公路路面大中修后波形梁鋼護欄提質(zhì)升級設(shè)計研究

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為了最大限度地降低公路工程通車過程中發(fā)生交通事故的概率，需要有效設(shè)置相應(yīng)的交通安全配套系統(tǒng)。以公路工程鋼護欄為例，盡管當(dāng)前我國在公路防撞護欄的研究方面取得了明顯的進展，但是整體的設(shè)計工作層次和一些發(fā)達國家相比仍然還存在一定的差距。我國部分地區(qū)公路防撞鋼護欄的結(jié)構(gòu)性能還無法滿足交通通車的安全保障要求，主要表現(xiàn)在護欄的防撞等級偏低、車型格局出現(xiàn)變化以及路面標(biāo)高產(chǎn)生變化等多方面影響因素上?；诖?，文章結(jié)合我國某地區(qū)一處公路工程路面整修工作，重點對公路路面整修之后兩波形梁鋼護欄防護質(zhì)量提升設(shè)計工作進行了全面探索，有效保證了公路通車的安全性和穩(wěn)定性。

1 公路工程中波形鋼護欄防護存在的主要問題

以我國某地區(qū)一處公路工程路面改造施工為例，該公路路段經(jīng)過路面整體整修之后，對兩波形梁鋼護欄的防護等級進行了進一步提升，并且展開了一系列設(shè)計工作。在具體的工作過程中，設(shè)計工作人員對該條公路路段鋼護欄的實際情況進行了全面勘察和分析，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：

（1）防護欄的防撞等級相對較低。通過對以往該公路路段車輛碰撞波形梁鋼護欄的相關(guān)交通事故的分析可以看出，由于公路波形梁鋼護欄整體防撞等級相對較低，因此在發(fā)生交通事故時，車輛常會直接沖斷鋼護欄結(jié)構(gòu)，造成嚴重事故[1]。

（2）車型的格局產(chǎn)生變化。通過對該段公路的通車情況的分析和研究發(fā)現(xiàn)，該段公路整體的通車趨勢不斷朝著微型化和重型化兩個方向發(fā)展。車型的微型化使車輛在和波形梁鋼護欄發(fā)生碰撞時，很容易直接插入護欄中，所形成的交通危害更加嚴重；而車輛的巨型化發(fā)展趨勢，使車輛在行駛過程中和波形梁鋼護欄發(fā)生碰撞時很容易跨過鋼護欄甚至直接翻車，所產(chǎn)生的交通事故危害性顯著提升。

（3）路面標(biāo)高產(chǎn)生變化。由于之前的路面修復(fù)工作中，在原有的路面表面鋪設(shè)了一層瀝青路面，因此路面的高度上升了，相當(dāng)于鋼護欄的高度下降了，這一問題對一些大型車輛的行駛安全防護造成了較大的影響。為了進一步提高公路波形梁鋼護欄的整體防撞性能，充分保證整個公路通車的安全性和穩(wěn)定性，最大限度地避免二次事故的發(fā)生，需要進一步提升該段公路波形梁鋼護欄的性能，有效開展相關(guān)的升級優(yōu)化設(shè)計工作，提高鋼護欄的安全防護工作效果[2]。

2 波形梁鋼護欄升級改造工作方案設(shè)計

2.1 鋼護欄升級改造設(shè)計方案

在該公路工程大中修工作中，針對兩波形梁鋼護欄進行了全面升級和改造設(shè)計?；凇豆方煌ò踩O(shè)施設(shè)計規(guī)范》（JTG D81—2017）要求，對公路兩波形梁鋼護欄構(gòu)造情況進行對比和分析，具體如下。

（1）鋼護欄的設(shè)計，在充分滿足安全防護功能的條件下，需要盡可能推廣和應(yīng)用一些新型材料和新型技術(shù)。

（2）護欄的標(biāo)準段斷面結(jié)構(gòu)的具體形式保持不變，同時在一定長度范圍內(nèi)連續(xù)設(shè)置公路護欄結(jié)構(gòu)段。

（3）護欄結(jié)構(gòu)在車輛產(chǎn)生碰撞之后不能產(chǎn)生嚴重的變形。

（4）公路路側(cè)或者中央分隔帶，需要通過保證合理的凈區(qū)寬度來有效控制車輛駛出路外或者駛?cè)雽ο蜍嚨赖劝踩珕栴}，同時在凈區(qū)寬度設(shè)計方法方面，需充分符合《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（JTG D81—2017）（以下簡稱《設(shè)計規(guī)范》）中的相關(guān)規(guī)定。計算凈區(qū)寬度得不到滿足的情況下，則需要根據(jù)《設(shè)計規(guī)范》護欄設(shè)計工作原則對其進行安全處理，護欄的設(shè)計需要體現(xiàn)寬容設(shè)計、適度防護的設(shè)計理念。

（5）在鋼護欄的標(biāo)準段，需要滿足現(xiàn)行的公路護欄安全性能評價標(biāo)準中的相關(guān)規(guī)定。在《設(shè)計規(guī)范》中，波形梁鋼護欄可以通過增加鋼護欄的埋設(shè)深度，同時對碰撞點位的路基邊緣之間的距離進行提升，來進一步提高鋼護欄結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，并且可以提高鋼護欄立柱基礎(chǔ)固定點的安全性和穩(wěn)定性。通過提高鋼護欄立柱直徑大小，加大波形梁鋼護欄鋼板的實際厚度以及增加防阻塊外壁厚度，可以有效提高鋼護欄的抗剪和抗拉性能，全面提高鋼護欄的防撞效果。但是，在一些特殊的公路路段中，例如圓曲線的半徑相對較小或者一些線性組合存在偏差的路段。在《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（JTG D81—2017）設(shè)計標(biāo)準中，A級波形梁鋼護欄在整體的防撞效果方面仍然存在一定的欠缺，同時也沒有提出針對性的防撞改進工作方案。因此，相關(guān)設(shè)計工作人員通過有效運用原本的舊路護欄結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計理念，以《設(shè)計規(guī)范》設(shè)定要求中的A級防撞鋼護欄為基礎(chǔ)，提出了針對性的波形梁鋼護欄升級改造設(shè)計方案[3]。

在此次升級設(shè)計工作方案中，重點從以下三個方面提高波形梁鋼護欄結(jié)構(gòu)的立柱穩(wěn)定性：首先，需要加大鋼護欄在地面中的立柱埋設(shè)深度，以此保障鋼護欄在受到汽車碰撞時基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；其次，在立柱中澆筑自密實混凝土材料，同時在其中設(shè)置縱向鋼筋結(jié)構(gòu)，從而進一步提高鋼護欄立柱的整體抗彎折能力；最后，可以在原有的立柱基礎(chǔ)上增設(shè)橫隔梁，有效防止波形梁板出現(xiàn)厚度不足等問題，進一步提高波形梁鋼護欄結(jié)構(gòu)的整體抗拉能力和抗剪切工作效果。在此次升級改造工作方案中，有效運用《設(shè)計規(guī)范》中波形梁鋼護欄的質(zhì)量提升改造設(shè)計方案，節(jié)省了大量的經(jīng)濟成本，同時通過增加配筋和增加基礎(chǔ)埋深的改進設(shè)計方法，能使整個鋼護欄的防撞能力滿足公路安全防護工作的技術(shù)要求。

2.2 升級護欄橫隔梁的設(shè)計

在此次公路工程波形梁鋼護欄的質(zhì)量升級設(shè)計工作中，相關(guān)設(shè)計工作人員通過使用上加橫隔梁的設(shè)計方法，有效解決了鋼護欄鋼板厚度不足的問題，從而有效提高了鋼護欄的剛性程度，防止車輛在碰撞過程中出現(xiàn)翻越護欄的不良情況。通過設(shè)置橫隔梁和在立柱銜接部位增加相應(yīng)的傳遞途徑，當(dāng)汽車和護欄發(fā)生碰撞時，所產(chǎn)生的強大碰撞力會通過多跨波形梁直接傳遞到地面，以此來有效控制波形梁受力過于集中的情況，有效防止因立柱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的形變問題而失去結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通過增加橫隔梁，可以更好地引導(dǎo)失控車輛沿著護欄防護的方向繼續(xù)前進，在強大的摩擦阻力作用下車輛會逐漸停下，以此來保障車內(nèi)的駕駛?cè)藛T和乘坐人員的人身安全。

在橫隔梁設(shè)計工作中，需對上層立柱結(jié)構(gòu)和上層當(dāng)量尺寸進行準確測量和確認，其中所使用的鋼材料需符合鋼護欄的防護工作要求。在橫隔梁設(shè)計過程中，立柱結(jié)構(gòu)選用的是φ102mm×5.5mm型，直徑大小根據(jù)插入地下的立柱結(jié)構(gòu)尺寸來設(shè)定。需要注意的是，不能在橫隔梁和立柱結(jié)構(gòu)的連接部位留有較大的空隙，同時需對立柱和固定立柱之間的間隙大小進行準確計算，立柱的直徑大小必須充分考慮我國的公路鋼護欄規(guī)格設(shè)定標(biāo)準，且有效控制鋼護欄制作的成本費用。由于上層立柱結(jié)構(gòu)孔徑大小有所降低，因此為了進一步保證立柱結(jié)構(gòu)的抗彎強度，需將壁厚增加到5.5mm，該尺寸和SA級別的窗戶欄規(guī)格保持相同，同時在對應(yīng)配套的鋼梁使用方面也保持相同。橫隔梁材料可以從社會市場中直接采購，不需要進行額外的加工和設(shè)計。材料的安裝方法需要基于SA級別路側(cè)鋼護欄設(shè)計等級來確認，要充分考慮鋼護欄結(jié)構(gòu)的整體承載能力以及抗剪切力，要滿足汽車劇烈碰撞條件下的剛性程度要求，全面提高護欄結(jié)構(gòu)的防護性能。

2.3 中分帶鋼護欄的改造設(shè)計

在此次公路工程分帶護欄改造設(shè)計工作中，鋼護欄改造主要是對《設(shè)計規(guī)范》要求中的Am級護欄進行質(zhì)量改造和處理，要保證改造工作完成之后的公路防護欄充分滿足93kJ的防護工作要求。該防護欄在改造工作之前，使用的是114mm立柱以及127mm外部套立柱結(jié)構(gòu)，同時在其中新增加護欄板一塊，使新舊護欄板之間形成一種八字形的構(gòu)成結(jié)構(gòu)。通過這種改造設(shè)計方法，可以進一步提高鋼護欄結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。對改造之后的鋼護欄展開小型客車與大型客車的真實碰撞試驗和分析，能得到相應(yīng)的碰撞結(jié)果數(shù)據(jù)。其中，大型客車的最大動態(tài)變形量為658mm、小型客車的最大動態(tài)變形量為363mm；大型客車在發(fā)生碰撞之后駛出角度為0°，小型客車駛出角度為11°；同時大型客車的車體加速度和小型客車的車體加速度均符合標(biāo)準的碰撞工作要求。經(jīng)過升級改造之后的波形梁鋼護欄結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到了全面提升，各項碰撞結(jié)果符合要求，防撞能量達到了93kJ。

針對公路路段整修工作的相關(guān)要求，充分結(jié)合波形梁鋼護欄結(jié)構(gòu)強度的設(shè)計工作標(biāo)準。針對《設(shè)計規(guī)范》的A型波形梁鋼護欄結(jié)構(gòu)展開了全面升級和改造，在充分運用原有的舊護欄結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過在其中增加橫隔梁以及增加鋼護欄基礎(chǔ)埋深的方法，可以進一步提高鋼護欄結(jié)構(gòu)的防撞能力，使汽車在發(fā)生碰撞時不會產(chǎn)生二次傷害問題。此次質(zhì)量提升設(shè)計工作方案不僅適用于《設(shè)計規(guī)范》的護欄升級改造工作要求，還適用于一些個別路段的新護欄結(jié)構(gòu)強化設(shè)計工作。

3 結(jié)束語

通過對此次波形梁鋼護欄的改造提升，并對不同型號車輛的真實碰撞試驗進行分析，發(fā)現(xiàn)鋼護欄整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高，碰撞試驗各項參數(shù)規(guī)格符合設(shè)計工作標(biāo)準，車輛沒有出現(xiàn)跨越護欄或者翻車等現(xiàn)象，車輛在發(fā)生碰撞之后可以順著護欄行進的方向穩(wěn)定停下；整體的防阻塊變形充分，可以有效吸收汽車碰撞過程中所產(chǎn)生的大量能量，有效控制二次碰撞問題的產(chǎn)生。通過碰撞試驗之后對護欄的最大位移量、車輛的峰值加速度等方面參數(shù)進行收集和分析，可以看出改造升級之后的護欄可以滿足汽車碰撞防護工作要求，整個公路的行車安全性得到了充分保障。