，才能在受到汽車碰撞時(shí)使立柱發(fā)生彎曲變形，同時(shí)基礎(chǔ)發(fā)生一定的壓縮變形，從而完成護(hù)欄系統(tǒng)的吸能過程。但是在現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范中，僅對護(hù)欄波形梁、立柱、拼接螺栓等的幾何尺寸、材料、鍍層工藝等提出了要求，而對立柱基礎(chǔ)形式及規(guī)格沒有作明確的規(guī)定，對基礎(chǔ)填土的壓實(shí)度沒有明確規(guī)定，導(dǎo)致大量在使用中的波形梁護(hù)欄由于基礎(chǔ)填土壓實(shí)度不足，而使護(hù)欄結(jié)構(gòu)的安全性能達(dá)不到要求。本文對波形梁護(hù)欄基礎(chǔ)加固措施進(jìn)行研究，可為波形梁護(hù)欄的設(shè)計(jì)和施工提供一定的參考。

2.波形梁護(hù)欄立柱的受力變形情況分析

在波形梁護(hù)欄受到汽車撞擊時(shí)，立柱承受的作用力可以簡化為兩個(gè)力：一是波形梁通過托架傳遞的汽車的碰撞力，二是立柱基礎(chǔ)作用在立柱下部的被動(dòng)土壓力。前者可以視為一集中力，作用點(diǎn)位于波形梁中心部位托架與立柱的連接處。受力簡化示意如圖1。

圖1 立柱受力簡化示意圖

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)［1］，實(shí)車足尺波形梁護(hù)欄碰撞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)汽車與波形梁護(hù)欄發(fā)生碰撞時(shí)，立柱發(fā)生彎曲變形的部位主要位于路面頂面以下 0.15至 0.25m處。當(dāng)立柱的彎曲變形過大時(shí)，就可能會(huì)出現(xiàn)立柱截面的弱化和失穩(wěn)，這樣的破壞形式類似于立柱的三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)，因此，這種彎曲變形也可以簡化為理想的剛塑性失穩(wěn)過程（圖2）。

圖2 立柱變形、彎曲失穩(wěn)簡化示意圖

如上述，在簡化的理想剛塑性失穩(wěn)過程中，立柱最大彎矩Mmax介于最大彈性彎矩Me和屈服彎矩Mp之間。其中，Mmax對加載條件不太敏感，可視為常數(shù)。

通過計(jì)算，對于現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的Φ114×4的立柱，Mmax約為 10kN.m。所以，該尺寸立柱能承受的最大作用力 Fmax為：

在理想彎曲模型中，卸載臨界轉(zhuǎn)角θcr在 20～30度范圍內(nèi)的彎曲過程，可以較好地模擬立柱在護(hù)欄受到汽車撞擊時(shí)的作用情況［2］。因此，在現(xiàn)行的波形梁護(hù)欄系統(tǒng)中，如果要用一種新的結(jié)構(gòu)來替換護(hù)欄立柱，則只需它在波形梁位移小于20/180×π×0.8=0.28m范圍內(nèi)對波形梁提供 1.25t的作用力即可。換言之，針對現(xiàn)行的護(hù)欄立柱，在汽車與護(hù)欄發(fā)生碰撞時(shí)，彎折點(diǎn)必須位于路面頂面下0.2m以上，在這個(gè)前提下，不管采用什么樣的基礎(chǔ)加固形式，均可保障護(hù)欄系統(tǒng)的安全性。但是，當(dāng)護(hù)欄基礎(chǔ)填土的壓實(shí)度較小時(shí)，波形梁護(hù)欄遇到碰撞，立柱的變形彎折點(diǎn)將會(huì)下移，甚至整個(gè)立柱將會(huì)產(chǎn)生剛體轉(zhuǎn)動(dòng)，從而會(huì)使護(hù)欄系統(tǒng)的整體剛度降低，整體安全性能必然下降。因此，當(dāng)路側(cè)、中央分隔帶內(nèi)路基土壓實(shí)度低于《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30）對路基路床壓實(shí)度的要求時(shí)，需要采取措施對立柱基礎(chǔ)進(jìn)行加強(qiáng)。

3.常見加固措施

在實(shí)際工程中，常見的基礎(chǔ)加固措施有以下幾種：

3.1 現(xiàn)澆混凝土基座

對于路肩或中央分隔帶寬度較寬路段，可以為立柱現(xiàn)澆混凝土基座，結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示?；┕ね瓿珊?，應(yīng)在預(yù)留孔內(nèi)填土并壓實(shí)，然后將立柱打入至預(yù)定深度，并在周圍孔隙灌入水泥砂漿加固。

圖3-1 混凝土基礎(chǔ)立面圖

3.2 焊接加強(qiáng)鋼板

在立柱外側(cè)焊接鋼板也是常用的立柱基礎(chǔ)加固方式。鋼板上緣距地面5cm，鋼板沿道路方向軸線與行車方向夾角為5°～10°，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖3-2、3-3所示。

圖3-2 鋼板加固基礎(chǔ)立面圖

圖3-3 鋼板加固基礎(chǔ)平面圖

3.3 埋設(shè)預(yù)制混凝土塊

對于目前波形梁護(hù)欄立柱的設(shè)置要求，當(dāng)路肩或中央分隔帶填土壓實(shí)度不足時(shí)，可在立柱后面埋設(shè)預(yù)制混凝土塊來進(jìn)行加固。經(jīng)計(jì)算［3］，預(yù)制混凝土塊外徑為50cm、厚度為25cm、圓心角 α為 3時(shí)，護(hù)欄在受到一般碰撞情況下能夠保持穩(wěn)定。

圖3-4 預(yù)制砼加固基礎(chǔ)示意圖

4.加固措施對比研究

上述前兩種加固方式在施工中均比較常見，具體方案的選取要根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)論證后合理確定?，F(xiàn)對三種加固措施進(jìn)行對比研究，具體優(yōu)缺點(diǎn)見表4-1。

表4-1 波形梁護(hù)欄立柱基礎(chǔ)加固措施對比表

5.結(jié)論

本文對波形梁護(hù)欄立柱受力變形情況進(jìn)行分析計(jì)算得知：針對現(xiàn)行的波形梁護(hù)欄立柱，在汽車與護(hù)欄發(fā)生碰撞時(shí)，彎折點(diǎn)必須位于路面頂面下0.2m以上，在這個(gè)前提下，不管采用什么樣的基礎(chǔ)加固形式，均可保障護(hù)欄系統(tǒng)的安全性。基于此，針對工程中能夠保障立柱受力穩(wěn)定且較常見的三種立柱基礎(chǔ)加固措施進(jìn)行了分析研究，以期為施工方案選取提供一定的參考。

［1］丁樺，賈日學(xué)，儲(chǔ)勁草，龐曰成，周春明.汽車與護(hù)欄碰撞特性的研究［J］.中國公路學(xué)報(bào)，1996，9（3）:85-90.

［2］丁樺，吳夢喜，王劍文，王梅.關(guān)于中央分隔帶護(hù)欄立柱基礎(chǔ)的探討［J］.工程力學(xué)，2002，（2）:125-128.

［3］市原熏，枝村俊郎.道路設(shè)施工程學(xué)［M］.王惠普，等，譯.北京：人民交通出版社，1976.

（責(zé)任編輯 張 蓓）

U41

A

1008-7257（2015）04-0083-02

2015-03-04

任自銘（1990-），男，河南禹州人，黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司工程師，研究方向：路橋設(shè)計(jì)。