高速公路運(yùn)營(yíng)階段沿線護(hù)欄安全符合性評(píng)價(jià)方法

岑葉烽

浙江交工集團(tuán)股份有限公司設(shè)計(jì)院分公司，浙江 杭州 310051

近年來(lái)，道路的交通安全情況越來(lái)越受到重視，尤其是高速公路，因公路等級(jí)高，承擔(dān)的交通量大，車輛的運(yùn)行速度高，發(fā)生事故的后果通常較為嚴(yán)重。早期建設(shè)的高速公路，沿線護(hù)欄已使用多年，部分已達(dá)到《高速公路交通工程和沿線設(shè)施設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D80—2006）中最小設(shè)計(jì)使用年限的要求。規(guī)范中對(duì)接近設(shè)計(jì)使用年限的護(hù)欄，建議進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，但未給出定性或定量的具體評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)。

護(hù)欄的設(shè)置并非越強(qiáng)越好，碰撞護(hù)欄本身也是一種危害。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的高速公路，行車指引信息較為完善，通行環(huán)境趨于成熟。護(hù)欄作為道路環(huán)境的一部分，發(fā)揮引導(dǎo)與提醒的作用越來(lái)越多。當(dāng)護(hù)欄的結(jié)構(gòu)形式及強(qiáng)度與所在路段交通環(huán)境相適應(yīng)時(shí)，能降低碰撞護(hù)欄事故的發(fā)生概率及嚴(yán)重程度。文章以早期高速公路護(hù)欄安全符合性評(píng)價(jià)項(xiàng)目為例，從護(hù)欄結(jié)構(gòu)完好性、道路防護(hù)基本需求、碰撞護(hù)欄事故等方面出發(fā)，提出一種定性的護(hù)欄安全符合性評(píng)價(jià)方法，分析護(hù)欄狀態(tài)及與道路運(yùn)營(yíng)環(huán)境的符合性，尋找出護(hù)欄的防護(hù)薄弱點(diǎn)，提出改善建議。

1 護(hù)欄數(shù)據(jù)采集

某高速公路主線里程119km，為雙向四車道，設(shè)計(jì)速度為100km/h，于2005年底通車運(yùn)營(yíng)，護(hù)欄設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用的是《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），目前，項(xiàng)目路段運(yùn)營(yíng)年限已接近15年，沿線護(hù)欄也基本達(dá)到了規(guī)范要求的最小設(shè)計(jì)使用年限的要求。

1.1 護(hù)欄類型

設(shè)置在路段上的護(hù)欄形式，主要有Grb-A-E、Grb-S-E。Grb-A（S）-E為單柱單面護(hù)欄，由φ140mm×4.5mm立柱、3mm兩波形板、3mmA型防阻塊組成，立柱埋深1.1m，間距4m，護(hù)欄有效高度為60cm。

1.2 護(hù)欄完好性檢查

護(hù)欄的外觀及構(gòu)件完好性是護(hù)欄自身安全性的體現(xiàn)，也是安全符合性評(píng)價(jià)的一項(xiàng)基本內(nèi)容。

（1）外觀及連接。護(hù)欄構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)、破損，以及緊固件的松動(dòng)、缺失均會(huì)對(duì)護(hù)欄的防護(hù)能力產(chǎn)生影響。扭轉(zhuǎn)破損的構(gòu)件無(wú)法有效發(fā)揮自身的阻攔、變形吸能作用。連接螺栓缺失可能造成護(hù)欄板高度降低，車輛碰撞護(hù)欄時(shí)容易騎跨護(hù)欄；拼接螺栓松動(dòng)、缺失可能使護(hù)欄的抗拉性能損失較大，從而使護(hù)欄的防護(hù)性能減弱[1]。對(duì)護(hù)欄的外觀進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)護(hù)欄構(gòu)件基本完好，未出現(xiàn)明顯的波形板扭轉(zhuǎn)破損，個(gè)別波形梁護(hù)欄出現(xiàn)防阻塊缺失、螺栓松動(dòng)和缺失。

（2）立柱保護(hù)層厚度。護(hù)欄受到的汽車碰撞荷載將由立柱的背面土反作用阻擋力來(lái)承擔(dān)，在立柱埋深、邊坡坡度、土體密度不變的條件下，立柱的保護(hù)層厚度直接影響立柱所受到的支撐力。對(duì)護(hù)欄的立柱保護(hù)層進(jìn)行抽查，發(fā)現(xiàn)其厚度基本滿足25cm的要求。

（3）護(hù)欄中心高度。護(hù)欄中心高度是防止車輛騎跨、翻越或下穿護(hù)欄的主要制約因素，護(hù)欄的中心高度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響其發(fā)揮阻攔車輛和保護(hù)乘員的作用。設(shè)計(jì)護(hù)欄中心高度宜為60cm，允許偏差值為±2cm。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果表明，抽檢的護(hù)欄中心高度均在允許偏差范圍內(nèi)，滿足要求。

（4）護(hù)欄構(gòu)件厚度。護(hù)欄構(gòu)件厚度主要分為基層厚度和鍍鋅防腐層厚度，其指標(biāo)應(yīng)滿足建設(shè)期時(shí)的材料標(biāo)準(zhǔn)。兩波形板設(shè)計(jì)厚度為3mm，允許偏差值為±0.16mm，構(gòu)件熱鍍鋅量為600g/m2，鍍鋅層厚度為84μm。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)抽樣檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)兩波形板材料基層厚度在2.834～3.182mm，基本滿足要求，個(gè)別板厚度超出了允許偏差范圍。當(dāng)護(hù)欄板的減薄量小于0.4mm時(shí)，護(hù)欄的防護(hù)能力未發(fā)生本質(zhì)變化，依然能滿足車輛的防護(hù)要求[2]。檢測(cè)結(jié)果顯示鍍鋅層厚度情況較好，在52～98μm。兩波形板厚度檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)圖如圖1所示，護(hù)欄板鍍鋅層檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)圖如圖2所示。

圖1 兩波形板厚度檢測(cè)

圖2 護(hù)欄板鍍鋅層檢測(cè)

（5）護(hù)欄構(gòu)件力學(xué)性能。力學(xué)性能是構(gòu)件材質(zhì)的主要特征，應(yīng)滿足建設(shè)期的材料標(biāo)準(zhǔn)。材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼，力學(xué)性能不低于《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 700—2006）中規(guī)定的Q235牌號(hào)鋼的要求，屈服點(diǎn)為235MPa，抗拉強(qiáng)度為375MPa，伸長(zhǎng)率為26%。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)抽樣檢測(cè)，兩波形板的抗拉強(qiáng)度在448～526MPa，屈服強(qiáng)度在350～440MPa，伸長(zhǎng)率在26.5%～34.5%，指標(biāo)均滿足要求，表明構(gòu)件在未出現(xiàn)明顯銹蝕條件下，使用時(shí)間長(zhǎng)與自身力學(xué)性能之間無(wú)直接關(guān)系，不會(huì)隨時(shí)間的推移而下降。

2 護(hù)欄基本防護(hù)需求

不同的車型發(fā)生碰撞護(hù)欄時(shí)對(duì)護(hù)欄的防護(hù)能力需求不一樣，因此需要掌握路段的護(hù)欄基本防護(hù)需求值。護(hù)欄的設(shè)置應(yīng)確保85%～90%失控車輛不會(huì)越出、沖斷或下穿護(hù)欄。單車撞護(hù)欄的碰撞能量計(jì)算公式如下：

式中：E為碰撞能量；m為車輛質(zhì)量；V85%為運(yùn)行速度；θ為碰撞角度。

根據(jù)路段護(hù)欄的基本防護(hù)需求，需要將每輛車的碰撞能量E進(jìn)行按流量比例進(jìn)行累加，選取85%的碰撞能量作為路段護(hù)欄的基本防護(hù)需求值[3]。當(dāng)運(yùn)行速度超過(guò)限速值時(shí)，運(yùn)行速度取限速值，碰撞角度取20°，根據(jù)各類車型質(zhì)量，得出E85%為233kJ，如表1所示，路段的基本防護(hù)需求為SB級(jí)。現(xiàn)狀護(hù)欄的碰撞能量分別為93kJ和165kJ，達(dá)不到路段護(hù)欄基本防護(hù)需求。

表1 上行路段護(hù)欄基本防護(hù)需求

3 碰撞護(hù)欄事故

事故的發(fā)生具有隨機(jī)性，在路段中的分布是不均勻的，但也表現(xiàn)出一定的特點(diǎn)和規(guī)律。能反映出護(hù)欄在使用過(guò)程中的一些問(wèn)題。對(duì)2016—2019年發(fā)生的碰撞護(hù)欄事故和碰撞護(hù)欄的人員傷亡數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理，具體如表2所示。表2中的數(shù)據(jù)表明，2016—2019年隨交通量的增加，碰撞護(hù)欄事故數(shù)也呈增加趨勢(shì)，平均增長(zhǎng)率為1.98%，受傷人數(shù)下降，呈-22.43%的負(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，未出現(xiàn)因碰撞護(hù)欄造成人員事故的情況。

表2 2016—2019年碰撞護(hù)欄事故及傷亡數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

4 護(hù)欄安全符合性評(píng)價(jià)及建議

通過(guò)分析護(hù)欄數(shù)據(jù)采集、護(hù)欄基本防護(hù)需求及碰撞護(hù)欄事故，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)狀護(hù)欄的構(gòu)造較為完好，但防護(hù)能力與基本防護(hù)需求有一定的差距，局部路段護(hù)欄防護(hù)不足，應(yīng)按現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行提升改造。

建議加強(qiáng)日常維護(hù)，對(duì)存在銹蝕、螺栓松動(dòng)的構(gòu)件進(jìn)行更換、加固處理，確保護(hù)欄的防護(hù)等級(jí)滿足要求。對(duì)發(fā)生撞護(hù)欄事故且傷害較大路段的護(hù)欄進(jìn)行提升改造，消除安全隱患。對(duì)其他路段的護(hù)欄，根據(jù)交通量、線形指標(biāo)、路側(cè)環(huán)境等情況，結(jié)合養(yǎng)護(hù)等工程逐步進(jìn)行等級(jí)提升。

5 結(jié)束語(yǔ)

今后，越來(lái)越多的高速公路護(hù)欄將面臨達(dá)到設(shè)計(jì)使用最小年限、防護(hù)能力與交通流不相適應(yīng)的問(wèn)題，此次提出的定性評(píng)價(jià)方法能較好地分析護(hù)欄與運(yùn)營(yíng)安全的關(guān)系，找出護(hù)欄的薄弱點(diǎn)，并可結(jié)合交通量、線形指標(biāo)、路側(cè)環(huán)境等內(nèi)容，梳理出護(hù)欄的改造建議，避免盲目進(jìn)行護(hù)欄改造，有利于提升道路運(yùn)營(yíng)整體安全水平。