養(yǎng)護工程舊A級波形護欄升級改造方案探析

路建強

（中交基礎設施養(yǎng)護集團寧夏工程有限公司，寧夏 銀川 750000）

1 項目背景

2018年1月，交通運輸部公告施行新發(fā)布的《公路交通安全設施設計規(guī)范》（JTG D81—2017）及《公路交通安全設施設計細則》（JTG/T D81—2017）作為公路工程行業(yè)推薦性標準，原《公路交通安全設施設計規(guī)范》（JTG D81—2006）及《公路交通安全設施設計細則》（JTG/T D81—2006）同時廢止。新規(guī)范對于護欄的防護等級進行了提升，對于護欄設置條件及防護等級的確定更加具體化、可操作性更強，完善解決了改擴建工程及公路運營環(huán)境發(fā)生變化帶來的問題，更加科學、實用、易于操作。

2 護欄升級改造依據

現(xiàn)行《公路交通安全設施設計細則》（JTG/T D81—2017）為推薦性標準，細則提供波形護欄設計指導思想、設計順序及設置中應考慮的因素，如何選取波形護欄形式及結構構造要求及推薦的一般構造圖等，為設計人員提供分析方法及因地制宜開展針對性設計的原則。對既有交通安全設施，從資源節(jié)約和環(huán)境保護的角度，提出護欄的再利用的方案。若護欄結構設計經過試驗驗證能夠滿足新規(guī)范防護等級及性能的要求，即為符合規(guī)范的護欄結構形式。對此，提出在舊A級護欄基礎上進行的改造升級方案，使其防護等級滿足新規(guī)范要求。

3 護欄升級改造原因

由于原有舊A級兩波護欄存在大客車及大貨車騎跨護欄翻車等防護能力不足的現(xiàn)象，新規(guī)范的A級護欄由兩波形鋼護欄板更改為三波形梁板，對立柱進行了加長處理并提升了防護等級。新規(guī)范的更新導致很多原有舊A級護欄防護等級偏低需升級改造。一是在等級公路尤其是國省干線的罩面養(yǎng)護中對路面反復進行加鋪瀝青層的罩面養(yǎng)護，造成原路護欄高度降低，難以滿足規(guī)范防護等級的要求。二是部分公路養(yǎng)護中心大量舊A級波形護欄由于主要用于道路護欄更換維修及安全生命防護工程，按新規(guī)范要求難以滿足現(xiàn)有要求造成積壓。若全部淘汰舊波形護欄，更換為新規(guī)范護欄或低成本處理，不僅增加施工難度、提高工程造價，還造成資源的浪費與資產損失。

4 護欄升級改造方案原則

（1）安全性原則。結構設計的安全性應根據結構破壞后可能產生后果的嚴重程度進行劃分，體現(xiàn)不同結構可靠度差異。安全等級應符合《公路工程結構可靠度設計統(tǒng)一標準》(GB/T 50283—1999)的規(guī)定。護欄的升級改造在強度上必須有效吸收設計碰撞能量，所承受的汽車橫向碰撞荷載標準值應符合規(guī)范要求，阻擋小于設計碰撞能量的車輛跨越護欄并使其正確改變行駛方向。

（2）經濟性原則。波形護欄改造升級方案應在保證防護等級的基礎上盡量利用現(xiàn)有舊波形護欄，根據工程建設和交通組織設計方案采用不同的方案。波形護欄升級改造再利用結構主要為護欄立柱、防阻塊及波形梁板。舊波形護欄構件尺寸、規(guī)格、偏差應滿足現(xiàn)有護欄早期建設時所依據的標準規(guī)范，鍍鋅防腐符合前期規(guī)范要求并經檢驗合格后可重復利用進行護欄的組合改造升級。

（3）適用性原則。護欄的改造升級應因地制宜，結合國省干線現(xiàn)有路側條件進行調整，針對性地提出設計改造方案。例如，對國省干線設置護欄路側為GBM工程、護欄跨越橋涵段落、現(xiàn)有土路肩寬度不足等問題均應進行針對性設計，以達到規(guī)范要求的護欄防護等級。護欄改造升級應考慮施工難易程度，具有操作簡便、便于后期維修利用特點并增加防盜功能。

5 舊護欄升級改造方案研究

對于國省干線已在路側使用護欄的情況，由于在后期的公路罩面等養(yǎng)護中將路面基準標高，導致護欄防護高度不足，防護性能大打折扣，護欄存在安全隱患，全部更換為新三波A級護欄成本太高，經濟性較差。提高舊波形護欄防護等級的主要改造思路：一是通過加密護欄立柱的設置間距提高防護等級；二是重新設計舊波形護欄結構。可采用立柱加密改造、護欄立柱加高、設置兩層套接波形梁板或更換新波形梁板等方式。

（1）立柱加密改造。主要是在原有4m護欄立柱中間增加立柱，立柱型號為φ140mm×2150mm×4.5mm（直徑×長度×壁厚），原有波形梁板中間增加一個螺栓孔，采用六角頭螺栓將立柱與防阻塊連接，再采用連接螺栓將防阻塊與波形梁板連接，調整原有立柱分布形式將原有4m立柱間距調整為2m。此方法原有立柱可得到有效利用，一定程度上增加了原有護欄的防護級別，減少了施工成本，提高了波形護欄的穩(wěn)定性。

（2）護欄立柱加高（見圖1）。可通過立柱內預留套管長度的方式增加護欄高度，做成可調節(jié)式波形護欄，可調式護欄上部結構采用φ127mm×450mm×4.0mm（直徑×長度×壁厚）套管立柱，套管預留4個連接孔，預留孔的使用根據養(yǎng)護罩面的高度調節(jié)波形梁板的橫梁中心高度從路面至連接孔中心的距離滿足規(guī)范60cm。在國省干線后期的罩面等加鋪養(yǎng)護中可反復使用數次，維持護欄能夠保持原規(guī)范防護等級的要求，待養(yǎng)護壽命期結束或進行改擴建時，再將原波形護欄全部新增為新規(guī)范要求三波A級護欄。

圖1 護欄立柱加高（單位：mm）

（3）雙排雙波形護欄（見圖2）。通過在現(xiàn)有GRA-4E波形護欄的結構頂增加短立柱及波形梁梁板的方式，將原有護欄改造成雙排雙波的波形梁護欄，原有立柱與短立柱之間采用內套管進行連接。具體型式為舊兩波護欄頂部增加φ140mm×340mm×4.5mm（直徑×長度×壁厚）短立柱，立柱與波形梁板采用防阻塊連接，下部仍采用原有φ140mm×2150mm×4.5mm（直徑×長度×壁厚）立柱、防阻塊及波形梁板，兩立柱之間采用φ127mm×640mm×4mm（直徑×長度×壁厚）套管立柱通過六角頭螺栓連接。防阻塊均采用規(guī)格為196mm×178mm×200mm×4.5mm（長×寬×高×壁厚）的防阻塊，波形梁板均采用規(guī)格為4320mm×310mm×85mm×4mm（長度×板寬×波深×板厚）的兩波波形板。改造后最下層波形梁板的橫梁中心高度從路面至連接孔中心的距離仍為60cm，兩排雙波護欄橫向中心高度距離路面為75cm，改造后整體防護性能較高，并充分利用原有舊護欄，將原有2150mm立柱長度更改為2490mm，外露長度增加，立柱埋深仍為1400mm，彌補了舊A級護欄防護高度不足的缺點。

圖2 雙排雙波護欄（單位：mm）

（4）雙波疊加組合三波護欄（見圖3）。采用兩層雙波護欄疊加成三波護欄。具體型式為舊兩波護欄頂部增加φ140mm×190mm×4.5mm（直徑×長度×壁厚）短立柱，立柱與波形梁板采用防阻塊連接，下部仍采用原有φ140mm×2150mm×4.5mm（直徑×長度×壁厚）立柱、防阻塊及波形梁板，兩立柱之間采用φ127mm×490mm×4mm（直徑×長度×壁厚）套管立柱通過六角頭螺栓進行連接。防阻塊均采用規(guī)格為196mm×178mm×200mm×4.5mm（長×寬×高×壁厚）的防阻塊，波形梁板均采用規(guī)格為4320mm×310mm×85mm×4mm（長度×板寬×波深×板厚）的兩波波形板，疊加后波形梁板的規(guī)格為4320mm×465mm×85mm×4mm（長度×板寬×波深×板厚）。改造后三波梁板橫梁中心高度從路面至連接孔中心的距離采用新規(guī)范697mm，三波梁板最下段連接孔中心高度距離路面為60cm，改造后整體防護性能較原有護欄有很大提高。

圖3 組合三波護欄（單位：mm）

（5）雙波護欄增加橫梁（見圖4）。在原兩波A級護欄上方增加橫梁及上段立柱。具體型式為舊兩波護欄頂部增加φ102mm×620mm×4.5mm（直徑×長度×壁厚）上段立柱，上段立柱與原有立柱采用六角頭螺栓連接，在上段立柱頂部增加φ89mm×3994mm×5.5mm（直徑×長度×壁厚）橫梁，下部仍采用原有φ140mm×2150mm×4.5mm（直徑×長度×壁厚）立柱、防阻塊及波形梁板。改造后波形梁板的橫梁中心高度從路面至連接孔中心的距離仍為60cm，最大防護高度為116cm，改造后整體防護性能較高，并充分利用原有舊護欄，一定程度上彌補了舊A級護欄防護高度不足的缺點，但此設計需要新增立柱及橫梁數量較多，經濟性較差。

圖4 護欄增加橫梁（單位：mm）

以上四種護欄結構改造均為新設計結構，涉及立柱埋深、立柱打孔、外露長度變化等多種因素影響。結構設計中護欄的阻擋功能是最基本和最重要的功能，數學模型的建立也是基于很多的假設條件，涉及參數較多，主要有車輛質量、碰撞速度、碰撞角度、重心至前保險杠的距離、護欄最大橫向動態(tài)變形值等。改造后的波形護欄能否達到新規(guī)范要求的防護等級，需按照護欄防護性能評價規(guī)范的規(guī)定對其進行驗證。通過設計驗算能夠大體估算出護欄能否有效阻擋該防護等級的碰撞車輛，驗證護欄的緩沖功能及導向功能，檢驗包括計算機有限元仿真模擬實驗及實車足尺碰撞實驗。通過計算機有限元仿真模擬實驗作為輔助手段驗證護欄的安全性，實車足尺碰撞實驗作為最終的評價方式。

6 結束語

文章通過國省干線養(yǎng)護工程中A級原舊護欄提出改造原則及改造方案，對舊護欄的利用有一定的參考價值，對護欄的改造方案僅為結構設計基本方案，對于結構設計具體的參數還應進一步優(yōu)化，改造后護欄的防護等級是否滿足規(guī)范的規(guī)定，還需經試驗進行驗證。