淺析公路橋梁防撞護欄設計要點

劉 旭

浙江梓丞路橋工程設計咨詢有限公司 浙江 杭州 310000

防撞護欄是橋梁的重要組成部分，橋上安裝的被動保護結構，可以防止不受控制的車輛從橋上墜落，造成傷害或二次交通事故，減少車輛和人員的傷害，同時給駕駛員一定的心理安全感。通過自身的變形或車輛吸收碰撞能量來改變車輛的方向，以防止車輛過橋或進入轉向軌道，以盡量減少對乘客的傷害。橋梁護欄的具體設計需要確定橋梁上部結構截面的布置和寬度，確定防撞護欄的等級和類型，計算防撞護欄，確定鋼筋數量，最后繪制防撞護欄的設計方案，并制定相應的詳細說明。

1 公路橋梁防撞護欄發展的阻礙

隨著我國科學技術的發展，公路橋梁的安全等級和外觀都有了很大提高，但與實際出需求相比仍存在較大差異。我國規范中橋梁護欄主要有三種結構：金屬梁柱式橋梁護欄、鋼筋混凝土墻式橋梁護欄和組合式橋梁護欄。目前主要使用鋼筋混凝土墻式橋梁護欄和金屬梁柱式橋梁護欄。鋼筋混凝土墻式橋梁護欄是具有足夠剛度的堅固圍欄，但結構過于簡單，缺乏創新，車輛的吸收能力較弱，碰撞后容易越過護欄或造成二次事故。金屬梁柱式橋梁護欄由多個平行鋼管組成的梁柱屏障，表面看起來非常復雜，但實際上是由鋼管組成的，如果要達到較高防護能量則護欄造價較高。組合式橋梁護欄，上部結構形式多樣，關鍵在于上部梁柱式結構和下部混凝土墻體結構的鏈接強度，以上這些都阻礙了我國橋梁護欄的發展。

模板的焊縫處理不當，有裂縫，梁橋的圍欄和混凝土在拉伸時會形成嚴重的裂縫甚至損壞。如果不及時處理，護欄的保護就會減少，從而嚴重影響道路安全。安裝護欄時不精細，內縫不緊，控制不善，混凝土表面會造成泥土和雕塑。在橋梁施工時，放線位置不準確，障礙物的切割不正確或切割深度過低都會導致混凝土表面出現裂縫。

公路橋梁護欄使用的材料不合理，控制不嚴，橋梁護欄經常出現混凝土條紋、顏色不均勻、多孔、表面干燥后不均勻、各種裂縫甚至損壞等嚴重問題。這些現象不僅是表面問題，而且是建筑質量和安全問題，嚴重影響了人和車輛的安全和公路的發展。造成這些現象的主要原因是舊混凝土的使用，混凝土的水灰比控制不當，混凝土質量不合格。沙子太厚或粘合力不夠，容易造成電池混凝土，氣泡增多。內外鋼結構材料質量差，它容易生銹和老化，嚴重影響質量，安全性和外觀。此外，施工人員的質量意識和安全意識較差，責任心不強，都會嚴重影響公路橋梁護欄的安全和質量，應引起重視和監督。

2 橋梁防撞護欄的選型

橋梁護欄本身的結構強度保證了防撞護欄的功能，它必須具有很高的強度，良好的耐久性和易于維護。在選擇橋梁護欄類型時，首先要確定防撞程度，然后考慮護欄的防撞性能，護欄的變形程度，護欄的美觀和環保要求，以及整個生命周期的成本。所選擇的護欄必須有效地吸收碰撞能量，以防止不受控制的車輛越過橋梁或進入相反的車道，正確地引導行駛方向。公路上的典型橋梁護欄主要有鋼筋混凝土墻式護欄、金屬梁柱式護欄和組合式護欄。鋼筋混凝土墻式橋梁護欄是一種剛性結構，完全依賴于車輪與混凝土護欄表面的接觸，并通過沿著混凝土護欄表面的攀爬，旋轉和摩擦吸收能量，防碰撞等級高，防雷能力強，但如果不受控制的車輛碰撞角度大，對車輛和人的傷害很大。金屬梁柱式橋梁護欄是一種半穩態結構，支柱的彈性變形、保護支架、防碰撞塊能吸收碰撞能量，對中小型車輛有很好的防碰撞作用，對乘員也有很好的保護作用，但防碰撞等級較低。組合式橋梁護欄是混凝土護欄與梁柱式護欄的結合，集合了混凝土護欄吸能好，結構強度高和梁柱式鋼護欄通透性、景觀協調性好的特點，兼顧了視覺效果和防撞能力。

圖1 鋼筋混凝土墻式橋梁護欄

圖2 金屬梁柱式橋梁護欄

圖3 組合式橋梁護欄

3 影響防撞護欄外觀質量的預防措施

3.1 鋼結構的質量控制

(1)鋼框架的連接質量對模型安裝和混凝土質量有很大影響，間接影響鋼框架的外觀質量。如果骨架連接不直，不僅模型的安裝不直，而且會影響保護層的厚度，導致鋼或混凝土出現裂縫。因此，骨架的形狀必須從制造到安裝嚴格控制，以滿足設計要求。(2)根據護欄控制線調整內置鋼筋，為了保證安裝鋼筋時鋼筋的高度，安裝時應控制鋼筋接觸長度和梁端長度，小于設計長度1～2cm，但必須保證與埋地鋼筋的連接長度;為了滿足對線路的要求，有必要注意在安裝配筋和控制距離的方法。安裝鋼筋后，檢查結構軸，并根據規范檢查中心的偏差。鋼筋安裝成型后，定位精確，水平垂直，間距均勻，合理拼接，焊接牢固。在實踐中，不僅要參考設計尺寸，還要考慮實際工作中的誤差以及鋼筋的變形和伸長尺寸。這確保了骨架安裝和連接的質量。(3)在連接鋼管之前，確定路燈、信號支架等的位置。應根據圖紙要求進行標記和埋設，以確保正確的位置和焊縫牢固。接口用膠帶包裹，以防止混凝土在澆注時進入管道[1]。

3.2 模板檢查和裝配控制

(1)模板進入施工現場后，現場技術負責人檢查模板的幾何形狀以及模板與內墻高度的差異。如果圖紙和規格不符合設計要求，則不可以使用。(2)裝配模板時，仔細檢查模板的內壁是否光滑干凈，然后均勻涂上一層皮層，技術負責任只有在現場檢查后才能執行。(3)在保養模板時，嚴禁用錘子敲打模板。在運輸過程中，每件必須單獨裝卸，并在干凈的地方均勻涂油，以防止模型生銹。嚴禁在模板上放置重物，以免模板變形。

3.3 控制水泥的質量

如果橋梁護欄的混凝土為C30，則比例調整為水泥:砂:石:水=1:1.500:2.670:0.48，水泥是42.5#水泥，中砂用細骨料?；炷翑嚢栌呻娔X控制混凝土攪拌機進行，混凝土攪拌由兩臺混凝土攪拌機進行。(1)中心實驗室應控制原材料質量，清理不合格材料。此外，對混凝土的初凝和終凝時間進行詳細的測定，為脫模成型時間提供了理論依據。在標準養護條件下，混凝土的初凝時間為2.5h，終凝時間為6h。(2)在攪拌站，中心試驗室應控制混凝土的質量，以確保混凝土護欄質量?；炷吝\至現場后，工地負責人應再次檢查混凝土的質量，確定是否有水化。

3.4 控制澆筑質量和振動

(1)混凝土應分層澆筑。根據防撞護欄的設計特點，結構分為三層。采用分層，澆筑第一層，當長度達到2m時，澆筑第二層，以此類推。(2)混凝土振搗時，振動器不得接觸模型(離模型至少5cm)。因為鋼筋太細，比較密，且護欄結構較小，所以振動器只能垂直使用，避免在鋼筋中間振搗。建議控制振搗時間，使混凝土不變黑，不出現氣泡，振搗時間不要過長。(3)為了盡量減少混凝土表面的氣泡，用振動器或木板擊打模型外壁，減少混凝土表面的氣泡。

3.5 控制養護時間

混凝土表面應在澆筑后盡快覆蓋，不得損壞和污染混凝土表面。澆水次數應保證混凝土表面濕潤，養護時間視混凝土強度的增加而定，一般為7天。維護期過后，涂層將被去除。如果混凝土的強度達到預定強度的50%，固定模板鋼筋將移除。當混凝土強度達到設計強度的85%時，拆除模板，以保證護欄其表面和棱角的完整性。

4 公路橋梁防撞護欄的創新設計方法

結合各種橋梁護欄的特點，創新設計了一種新型鋼梁護欄。傳統混凝土有足夠的剛度，但緩沖能力差，一旦發生事故，人和車輛都會受到嚴重傷害。橫梁和柱梁的延展性很強，但不夠堅固，無法保護中大型車輛。目前，公路需要更多創新的設計。各種橋梁護欄特性的組合，需要合適的剛度、結構穩定性和足夠的緩沖能力，這樣可以保護中大型車輛，避免碰撞及二次事故造成的嚴重后果。新型鋼梁橋梁護欄由梁、柱、連接件和基礎組成，只有重視每一個部件，嚴格的質量控制，結合科學先進的結構，才能保證車身的整體性能。新型剛性梁結構完全由高強度鋼合金和高強度混凝土制成，用于減輕事故多發段的事故程度和保護橋梁結構的自身安全，結構新穎，穩定，緩沖保護性強。傳統的梁、柱是均勻分布的，不同型號無法達到相同的防護效果。新鋼梁的橫梁將適應目前小、中、大型車輛的尺寸，以保護小、中、大型車輛。新型鋼梁保護也改變了傳統的壓力鋼柱，采用了新型組合緩沖柱，動能吸收效果好，緩沖能力強。連接器還配備了新的緩沖鎖定裝置，其底座與高性能混凝土相連。這種新型鋼柱的設計通過了多種車輛的多次碰撞試驗，結果表明各項指標合格，極大地保證了車輛和人員的安全。

為了保證模型的質量，進行了創新的接頭結構和良好的檢查維護。防撞桿模型應采用5mm厚的優質鋼材，以保證模型質量符合標準，背面設有兩根垂直增益鋼條，防止模型變形。在安裝模型之前，必須提前將它們組合起來，以確保安裝的成功率。如果有問題，要在固定的位置校正模型，防止方塊模型的移動造成誤差，影響護欄的質量。模型安裝時由小圓木支撐，形成一個系統，使模型成為一個穩定的整體。固定位置確定后，固定在欄桿上。加強護欄模型底邊的密封，澆筑混凝土前進行最佳密封試驗，防止圍欄底部對質量和外觀造成不利影響。模型安裝后，施工人員要做好檢查和維護工作，確保鋼結構的安全和質量。

隨著高性能混凝土和新型優質合金鋼的應用，混凝土不可避免地被用于護欄設計，但普通混凝土無法滿足當前的防護水平。設計公路橋梁護欄時，需要高性能混凝土，高性能混凝土是基于混凝土耐久性的新產品，使用壽命可達100年，它比傳統混凝土具有更高的耐久性、強度和穩定性。隨著科學技術的不斷進步和發展，高性能混凝土的優異性能已被世界各地的相關工程所認可，特別是在道路橋梁、雕塑建筑和高層建筑中。相信在未來，它會逐漸取代日常生活中的普通混凝土。各種鋼材配合使用高性能混凝土外，還有材質證明或檢驗報告，保證鋼筋等材料的安全性和合規性。鋼材應有足夠的剛度和穩定性，鋼筋加工工藝應符合評定試驗標準，外部鋼材采用新型優質合金鋼，經久耐用，硬度是普通鋼材的兩倍。經過幾年不老化、不變形、不生銹，延長了結構體的使用壽命，避免了因各種原因造成的后期更換，降低成本，實現可持續發展。除了保證材料的質量和效率外，還要保證建筑工人的細心和認真，提升安全質量意識，確保施工質量和安全[2]。

5 公路橋梁防撞護欄創新設計案例研究

5.1 防撞護欄對于公路橋梁的安全運營至關重要

目前我國的橋梁防撞護欄結構主要由鋼筋混凝土組成，雖然能在一定程度上保證行車安全，但不能充分發揮公路橋梁工程的景觀價值，通視性差。因此，在道路橋梁防撞護欄的設計中，應把實踐和裝飾結合起來，從根本上保證橋梁防撞護欄的結構安全，提高工程整體景觀效果，為生態文明建設打下堅實基礎。

5.2 設計目標

根據國外引進的先進設計理念，公路橋梁防撞護欄的設計應滿足以下設計要求:一是確保防撞護欄的結構安全，并滿足嚴格的國家標準；二是通透性好，造型美觀，結構新穎簡潔；再次，防撞護欄的剛性結構給駕駛者帶來壓迫感，最大化駕駛者的視野；第四，合理使用人工帶結構，可以誘導駕駛員的視線，降低交通事故發生的可能性；五是技術可行性和經濟適用性。保證了后期防撞護欄的舒適性設計，降低了運維成本。

5.3 方案的設計

為了提高公路橋梁防撞護欄的建造和后續運行的整體效率，公路橋梁防撞護欄的設計采用透明護欄結構，以確保駕駛員和車輛成員能夠感受到橋梁和路側的美感，減少疲勞。在設計橋梁護欄時，一定要分析特點，以滿足護欄的要求。特別是大型懸索橋、斜拉橋等橋梁工程的護欄屬于連續的帶狀結構，必須在遠距離形成和諧之美，護欄的結構比例、尺寸、色彩、材質等屬性不斷優化，以保證護欄本身能與周圍景觀形成合理的連接，選擇合適的護欄結構材料。

5.4 設計方案內容

護欄整體高度調整為980mm，下部采用鋼筋混凝土結構，高度為400mm，欄桿每2m預留260mm方孔，欄桿上部采用鋼柱組合結構。鋼柱插入底部的預制混凝土殼體中，上下結構在澆筑混凝土支架中間連接成統一的整體。為確保外部邊界結構具有裝飾性和安全性，將獲得預期的結果。對橋梁護欄的外觀進行了優化，改變了梁的位置和連接，達到了最佳的景觀效果。

總之，公路橋梁護欄是維護和安全的重要設施，其設計和結構關系到公路的建設，關系到國家公路交通的發展，關系到國民經濟的穩定發展和人民財產的安全。根據公路橋梁護欄的特點和結構，要不斷吸取教訓，創新技術、施工管理、可持續發展理念、科學方法和先進技術的應用。確保人民的安全，真正為國家的繁榮富強做出貢獻。