高速公路新型護(hù)欄改造技術(shù)創(chuàng)新及應(yīng)用探討

摘要 通過(guò)對(duì)某高速既有護(hù)欄的分析，依據(jù)《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D81—2017）研究其提升改造和再利用技術(shù)，在盡可能不拆除和替換現(xiàn)有波形梁護(hù)欄的前提下，提出改進(jìn)現(xiàn)有舊護(hù)欄結(jié)構(gòu)和附加其他輔助設(shè)施的方法，提高護(hù)欄防護(hù)等級(jí)，研究結(jié)果有助于提高其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞 高速公路；新型護(hù)欄；護(hù)欄改造；經(jīng)濟(jì)效益

中圖分類(lèi)號(hào) U417.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）18-0091-04

0 引言

為了提升公路使用者的安全保障水平，順應(yīng)人民群眾對(duì)交通安全的更高需求，適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展形勢(shì)，2006年9月1日交通運(yùn)輸部頒布實(shí)施的《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D81—2006）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)06版規(guī)范）。根據(jù)06版規(guī)范，我國(guó)高速公路一般路段的護(hù)欄防護(hù)能量級(jí)別提高到160 kJ，相較于《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(chēng)94版規(guī)范）規(guī)定的護(hù)欄防護(hù)能量級(jí)別有所提升[1]。

2013年，交通運(yùn)輸部頒布并執(zhí)行了最新的《公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B05-01—2013）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)13版標(biāo)準(zhǔn)），同時(shí)廢止了2004年發(fā)布實(shí)施的《高速公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T F83-01—2004），并將原來(lái)的5個(gè)等級(jí)擴(kuò)展成了8個(gè)等級(jí)，進(jìn)一步細(xì)化了公路護(hù)欄的防護(hù)等級(jí)。與《高速公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T F83-01—2004）相比，13版標(biāo)準(zhǔn)增加了1個(gè)最低防護(hù)等級(jí)C級(jí)以及兩個(gè)較高的防護(hù)等級(jí)HB級(jí)和HA級(jí)，同時(shí)新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)活動(dòng)護(hù)欄、過(guò)渡段、防撞墊以及護(hù)欄端頭等防護(hù)設(shè)施安全性能評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了規(guī)定。此外，各等級(jí)的試驗(yàn)車(chē)型、碰撞速度和碰撞角度等也都有了一定程度的改變，要求有一定程度的提高。因此，在2013年之前，施工安裝的高速公路波形梁護(hù)欄可能存在不能達(dá)到13版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相應(yīng)防護(hù)等級(jí)要求的情況。2017年，交通運(yùn)輸部修訂了06版規(guī)范，發(fā)布實(shí)施《公路交通安全 設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D81—2017）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)17版規(guī)范）和《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D81—2017）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)17版細(xì)則），規(guī)定了設(shè)置公路路基護(hù)欄和橋梁護(hù)欄的基本原則，并且調(diào)整了護(hù)欄設(shè)置的等級(jí)和結(jié)構(gòu)類(lèi)型[2][3]。

1 1934a6a7edb170599a7a1cbd10634b87defad0862628a03de5513f09825ffdb4護(hù)欄現(xiàn)狀

某高速公路全線路側(cè)及中央分隔帶護(hù)欄按照06版規(guī)范設(shè)計(jì)施工，采用防阻塊式A級(jí)波形梁鋼護(hù)欄，碰撞能量為123 kJ。隨著17版規(guī)范的發(fā)布實(shí)施，A級(jí)護(hù)欄碰撞能量等級(jí)也相應(yīng)調(diào)整為不低于160 kJ，防護(hù)等級(jí)存在較大差距，現(xiàn)有舊護(hù)欄與現(xiàn)行規(guī)范的符合性成為需要解決的首要問(wèn)題。另外，現(xiàn)有護(hù)欄的高度可能由于路面提升、加鋪罩面、路基下沉等原因，進(jìn)一步加大了現(xiàn)有舊護(hù)欄與現(xiàn)行規(guī)范的差異度。在盡可能不拆除和替換現(xiàn)有僅滿足06版規(guī)范護(hù)欄的前提下，通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有舊護(hù)欄結(jié)構(gòu)和附加其他輔助設(shè)施的方法，使其達(dá)到17版規(guī)范要求的防護(hù)等級(jí)，以適應(yīng)新的需求，是護(hù)欄升級(jí)改造項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)[4]。

2 護(hù)欄改造方案研究

2.1 護(hù)欄改造方案設(shè)計(jì)原則

將既有路基護(hù)欄從06版規(guī)范形式提升改造至符合現(xiàn)行17版規(guī)范和13版標(biāo)準(zhǔn)要求的護(hù)欄形式，其中路側(cè)護(hù)欄提升至現(xiàn)行規(guī)范SB級(jí)，中央分隔帶護(hù)欄提升至現(xiàn)行規(guī)范A級(jí)。新型護(hù)欄改造項(xiàng)目充分遵循了以下原則[5]：

（1）防護(hù)等級(jí)第一位原則

將按照06版規(guī)范設(shè)計(jì)施工的波形梁護(hù)欄的防護(hù)等級(jí)提升至13版標(biāo)準(zhǔn)的三（A）級(jí)和四（SB）級(jí)，改造后的路側(cè)護(hù)欄和中央分隔帶護(hù)欄的防護(hù)等級(jí)分別達(dá)到13版標(biāo)準(zhǔn)的三（A）級(jí)和四（SB）級(jí)。

（2）適用性原則

防護(hù)等級(jí)放在首位，同時(shí)考慮高速公路實(shí)際運(yùn)營(yíng)中現(xiàn)有護(hù)欄的類(lèi)型以及立柱的布局情況。

（3）改造施工過(guò)程中的安全防護(hù)功能

施工過(guò)程中需考慮現(xiàn)有護(hù)欄的隔離和保護(hù)功能，盡量減少對(duì)現(xiàn)有護(hù)欄的改動(dòng)，在施工過(guò)程中使其起到隔離保護(hù)的作用，對(duì)于確保道路施工的安全性具有重大意義。

（4）降低費(fèi)用，最大限度地利用現(xiàn)有護(hù)欄構(gòu)件

在遵循現(xiàn)行規(guī)范的前提下，盡可能充分利用拆除的護(hù)欄構(gòu)件與改造位置的護(hù)欄進(jìn)行組合，使其達(dá)到預(yù)期的防護(hù)等級(jí)，降低護(hù)欄的改造成本。

（5）施工方便，降低施工安裝工藝難度，縮短工期

盡可能地減少拆卸現(xiàn)有的護(hù)欄立柱和護(hù)欄板等構(gòu)件，縮短施工周期，遵循施工簡(jiǎn)便、安裝迅速的準(zhǔn)則，減少大型施工設(shè)備的使用，使護(hù)欄改造簡(jiǎn)單有效。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在不同樁號(hào)位置處隨機(jī)選擇現(xiàn)有路側(cè)及中央分隔帶波形護(hù)欄進(jìn)行實(shí)地測(cè)驗(yàn)，并對(duì)現(xiàn)有護(hù)欄可利用性展開(kāi)深入研究。結(jié)果顯示：厚度不足的防阻塊和已經(jīng)生銹的螺栓等構(gòu)件均無(wú)法重復(fù)利用，其他厚度滿足現(xiàn)行規(guī)范的防阻塊及波形板、立柱等主要構(gòu)件均可重復(fù)利用。通過(guò)查閱該路段竣工圖紙等資料，現(xiàn)有護(hù)欄的建筑限界滿足《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）要求。

2.2.1 中央分隔帶護(hù)欄

利用現(xiàn)有的波形板和立柱對(duì)中央分隔帶波形梁護(hù)欄進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，在現(xiàn)有立柱外部增設(shè)直徑為156 mm的外套筒及厚度為3 mm的三波形板和防阻塊，并將立柱的高度提高到與之相配的套筒高度，從而升級(jí)改造為A級(jí)三波形梁護(hù)欄[6]，如圖1所示。

2.2.2 路側(cè)護(hù)欄

利用已經(jīng)拆卸的中央分隔帶波形護(hù)欄板，將其安裝在路側(cè)，同時(shí)加密立柱以達(dá)到雙層雙波形的防護(hù)效果，從而升級(jí)改造為SB級(jí)雙層雙波形梁護(hù)欄，如圖2所示。

2.3 實(shí)車(chē)足尺碰撞試驗(yàn)

為驗(yàn)證護(hù)欄改造方案護(hù)欄防撞性能，根據(jù)13版標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求，分別采用3種車(chē)型（小型客車(chē)、中型客車(chē)和中型貨車(chē)）對(duì)中央分隔帶A級(jí)三波護(hù)欄和路側(cè)SB級(jí)雙層雙波護(hù)欄進(jìn)行碰撞試驗(yàn)。實(shí)車(chē)足尺碰撞試驗(yàn)是按照規(guī)定的試驗(yàn)碰撞條件，采用1∶1比例的試驗(yàn)車(chē)輛與試驗(yàn)護(hù)欄進(jìn)行碰撞[7]，如表1、表2所示。

2.3.1 A級(jí)三波形梁護(hù)欄試驗(yàn)結(jié)果

3種車(chē)型分別與A級(jí)三波護(hù)欄發(fā)生碰撞后車(chē)輛未發(fā)生穿越、翻越和跨越護(hù)欄等現(xiàn)象，車(chē)輛平穩(wěn)駛出，護(hù)欄自身未發(fā)生破壞，護(hù)欄導(dǎo)向性能良好，阻擋功能滿足要求。

可以看出，A級(jí)三波護(hù)欄能有效防護(hù)小型客車(chē)、中型客車(chē)和中型貨車(chē)碰撞，具備良好的阻擋能力、導(dǎo)向能力和減震能力，性能指標(biāo)符合13版標(biāo)準(zhǔn)要求，安全性能防護(hù)等級(jí)達(dá)到三（A）級(jí)要求。

2.3.2 SB級(jí)雙層雙波護(hù)欄試驗(yàn)結(jié)果

3種車(chē)型分別與SB級(jí)三波護(hù)欄發(fā)生碰撞后，車(chē)輛未發(fā)生穿越、翻越和跨越護(hù)欄等現(xiàn)象，車(chē)輛平穩(wěn)駛出，護(hù)欄自身未發(fā)生破壞，護(hù)欄導(dǎo)向性能良好，阻擋功能滿足要求。

可以看出，SB級(jí)雙層雙波護(hù)欄能有效防護(hù)小型客車(chē)、中型客車(chē)和中型貨車(chē)碰撞，具備良好的阻擋能力、導(dǎo)向能力和減震能力，性能指標(biāo)符合13版標(biāo)準(zhǔn)要求，安全性能防護(hù)等級(jí)達(dá)到四（SB）級(jí)要求。

3 護(hù)欄應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)現(xiàn)行17版細(xì)則中推薦的波形梁鋼護(hù)欄結(jié)構(gòu)形式，以打入式立柱為例，假設(shè)沒(méi)有路緣石的情況下，設(shè)置在高速公路中央分隔帶的三（A）級(jí)三波形梁鋼護(hù)欄的用鋼量為37.5 kg/延米，設(shè)置在高速公路道路兩側(cè)的四（SB）級(jí)三波形梁鋼護(hù)欄的用鋼量為60.21 kg/延米[6]。

A級(jí)三波形梁護(hù)欄總用鋼量約為30.47 kg/延米，護(hù)欄改造時(shí)，在充分利用既有護(hù)欄構(gòu)件時(shí)，新增用鋼量為22.39 kg/延米。該護(hù)欄形式主要用于中央分隔帶護(hù)欄改造，相比于新設(shè)路側(cè)三（A）級(jí)三波形梁鋼護(hù)欄，采用A級(jí)三波形梁護(hù)欄改造的新增用鋼量可節(jié)省33.84%，如表3所示。

SB級(jí)雙層雙波形梁護(hù)欄總用鋼量約為60.04 kg/延米，護(hù)欄改造時(shí)，在充分利用既有護(hù)欄構(gòu)件時(shí)，新增用鋼量為19.19 kg/延米。該護(hù)欄型式主要用于路側(cè)護(hù)欄改造，相比于新設(shè)路側(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范SB級(jí)三波形梁鋼護(hù)欄，采用SB級(jí)雙層雙波形梁護(hù)欄改造的新增用鋼量可節(jié)省68.13%，如表4所示。

A級(jí)三波形梁鋼護(hù)欄的總用鋼量低于現(xiàn)行17版細(xì)則中推薦的同級(jí)別波形梁鋼護(hù)欄。SB級(jí)雙層雙波形梁護(hù)欄的總用鋼量高于現(xiàn)行17版細(xì)則中推薦的同級(jí)別波形梁鋼護(hù)欄[8]。將這兩種護(hù)欄用于既有護(hù)欄的提升改造，新增用鋼量均有較為明顯的節(jié)省。

某高速沿?？萍悸讽?xiàng)目，全長(zhǎng)為56 km。按50%路段設(shè)置波形梁護(hù)欄，再利用率80%計(jì)算，可再利用鋼材至少2 000 t，路側(cè)和中央分隔帶護(hù)欄改造項(xiàng)目建設(shè)投資可節(jié)約建設(shè)資金至少1 500萬(wàn)元；如按照與設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范推薦同等級(jí)波形梁護(hù)欄相比，新增鋼材量可降低2 300 t，可節(jié)約1 600萬(wàn)元。新型護(hù)欄改造技術(shù)方案經(jīng)濟(jì)效益明顯。

3.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析

對(duì)于既有護(hù)欄構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)參數(shù)不符合現(xiàn)行規(guī)范的要求，拆除后往往被低價(jià)處理，有些甚至直接回收至冶煉廠重新回爐，因鋼材回收價(jià)格略低，造成較大的資源流失。更為重要的是，鋼構(gòu)件的重新回爐對(duì)環(huán)境的污染是不可估量的，任何經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)都無(wú)法計(jì)算出其對(duì)生活環(huán)境的影響有多少。新型護(hù)欄改造技術(shù)在充分利用既有護(hù)欄構(gòu)件的基礎(chǔ)上，通過(guò)改進(jìn)舊護(hù)欄結(jié)構(gòu)和附加其他輔助設(shè)施的方法，對(duì)護(hù)欄進(jìn)行防護(hù)能力升級(jí)改造設(shè)計(jì)，縮短了施工時(shí)間，大幅降低了護(hù)欄的施工難度，極大地減小了對(duì)交通的影響。通過(guò)將路側(cè)和中央分隔帶既有波形梁護(hù)欄構(gòu)件流轉(zhuǎn)使用，可提高既有護(hù)欄的再利用率，減少新增用鋼量，降低能耗，減小對(duì)生態(tài)環(huán)境的危害，護(hù)欄在施工過(guò)程中仍然可以保持護(hù)欄的防護(hù)能力，對(duì)施工區(qū)內(nèi)的人員和設(shè)備均有良好的安全保障。

4 結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)某高速沿?？萍悸讽?xiàng)目既有護(hù)欄再利用提升改造形成的新型護(hù)欄改造技術(shù)研究成果可作為17版細(xì)則的補(bǔ)充和完善?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范既未提供波形梁護(hù)欄提升再利用改造方案，也并未考慮行車(chē)道內(nèi)路面加鋪罩面對(duì)波形梁護(hù)欄防護(hù)能力的影響。新型護(hù)欄改造技術(shù)首次結(jié)合行車(chē)道內(nèi)加鋪罩面方式研究波形梁護(hù)欄提升方案，是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的補(bǔ)充和完善，推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制修訂的技術(shù)研究工作，豐富既有護(hù)欄提升改造的方案成套技術(shù)，提升高速公路交通安全水平，為國(guó)內(nèi)高速公路提質(zhì)升級(jí)工作提供技術(shù)支撐。

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