既有干线公路防护设施提档升级的设计研究.pdf

总658期2023年第28期（10月 上）0 引言现代道路交通环境下，安全设施的重要性日益凸显。合理应用道路安全设施，既能够保障道路通行车辆的安全，又能够充分发挥公路的各项功能1。我国对安全设施的开发研究起步较晚，规模也较小，相关规范仍处在不断深化完善的过程中。以 2017 年颁布的公路交通安全设施设计规范（JTG D812017）2（下文简称设计规范）为例，此次新规对道路安全设施作出了更全面和细致的规定，其中尤以防护设施章节的变化幅度为最。基于我国“坚持人民至上、生命至上”的道路交通安全指导思想，充分考虑地方实际情况，区分轻重缓急，逐步对既有干线公路的现状防护设施进行提档升级十分必要。1 工程概况基于抓大放小、逐步推进的原则，本项目按照整个市域范围公路网改造计划的先导验证段定位。出于紧迫性和经济性等综合考量，本次仅对中央分隔带即对向车道之间的防护进行提档升级。项目所含的三段干线公路均位于某市的中环外，主要参数见表1。表1 道路主要参数表道路名称国道A省道A省道B道路等级干线一级公路干线一级公路干线一级公路设计长度/km12.713.90.6设计车速/（km/h）80/10080802 现状调查2.1 国道A现状国道A改造范围中包括不相邻的两个路段，具体情况如下：1）路段一总宽24 m，设计速度80 km/h，双向四车道+硬路肩，没有中分带，对向车道之间设置临时中央隔离墩，没有防撞功能。2）路段二总宽40 m，设计速度100 km/h，双向六车道+侧分带+非机动车道，没有中分带，对向车道之间设置临时中央隔离墩，没有防撞功能。2.2 省道A现状省道A改造范围的大部分路段是主辅路断面的穿城（镇）公路，局部路段为双向六车道公路断面。城镇段的公路功能由主线道路承担，限速80 km/h；辅路为城市道路，限速40 km/h；公路段限速80 km/h。全线可归纳为下述三种断面情况：1）断面一总宽41.5 m，4块板设计，对向车道和主辅路之间均设置绿化分隔带。中分带采用42 cm的高路缘石，没有设置波形梁护栏。2）断面二为某大桥及其引桥段，双向六车道，中分带为502 m的绿化带，现状已设置了旧款两波Am级波形梁护栏，主桥段设置混凝土护栏。3）断面三为收费站互通段，道路宽度变化不定，没有中央分隔带，目前仅摆放了50 cm宽的花箱作为对向车道的物理分隔，没有防撞功能。2.3 省道B现状省道B的长度较短，情况单一，限速80 km/h，全线2 m中分带+双向四车道+硬路肩，总宽26.5 m，与省道A不同点在于采用了20 cm高的普通路缘石。3 问题分析1）国道A全线均未设置绿化分隔带，仅依靠临时中央隔离墩分隔对向车流存在的重大安全隐患。临时中央隔离墩不能作为永久性的防护设施使用，其自身收稿日期：2023-02-07作者简介：唐佳（1984），男，江苏常州人，高级工程师，从事道路交通安全设施和智能管理设施研究工作。既有干线公路防护设施提档升级的设计研究唐佳（东南大学建筑设计研究院有限公司，江苏 南京 210096）摘要：以某国省道中央分隔带防护提升工程为例，全面回顾了工程项目的设计过程，通过复盘分析设计中解决的各种实际问题，探索了既有干线公路防护设施提档升级的设计方法，旨在为有效提高我国道路的防护能力和服务水平，满足日益提高的安全出行需求积累经验。关键词：防护设施；提档升级；波形梁；混凝土护栏中图分类号：U417文献标识码：B64交通世界TRANSPOWORLD没有抗冲击和抗位移的能力，受到车辆撞击时，难以有效阻滞车辆，一旦车辆冲过隔离墩驶入对向车道极易引发严重的碰撞事故。2）国道A现状左侧路缘带宽度为0.5 m，设置中央隔离墩时未考虑侧向余宽的宽度要求，不满足现行道路设计规范的要求。3）省道A和省道B存在共性问题，即旧款两波护栏不满足设计规范的要求。4）省道B断面三中摆放在路中央的花箱与临时中央隔离墩的问题为没有防撞功能，无法有效阻滞车辆。5）当中分带内有桥墩或设施杆等构造物时，应额外核查波形梁护栏受冲击后的变形值问题。如半刚性护栏的变形值大于护栏到构造物的间距，难以保护构造物免受冲击时，应采用刚性护栏作为防护设施。4 提档升级方案设计本工程含三条国省道，每条国省道又有多种断面形式，各个路段的实际情况不尽相同，有共性问题也有各自的特殊情况，因此在提档升级方案设计时应“通盘考虑”结合“一点一策”，既保证改造后沿线防护设施的设计标准满足设计规范要求，能够切实保障通车安全，又能实现经济实用、外观协调一致与自然融为一体的实际需求。4.1 国道A改造方案4.1.1 设置SAm级整体式混凝土护栏国道A包含的两个独立路段的问题和解决方案是把不生根、不防撞的中央隔离墩替换为满足设计规范要求的SAm级整体式混凝土护栏。针对路基段和桥梁段的不同施工条件，分别设计了对应的护栏基础，详情如下：1）路基段。取消现状摆放式的成品中央隔离墩，统一更换为SAm级整体式混凝土护栏。护栏施工时需对沥青路面进行切割，制作深度为50 cm的条形基础，基础和护栏主体整体配筋并一次性浇筑。2）桥梁段。桥梁段SAm级整体式混凝土护栏的路面以上部分与路基段相同，基础则由于桥面铺装层下方是桥梁顶板，可供浇筑条形基础的深度不足，因此改为植筋基础，施工时需对桥梁顶板的顶面进行凿毛并按设计要求植筋，保证新浇筑的整体式护栏与桥体形成牢固的受力整体。4.1.2 补足左侧路缘带和侧向余宽按照现行道路规范的要求，国道A的左侧路缘带+侧向余宽应为75 cm，提档升级更换SAm级整体式护栏后，由于SAm级护栏宽度为60.6 cm，比原有中央隔离墩宽10.6 cm，因此改造后左侧路缘带的宽度仅有44.7cm。为满足规范要求还需补充30.3 cm，解决该问题的步骤如下：1）根据 公路路线设计规范（JTG D202017）3关于车道宽度的相关条文描述可知，双向八车道以下且主要通行中、小型客运车辆的公路，经过论证，其内侧车道的宽度可采用最小值3.5 m。国道A提档升级时，通过对左侧道路边缘线的重新施划，压缩现状3.75 m宽的内侧第一车道至3.5 m可获得25 cm的额外空间，则还需补充5.3 cm。2）根据 公路路线设计规范（JTG D202017）和公路交通安全设施设计细则（JTG/T D812017）4的相关条文和附图所示，当采用整体式混凝土护栏作为路中防护设施时，混凝土护栏迎撞面的内收部分可作为侧向余宽取用，宽 12.5 cm，计入这部分宽度后，即可满足规范对左侧路缘带和侧向余宽的要求。4.2 省道A改造方案省道A的断面形式较多，且路基段、桥梁段以及高缘石等客观因素的相互组合使情况更为复杂，需贯彻“一点一策”的精神逐个制定合理的改造方案，主要措施如下：1）对有中分带但未设置护栏的路段按照设计规范要求设置Am级波形梁护栏，采用三波护栏板。2）对有中分带且设置了两波护栏的路段，拆除旧款护栏，根据设计规范要求设置三波Am级波形梁护栏。3）对花箱段按国道A的方式进行提档升级改造，包括更换整体式混凝土护栏和重划左侧车道边缘线两部分。4）局部路段的中分带存在宽度变化，当中分带渐变后宽度不足以设置双侧Am级波形梁护栏时，则将绿化带拆除，替换为整体式混凝土护栏。5）对中分带内有障碍物的情况，由于中分带宽度仅2 m，局部路段甚至不足2 m，考虑波形梁护栏是半刚性护栏，其受冲击后变形较为严重。为有效保护中分带内的设施，尤其是人行天桥的桥墩，设计采用局部路段设置SA级墙式护栏的方式进行重点防护。4.3 省道B改造方案省道B的里程较短，断面情况单一，涉及的情况在上两条路的提档升级改造过程中基本确定了针对性的方案，主要措施如下：1）对有中分带但未设置护栏的路段按照设计规范要求设置Am级波形梁护栏，采用三波护栏板。2）全线仅有1座桥梁，采用旧款两波护栏，应更换为三波Am级波形梁护栏。为避免破坏桥梁主体，该段拆除旧护栏时直接沿桥面切除护栏立柱，另选位置植筋作为新建护栏的基础，即采用设计规范中的B2型基础。5 疑难问题处理5.1 高缘石路段护栏板高度的确定在省道A提档升级方案设计时，对是否按照设计65总658期2023年第28期（10月 上）规范的要求在波形梁护栏立杆长度设计时加入分隔带高度（h）产生了分歧。在公路工程中，常规路缘石高度一般不超过25 cm，将其计入立柱长度后可知一般Am 级波形梁护栏板的中心高度为 89.7 cm。在本项目中，如正常计入省道A的高路缘石，则h=42 cm，新建的Am级波形梁护栏板的中心高度为111.7 cm，较一般情况高出22 cm，差别显而易见。但该设计的合理性有待研究。车辆必须与波形梁护栏的护栏板发生充分且有效的碰撞才能完全发挥护栏的防护功能。如果碰撞时护栏板没有受到冲击，则防护也无从谈起；又如果车辆与护栏碰撞的位置不当，例如护栏高度与驾驶舱高度相当时，一旦发生碰撞，驾驶员必然首当其冲，其危险性也不言自明。鉴于此，在波形梁结构设计时其护栏板的高度和覆盖范围显然是非常重要的设计参数。当碰撞发生时，波形梁护栏需要达成的防护目标包括但不限于：有效阻滞车辆，通过弹性形变逐步缓冲并制动车辆；避免车辆从护栏下方穿过；避免车辆尤其是大型车辆从护栏上方越过；尽可能保护乘员的人身安全。笔者对高缘石路段如何确定护栏板高度的思考如下：1）根据 汽车前、后端保护装置（GB 173541998）5可知小型车辆（M1类）的前防撞梁的基准高度为44.5 cm，制造误差和品牌区别暂时忽略不计。设计规范 中规定的 Am 级波形梁护栏板的中心高度为69.7 m，其三波板高度为 50.6 cm，则可得此款护栏的栏板下缘高度为69.7-50.6/2=44.4 cm。结论是当按规范设计护栏时，Am级波形梁护栏板下缘能覆盖小型车辆的前防撞梁的碰撞位置，有效发挥吸能和阻滞作用。2）M2 和 M3 类车辆碰撞高度必然不会低于 44.5cm，且考虑车辆侧翻和越过护栏的可能，更高的护栏板上缘高度显然是有利的。2017 年新版 设计规范将A/Am级波形梁护栏的护栏板由两波调整为三波，提高护栏板上缘高度至95 cm，显然也是为了适应我国公路车辆向小型化和重型化两极化发展的趋势，加强对重型车辆的防护能力。3）公路常见的路缘石高度不超过 25 cm，当车轮与路缘石发生侧向碰撞时，车辆较容易驶上分隔带，导致车头碰撞高度抬高，因此需要相应增加护栏板的整体高度，在计算中分带波形梁护栏板高度时需要加入路缘石高也应出于这个考量。4）高路缘石情况下，普通车辆的车轮难以骑上路缘带，即使发生了碰撞，路缘石也是发生横向位移，并不会使车辆自身抬高。如果按照设计规范的要求加入h值，则三波板的有效碰撞范围是86.4137 cm，此时，路缘石顶面与护栏板下缘之间存在4286.4 cm的高度范围，可能发生小型车辆从该范围嵌入的风险。5）经过内部交流并与业主、专家多次沟通研讨后，本项目最终采用的方案是在波形梁护栏板高度计算时计入路缘石高度的方法。主要理由包括三方面，一是最关键的一点，设计规范中关于波形梁护栏板高度需计算路缘石高度的内容并未明文规定其例外事项，因此不宜在缺乏规范支持的情况下擅自修改；二是基于路缘石难以骑越的情况，面对小型车辆时，在高缘石+高填土+绿植+常年雨水渗透导致土壤固结等因素的综合影响下，高缘石中分带本身就具备了一定的抗冲击能力。本次改造后，在中分带填土中更是打入了大量间距2 m的钢立柱，进一步提高了中分带整体抗位移的能力，可认为是具备了防护M1类小型车冲击的要求；三是M2和M3类车的车体较高，SUV车型的引擎盖高度已达 80110 cm，大型车辆则更高，因路缘石与波形梁护栏板下缘之间的空隙发生车辆嵌入或穿过的可能性较小，可认为加高42 cm后的护栏板仍能有效发挥防护功能。5.2 路缘石高度不一的路桥衔接处理在省道A中有一座跨径仅20 m的老桥采用的路缘石高20 cm，与其上下游的高缘石段格格不入。本次设计时为了保持波形梁护栏纵向视觉平顺，在该小桥处也采用了加高42 cm的波形梁护栏设计。为避免发生车辆从下方穿过的事故，在三波板下方加挂了一道两波护栏板作为补充，两波护栏板的端部设置圆端头。6 结束语为提高既有干线公路防护设施提档升级设计的科学性与合理性，本文通过回顾一个实际工程项目的设计全过程，从设计流程和关键节点处理两方面进行阐述和研究，为既有干线公路提档升级设计提供了思路。参考文献：1 麦超武.公路交通工程安全防护设施的作用与质量控制分析J.交通世界，2019（17）：23-24.2 交通运输部公路科学研究院.公路交通安全设施设计规范：JTG D812017S.北京：人民交通出版社股份有限公司，2017.3 中交第一公路勘察设计研究院有限公司.公路路线设计规范：JTG D202017S.北京：人民交通出版社股份有限公司，2017.4 交通运输部公路科学研究院.公路交通安全设施设计细则：JTG/T D812017S.北京：人民交通出版社股份有限公司，2017.5 东风汽车工程研究院.汽车前、后端保护装置：GB173541998S.北京：中国标准出版社，1998.66