基于新規(guī)范的寬度受限公路中央護欄選型研究

許 福，申 威，尹貽新

(1.泰安市公路事業(yè)發(fā)展中心，山東 泰安 271000；2.山東泰山路橋工程公司，山東 泰安 271000)

0 引 言

2018年1月1日，《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》(JTG D81—2017)(以下簡稱《規(guī)范》) 和《公路交通安全設(shè)施設(shè)計細則》(JTG/T D81—2017)(以下簡稱《細則》)正式實施。新規(guī)范在大量研究的基礎(chǔ)上，對2006版規(guī)范的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容進行了大幅度的調(diào)整與充實，特別是增加了護欄的安全防護等級(路側(cè)護欄等級由5個增加到8個，中央分隔帶護欄等級由3個增加到7個)，這對護欄設(shè)置的標準提出了更高要求。尤其是在國省干線公路改擴建工程中，由于一些歷史原因，以及征地拆遷、地形等因素的困擾，難免遇到中央分隔帶寬度受限的情況。在《規(guī)范》實施之前，此種情況下廣泛采用三(Am)級組合型波形梁護欄。但《規(guī)范》提高了防護等級要求后，三(Am)級不再滿足要求。如何解決這一現(xiàn)實矛盾，現(xiàn)結(jié)合S243泰梁線肥城桃園至東平大羊段改建工程實例加以探索。

圖1 S243肥城桃園至東平大羊段改建工程的地理位置

1 工程概況及因由

S243泰梁線肥城桃園至東平大羊段改建工程位于山東省泰安市肥城市和東平縣境內(nèi)(圖1)，路線全長20.462 km，均為老路加寬改建。全線采用雙向四車道一級公路標準，設(shè)計速度為80 km·h-1，路基寬24.5 m(圖2)。《規(guī)范》實施前，該項目交通安全設(shè)施施工圖設(shè)計已經(jīng)批復。根據(jù)原設(shè)計，一般路段中央分隔帶護欄采用Grd-Am-2E,即帶防阻塊的單柱雙面二波組合型波形梁護欄(圖3)。但施工前《規(guī)范》正式實施了，原來的中央分隔帶三(Am)級組合型波形梁護欄被認為防護等級不能滿足要求，需要重新選型。

圖2 原設(shè)計路基標準橫斷面

圖3 原設(shè)計中央分隔帶橫斷面

2 中央分隔帶護欄形式和構(gòu)造選擇

公路工程中央分隔帶護欄選型受到眾多因素的制約，尤其是新規(guī)范實施后，引入的因素、條件增多，使選擇適用的護欄形式、構(gòu)造變得更加復雜。實際應(yīng)用中，可以按照以下流程進行分析和篩選，如圖4所示。

圖4 公路工程中央分隔帶護欄選型流程

2.1 基于中央分隔帶允許寬度的初選

2.1.1 半剛性護欄的可能選型

中央分隔帶波形梁護欄從構(gòu)造上可分為分設(shè)型和組合型，具體選擇哪一種，主要依據(jù)中央分隔帶的實際寬度來確定[1]。

由于S243項目是在老路兩側(cè)加寬改建，前期有關(guān)審批手續(xù)已經(jīng)基本完成，馬上進入實施階段，路基寬度確定為24.5 m，已經(jīng)不可能再增加，要保證雙向四車道，不管采用哪種護欄形式，中央分隔帶寬度都不能超過1 m。《細則》規(guī)定：“中央分隔帶寬度小于2 m，中央分隔帶內(nèi)構(gòu)造物不多或埋設(shè)管線較少的路段，可采用組合型護欄?！憋@然可以排除分設(shè)型波形梁護欄?？赡苓x型一：組合型波形梁護欄。

2.1.2 剛性護欄的可能選型

《細則》規(guī)定：“如中央分隔帶采用l m的最小值，則要設(shè)置組合型護欄或其他形式的護欄，如混凝土護欄等?！敝醒敕指魩Щ炷磷o欄從構(gòu)造上可分為整體型和分設(shè)型，具體采用哪一種，要根據(jù)中央分隔帶內(nèi)需要防護的設(shè)施或結(jié)構(gòu)物類型確定。本項目中央分隔帶寬度受限，根本無法采用分設(shè)型混凝土護欄；但是一般路段中央分隔帶內(nèi)，確實不存在橋梁中墩、交通標志、照明燈桿等需要保護的設(shè)施?？赡苓x型二：整體型混凝土護欄。

2.1.3 柔性護欄的可能選型

普通纜索護欄一般作為路側(cè)護欄使用。用在中央分隔帶時，一是其端頭基礎(chǔ)較大，在寬度較窄的中分帶較難布設(shè)；二是視線誘導性差，當寬度受限時，無法栽種綠植防眩。為適應(yīng)中央分隔帶需要，也有對普通纜索護欄進行改造的先例，例如G205浙江段中央分隔帶采用改進的緊湊型纜索護欄，就是一種探索性嘗試[2]。

2.2 基于交通量組成的篩選

根據(jù)經(jīng)驗，高速公路和一級公路上的大型車輛尤其是大型貨車所占比例越大，車輛穿越中央分隔帶與對向車輛發(fā)生碰撞的幾率就越大[3]?！兑?guī)范》第6.2.18條規(guī)定：“大型車輛所占比例較大的路段，除位于冬季風雪較大的地區(qū)外，中央分隔帶護欄宜使用混凝土護欄?！备鶕?jù)S243項目可行性研究報告的交通量調(diào)查結(jié)果，大型車所占比例為16.9%，而《規(guī)范》沒有對“比例較大”進行明確定量，所以這里還不能排除組合型波形梁護欄。

2.3 基于防護等級的篩選

根據(jù)中央分隔帶的條件，事故嚴重程度可分為高、中、低3個等級。首先根據(jù)中央分隔帶事故嚴重程度確定防護等級，然后選定最合適的護欄構(gòu)造類型。S243作為次要干線公路，一般路段可以直接適用《規(guī)范》第6.2.6條及《細則》中的表6.2.3(表1)的規(guī)定，結(jié)合前面選定的2個選型，逐一篩選。

表1 中央分隔帶護欄防護等級選取

圖5 確定中央分隔帶事故嚴重程度的流程

筆者根據(jù)表1繪制了確定中央分隔帶事故嚴重程度的流程圖(圖5)，應(yīng)用該流程圖可以迅速確定不同條件路段的事故嚴重程度。

2.3.1 選型二的防護等級

根據(jù)上述流程圖，一級公路中央分隔帶寬度小于2.5 m且采用整體式護欄時，事故嚴重程度等級為“高”。根據(jù)表1，在設(shè)計速度為80 km·h-1的情況下，確定防護等級為五(SAm)級。因此，護欄構(gòu)造類型應(yīng)為：五(SAm)級整體型混凝土護欄，可以選擇F型或單坡型。

2.3.2 選型一的防護等級

當采用組合型波形梁護欄時，由于《規(guī)范》第6.2.6條和《細則》中的表6.2.3均只提及“整體式”護欄，沒有提及“組合式”護欄，在評審過程中，專家們出現(xiàn)了2種不同的見解。

一種見解是“整體式護欄形式”不包括組合型波形梁護欄，根據(jù)圖5，事故嚴重程度不是“高”。又因為組合型護欄不適用分設(shè)型護欄的要求，也就排除了事故嚴重程度是“中”的可能，那么事故嚴重程度只能是“低”了。在這種情況下，根據(jù)表1，公路設(shè)計速度為80 km·h-1時，防護等級應(yīng)為三(Am)級。因此護欄構(gòu)造類型應(yīng)為：三(Am)級組合型波形梁護欄，這意味著根本不需要對原設(shè)計進行變更，也能滿足新規(guī)范的要求(新規(guī)范中三(Am)級組合梁護欄仍然采用兩波)。

另一種見解是“整體式護欄形式”包括組合型波形梁護欄。根據(jù)上述流程圖，一級公路中央分隔帶寬度小于2.5 m且采用整體式護欄形式時，事故嚴重程度等級為“高”。設(shè)計速度為80 km·h-1時，防護等級應(yīng)為五(SAm)級，應(yīng)選擇五(SAm)級組合型波形梁護欄。筆者與大多數(shù)專家一樣支持這種見解，但是目前常用的中央分隔帶組合型波形梁護欄主要為三(Am)級，五(SAm)級在《規(guī)范》上沒有規(guī)定樣式和標準，市場上也難以采購。如果自行開發(fā)，時間和資金成本較高，質(zhì)量難以控制，技術(shù)風險較大[4]，故本項目只能放棄半剛性護欄。

2.3.3 是否提高防護等級問題

根據(jù)規(guī)定，當設(shè)計交通量中總質(zhì)量大于或等于25 t的車輛自然數(shù)所占比例大于20%時，中央分隔帶提高一個防護等級。對S243的交通量調(diào)查結(jié)果是大型車所占比例為16.9%，因此不需要提高等級。

2.4 其他因素的考量

2.4.1 經(jīng)濟性

根據(jù)測算，對中央分隔帶護欄而言，混凝土護欄與組合型波形梁護欄投入比約為1.4∶1，但年度運營費用的初期比例一般為1∶3～1∶4。特別是在事故養(yǎng)護成本方面，發(fā)生事故后，波形梁護欄比混凝土護欄需要更多的養(yǎng)護。有研究認為，在交通量正常增長模式下，根據(jù)測算，當初始交通量為3 000 pcu·d-1時，波形梁護欄與混凝土護欄的生命周期費用基本達到平衡點；當初始交通量超過該值時，選擇混凝土護欄更加經(jīng)濟[5]。S243初始交通量已達9 308 pcu·d-1，預(yù)測設(shè)計期末年交通量可能達到22 599 pcu·d-1，從經(jīng)濟性角度上來說，混凝土護欄顯然更具優(yōu)勢。

2.4.2 建筑限界問題

原設(shè)計的組合型波形梁護欄建筑限界正好是25 cm，在實施過程中，護欄結(jié)構(gòu)性偏差和施工偏差很容易造成護欄面侵入建筑限界內(nèi)[6]。采用SAm級混凝土護欄后，中央分隔帶寬度仍為1 m，原路面設(shè)計的路緣帶和行車道寬度、位置不變，則可保證建筑限界實際達到32.2 cm以上(圖6)，滿足規(guī)范要求[7]。

圖6 變更后中央分隔帶橫斷面

2.5 確定選型

綜合上述，該項目結(jié)合國家公路網(wǎng)交通標志調(diào)整等專項行動，決定按照《規(guī)范》要求變更交安設(shè)計，中央分隔帶最終改為五(SAm)級整體型F型現(xiàn)澆混凝土護欄(RrF-SAm-E1)?；炷磷o欄上部安裝鋼質(zhì)防眩網(wǎng)(穿村路段除外)，如圖7所示。

圖7 中央分隔帶防眩網(wǎng)的一般構(gòu)造

2.6 啟示與思考

(1)一級公路中央分隔帶采用混凝土護欄，防護等級明顯提升?；炷磷o欄的優(yōu)點在于：在瞬間移動荷載作用下，護欄基本不移動，不變形；小角度沖撞下，輕型車輛一側(cè)車輪可以從護欄下部碾過，能有效地減少車輛翻越到對向車道造成的嚴重事故。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，與波形梁護欄相比，使用混凝土護欄后高速公路交通事故可以減少50%，人員傷亡數(shù)量顯著降低；在野外暴露條件下，其耐候性與耐久性更好，使用年限長[8]。但也存在一些缺點，例如車輛在大角度碰撞后容易造成嚴重傷害，通透性差，路面易積雪、積污。護欄本身也易污染，不利于養(yǎng)護部門清潔[9]。有人提出在穿村鎮(zhèn)路段，在限速60 km·h-1以下的前提下，可以采用同樣寬度較小的城市道路護欄(圖8)。但是，國省干線畢竟不同于城市道路，設(shè)計時速不宜隨便改變。即便限速60 km·h-1以下，根據(jù)圖5判斷，事故嚴重程度仍然是“高”，根據(jù)表1，其防護等級也應(yīng)達到四(SBm)級,而這種護欄的防護能力明顯不足。

圖8 常見的城市道路中央護欄

(2)組合型波形梁護欄適用于中央分隔帶寬度為1～2 m的路段[10]。作為一種半剛性護欄，相對于剛性混凝土護欄，它有很多優(yōu)點，但《規(guī)范》對防護等級要求提高后，很多情況下三(Am)級不再滿足要求，造成可供選擇的組合型波形梁護欄結(jié)構(gòu)形式明顯不足。提高防護能力的方法并不難，包括加密立柱、改變波形梁板的組合和構(gòu)造，并進行模擬碰撞試驗研究。雖然近年來這方面的嘗試已經(jīng)出現(xiàn)，但是亟需上升到技術(shù)規(guī)范高度，以便在實際工程中廣泛應(yīng)用。

3 結(jié) 語

(1)國省干線公路改擴建中，要想大幅提升中央分隔帶安全防護等級，最佳選擇仍然是加大路基寬度，盡量采用分設(shè)型中央護欄。但是，由于一些客觀原因，寬度受限的情況非常常見，此種情況下事故嚴重程度更高，必須慎重選擇護欄形式，確保達到規(guī)范規(guī)定的安全性要求。

(2)當前來看，在中央分隔帶寬度小于1.5 m的情況下，采用混凝土護欄可以有效解決寬度受限和防護等級的矛盾，但是其缺點也不少。有必要進一步加大組合型波形梁護欄的研發(fā)力度，提高防護等級，提供更多選擇方案。

(3)示例的因素逐層篩選和流程圖分析等方法，在一般的護欄選型過程中具有實際應(yīng)用價值。