湖南衡棗高速公路大修護欄改造方案

霍冬霞, 寧躍云

(1.湖南省交通科學(xué)研究院有限公司, 湖南 長沙 410015; 2.同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究(集團)有限公司， 上海 200092)

1 項目概述

衡棗高速東起衡陽市衡南縣洪市互通，西至永州市零陵區(qū)珠山鎮(zhèn)棗木鋪村，與廣西省桂林全州縣相連。主線為雙向四車道高速公路，設(shè)計車速采用100 km/h和120 km/h兩個等級，全長約186 km。項目于2003年12月建成，目前已通車運營16 a。護欄作為高速公路重要的安全設(shè)施，在保護行車安全方面發(fā)揮著重要作用。高速公路上一旦出現(xiàn)車輛與護欄碰撞事故，不僅會對自身車輛及同向車輛造成危害，甚至可能沖破中央分隔護欄從而威脅到對面車輛的安全。因此《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》(JTG D81—2017)[1](以下簡稱“17版規(guī)范”)將護攔設(shè)置的重要性及防撞性提到了新的高度。

2 護欄現(xiàn)狀

本項目現(xiàn)有路基護欄，除近期新設(shè)置的護欄(如ETC門架立柱處護欄)，主線其余路段的路側(cè)和中央分隔帶護欄，以及互通匝道的路側(cè)護欄基本按照《高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計及施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 074—94)[2](以下簡稱“94版規(guī)范”)設(shè)計和實施。波形梁護欄立柱規(guī)格為φ114 mm×4.5 mm(立柱外徑×立柱壁厚)，波形梁板厚3.0 mm。目前中央分隔帶開口采用的活動護欄主要有：組合型波形板活動式鋼護欄和伸縮式活動護欄，較少一部分開口設(shè)置了混凝土開口護欄。伸縮式活動護欄僅具備隔離功能，不具備防護能力。

3 新舊護欄比較分析

根據(jù)調(diào)查，衡棗高速現(xiàn)有路側(cè)護欄中，除部分橋梁設(shè)置組合式砼護欄外，其它路段均按“94版規(guī)范”設(shè)置A級波形梁護欄。由于原“94版規(guī)范”采用的等級護欄在當時僅是作為設(shè)計條件提出，均未規(guī)定評價方法和評價標準。對于高速公路護欄的實際防護能力、安全性能以及新結(jié)構(gòu)形式的護欄應(yīng)該通過何種試驗進行檢驗，均沒有相應(yīng)的執(zhí)行標準，所以當時的護欄實際防護水平并不明確。 為與現(xiàn)行“17版規(guī)范”進行分析比較，對“94版規(guī)范”A級、S級護欄進行碰撞能量計算：

式中：E為碰撞能量，m為車輛總質(zhì)量，V為碰撞速度；θ為碰撞角度。

“94版規(guī)范”與現(xiàn)行“17版規(guī)范”護欄碰撞能量指標對比分析如表1所示。

表1 新舊規(guī)范護欄碰撞能量指標對照表防撞等級碰撞速度V /(km·h-1)車輛質(zhì)量m/t碰撞角度θ/(°)碰撞能量E/kJ備注A 6010159394版規(guī)范S 80101516594版規(guī)范A 60102016017版規(guī)范SB 80102028017版規(guī)范

通過對比，“17版規(guī)范”相較于“94版規(guī)范”的公路護欄碰撞條件有很大提高，同等級護欄碰撞能量指標大幅提高，A級護欄提高67 kJ，S級提高115 kJ，升幅均超過70%。

4 交通調(diào)查及標準選擇

公路交通調(diào)查是在收集公路建設(shè)項目影響區(qū)域內(nèi)已有統(tǒng)計資料的基礎(chǔ)上，對影響區(qū)域和擬建項目進行交通參數(shù)的調(diào)查與觀測，為道路建設(shè)提供最直接的資料。本次公路交通的進一步調(diào)查主要包括影響區(qū)域交通量OD調(diào)查和相關(guān)公路斷面流量調(diào)查兩部分。

OD調(diào)查以高速聯(lián)網(wǎng)收費數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合路邊停車詢問的方法進行，調(diào)查內(nèi)容主要包括：車型、起訖點、額定噸(座)位、實載噸(座)位、貨類等。由于衡棗高速公路各收費站具有完整的出入口流量數(shù)據(jù)，本次方案調(diào)用收費站收費詳單，進行OD流量統(tǒng)計。

本次調(diào)查在收集連續(xù)交通觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，同時于公路上設(shè)置短期人工計數(shù)點進行斷面流量觀測；斷面流量觀測數(shù)據(jù)采用衡陽市、永州市高速公路管理處觀測站數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果。

4.1 交通流量情況

經(jīng)統(tǒng)計分析:全線4個觀測站中，石埠站交通流量最大，洪市站交通量最小。全線2018年平均日交通量折算數(shù)為26 609 pcu/d，近5 a的平均日交通量增長率為5.47%。

圖1 衡棗高速公路各觀測站近5 a交通量增長情況

4.2 車型比例情況

根據(jù)道路交通條件以及收費公路車型劃分情況，將車輛類型劃為6類。從調(diào)查的車輛類型構(gòu)成來看，衡棗高速公路的交通車型構(gòu)成主要以客車為主，車型比例見圖2。

圖2 衡棗高速公路車型比例

4.3 護欄改造標準選擇

通過以上兩組數(shù)據(jù)可知，衡棗高速作為國家高速公路主干線，交通量大且持續(xù)保持增長，重車、貨車占比較高。因此，綜合分析道路安全保障需求、工程投資、后期運行維護等因素，擬定本次大修護欄以現(xiàn)行“17版規(guī)范”為基本設(shè)計標準。

5 護欄改造方案分析與比選

5.1 路側(cè)護欄方案

基于前文分析，設(shè)計采用對現(xiàn)有路側(cè)A級護欄進行全部更換的方案。通過對不同路況和路段進行分段細化設(shè)計，避免出現(xiàn)過度防護引起造價偏高或防護過低造成安全隱患，擬定設(shè)置方案如下。

5.1.1填方路段

主線路基填方高度3 m≤h<12 m的路段，路側(cè)計算凈區(qū)寬度范圍內(nèi)分布有江、河、湖、海、沼澤等水深1.5 m以上水域，路側(cè)計算凈區(qū)寬度范圍內(nèi)分布有Ⅰ級鐵路、一級公路等，或分布有車輛不能安全穿越的照明燈具、攝像機、交通標志、聲屏障等設(shè)施的路段，路側(cè)設(shè)置SB級護欄。主線路基填方高度h≥12 m，路側(cè)2 m范圍內(nèi)設(shè)有上跨橋梁橋墩的路段，設(shè)置SA級護欄。除符合上述兩個條件外的其余路段，設(shè)置A級護欄。

5.1.2挖方路段

除部分符合路側(cè)凈區(qū)條件的路段不設(shè)護欄外，路側(cè)未設(shè)置蓋板的邊溝路段設(shè)置Gr-A-4E級波形梁護欄。

5.1.3路側(cè)波形梁護欄

在填挖路基交界處的起點位置，應(yīng)從填挖零點向挖方延伸20 m，并設(shè)置外展圓頭式的上游端部，端頭向外跨越邊溝后延伸至挖方邊坡處，并與挖方邊坡緊密結(jié)合。下游端部采用圓頭式結(jié)構(gòu)。波形梁護欄與混凝土護欄采用BT-1端部做過渡連接。

5.1.4交通分流三角地帶

靠主線和匝道兩側(cè)各12 m范圍內(nèi)采用Gr-A-2E波形梁護欄，并設(shè)置防撞墊，防撞墊末端要與波形梁護欄有效過渡。交通合流端三角地帶采用圓形端頭將三角端兩側(cè)的波形梁護欄連接起來。

5.2 中央分隔帶護欄方案

中央分隔帶護欄原設(shè)置為Am級波型，并在護欄內(nèi)種植防眩植物。從多年運營與維護情況來看，植物防眩養(yǎng)護困難，局部路段有枯死、缺失等情況，且表面綠化的中央分隔帶，雨水下滲易造成中溝堵塞，如雨水不能快速排出，則會向兩側(cè)遷移，影響路基路面的結(jié)構(gòu)性能。本次改造采用對綠色植物全部移除，替換為防眩板的方案。根據(jù)“17版規(guī)范”規(guī)定，并考慮到本項目大型車輛比例高，車輛進入對向車道有可能造成二次特大交通事故，方案擬采用新建SAm級混凝土護欄、高度為100 cm，比原有波形梁護欄高出20 cm以上，能更有效地阻攔車輛翻越護欄，侵入另半幅車道。

5.3 中央分隔帶開口護欄方案

原衡棗高速主線和匝道中央分隔帶開口護欄包括3種形式：伸縮型活動護欄、插拔式波形梁護欄、隔離墩。這3種護欄基本只具有隔離功能，不具備防撞能力，無防護等級。開口護欄處防撞能力不足，易導(dǎo)致車輛沖入對向車道引發(fā)惡性交通事故，成為中央分隔帶的安全隱患，所以方案擬對原有中央開口護欄全部予以更換。

根據(jù)高速公路中央分隔帶開口護欄防護等級不應(yīng)低于三級的要求，以及保持與中央分隔帶一致性的原則，本工程采用可移動SAm級中分帶混凝土護欄。防護等級為五級，防護能量≥400 kJ。SAm級中央分隔帶混凝土活動護欄采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由護欄端頭、護欄標準段、插拔樁柱、路基預(yù)埋套管及接頭構(gòu)成(見圖3)。護欄標準段節(jié)與節(jié)之間通過接頭進行連接，護欄端頭與中央分隔帶混凝土護欄連接時采用與中央分隔帶混凝土護欄相同的縱向連接形式，護欄需開啟時通過專門的機械配合將開口打開。安裝前護欄安全性能應(yīng)通過小型客車、大型客車和大型貨車3種車型碰撞試驗檢測且各項評價指標均符合《公路護欄安全性能評價標準》規(guī)定。

圖3 中央分隔帶開口段混凝土護欄(單位： cm)

6 結(jié)語

高速路大修是一項系統(tǒng)工程，較優(yōu)的解決方案必須基于詳細的數(shù)據(jù)調(diào)查、嚴謹?shù)姆桨副容^，同時需綜合考慮造價、施工、工期等多面方影響。衡棗高速護欄改造方案從既有護欄的調(diào)查入手，通過交通調(diào)查以及考慮新舊規(guī)范的對比、理解和執(zhí)行等因素，最終確定改造方案。文章總結(jié)出的一些設(shè)計思路與方法，可為其它同類工程提供參考。