公路護(hù)欄設(shè)計(jì)技術(shù)簡(jiǎn)析

文 交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院 劉會(huì)學(xué) 邰永剛

公路護(hù)欄是發(fā)生交通事故后，減少人員傷亡或降低人員傷害程度的一道重要屏障。圖為江蘇省道333線新民灘特大橋

近年來(lái)，交通運(yùn)輸部不斷完善公路護(hù)欄等交通安全設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，交安設(shè)施施工技術(shù)水平持續(xù)提高。針對(duì)車輛穿越中央分隔帶護(hù)欄，駛?cè)雽?duì)向車道等重大事故，地方交通運(yùn)輸主管部門和公路養(yǎng)護(hù)管理單位也在持續(xù)加大投入，評(píng)估并提升一些路段的護(hù)欄防護(hù)能力。但是再高的護(hù)欄防護(hù)等級(jí)也難以完全杜絕重型貨車沖撞護(hù)欄等惡性事故發(fā)生，要降低事故的發(fā)生率及危害性，必須從規(guī)范駕駛行為，以及提升車輛性能、交通管理水平、公路技術(shù)指標(biāo)、護(hù)欄技術(shù)性能等方面綜合施策。為此，本文從護(hù)欄設(shè)計(jì)技術(shù)的角度，進(jìn)行了相應(yīng)分析。

公路護(hù)欄的概念

公路護(hù)欄是在公路行車道外側(cè)或中央分隔帶設(shè)置的一種帶狀防護(hù)吸能結(jié)構(gòu)，當(dāng)事故車輛碰撞護(hù)欄時(shí)，能夠通過(guò)護(hù)欄自體變形或車輛爬升吸收碰撞能量，改變車輛的運(yùn)動(dòng)方向或降低車輛速度等，從而阻擋車輛并降低司乘人員的傷害程度。

公路護(hù)欄按照所在公路橫斷面的位置，可分為路側(cè)護(hù)欄和中央分隔帶護(hù)欄；按照受到車輛碰撞后的變形程度，可分為剛性護(hù)欄、半剛性護(hù)欄和柔性護(hù)欄。

公路護(hù)欄的功能和屬性

主要功能

在車輛正常行駛的情況下，通過(guò)一定的設(shè)計(jì)后，公路護(hù)欄可以實(shí)現(xiàn)5項(xiàng)功能：阻止車輛穿越中央分隔帶沖入對(duì)向車道；防止車輛在橋梁等危險(xiǎn)路段越出路外，或?qū)⒆o(hù)欄板沖斷，或從護(hù)欄板下鉆出越出路外；適當(dāng)誘導(dǎo)駕駛員的視線和行駛軌跡；發(fā)生輕微碰撞時(shí)，使車輛向行駛方向順利導(dǎo)出或恢復(fù)行駛狀態(tài)；發(fā)生車輛失控碰撞護(hù)欄時(shí)，通過(guò)護(hù)欄自身緩沖吸能，降低乘員的損傷程度。

屬性

公路護(hù)欄是發(fā)生交通事故后，與車輛被動(dòng)防護(hù)等共同作用，減少人員傷亡或降低人員傷害程度的一道重要屏障。設(shè)置公路護(hù)欄本身并不會(huì)減少或避免交通事故的發(fā)生，而且護(hù)欄本身也是一種障礙物，并非設(shè)置的數(shù)量越多越好、強(qiáng)度越強(qiáng)越好、防護(hù)等級(jí)越高越好。護(hù)欄要在駕駛員狀態(tài)良好、車輛性能正常、操作符合規(guī)定的條件下，綜合考慮車型構(gòu)成和公路平縱面線形條件、設(shè)計(jì)速度與運(yùn)行速度、交通量及環(huán)境景觀、安全因素、經(jīng)濟(jì)承受能力等因素合理設(shè)置。

公路護(hù)欄的設(shè)計(jì)條件

事故致因理論

根據(jù)事故致因理論，不存在絕對(duì)安全，任何事物均潛伏著危險(xiǎn)因素。人的不安全行為或不安全因素是產(chǎn)生事故的主要原因，因此預(yù)防交通事故應(yīng)首先從駕駛員的安全駕駛抓起，這也是投入最少、效果最明顯的措施。事物的不安全狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的事故后果，因此車輛的主動(dòng)安全系統(tǒng)、制動(dòng)、被動(dòng)安全系統(tǒng)等技術(shù)性能和公路護(hù)欄等設(shè)施的設(shè)置也應(yīng)引起足夠的重視，應(yīng)加強(qiáng)交通安全設(shè)施的設(shè)置、設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)置主動(dòng)引導(dǎo)設(shè)施降低事故發(fā)生的概率，通過(guò)設(shè)置被動(dòng)防護(hù)設(shè)施降低事故的損傷程度。

設(shè)計(jì)條件的提出

公路上發(fā)生交通事故的車輛中，既有小型客車、中型客貨車，也有大型客貨車，其整備質(zhì)量、碰撞速度和角度、重心高度對(duì)護(hù)欄破壞的后果各有不同。參照部分發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，依托交通運(yùn)輸部科技項(xiàng)目“高速公路波形梁護(hù)欄防撞能力提升改造技術(shù)研究”等成果，我國(guó)公路護(hù)欄的設(shè)計(jì)條件主要有以下幾方面。

首先，從碰撞能量的角度，滿足防護(hù)85%位正常行駛的車輛基本防護(hù)能量，即對(duì)公路上行駛的車輛，剔除無(wú)證駕駛、酒駕、毒駕、超速、超載、車輛剎車失靈等因素后，因偶發(fā)因素導(dǎo)致車輛碰撞路側(cè)或中央分隔帶的事故時(shí)，護(hù)欄應(yīng)具備阻擋85%位以上碰撞能量的能力。據(jù)此在《高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)及施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 074-94，以下簡(jiǎn)稱“94版規(guī)范”）和《高速公路交通工程及沿線設(shè)施設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D80-2006，以下簡(jiǎn)稱“06版規(guī)范”）之后，2017年公路工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D81—2017，以下簡(jiǎn)稱“17版規(guī)范”）發(fā)布，根據(jù)事故嚴(yán)重程度等級(jí)提出防護(hù)等級(jí)及能量指標(biāo)，進(jìn)一步提升了我國(guó)公路護(hù)欄的防護(hù)能力，例如：設(shè)計(jì)時(shí)速為80公里至120公里的高速、一級(jí)公路的防護(hù)等級(jí)從三級(jí)（A級(jí)）到六級(jí)（SS級(jí)），防護(hù)能量從160千焦到520千焦；根據(jù)路側(cè)特殊危險(xiǎn)路段的防護(hù)需要，增加了七、八級(jí)防護(hù)等級(jí)，對(duì)于橋梁護(hù)欄，最高等級(jí)可達(dá)八級(jí)（HA級(jí)），防護(hù)能量為760千焦；設(shè)計(jì)時(shí)速為60公里至80公里的一級(jí)公路、二級(jí)公路的基本防護(hù)等級(jí)為二級(jí)（B級(jí)）；三級(jí)公路、四級(jí)公路的基本防護(hù)等級(jí)為一級(jí)（C級(jí)）。公路條件因交通組成、運(yùn)行速度、路側(cè)條件等的不同，按基本防護(hù)能量設(shè)置的護(hù)欄，部分路段實(shí)際能達(dá)到90%位或以上的防護(hù)水平。

其次，公路平縱指標(biāo)較低和車輛整備質(zhì)量、碰撞角度和速度增加等情況，以及有可能導(dǎo)致事故發(fā)生后果更嚴(yán)重的路段，應(yīng)按照下列條件，將護(hù)欄防護(hù)增加一個(gè)等級(jí)。

二級(jí)及以上公路縱坡等于或接近于現(xiàn)行《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01）規(guī)定的最大縱坡值的下坡路段；二級(jí)及以上公路圓曲線半徑等于或接近于現(xiàn)行《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01）規(guī)定的最小半徑的路段外側(cè)。

設(shè)計(jì)交通量中，總質(zhì)量大于或等于25噸的車輛自然數(shù)所占比例大于20%時(shí)，護(hù)欄也應(yīng)增加一個(gè)防護(hù)等級(jí)。

國(guó)內(nèi)外護(hù)欄防護(hù)等級(jí)對(duì)比

與國(guó)外相比，我國(guó)高速公路護(hù)欄基本防護(hù)等級(jí)高于日本、法國(guó)、英國(guó)和北歐一些國(guó)家，與美國(guó)、德國(guó)、意大利相當(dāng)；我國(guó)普通公路護(hù)欄的防護(hù)等級(jí)與美國(guó)、日本基本一致。圖1、圖2分別摘錄歐盟高速公路上設(shè)置護(hù)欄的最小法定防護(hù)等級(jí)、EN1317（2000年以來(lái)，歐盟提出的道路防護(hù)系統(tǒng)的系列標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定的護(hù)欄防護(hù)能量。從中可以看出，歐盟國(guó)家高速公路最為發(fā)達(dá)和行車速度最快的德國(guó)、意大利，其防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)也最高，路側(cè)、中央分隔帶護(hù)欄對(duì)大客車防護(hù)指標(biāo)高，橋梁護(hù)欄更是達(dá)到大貨車防護(hù)的最高指標(biāo)。同比我國(guó)公路護(hù)欄設(shè)計(jì)防護(hù)能量最高值已高于美國(guó)、歐盟和日本等國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 歐盟高速公路上設(shè)置護(hù)欄的最小法定防護(hù)等級(jí)

圖2 EN1317規(guī)定的護(hù)欄防護(hù)能量

護(hù)欄主要類型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

剛性護(hù)欄剛性護(hù)欄是受到車輛碰撞后基本不變形的護(hù)欄，混凝土護(hù)欄是其主要代表形式，車輛碰撞時(shí)通過(guò)爬高來(lái)吸收碰撞能量并形成導(dǎo)向。其優(yōu)點(diǎn)是剛度大、強(qiáng)度高，可抵抗強(qiáng)力沖擊，有效避免車輛穿越護(hù)欄事故，但由于剛度大，緩沖吸能效果差，對(duì)車內(nèi)人員傷害較大，尤其對(duì)小客車傷害大。

半剛性護(hù)欄半剛性護(hù)欄在受到車輛碰撞后會(huì)有一定的變形，又具有一定的強(qiáng)度和剛度。波形梁護(hù)欄是其主要代表形式，車輛碰撞時(shí)利用土基、立柱、波紋狀鋼板的變形來(lái)吸收碰撞能量并導(dǎo)向。其優(yōu)點(diǎn)是施工方便、景觀效果較好，對(duì)人員的傷害較小，但對(duì)土基壓實(shí)度的要求較高，與其他形式的護(hù)欄連接時(shí)，需要做好過(guò)渡處理。

柔性護(hù)欄柔性護(hù)欄是具有較大緩沖能力的韌性護(hù)欄結(jié)構(gòu)。纜索護(hù)欄是其主要代表形式，車輛碰撞時(shí)依靠纜索的拉應(yīng)力來(lái)吸收碰撞能量并導(dǎo)向。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)人員的傷害最小，通透性最好，與自然環(huán)境協(xié)調(diào)性好，且冬季不阻雪，缺點(diǎn)是碰撞回彈后可能對(duì)同向其他車輛造成影響，對(duì)土基壓實(shí)度的要求也較高，日常養(yǎng)護(hù)成本較高。

橋梁護(hù)欄橋梁護(hù)欄的主要類型為剛性護(hù)欄和半剛性護(hù)欄，前者以混凝土護(hù)欄為主，后者以金屬梁柱式護(hù)欄為主。此外，由混凝土和金屬梁柱組成的組合式護(hù)欄也是常用的橋梁護(hù)欄類型。由于橋梁路段發(fā)生事故后的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高于一般路基路段，因此橋梁護(hù)欄的防護(hù)等級(jí)往往高于路基護(hù)欄。

減少碰撞護(hù)欄事故及減輕事故損傷的措施

源頭治理

減少我國(guó)公路上的事故數(shù)及損傷程度，首先要從人和車的角度出發(fā)，從源頭根治，必須減少和杜絕疲勞駕駛、酒后駕駛等違法行為，改正不良駕駛習(xí)慣，加強(qiáng)駕駛員培訓(xùn)，嚴(yán)格駕駛員安全行車管理；同時(shí)應(yīng)提升車輛性能，特別是大型客貨車制動(dòng)、主動(dòng)安全等方面的性能，減少車輛失控造成的重大交通事故。

既有護(hù)欄提升建議

事故分析據(jù)了解，2011年至2020年我國(guó)高速公路上共發(fā)生車輛穿越中央分隔帶護(hù)欄導(dǎo)致的一次死亡10人以上的重特大交通事故12起。分析這些事故可發(fā)現(xiàn)，首先集中在大型客貨車，主要原因?yàn)檩d重量大、載人多，穿越中央分隔帶護(hù)欄進(jìn)入對(duì)向車道或穿越橋梁護(hù)欄跌入水中造成群死群傷的惡性事故；其次事故車輛高速撞擊護(hù)欄，碰撞能量遠(yuǎn)超護(hù)欄設(shè)計(jì)值，技術(shù)上難以防范；最后事故往往發(fā)生在駕駛員疲勞駕駛、操作不當(dāng)或車輛制動(dòng)出現(xiàn)故障等情況下，存在嚴(yán)重人為或車輛原因。在公路設(shè)施方面，事故往往發(fā)生在連續(xù)長(zhǎng)大下坡、臨水臨崖、雨雪路滑、山區(qū)公路和公路線形指標(biāo)很低的特殊路段。

公路護(hù)欄是設(shè)置于公路行車道外側(cè)或中央分隔帶的一種帶狀防護(hù)吸能結(jié)構(gòu)。圖為浙江省湖州市安吉縣農(nóng)村公路

既有護(hù)欄防護(hù)性能的適應(yīng)性及提升分析目前我國(guó)新建公路護(hù)欄安全性能要求總體已同發(fā)達(dá)國(guó)家一致，部分指標(biāo)甚至已超過(guò)其他國(guó)家。對(duì)因極小概率發(fā)生的事故，根據(jù)特殊個(gè)案而按最高標(biāo)準(zhǔn)提高全國(guó)護(hù)欄防護(hù)等級(jí)的方式，以阻止所有車輛穿越中央分隔帶或越出路外，雖存在理論上的可能，但經(jīng)濟(jì)上難以承受，實(shí)施中還可能涉及行車視距不足、影響景觀、行駛舒適性差等問(wèn)題，國(guó)際上也無(wú)此先例。

從近些年發(fā)生的車輛穿越中央分隔帶惡性事故可以看出，事故車輛與護(hù)欄發(fā)生的最大碰撞能量達(dá)到720千焦，對(duì)應(yīng)護(hù)欄防護(hù)等級(jí)為八級(jí)（HA級(jí)），遠(yuǎn)高于路段設(shè)計(jì)防護(hù)等級(jí)四級(jí)（SB級(jí)）。如果全路段中央分隔帶都采用八級(jí)（HA級(jí)）混凝土護(hù)欄，按單價(jià)約每延米1500元計(jì)算，測(cè)算得出全國(guó)高速公路的護(hù)欄新建費(fèi)用約3200多億元。

此外，以最新標(biāo)準(zhǔn)改造按照當(dāng)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的既有中央分隔帶護(hù)欄，也存在科學(xué)性和可行性問(wèn)題。2005年底和2017年我國(guó)高速公路通車?yán)锍谭謩e為4.53萬(wàn)公里和13.64萬(wàn)公里。例如對(duì)已建成的分別執(zhí)行94版、06版規(guī)范的公路護(hù)欄，按照17版規(guī)定進(jìn)行改造，將護(hù)欄等級(jí)提升為四級(jí)（SB級(jí)），單價(jià)按每米500元計(jì)，部分護(hù)欄可能需要設(shè)置為三級(jí)（A級(jí)）或者五級(jí)（SA級(jí)）及以上，以此計(jì)算取中，則測(cè)算的護(hù)欄新建費(fèi)用約1080億元。

如果在原護(hù)欄基礎(chǔ)上進(jìn)行改造再利用，約能降低20%至30%的費(fèi)用。

科學(xué)評(píng)估 分類施策 基于上述原因，科學(xué)評(píng)估既有護(hù)欄防護(hù)性能的適應(yīng)性十分重要，主要針對(duì)按原標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的重大事故多發(fā)的橋梁、重型車比例大的長(zhǎng)陡下坡等公路路段，根據(jù)交通事故嚴(yán)重性及其特點(diǎn)、運(yùn)行條件適應(yīng)性和大型車比例等情況進(jìn)行綜合評(píng)估后，分期、分類、分批提出改造方案和交通管理建議。

加強(qiáng)中央分隔帶護(hù)欄設(shè)置 針對(duì)重型車輛穿越中央分隔帶的問(wèn)題，在加強(qiáng)駕駛員管理和車輛管理的同時(shí)，建議科學(xué)評(píng)估中央分隔帶護(hù)欄，因地制宜，分類施策。對(duì)平面半徑很小、超標(biāo)大縱坡、連續(xù)長(zhǎng)大下坡、雨霧天氣狀況差的山區(qū)公路，以及交通量大、大客車和重車比例高的路段，逐步按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)采用高防護(hù)等級(jí)的中央分隔帶護(hù)欄，有條件的可采用高防護(hù)等級(jí)混凝土護(hù)欄。

鏈接

公路護(hù)欄設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

·不能人為夸大護(hù)欄的功能

護(hù)欄是一種被動(dòng)防護(hù)設(shè)施，無(wú)法僅通過(guò)加強(qiáng)設(shè)施來(lái)避免或減少交通事故的發(fā)生，公路交通安全還必須通過(guò)規(guī)范駕駛員的駕駛行為等實(shí)現(xiàn)，這也是最直接有效的措施。

·護(hù)欄具有一定的使用條件

護(hù)欄設(shè)置時(shí)，需綜合考慮公路線形、設(shè)計(jì)速度、運(yùn)行速度、交通量、車型構(gòu)成、環(huán)境景觀，以及經(jīng)濟(jì)承受能力等因素，無(wú)法也不可能阻止所有的車輛穿越護(hù)欄。偶發(fā)的事故不能作為否定護(hù)欄作用的原因；事故車輛超過(guò)護(hù)欄的使用條件，將導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。

·應(yīng)加強(qiáng)交通安全相關(guān)知識(shí)的傳播

有關(guān)單位，包括駕駛培訓(xùn)學(xué)校，應(yīng)對(duì)護(hù)欄的功能、屬性、使用注意事項(xiàng)等加強(qiáng)宣傳，使廣大駕駛員自覺(jué)地按交通法律法規(guī)的規(guī)定和交通標(biāo)志、標(biāo)線的指引，安全駕駛，謹(jǐn)慎行車，才能更好地實(shí)現(xiàn)護(hù)欄的安全保障功能。