公路波形梁鋼護(hù)欄工程安全施工技術(shù)研究

黃志

摘 要：傳統(tǒng)波形梁鋼護(hù)欄施工技術(shù)合格率較低，因此有必要研究公路波形梁鋼護(hù)欄工程安全施工技術(shù)。一是檢驗(yàn)施工材料是否滿足公路波形梁鋼護(hù)欄工程安全施工要求;二是根據(jù)不同施工路段性質(zhì)，選擇合理方法對(duì)立柱進(jìn)行安裝;三是車輛碰撞耦合非線性方程，計(jì)算公路波形梁鋼護(hù)欄碰撞力;四是運(yùn)用螺栓和錨固件將波形梁鋼護(hù)板與立柱進(jìn)行拼接，一次完成公路波形梁鋼護(hù)欄工程安全施工。試驗(yàn)證明，采用設(shè)計(jì)方法施工的波形梁鋼護(hù)欄合格率平均值超過(guò)94%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：公路波形梁鋼護(hù)欄工程;安全施工技術(shù);耦合非線性方程;碰撞力

Abstract： The qualification rate of traditional corrugated beam steel guardrail construction technology is low， so it is necessary to study the safe construction technology of highway corrugated beam steel guardrail project. The first is to check whether the construction materials meet the safety construction requirements of the highway wave beam steel guardrail project; the second is to choose a reasonable method to install the columns according to the nature of different construction sections; the third is the vehicle-coupling nonlinear equation to calculate the collision force of the corrugated beam steel guardrail of the highway; the fourth is to use the bolts and anchors to splice the corrugated beam steel guard plate and the column， and complete the safety construction of the highway corrugated beam steel guardrail project at one time. The test proves that the average passing rate of the corrugated beam steel guardrail constructed by the design method exceeds 94%， which is much higher than the traditional technology.

Keywords： highway corrugated beam steel guardrail project;safety construction technology;coupled nonlinear equation;collision force

公路波形梁鋼護(hù)欄工程屬于大型路面施工項(xiàng)目，整個(gè)工程涉及多項(xiàng)施工步驟，施工過(guò)程復(fù)雜，所以整個(gè)工程施工難度較高[1]。傳統(tǒng)施工技術(shù)制作的波形梁鋼護(hù)欄合格率較低，并且施工效率較差，因此有必要研究公路波形梁鋼護(hù)欄工程安全施工技術(shù)，為波形梁鋼護(hù)欄項(xiàng)目安全施工提供參考依據(jù)。

1 公路波形梁鋼護(hù)欄工程安全施工技術(shù)

1.1 檢驗(yàn)公路波形梁鋼護(hù)欄工程施工材料

公路波形梁鋼護(hù)欄工程施工過(guò)程中，最主要的施工材料為波形梁鋼護(hù)欄，波形梁鋼護(hù)欄質(zhì)量的好壞將直接關(guān)系到整個(gè)工程的施工質(zhì)量，但是不同公路路段在項(xiàng)目施工中所使用的波形梁鋼護(hù)欄種類是不同的。在公路波形梁鋼護(hù)欄工程施工前，為了保障工程施工安全與施工質(zhì)量，人們需要對(duì)公路波形梁鋼護(hù)欄施工材料進(jìn)行檢驗(yàn)。

具體檢驗(yàn)內(nèi)容如下：在公路波形梁鋼護(hù)欄工程施工前，根據(jù)工程特點(diǎn)，檢驗(yàn)波形梁鋼材料是否符合施工要求;檢驗(yàn)波形梁鋼護(hù)欄板厚度是否都在4.5～5.0 m范圍內(nèi);檢驗(yàn)波形梁、立柱、連接螺栓和橫隔梁等鋼材是否為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，其技術(shù)條件是否符合《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB 700—2006）的規(guī)定，并且所有鋼材尺寸、厚度是否滿足設(shè)計(jì)要求;檢驗(yàn)拼接波形梁鋼護(hù)欄的螺栓是否為高強(qiáng)螺栓，其材料是否采用15MnTIB鋼，技術(shù)條件是否符合《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 1591—2018）和《合金結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 3077—2015）的技術(shù)要求[2];檢驗(yàn)波形梁鋼護(hù)欄的防阻塊材料是否為型鋼制造，其技術(shù)條件是否符合《冷彎型鋼通用技術(shù)要求》（GB/T 6725—2017）的規(guī)定;檢驗(yàn)波形梁鋼護(hù)欄的螺栓、螺母、立柱和錨固件等緊固件材料是否經(jīng)過(guò)熱浸鍍鋅防腐處理（處理過(guò)程中鍍鋅量應(yīng)不小于200 g/m2），波形梁鋼護(hù)欄板、防阻塊等其他鋼構(gòu)件在熱浸鍍鋅防腐處理后是否經(jīng)過(guò)噴塑處理（噴塑處理后的鋼構(gòu)件硬度更強(qiáng)，防撞等級(jí)較高）[3]。噴塑處理中使用的鍍鋅量應(yīng)不小于350 g/m2，噴塑顏色為灰色，以聚酯涂料作為噴塑材料，噴塑厚度要不小于0.055 mm。通過(guò)以上八條要求對(duì)公路波形梁鋼護(hù)欄工程施工材料進(jìn)行檢驗(yàn)，為工程施工提供安全保障。

1.2 安裝立柱

當(dāng)所有施工材料都檢驗(yàn)合格后，公路波形梁鋼護(hù)欄工程進(jìn)入施工階段，首先需要對(duì)立柱進(jìn)行合理安裝。安裝立柱是公路波形梁鋼護(hù)欄工程安全施工技術(shù)的基礎(chǔ)，其安裝質(zhì)量將會(huì)影響后期波形梁鋼護(hù)欄安裝質(zhì)量，所以人們?cè)诎惭b立柱前要熟悉整個(gè)工程設(shè)計(jì)圖紙，了解工程設(shè)計(jì)意圖，尤其是根據(jù)基本定型和充分顯露的公路及公路兩側(cè)的施工條件，核實(shí)波形梁鋼護(hù)欄的設(shè)置路段和各個(gè)路段長(zhǎng)度[4]。首先測(cè)量放線，對(duì)公路施工路段進(jìn)行測(cè)量放線的目的是確定立柱的平面，即順路線的橫向和縱向、立柱豎向高度。立柱平面位置的測(cè)量一般采用全站儀或經(jīng)緯度測(cè)量?jī)x以坐標(biāo)法定位到立柱平面位置的橫縱坐標(biāo)，部分平面直線段公路可以直接參考公路路面，采用鋼尺放線方法對(duì)立柱平面橫縱坐標(biāo)進(jìn)行定位;立柱高度以水平儀測(cè)量方式確定。人們要通過(guò)測(cè)量放線確定立柱施工參數(shù)，根據(jù)測(cè)量得到的立柱安裝數(shù)據(jù)，在公路路面進(jìn)行立柱安裝。

如果項(xiàng)目施工公路屬于一般土基路段，則采用小型可移動(dòng)液壓式或者錘擊式打樁機(jī)，運(yùn)用打入法對(duì)路面進(jìn)行打樁施工。在立柱插入公路地面內(nèi)部時(shí)，要注意點(diǎn)位和立柱的垂直度，運(yùn)用重壓快打的方式，在臨近結(jié)束時(shí)，要注意立柱的打入深度是否滿足工程設(shè)計(jì)要求，立柱的深度既不能過(guò)大，也不能過(guò)小，要采用輕壓慢打的方式。

施工時(shí)，立柱定位后的回填材料要與施工路基性質(zhì)相同，回填過(guò)程中要進(jìn)行分層夯填，壓實(shí)度不能小于工程立柱設(shè)計(jì)規(guī)定值，保證安裝立柱的穩(wěn)定性。如果項(xiàng)目施工的路段屬于巖石路段，要采用混凝土基礎(chǔ)埋入法對(duì)立柱進(jìn)行安裝。在整個(gè)立柱安裝過(guò)程中，無(wú)論是哪種性質(zhì)路面，其立柱的安裝間距要控制在4 m，具體安裝立柱數(shù)量要根據(jù)公路波形梁鋼護(hù)欄工程的施工路面長(zhǎng)度來(lái)確定。完成立柱安裝后，要對(duì)安裝質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，不符合檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的立柱要立即拔除，對(duì)其進(jìn)行處理后進(jìn)行重新安裝，直到所有安裝的立柱都檢驗(yàn)合格，方可進(jìn)入下一個(gè)公路波形梁鋼護(hù)欄工程安全施工步驟。

1.3 計(jì)算公路波形梁鋼護(hù)欄碰撞力

車輛與公路波形梁鋼護(hù)欄碰撞是一個(gè)非常復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程，此次運(yùn)用車輛碰撞耦合非線性方程計(jì)算公路波形梁鋼護(hù)欄碰撞力。車輛與波形梁鋼護(hù)欄碰撞屬于耦合問(wèn)題，具有非線性數(shù)學(xué)特征，實(shí)際操作很難實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛與波形梁鋼護(hù)欄碰撞過(guò)程的模擬，所以運(yùn)用耦合非線性方程將該過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化，力求最大限度地近似計(jì)算出公路波形梁鋼護(hù)欄碰撞力。為此，本研究做出以下假設(shè)：將車輛的運(yùn)動(dòng)和波形梁鋼護(hù)欄的變形假設(shè)成一個(gè)平面問(wèn)題;將車輛簡(jiǎn)化為一個(gè)具有一定質(zhì)量的點(diǎn);假設(shè)波形梁鋼護(hù)欄結(jié)構(gòu)沒有慣性作用;立柱只有在距離公路地表35 cm處發(fā)生與水平荷載作用方向相同的彈塑性彎曲變形，其彎曲特性符合理想失穩(wěn)數(shù)學(xué)模型，如圖1所示。

在車輛與護(hù)欄發(fā)生碰撞時(shí)，波形梁鋼護(hù)欄在水平荷載的作用下將發(fā)生橫向彎曲和縱向彈塑性伸長(zhǎng)，立柱失穩(wěn)，波形梁鋼護(hù)欄與立柱發(fā)生脫落。波形梁鋼護(hù)欄縱向彈性變形為：

碰撞力是通過(guò)波形梁鋼護(hù)欄頂板傳遞給立柱，立柱頂端所承受合力[L]與[l]的聯(lián)合作用，在此形成[Q]，整個(gè)形變過(guò)程遵從理想失穩(wěn)模型。公路波形梁鋼護(hù)欄碰撞力的計(jì)算，可以為后續(xù)波形梁鋼護(hù)欄安裝施工提供依據(jù)。

1.4 波形梁鋼護(hù)欄板與立柱拼接

以波形梁鋼護(hù)欄碰撞力為依據(jù)，確定波形梁鋼護(hù)欄板厚度與硬度，然后將波形梁鋼護(hù)欄板與立柱進(jìn)行拼接。波形梁鋼護(hù)欄板拼接方向要與行車方向相匹配，如圖2所示。

如果拼接方向錯(cuò)誤，與圖2所示方向相反，則在車輛與波形梁鋼護(hù)欄發(fā)生碰撞時(shí)，即使是輕微的擦碰，也會(huì)出現(xiàn)欄板與立柱的接頭插入車體內(nèi)部，造成人員和車輛的損傷。所以，在波形梁鋼護(hù)欄板拼接過(guò)程中，要注意波形梁的大頭、小頭位置。波形梁鋼護(hù)欄板與立柱之間的拼接主要依靠螺栓，螺栓的正確使用會(huì)大大提高波形梁鋼護(hù)欄整體承力，如果在施工拼接時(shí)出現(xiàn)一根螺栓的缺漏，整個(gè)波形梁鋼護(hù)欄的抗剪能力將減弱11.6%，從而減小波形梁鋼護(hù)欄的攔阻功能和緩沖功能。波形梁鋼護(hù)欄板的連接螺栓和拼接螺栓安裝過(guò)程中，要利用波形梁鋼護(hù)欄板的長(zhǎng)圓孔及時(shí)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)欄板形成平順的線形后將所有螺栓擰緊，避免出現(xiàn)局部凹凸問(wèn)題。當(dāng)所有波形梁鋼護(hù)欄拼接完成后，運(yùn)用錨固件將護(hù)欄板固定在立柱上，端頭錨固主要包括鋼絲繩錨固件。當(dāng)完成波形梁鋼護(hù)欄板與立柱拼接后，要對(duì)所有護(hù)欄進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，如果不符合碰撞力要求或者項(xiàng)目要求，需要松弛連接，重新拼接，直到滿足技術(shù)要求，完成公路波形梁鋼護(hù)欄工程安全施工。

2 試驗(yàn)

本研究以某段公路為試驗(yàn)對(duì)象，運(yùn)用此次提出的技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)對(duì)該公路進(jìn)行波形梁鋼護(hù)欄安全施工，對(duì)每個(gè)施工項(xiàng)目進(jìn)行合格檢驗(yàn)。其間對(duì)兩種技術(shù)施工的波形梁鋼護(hù)欄進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)比波形梁鋼護(hù)欄合格率，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，應(yīng)用此次設(shè)計(jì)技術(shù)施工的波形梁鋼護(hù)欄合格率平均值超過(guò)94%，而傳統(tǒng)技術(shù)施工的波形梁鋼護(hù)欄合格率平均值為83%左右，試驗(yàn)證明此次設(shè)計(jì)的技術(shù)滿足波形梁鋼護(hù)欄項(xiàng)目高合格率安全施工要求。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)公路波形梁鋼護(hù)欄項(xiàng)目安全施工技術(shù)進(jìn)行了研究，提高了波形梁鋼護(hù)欄工程施工質(zhì)量。此次研究時(shí)間有限，雖然取得了一定的研究成果，但該技術(shù)研究還有不足之處，今后還要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步研究，為波形梁鋼護(hù)欄項(xiàng)目安全施工提供技術(shù)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉青，楊洪峰，蘭長(zhǎng)軍，等.白色氟碳反光鋼護(hù)欄板在農(nóng)村公路安保工程的應(yīng)用探討[J].西南公路，2018（4）：32-36.

[2]陳岳峰，陳禮彪，曾俊鋮.高速公路在用波形梁護(hù)欄適應(yīng)性評(píng)價(jià)和提升改造技術(shù)研究[J].公路交通科技，2019（9）：124-128.

[3]蘭長(zhǎng)軍，楊洪峰，季曦，等.高速公路白色氟碳反光波形梁鋼護(hù)欄的應(yīng)用分析[J].西南公路，2018（4）：37-42.

[4]楊洪峰，蘭長(zhǎng)軍，葉青，等.氟碳反光材料在波形梁鋼護(hù)欄的適用性研究[J].西南公路，2018（4）：43-48.