合金級鋼護欄在高速公路工程中的應用

舒明旺 徐鈞

（上饒市贛東公路工程咨詢有限公司，江西 上饒 334000）

一、合金級護欄特性研究

（一）護欄結(jié)構(gòu)與尺寸

目前，公路護欄常用的標準主要包括三級、四級、五級三個級別。其中公路三級護欄主要由三波形梁板、立柱及防阻塊構(gòu)成，三波形梁板尺寸為（4320×506×85×2.5）mm，立柱尺寸為（φ140×3×2350）mm，防阻塊尺寸為（140×156×400×3）mm，以上材質(zhì)均為合金鋼，護欄安裝高度為950mm，立柱間距和埋深分別為4m和1.4m，安裝長度不得低于72m，護欄三波梁板通過連接螺栓連接。四級護欄標準段由三波形梁板、立柱、防阻塊和連接螺栓組成，三波形梁板尺寸為（4320×506×85×3）mm，立柱尺寸為（φ140×3×2600）mm，防阻塊尺寸為（140×156×400×3）mm，以上材質(zhì)均為合金鋼，護欄安裝高度為950mm，立柱間距為2m，立柱埋深深度1.65m，安裝長度71.2m，護欄三波梁板通過連接螺栓連接。五級護欄標準段由三波形梁板、上段立柱、橫梁、套管、立柱、防阻塊組成，三波形梁板尺寸為（3320×506×85×3）m m，上段立柱尺寸為（φ 1 0 2×4.5）m m，橫梁為（φ 8 9×4×2 9 9 4）m m，套管為（φ 7 3×5×3 9 0）mm，立柱為（130×130×4.5×2290）mm，防阻塊為（300×200×290×3）mm，以上材質(zhì)均為合金鋼，護欄安裝高度1300mm，立柱間距3m，立柱埋深深度1.65m，安裝長度70.2m，護欄三波梁板、橫梁通過連接螺栓連接。

（二）合金鋼力學性能

新型合金鋼在力學性能方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，屈服強度可達500Mpa～750Mpa，同時斷后延伸率不低于20%，其高屈服和高抗拉性能保障了受力過程中的延展性，降低了護欄在碰撞過程中發(fā)生脆斷的可能性，提升了護欄的安全性能。

二、合金級護欄實車碰撞試驗研究

（一）試驗條件及評價標準

按照《公路護欄安全性能評價標準》（JTG B05-01-2013）的規(guī)定，采用實車足尺碰撞試驗作為評價新型合金鋼波形梁護欄的碰撞條件。實車足尺碰撞試驗時護欄的阻擋功能、緩沖功能和導向功能應滿足一定的要求。其中，阻擋功能應能夠阻擋車輛穿越、翻越和騎跨，試驗護欄構(gòu)件及脫離件不得侵入車輛乘員艙；緩沖功能規(guī)定，乘員碰撞速度的縱向與橫向分量均不得大于12m/s，乘員碰撞后加速度的縱向與橫向分量均不得大于200m/s2；導向功能規(guī)定車輛碰撞后不得翻車，且車輛駛出駛離點后的輪跡駛出框時不得越出直線F。

（二）試驗結(jié)果分析

1.三級護欄試驗結(jié)果

采用三級合金鋼波形梁護欄的碰撞試驗結(jié)果表明，其安全防護性能較傳統(tǒng)Q235護欄有較明顯提升，其車輛最大動態(tài)外傾值VIn由2.73m減小到1.9m，降低了30%。在降低車輛碰撞翻車可能性的同時，材料用量較Q235護欄降低了34%，實現(xiàn)了護欄結(jié)構(gòu)輕量化與防護安全性提升。

2.四級護欄試驗結(jié)果

采用四級合金鋼波形梁護欄的碰撞試驗結(jié)果表明，其安全防護性能與傳統(tǒng)Q235護欄相當，護欄變形及車輛運行姿態(tài)基本相同，其材料用量較Q235護欄降低了42%。在保障安全防護性能不降低的前提下，實現(xiàn)了護欄結(jié)構(gòu)最大程度的輕量化目標；節(jié)約了鋼材用量，降低了護欄建設成本，提高了護欄整體的性能比及經(jīng)濟性。

3.四級護欄試驗結(jié)果

采用五級合金鋼波形梁護欄的碰撞試驗結(jié)果表明，其安全防護性能與傳統(tǒng)Q235護欄相當，護欄變形及車輛運行姿態(tài)基本相同，材料用量較Q235護欄降低了27%。在保障安全防護性能不降低的前提下，實現(xiàn)了護欄結(jié)構(gòu)最大程度的輕量化目標；節(jié)約了鋼材用量，降低了護欄建設成本，提高了護欄整體的性能比和經(jīng)濟性。

三、工程實例

（一）工程概況

某高速公路所處地區(qū)交通量較大、彎道分布較多，且雨季較長，路面受潮濕嚴重，交通事故發(fā)生率較高。由于新型合金波形梁護欄結(jié)構(gòu)自身具有良好的剛度和強度，在高速公路應用中可以有效避免車輛失控時從中央分隔帶沖出路基，降低交通事故中車輛行人的損傷程度，并起到美化道路的作用。因此，該公路工程決定采用新型合金波形梁護欄結(jié)構(gòu)，并按照每4m一個的間隔設置立柱。

（二）合金波形梁護欄施工技術(shù)要點

1.立柱制安

結(jié)合設計要求合理選購鋼管、鋼板等波形梁鋼護欄材料，并保證各項材料的材質(zhì)經(jīng)檢測合格后方能進場。鋼材下料時需根據(jù)施工設計要求切割，通常采用氣焊或軌道式切割機，切割完成的鋼材還需使用打磨機處理邊緣。焊接的鋼條強度應滿足設計要求，焊接完成后應及時檢測焊縫厚度。該項目采用打入法完成立柱安裝，通過提前安裝導向器確保立柱安裝的垂直度。立柱打入的深度應符合標準，打入較深時應將立柱全部拔出再重新壓實基礎，最后再打入立柱。通常立柱打入比較困難，一般采用開挖或鉆孔的方式安裝立柱，嚴禁使用蠻力。當采用鉆孔安裝立柱時，應先確定準確位置，再采用分層的方式進行回填密實；當采用開挖的方式安裝立柱時，應回填后再分層夯實。

波形梁鋼護欄起到駕駛視線誘導作用，立柱安裝完畢后應及時檢查垂直度和標高。采用靠尺逐一檢查直線段立柱的標高，采用經(jīng)緯儀檢查曲線段立柱標高。標高檢查時將路緣石一側(cè)的路面作為基準，測量立柱主根高度。立柱施工時控制好端部和漸變段高度。混凝土強度達到設計強度75%以上后即可安裝支柱，基礎和支柱連緊并豎直調(diào)整后檢測垂直度和導向，一切都合格后擰緊螺栓。

2.波形梁安裝

立柱安裝并調(diào)試完畢后，開始安裝托架，將托架用螺栓固定在立柱和波形梁之間，再調(diào)整托架位置，無誤后將螺栓擰緊。將波形梁拼接完畢后固定于托架上，具體安裝時波形梁和護欄間的搭接方向應與行車方向保持一致，調(diào)整波形梁至平順線性，避免局部凹凸不平，托架和波形梁間的螺栓不宜過緊。采用螺栓將護欄和波形梁拼接完畢后應檢測其質(zhì)量標準。

3.護欄安裝

結(jié)合施工規(guī)范要求，應在高速公路中央分隔帶和路堤的3m以上填土高度設置合金鋼護欄。安裝護欄時施工技術(shù)人員應控制好測量放線工作，將護欄的位置偏差控制在誤差范圍內(nèi)；安裝完畢后再具體校驗，調(diào)整線性與規(guī)范要求保持一致。

（三）合金波形梁護欄施工質(zhì)量檢測

該高速公路鋼護欄改造過程中，局部路段采用新型合金鋼護欄。新型合金鋼護欄安裝完畢后，施工技術(shù)人員及時在現(xiàn)場檢驗，結(jié)果顯示，新型合金鋼護欄在投入使用一段時間的后表面未出現(xiàn)掉色、紅銹等腐蝕現(xiàn)象，外觀的顏色和亮度沒發(fā)生明顯變化，同時鍍層和基底金屬之間銜接牢固，采用錘擊試驗檢測發(fā)現(xiàn)鍍層無凸起、剝離、開裂現(xiàn)象；經(jīng)過一段時間的暴曬和雨淋后，護欄無明顯腐蝕現(xiàn)象，驗證了新型合金鋼護欄具有良好的實用性和耐久性。

四、結(jié)語

應用合金鋼材料新型波形梁護欄對提升公路安全防護水平、推動全壽命周期應用具有重要作用。新型合金鋼的高屈服、高抗拉性能保障了其在受力過程中的延展性，降低了護欄在碰撞過程中發(fā)生脆斷的可能性，提升了護欄安全性能。三、四、五級新型護欄的安全防護性能得到了提升，可同時實現(xiàn)護欄結(jié)構(gòu)輕量化與防護安全性提升。此外，四、五級新型護欄節(jié)約了鋼材用量，降低了護欄建設成本，提高了護欄整體的性能比及經(jīng)濟性。