高等級公路護欄存在的問題及解決方案

侯 萌

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)

近年來，我國交通運輸事業持續發展，高等級公路網日趨完善，交通量不斷增多，交通事故頻發，安全設施如何設置受到廣泛關注。駕駛員行駛過程中，標志、標線作為主動引導設施，不能起到防護作用，為阻止車輛駛出路外，發生重大及以上事故，應設置被動防護設施，即安全護欄。一旦發生事故，力求最大限度地保障人員和財產安全，體現“以人為本、安全至上”的指導思想。針對我國高等級公路護欄現狀存在的一些問題，從支撐條件、防護等級、防護能力、端部外展等方面進行分析研究。

1 護欄存在的問題

1.1 護欄支撐力不足

高等級公路中土路肩寬度多存在不足的情況，如排水邊溝侵占土路肩等，導致護欄外側保護層厚度不夠。側向土壓力不滿足護欄支撐的要求，當護欄整體在受到車輛沖擊時，無法起到應有的防護作用，多發生護欄大面積傾覆現象，導致車輛沖出路側，造成更嚴重的事故發生。

1.2 護欄防護等級偏低

公路交通運輸有車輛重載化發展趨勢，目前高等級公路設置的護欄多為兩波板的A級護欄，僅能防護住小型車，無法滿足對大型車的防護。以大客車為例，大客車整體重心較高，一般超過120cm，A級護欄頂部高度距離路面不足100cm，大客車碰撞后可能會發生車體外傾，高時速狀態下的外傾極易導致車輛外翻甚至翻滾，而從護欄的碰撞能量分析，大客車的標準碰撞能量為400kJ，現狀A級護欄設計防護能量為160kJ，遠達不到大客車的需求。當運營的高等級公路中大型車交通量比例較高時，現狀的僅夠防護小客車的A級護欄無法滿足防護大型車的安全需求。

1.3 中分帶開口“活動護欄”不具備防護能力

可移動隔離設施可以快速開啟，但普遍不具備防護能力，僅能夠起到隔離作用，這就造成了中分帶開口處一旦發生事故就會產生較為嚴重的后果，隔離設施無法為撞擊車輛提供導向和攔截。就目前運營的高等級公路分析，中央分隔帶開口處一般設置的為插拔式活動護欄、推拉式活動護欄、充填式活動護欄等結構[1]，不具備防護能力。

1.4 挖方段護欄外展斜率偏大

高等級公路路側挖方段排水形式多數為淺碟形邊溝或者矩形排水溝(配有混凝土蓋板)，車輛可以安全地駛出駛回，故路側護欄需在此處斷開并設置端部結構。現狀挖方段端部護欄存在外展斜率偏大、漸變不線性、折角偏硬、外展長度隨意等情況，若車輛在此處碰撞護欄，碰撞角度變大，極易沖破護欄或被回彈至其他車道，發生更為嚴重的交通事故。

2 解決方案

2.1 增強護欄支撐力

既有高等級公路解決土路肩寬度不足的問題，多數采用的是在立柱上焊接加強鋼板的措施，此方法通過增加支撐的背土質量來提高護欄立柱的承載能力，增強穩定性，但是施工難度較高，焊接了鋼板的立柱難以打入土基中。針對土路肩過窄但是又有必要設置護欄時，以下提出三種可行的解決方案：

(1)將護欄立柱加密，從而增加了側向土壓力，當車輛碰撞護欄時，其沖擊力能通過更多的立柱傳遞到地基土，這樣可以減少單個立柱受到撞擊時所承受的橫向力，同時也減少護欄產生的橫向位移及形變。

(2)加深立柱增大土基接觸面來提高土基支持力，立柱后部的填土可以等效為棱臺與棱錐的結合體，填土內的立柱增長即增大了結合體的體積，以此獲得更多的土基質量，發生碰撞時可以分散撞擊力到地基，以防立柱被撞倒，增加護欄的阻擋功能。

(3)采用混凝土方式對立柱進行加固，通過混凝土以替換同等質量的土基填料，立柱的最大彎矩將發生在混凝土表面，以此來等效土基中足夠強度的護欄支撐力[2]。

2.2 適度提高護欄防護等級

通過交通量構成及調查判斷高等級公路中主要防護的車型，當大型車占比較重時，在易發生事故路段需要提升護欄防護等級，如在長下坡接彎道路段，右偏曲線時大型車易碰撞中央分隔帶護欄后穿越進入對向車道，造成二次事故的發生，左偏曲線時當路側存在居民區、加油站、高壓輸電線塔等障礙物，大型車極易沖破護欄碰撞障礙物，造成不可挽回的事故。護欄設計初衷是為確保85%以上的失控車輛不會跨越、沖斷護欄。例如，貨車的標準碰撞能量為330kJ，SA級護欄的設計防護能量為400kJ，所以易發事故路段護欄提升為SA級較為恰當。

2.3 選取通過實車足尺試驗的活動護欄

車輛在中分帶開口處發生事故的原因主要在于現狀的隔離設施防護能量不滿足要求、隔離設施的端部與標準段護欄沒有連接等。在碰撞開口處隔離設施的事故中，因隔離設施寬度與標準段護欄寬度存在突變，發生次數較多的是對于隔離設施端部的碰撞，端部既未做安全處理，也未與標準段護欄進行搭接，隔離設施和標準段護欄成為兩個獨立體，這一隱患點導致車輛碰撞到隔離設施端部后直接沖破，進入對向車道，活動護欄與兩側標準段護欄必須搭接且過渡段必須通過實車碰撞試驗。中央分隔帶開口活動護欄，應同時具備阻擋車輛穿越、翻越和騎跨，正確導向車輛的功能，同時應保障緩沖時乘員的碰撞速度、加速度不突破人體極限，所產生飛濺物及碎片不得侵入乘員艙及其他車道[3]。目前已有滿足上述要求的成熟產品，如圖1所示。

圖1 某高速公路活動護欄

2.4 計算護欄外展長度及坐標

挖方路段護欄外展段應做到線性漸變，需要對端部結構的設置長度和立柱的坐標進行分析研究。護欄外展段的端部護欄板應設置在挖方邊坡的坡底，這樣才能保證車輛無法從土路肩和挖方邊坡之間的空隙穿越，避免造成重大事故。護欄橫向跨越寬度分為凈區內和凈區外2個部分，凈區內的護欄漸變率可按照設計速度根據表1得出，考慮到駛出路外車輛會采取制動措施，那么凈區外護欄的漸變率可以對照80%的設計速度進行選取。根據凈區內、凈區外的橫向寬度及漸變率，可計算出護欄的設置長度。需要注意的是，護欄板應按照整節考慮，即計算長度應為4的整倍數。

表1 上游護欄端頭外展斜率[4]

就貴州某高速公路進行舉例，設計速度為100km/h，L凈區為路側計算凈區寬度(5m)[4]，L斷面為護欄橫向跨越總寬度(由土路肩、邊溝、碎落臺組成，合計2.85m)，L1為硬路肩寬度(3m)，L2為凈區內護欄橫向跨越寬度，L3為凈區外護欄橫向跨越寬度，L4為凈區內護欄長度，L5為凈區外護欄長度，L總為護欄設置總長度。

如圖2所示，可以得出下列公式：

圖2 護欄端部外展示意圖

L2=L凈區-L1

(1)

L3=L斷面-L2

(2)

L4=14×L2

(3)

L5=11×L3

(4)

L總=L4+L5

(5)

將數據代入公式，可以計算出L4為28m，L5為8m，護欄設置總長度為36m。

根據護欄板和立柱的橫斷面相對位置，根據漸變率及立柱間距，可計算出所有立柱的坐標，假定第一根立柱坐標為(0，0)，計算結果見表2。

表2 挖方段外展護欄立柱坐標

3 結語

以上是筆者在設計過程中以及設計服務中總結的對于高等級公路護欄需要進行優化的幾個方面，護欄設置應結合道路使用條件，通過對隱患路段的危險程度和道路使用者的需求進行分析，有針對性合理地設置安全護欄，有效降低事故發生的幾率，充分發揮護欄的功能和作用，最大限度保障道路使用者的生命和財產安全。