對(duì)高速公路橋梁護(hù)坡設(shè)計(jì)的思考

對(duì)高速公路橋梁護(hù)坡設(shè)計(jì)的思考

2006年9月1日，中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)jtgd41-2006的《道路安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱“06版規(guī)范”）和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)jtgtgtgt61-2006的《道路安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)則》（以下簡(jiǎn)稱“94版規(guī)范”）中的交通安全工具設(shè)計(jì)和施工指南。這表明與國(guó)外交通安全設(shè)施先進(jìn)水平相比,與廣大公路出行者對(duì)交通安全、交通服務(wù)的期望和需求相比,《94版規(guī)范》存在著很多不適應(yīng)之處,《06版規(guī)范》的實(shí)施對(duì)設(shè)計(jì)者提出了更高的要求。高速公路設(shè)置的護(hù)欄具有以下功能:阻止車輛越出路外或穿越中央分隔帶闖入對(duì)向車道;防止車輛從護(hù)欄板下鉆出,或?qū)⒆o(hù)欄板沖斷;護(hù)欄應(yīng)能使車輛回復(fù)到正常行駛方向;發(fā)生碰撞時(shí),對(duì)乘客的損傷程度最小;能誘導(dǎo)駕駛員的視線。下面就《06版規(guī)范》所涉及的相關(guān)問(wèn)題作一介紹。一、中央分隔帶am《06版規(guī)范》將護(hù)欄的防撞等級(jí)由《94版規(guī)范》的A、B兩級(jí)提升為路側(cè)的五級(jí),即:B、A、SB、SA、SS;中央分隔帶的三級(jí)為Am、SBm、SAm。碰撞條件為碰撞速度40km/h~100km/h,車輛質(zhì)量1.5t~18t,碰撞角度20°,碰撞能量70kJ~520kJ。此外,需要采用的護(hù)欄碰撞能量低于70kJ或高于520kJ時(shí),應(yīng)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。二、適用條件：一是道路欄桿的防護(hù)等級(jí)《06版規(guī)范》規(guī)定的路基護(hù)欄防撞等級(jí)的適用條件如表1所示。三、設(shè)計(jì)扶手的指導(dǎo)思想《06版規(guī)范》中護(hù)欄的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想包括以下四點(diǎn)。3.應(yīng)在不同形狀的路障之間、路障和橋障之間進(jìn)行過(guò)渡處理4.堅(jiān)持“以人為本、安全第一”的指導(dǎo)理念，最大限度地減少事故數(shù)量，減少二次事故發(fā)生四、設(shè)置欄桿的原則《06版規(guī)范》中護(hù)欄的設(shè)置原則包括以下兩個(gè)部分。1.邊坡、填土高度決定是否設(shè)置路堤護(hù)欄的關(guān)鍵因素是路堤高度和邊坡坡度,一般可根據(jù)越出路堤事故的嚴(yán)重度畫出路堤高度和坡度與設(shè)置護(hù)欄的關(guān)系圖。很多國(guó)家根據(jù)本國(guó)條件建立了這種關(guān)系圖,作為是否設(shè)置路堤護(hù)欄的依據(jù)。當(dāng)邊坡坡度較緩,或者填土高度較低時(shí),即使重心較高的車輛越出路外,翻車的可能性也很小,因?yàn)檐囕v能順坡下滑,一般認(rèn)為沒(méi)有必要設(shè)置護(hù)欄。大多數(shù)國(guó)家將1:2的邊坡、填土高度4m,1:1.5的邊坡、填土高度為3m,1:1的邊坡、填土高度為2m作為設(shè)置護(hù)欄的起點(diǎn)。路側(cè)護(hù)欄設(shè)置的主要原則如下。1)車輛駛出路外有可能造成二次特大事故的路段必須設(shè)置路側(cè)護(hù)欄。特大事故是指一次造成死亡3人以上;或者重傷11人以上;或者死亡1人,同時(shí)重傷8人以上;或者死亡2人,同時(shí)重傷5人以上;或者財(cái)產(chǎn)損失6萬(wàn)元以上的事故。2)車輛駛出路外有可能造成單車特大事故或二次重大事故的路段必須設(shè)置路側(cè)護(hù)欄。重大事故是指一次造成死亡1人~2人;或者重傷3人以上10人以下;或者財(cái)產(chǎn)損失3萬(wàn)元以上不足6萬(wàn)元的事故。3)車輛駛出路外有可能造成重大事故的路段應(yīng)設(shè)置路側(cè)護(hù)欄。4)車輛駛出路外有可能造成一般或重大事故的路段宜設(shè)置路側(cè)護(hù)欄。一般事故是指一次造成重傷1人~2人;或者輕傷3人以上;或者財(cái)產(chǎn)損失不足3萬(wàn)元的事故。5)根據(jù)車輛駛出路外有可能造成的交通事故等級(jí),按表1的規(guī)定選取路側(cè)護(hù)欄的防撞等級(jí)。邊坡坡度、路堤高度與設(shè)置護(hù)欄的關(guān)系如圖2所示。上述原則可以歸納為:二級(jí)及以上等級(jí)的公路位于圖中方格區(qū)(Ⅰ區(qū))范圍內(nèi)的路段,必須設(shè)置路側(cè)護(hù)欄;位于斜線陰影(Ⅱ區(qū))范圍內(nèi)的路段,應(yīng)設(shè)置路側(cè)護(hù)欄;位于虛線(Ⅲ區(qū))以上區(qū)域內(nèi)的路段,宜設(shè)置路側(cè)護(hù)欄。有些情況下會(huì)發(fā)生二次事故,比如本道路跨越或者并行鐵路、公路時(shí),路側(cè)安全凈區(qū)內(nèi)有民居等。2.中央分隔帶活動(dòng)護(hù)欄設(shè)置的原則在高速公路上發(fā)生的交通事故,有1/4與中央分隔帶有關(guān),因此,在中央分隔帶設(shè)置護(hù)欄是非常必要的,中央分隔帶護(hù)欄就是為了防止車輛越過(guò)中央分隔帶闖入對(duì)向車道而設(shè)置的,具體設(shè)置原則如下:1)當(dāng)整體式斷面中間帶寬度小于或等于12m時(shí),必須設(shè)置中央分隔帶護(hù)欄,而大于12m時(shí),則應(yīng)分路段確定是否設(shè)置中央分隔帶護(hù)欄;2)公路采用分離式斷面時(shí),行車方向左側(cè)按路側(cè)護(hù)欄設(shè)置,上、下行路基高差大于2m時(shí),可只在路基較高的一側(cè)按路側(cè)護(hù)欄設(shè)置;3)高速公路和禁止車輛掉頭的一級(jí)公路中央分隔帶開口處必須設(shè)置活動(dòng)護(hù)欄;4)根據(jù)車輛駛?cè)雽?duì)向車道有可能造成的交通事故等級(jí),應(yīng)按表1的規(guī)定選取中央分隔帶護(hù)欄的防撞等級(jí)。纜索護(hù)欄的橫向動(dòng)態(tài)變形較大,而我國(guó)高速公路、一級(jí)公路的中央分隔帶都較窄,即使碰撞車輛未沖斷護(hù)欄也有可能影響到對(duì)向行車的安全。因此4.5m以下寬度的中央分隔帶不宜設(shè)置纜索護(hù)欄。五、鋼背木護(hù)欄的類型《06版規(guī)范》中,根據(jù)碰撞后的變形程度,將護(hù)欄分為剛性護(hù)欄、半剛性護(hù)欄和柔性護(hù)欄,其主要代表形式分別為混凝土護(hù)欄、波形梁護(hù)欄和纜索護(hù)欄,鋼背木護(hù)欄屬于半剛性護(hù)欄的一種。比較三種類型的護(hù)欄可知,剛性護(hù)欄碰撞后幾乎不變形,但車輛與護(hù)欄的碰撞角度較大時(shí),對(duì)車輛和乘員的傷害較大;半剛性護(hù)欄剛?cè)嵯嗉?具有較強(qiáng)的吸收碰撞能量的能力,對(duì)車輛和乘員的傷害相對(duì)較小;柔性護(hù)欄在受到碰撞后,由于變形較大,因此對(duì)車輛和乘員的傷害最小。選擇護(hù)欄形式時(shí),應(yīng)考慮以下四個(gè)主要因素。1.失控車輛行駛方向調(diào)整護(hù)欄在結(jié)構(gòu)上必須能夠阻擋并使失控車輛轉(zhuǎn)向,阻止失控車輛越出路外或進(jìn)入對(duì)向車道并使其正確改變行駛方向,滿足我國(guó)公路交通實(shí)際情況的要求,確保85%~90%以上的失控車輛不會(huì)越出、沖斷或下穿護(hù)欄。2.有保護(hù)生物和生活質(zhì)量的緩沖器選擇受碰撞后護(hù)欄的最大動(dòng)態(tài)變形量不應(yīng)超過(guò)護(hù)欄與被防護(hù)對(duì)象之間容許的變形距離,如果護(hù)欄與被保護(hù)物體的間距較大,則可選擇對(duì)車輛和乘員產(chǎn)生沖擊力最小的方案,比如,障礙物正好臨近護(hù)欄,則只能選擇半剛性或剛性護(hù)欄。大多數(shù)護(hù)欄可通過(guò)增加立柱或增加板的強(qiáng)度來(lái)提高整體強(qiáng)度。3.現(xiàn)場(chǎng)條件路肩和中央分隔帶寬度、公路的邊坡坡度等可能影響某些形式護(hù)欄的使用。4.養(yǎng)護(hù)成本一般情況下,護(hù)欄的初期建設(shè)成本會(huì)隨著防撞等級(jí)的增加而增加,但養(yǎng)護(hù)成本會(huì)減少。發(fā)生事故后,柔性或半剛性護(hù)欄比剛性或高強(qiáng)度護(hù)欄需要更多的養(yǎng)護(hù)。交通量大、事故頻發(fā)的路段,事故養(yǎng)護(hù)成本成為必須考慮的因素,剛性護(hù)欄是較好的選擇方案。六、護(hù)墻板的厚度根據(jù)《06版規(guī)范》設(shè)計(jì)原則,路側(cè)波形梁護(hù)欄按防撞等級(jí)可分為B、A、SB、SA、SS五級(jí),中央分隔帶護(hù)欄按防撞等級(jí)可分為Am、SBm、SAm三級(jí)。B級(jí)護(hù)欄可吸收的碰撞能量為70kJ,主要使用于二級(jí)-四級(jí)公路;A級(jí)護(hù)欄可吸收的碰撞能量為160kJ,將《94版規(guī)范》中護(hù)欄板的厚度由3mm提高到4mm、防阻塊的厚度由3mm提高到4.5mm,A級(jí)護(hù)欄將是我國(guó)高速公路、一級(jí)公路中使用最為普遍的護(hù)欄形式;SB、SA和SS級(jí)護(hù)欄可吸收的碰撞能量分別為280kJ、400kJ和520kJ。1.阻塊、立柱和防阻塊1)B級(jí)路側(cè)波形梁護(hù)欄由二波波形梁(310mm×85mm×3mm)、立柱(Φ114mm×Φ4.5mm)和托架(310mm×70mm×4.5mm)等組成。2)A級(jí)路側(cè)波形梁護(hù)欄由二波波形梁(310mm×85mm×4mm)、立柱(Φ140mm×Φ4.5mm)和防阻塊(196mm×178mm×200mm×4.5mm)等組成(如圖3(a)所示)。3)SB級(jí)路側(cè)波形梁護(hù)欄由三波波形梁(506mm×85mm×4mm)、立柱(□130mm×130mm×6mm)和防阻塊(300mm×200mm×290mm×4.5mm)等組成(如圖3(b)所示)。4)SA級(jí)路側(cè)波形梁護(hù)欄由三波波形梁(506mm×85mm×4mm)、橫梁(Φ89mm×Φ5.5mm)、立柱(□130mm×130mm×6mm和Φ120mm×Φ4.5mm)和防阻塊(300mm×200mm×290mm×4.5mm)等組成。5)SS級(jí)路側(cè)波形梁護(hù)欄由三波波形梁(506mm×85mm×4mm)、橫梁(Φ89mm×Φ5.5mm)、立柱(□130mm×130mm×6mm和Φ120mm×Φ4.5mm)和防阻塊(350mm×200mm×290mm×4.5mm)等組成(如圖3(c)所示)。2.設(shè)管線的分段設(shè)立的中央分隔帶中央分隔帶波形梁護(hù)欄從結(jié)構(gòu)上可分為分設(shè)型和組合型。中央分隔帶寬度大于等于2m、構(gòu)造物較多,或在其下埋設(shè)有管線的路段,可采用分設(shè)型;中央分隔帶寬度小于2m、構(gòu)造物不多,或埋設(shè)管線較少的路段,可采用組合型。中央分隔帶波形梁護(hù)欄防撞等級(jí)為Am、SBm和SAm的分設(shè)型中央分隔帶護(hù)欄的構(gòu)造形式與A、SA、和SB的路側(cè)護(hù)欄基本相同,組合型護(hù)欄是通過(guò)橫隔梁將兩個(gè)方向的護(hù)欄板連接起來(lái)。3.展圓頭式填挖路基路側(cè)波形梁護(hù)欄起、訖點(diǎn)的端頭處理應(yīng)注意以下四點(diǎn):1)上游端頭宜設(shè)置為地錨式或外展圓頭式(如圖4所示);2)下游端頭可采用圓頭式;3)在填挖路基交界處護(hù)欄的上游端頭的位置,應(yīng)從填挖零點(diǎn)向挖方延伸20m,再設(shè)外展端頭;4)當(dāng)護(hù)欄立柱外側(cè)土路肩保護(hù)層寬度不足時(shí)(應(yīng)大于25cm),應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)板或設(shè)置混凝土基礎(chǔ)。4.立柱埋深的情況波形梁護(hù)欄的強(qiáng)度主要決定于立柱的剛度、土的承載能力及梁的抗拉強(qiáng)度,特別是立柱的水平承載力與位移的關(guān)系是決定立柱強(qiáng)度的重要因素。試驗(yàn)表明:1)載荷與位移的關(guān)系埋于土中的立柱,加載后的彎曲位置與柱徑、埋深無(wú)關(guān),大約位于地表下40cm處,該位置正好在上部路基面處;2)立柱尺寸與強(qiáng)度的關(guān)系立柱的強(qiáng)度明顯受立柱直徑大小的影響,位移在5cm~50cm之間時(shí),立柱彎曲變形(強(qiáng)度)增大的差別取決于立柱的截面系數(shù),相反,立柱的埋深不同沒(méi)有反應(yīng)強(qiáng)度的差別,立柱的最大彎矩都發(fā)生在地面下40cm的地方,而與埋深無(wú)關(guān)。二波波形梁護(hù)欄B級(jí)立柱埋置深度不應(yīng)小于125cm,A、Am級(jí)立柱埋置深度不應(yīng)小于140cm,三波波形梁SB、SBm、SA、SAm和SS級(jí)立柱埋置深度不應(yīng)小于165cm;如存在路緣石時(shí),立柱埋深還應(yīng)考慮路緣石的高度。目前國(guó)內(nèi)高速公路、一級(jí)公路中央分隔帶種植土和回填土的存在影響了護(hù)欄立柱承載力的充分發(fā)揮,路側(cè)有時(shí)也存在這種情況,尤其是路側(cè)護(hù)欄立柱外展時(shí),往往達(dá)不到規(guī)定的土路肩保護(hù)層厚度,影響了護(hù)欄功能的發(fā)揮。規(guī)范推薦了以下兩種方法:一種是在立柱距路緣石頂部或路面50cm以下的位置焊接一塊310mm×200mm×10mm的鋼板,鋼板放置在護(hù)欄立柱的背面并與交通車流前進(jìn)方向成0~15°角的平面內(nèi),試驗(yàn)表明,這種加固方法能有效地提高護(hù)欄的承載能力;另一種是采用混凝土基礎(chǔ)對(duì)中央分隔帶護(hù)欄同一斷面的兩個(gè)立柱基礎(chǔ)聯(lián)成整體,以增加橫向穩(wěn)定性。兩波形梁護(hù)欄結(jié)構(gòu)采用兩種形式:波形梁護(hù)欄與托架連接,波形梁護(hù)欄與六角形防阻塊連接。從受力性能上分析,波形梁護(hù)欄與六角形防阻塊連接在發(fā)生碰撞時(shí)能更好地吸收能量,使參與變形的護(hù)欄跨數(shù)增加,護(hù)欄變形曲線光滑有利于車輛導(dǎo)向,此外能減少阻拌現(xiàn)象,所以國(guó)內(nèi)高速公路多采用波形梁護(hù)欄與六角形防阻塊連接形式。七、a、b和sa三級(jí)根據(jù)《06版》規(guī)范設(shè)計(jì)原則,路側(cè)混凝土護(hù)欄按防撞等級(jí)可分為A、SB、SA和SS四級(jí),中央分隔帶混凝土護(hù)欄按防撞等級(jí)可分為A、SB和SA三級(jí)。路側(cè)混凝土護(hù)欄按構(gòu)造可分為F型、單坡型、加強(qiáng)型三種,應(yīng)根據(jù)路側(cè)危險(xiǎn)情況選用。路側(cè)混凝土護(hù)欄的構(gòu)造如圖5所示,其構(gòu)造要求如表2~表4所示。中央分隔帶混凝土護(hù)欄采用整體式或分離式,可根據(jù)中央分隔帶的寬度、構(gòu)造物和管線的分布加以確定。整體式混凝土護(hù)欄按構(gòu)造可分為F型和單坡型兩種,其構(gòu)造圖如圖6所示,構(gòu)造要求如表5、表6所示。八、高速公路護(hù)欄的規(guī)范設(shè)計(jì)護(hù)欄是保障道路安全的重要設(shè)施,護(hù)欄的合理設(shè)置對(duì)車輛、乘員的安全起著重要的作用。隨著我國(guó)高速公路的快速發(fā)展,人們對(duì)安全護(hù)欄重要性的認(rèn)識(shí)也有了很大的提高。護(hù)欄的防撞機(jī)理是通過(guò)護(hù)欄和車輛的彈、塑性變形,以及摩擦和車體變位來(lái)吸收車輛碰撞能量,從而達(dá)到保護(hù)乘員生命的目的。護(hù)欄與其他安全設(shè)施的顯著區(qū)別是以護(hù)欄和車輛自身的破壞(變形)來(lái)防止更嚴(yán)重的傷害事故發(fā)生。設(shè)計(jì)人員只有充分理解護(hù)欄的防撞機(jī)理,才能靈活應(yīng)用規(guī)范設(shè)計(jì)出合格的護(hù)欄。編者按:本文以行標(biāo)JTGD81-2006《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》為切入點(diǎn),從護(hù)欄的防撞等級(jí)、適用條件、設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想、設(shè)置原則、護(hù)欄的形式選擇等方面對(duì)高速公路護(hù)欄的設(shè)計(jì)重點(diǎn)和要點(diǎn)進(jìn)行了分析,并著重介紹了波形防護(hù)梁和混凝土護(hù)欄的設(shè)計(jì)要點(diǎn),有利于設(shè)計(jì)人員充分理解護(hù)欄的防撞機(jī)理,提高人們對(duì)安全護(hù)欄重要性的認(rèn)識(shí)。1.應(yīng)采用寬容設(shè)計(jì)理念對(duì)路側(cè)護(hù)欄安全凈區(qū)內(nèi)的障礙物進(jìn)行妥善處理。根據(jù)國(guó)內(nèi)外統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,造成人員傷亡的交通事故約30%是由于車輛駛出路外所造成。所謂寬容設(shè)計(jì)理念就是強(qiáng)調(diào)駕駛員的過(guò)錯(cuò)不應(yīng)該以生命為代價(jià),通過(guò)合理的設(shè)計(jì)將駕駛員疲勞、超速、酒后駕車、躲避事故以及車輛失控、路面結(jié)冰、積雪、雨霧天氣或駕駛員視線受限等原因造成的事故