公路護(hù)欄設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

梁學(xué)虎

（寧夏公路勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，寧夏銀川 750000）

1 護(hù)欄的形式和分級(jí)

1.1 護(hù)欄的形式

護(hù)欄可分為以下三種形式：

第一，剛性護(hù)欄：車(chē)輛碰撞后基本不變形的護(hù)欄。混凝土護(hù)欄是剛性護(hù)欄的主要代表形式。該護(hù)欄是一種剛性結(jié)構(gòu)，其完全依靠車(chē)輪與護(hù)欄面接觸并沿護(hù)欄面爬高、轉(zhuǎn)向、摩擦等吸收碰撞能量。剛性護(hù)欄防撞等級(jí)較高，適合于橋梁護(hù)欄。但當(dāng)失控車(chē)輛的碰撞角度較大時(shí)，對(duì)人、車(chē)的損害均很大。

第二，半剛性護(hù)欄：車(chē)輛碰撞后有一定的變形，同時(shí)又具有一定強(qiáng)度和剛度的護(hù)欄。波形梁護(hù)欄是半剛性護(hù)欄的主要代表形式。該護(hù)欄是一種半剛性的結(jié)構(gòu)，車(chē)輛碰撞時(shí)利用土基、立柱、波紋狀鋼板的變形來(lái)吸收碰撞能量，對(duì)中、小型車(chē)輛防撞效果較好。

第三，柔性護(hù)欄：具有較大緩沖能力的韌性護(hù)欄結(jié)構(gòu)。纜索護(hù)欄是柔性護(hù)欄的主要代表形式。該護(hù)欄是一種柔性結(jié)構(gòu)，車(chē)輛碰撞時(shí)依靠纜索拉應(yīng)力來(lái)吸收碰撞能量，碰撞后對(duì)車(chē)輛的損壞較小。

三種類(lèi)型護(hù)欄主要指標(biāo)差異如下：

從施工難易程度來(lái)看，混凝土護(hù)欄需要更長(zhǎng)的施工周期，受氣溫的影響較大；波形梁護(hù)欄施工周期短，基本不受氣溫影響；纜索護(hù)欄需要專用設(shè)備，張拉時(shí)對(duì)溫度有一定要求。

從使用性能及養(yǎng)護(hù)成本來(lái)看，車(chē)輛碰撞后，混凝土護(hù)欄對(duì)人車(chē)的損害較大，波形梁護(hù)欄一般，纜索護(hù)欄最佳。混凝土護(hù)欄幾乎不需要養(yǎng)護(hù)，波形梁護(hù)欄損壞后可更換，纜索護(hù)欄損壞后維修費(fèi)用較高。

從景觀及與路線周邊環(huán)境協(xié)調(diào)性來(lái)看，混凝土?xí)o駕駛?cè)藟浩雀校c周邊環(huán)境協(xié)調(diào)性差；波形梁護(hù)欄顏色可選擇性強(qiáng)，能很好地與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)，誘導(dǎo)效果較好；纜索護(hù)欄缺點(diǎn)較多，加之施工較為麻煩，需要特殊的張拉設(shè)備，一般高速公路較少采用。但是纜索護(hù)欄在一些旅游公路中有所使用。此外，高原積雪地帶，纜索護(hù)欄對(duì)路面除雪工作非常有利。

綜合來(lái)看，混凝土墻式護(hù)欄投資較大，工期長(zhǎng)，野外施工困難較多。但其養(yǎng)護(hù)成本低，甚至不用養(yǎng)護(hù)，目前應(yīng)用較為廣泛。尤其對(duì)于橋上、高擋墻等危險(xiǎn)路段最為適用。波形梁護(hù)欄施工及后續(xù)基礎(chǔ)維護(hù)方便，造價(jià)也比較合理，目前公路上應(yīng)用最多，遇到橋梁、高風(fēng)險(xiǎn)路段時(shí)，混凝土護(hù)欄的優(yōu)勢(shì)較為突出。纜索護(hù)欄應(yīng)用較少，在旅游公路、低等級(jí)公路中有所應(yīng)用。

1.2 護(hù)欄的分級(jí)

按照設(shè)計(jì)防護(hù)能量，公路護(hù)欄的護(hù)欄標(biāo)準(zhǔn)段、護(hù)欄過(guò)渡段和中央分隔帶開(kāi)口護(hù)欄的防護(hù)等級(jí)可分為八級(jí)，代碼及對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)防護(hù)能量分別為：C（40kJ）、B（70kJ）、A（160kJ）、SB（280kJ）、SA（400kJ）、SS（520kJ）、HB（640kJ）、HA（760kJ）。

按照設(shè)計(jì)防護(hù)速度對(duì)防撞端頭和防撞墊的安全性能可分為三級(jí)，代碼及對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)防護(hù)速度分別為T(mén)B（60km/h）、TA（80km/h）、TS（100km/h）。

2 護(hù)欄的基本設(shè)計(jì)原則

2.1 凈區(qū)的定義

公路安全護(hù)欄設(shè)計(jì)離不開(kāi)對(duì)凈區(qū)概念的準(zhǔn)確理解和把握。凈區(qū)的定義為：公路車(chē)行道以外，無(wú)障礙物且車(chē)輛駛出車(chē)行道后可以停車(chē)或駛回公路的帶狀區(qū)域。無(wú)論是路側(cè)還是中央分隔帶，在實(shí)際凈區(qū)寬度無(wú)法滿足計(jì)算凈區(qū)寬度時(shí)，都應(yīng)按照護(hù)欄的設(shè)置原則進(jìn)行安全處理。

2.2 總體設(shè)計(jì)原則

護(hù)欄也是障礙物，因此公路護(hù)欄設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以人為本、預(yù)防為主、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、重點(diǎn)突出的設(shè)計(jì)理念。

在是否設(shè)置護(hù)欄、護(hù)欄等級(jí)及形式的選擇上，美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家廣泛采用成本效益分析法進(jìn)行設(shè)計(jì)，護(hù)欄設(shè)計(jì)方案的目的是實(shí)現(xiàn)“有限的資金獲得最大的收益”，其中成本為護(hù)欄建設(shè)和養(yǎng)護(hù)成本，效益為減少的事故損失。

在我國(guó)，護(hù)欄設(shè)計(jì)還處于研究階段，主要通過(guò)定量分析判斷來(lái)指導(dǎo)護(hù)欄設(shè)計(jì)。公路護(hù)欄設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮設(shè)計(jì)交通量、設(shè)計(jì)速度、公路等級(jí)及功能、車(chē)型比例、路段平縱線形條件等相關(guān)數(shù)據(jù)[1]，通過(guò)綜合評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，風(fēng)險(xiǎn)模型建立如下：

第一，風(fēng)險(xiǎn)=事故概率×事故嚴(yán)重程度×交通量

第二，事故概率與平曲線、縱坡、貨車(chē)比例、速度及速度差相關(guān)。

第三，事故嚴(yán)重程度與駛出的危險(xiǎn)程度、速度、碰撞角度、二次碰撞相關(guān)。

通過(guò)對(duì)公路等級(jí)、填土高度、平縱線形、障礙物的綜合考慮，在確定需設(shè)置護(hù)欄的前提下，選定合適防護(hù)等級(jí)的護(hù)欄。

公路護(hù)欄主要有防撞、導(dǎo)向、隔離三種功能，在交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)內(nèi)容中，護(hù)欄主要發(fā)揮其防撞功能。在實(shí)際凈區(qū)寬度不能滿足計(jì)算凈區(qū)寬度或者在計(jì)算凈區(qū)寬度內(nèi)，路側(cè)或者中央分隔帶存在障礙物時(shí)，一般情況下要考慮進(jìn)行安全處置。同時(shí)需考慮設(shè)置護(hù)欄造成的危害應(yīng)小于被保護(hù)的危險(xiǎn)物所造成的危害。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，障礙物一般分為兩大類(lèi)，一類(lèi)為路外設(shè)施，如高壓線、溝渠、水域、道路、鐵路、房屋等既有設(shè)施。另外一類(lèi)為路內(nèi)設(shè)施，如聲屏障、照明燈、攝像設(shè)備、交通標(biāo)志、上跨橋的橋墩橋臺(tái)、隧道入口處的檢修道、無(wú)蓋板邊溝等其他設(shè)施。

3 公路護(hù)欄設(shè)計(jì)要點(diǎn)

半剛性護(hù)欄（波形梁護(hù)欄）是應(yīng)用較為廣泛的一種安全護(hù)欄，為了進(jìn)一步提升公路行車(chē)安全保障能力，應(yīng)從問(wèn)題導(dǎo)向出發(fā)，針對(duì)事故成因及護(hù)欄設(shè)計(jì)所暴露的問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)分析，有效降低交通事故發(fā)生率及事故傷亡率[2]。結(jié)合相關(guān)項(xiàng)目實(shí)踐，對(duì)公路護(hù)欄的精細(xì)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)。

3.1 護(hù)欄結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

隨著交通運(yùn)輸發(fā)展過(guò)程中對(duì)公路養(yǎng)護(hù)的逐漸重視，養(yǎng)護(hù)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性成為設(shè)計(jì)時(shí)難以忽視的要素。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)考慮公路建成后運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)時(shí)，更換護(hù)欄或提升護(hù)欄等級(jí)時(shí)的經(jīng)濟(jì)因素。高速公路及一二級(jí)公路采用波形梁護(hù)欄等級(jí)最多的是A、SB、SA、SS 級(jí)。但是在相關(guān)規(guī)范給出的護(hù)欄構(gòu)造圖中，只有A 級(jí)護(hù)欄結(jié)構(gòu)考慮到公路建成后，養(yǎng)護(hù)時(shí)路面標(biāo)高的提高。A 級(jí)護(hù)欄可通過(guò)預(yù)留5mm×40mm 螺栓孔抬高護(hù)欄板，以避免在公路養(yǎng)護(hù)時(shí)發(fā)生大量拆除、新建護(hù)欄的情況，其能夠保證護(hù)欄功能的持續(xù)發(fā)揮，因此具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還能夠持續(xù)保障行車(chē)安全。

在國(guó)道109 項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到項(xiàng)目路側(cè)、中分帶護(hù)欄90%為SB 級(jí)，通過(guò)對(duì)SB 級(jí)護(hù)欄結(jié)構(gòu)中的防阻塊、立柱高度、螺栓孔距進(jìn)行優(yōu)化及預(yù)留3×40mm 螺栓孔設(shè)計(jì)，充分提升了該項(xiàng)目路段運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)的經(jīng)濟(jì)效益。此外，針對(duì)SB 級(jí)護(hù)欄結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方式完全可以應(yīng)用到SA、SS 級(jí)護(hù)欄的設(shè)計(jì)中。

通過(guò)對(duì)瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程的相關(guān)了解，公路養(yǎng)護(hù)一般情況下加鋪30～40mm，但是各等級(jí)護(hù)欄給出的預(yù)留孔為40mm，為滿足路面加鋪30mm 的養(yǎng)護(hù)需求，在設(shè)計(jì)中可以將預(yù)留圓形螺栓孔調(diào)整為長(zhǎng)條形螺栓孔。在養(yǎng)護(hù)工程設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)路面抬高高度確定螺栓的界面尺寸，進(jìn)而對(duì)螺栓進(jìn)行重新設(shè)計(jì)更換。

3.2 路側(cè)護(hù)欄立柱的有效埋深

除了護(hù)欄結(jié)構(gòu)本身，護(hù)欄防撞高度、立柱埋置深度、立柱覆土厚度是保證其防撞功能有效發(fā)揮的重要因素。護(hù)欄結(jié)構(gòu)不應(yīng)侵入道路建筑限界，護(hù)欄立柱的埋深一般情況下應(yīng)按照護(hù)欄立柱與土路肩的接觸面進(jìn)行計(jì)算。但實(shí)際上，受路肩形式、位置、橫坡及路肩標(biāo)高的控制精度的影響，護(hù)欄立柱的實(shí)際埋深往往達(dá)不到規(guī)范要求。

針對(duì)上述問(wèn)題，路側(cè)護(hù)欄立柱埋置深度應(yīng)重新定義為從硬路肩與土路肩交界處的路面標(biāo)高起算，并應(yīng)在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上增加不少于10cm 的立柱埋深長(zhǎng)度。這樣完全可以保證護(hù)欄立柱的有效埋深滿足實(shí)際要求，同時(shí)在護(hù)欄施工驗(yàn)收環(huán)節(jié)也不會(huì)出現(xiàn)護(hù)欄埋深不夠的情況。

在臺(tái)睢高速公路安全護(hù)欄設(shè)計(jì)中，由于主體工程將攔水帶設(shè)置在土路肩最外側(cè)，并將75cm 土路肩作為路面水集中排水槽。吸取了同類(lèi)受橫坡影響的項(xiàng)目中出現(xiàn)立柱埋深不夠的經(jīng)驗(yàn)，該項(xiàng)目采用了護(hù)欄長(zhǎng)度在立柱加工長(zhǎng)度基礎(chǔ)上增加10cm 的方法，同時(shí)安裝后立柱長(zhǎng)度按不小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度進(jìn)行驗(yàn)收。

3.3 護(hù)欄變形值VIn、W 的現(xiàn)實(shí)考慮

在受到車(chē)輛碰撞后，剛性護(hù)欄會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，半剛性及柔性護(hù)欄會(huì)發(fā)生位移變形。為此引入了最大動(dòng)態(tài)位移外延值（W）或大中型車(chē)輛的最大動(dòng)態(tài)外傾當(dāng)量值（VIn）作為護(hù)欄結(jié)構(gòu)形式選擇的控制性指標(biāo)。其原理是車(chē)輛碰撞護(hù)欄后，加之護(hù)欄變形后，無(wú)論是變形還是外傾均不應(yīng)再碰撞到障礙物，以此確保護(hù)欄能夠通過(guò)變形抵消碰撞能量，進(jìn)而對(duì)車(chē)輛及駕駛員與高危險(xiǎn)障礙物實(shí)現(xiàn)雙向保護(hù)。設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)在不同防護(hù)需求下，選取不同的變形控制指標(biāo)，以此確定護(hù)欄結(jié)構(gòu)形式的選取。因混凝土護(hù)欄為剛性結(jié)構(gòu)，可以認(rèn)為其動(dòng)態(tài)延展基本為零，只存在VIn值，而波形梁護(hù)欄為半剛性，因此同時(shí)存在W 值和VIn值。

在公路護(hù)欄設(shè)計(jì)中，通常考慮年平均日交通量中大型貨車(chē)和載客數(shù)量較多的客車(chē)車(chē)輛自然數(shù)所占比例。比例較高時(shí)，一旦發(fā)生交通事故，會(huì)造成較嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，因此宜考慮最大動(dòng)態(tài)外傾當(dāng)量值（VIn）的要求。規(guī)范用詞為“宜”，也說(shuō)明了在選取變形控制指標(biāo)時(shí)需要謹(jǐn)慎思考，如果單一按照交通量組成來(lái)確定變形控制指標(biāo)，可能存在過(guò)度防護(hù)或防護(hù)不足的情況。所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，在定性判斷的基礎(chǔ)上需要不斷量化指標(biāo)，以便更加準(zhǔn)確地指導(dǎo)設(shè)計(jì)。

兩種變形控制指標(biāo)的選取，分為只考慮W 值、只考慮VIn值以及同時(shí)考慮W 值和VIn值三種情況。在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以引入價(jià)值工程的相關(guān)理論，定性判斷交通事故可能發(fā)生的概率和發(fā)生的嚴(yán)重程度來(lái)選取變形控制指標(biāo)。

在正常條件下，只考慮W 值的理想狀態(tài)是：護(hù)欄等級(jí)符合防護(hù)需求，障礙物的位置距離迎撞面可以滿足W 值，從而不需要提高等級(jí)或改變護(hù)欄結(jié)構(gòu)。但是在項(xiàng)目實(shí)踐中，當(dāng)障礙物（高壓線、公路鐵路橋墩、機(jī)電設(shè)施等）屬于高危風(fēng)險(xiǎn)時(shí)且距離達(dá)不到要求時(shí)，即使交通量占比達(dá)不到20%，也應(yīng)考慮VIn值。這種情況一般是障礙物無(wú)法移動(dòng)，采用混凝土護(hù)欄進(jìn)行防護(hù)，因此W 值為零，只考慮VIn值。

在銀昆高速設(shè)計(jì)過(guò)程中，因大車(chē)所占比例高，設(shè)計(jì)護(hù)欄時(shí)同時(shí)考慮了W 值和VIn值。針對(duì)路側(cè)大型標(biāo)志結(jié)構(gòu)、ETC 門(mén)架、可變信息情報(bào)板障礙物時(shí)，提高了波形梁護(hù)欄的防護(hù)等級(jí)，使其滿足W 值，并通過(guò)對(duì)這些結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)進(jìn)行外移設(shè)計(jì)，使其滿足VIn值，以便在最大限度上滿足護(hù)欄設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。

3.4 專業(yè)設(shè)計(jì)界面劃分要點(diǎn)

公路護(hù)欄設(shè)計(jì)出現(xiàn)的一些問(wèn)題，大多是與其他專業(yè)設(shè)計(jì)界面劃分不清或溝通不到位引起的，可能出現(xiàn)的問(wèn)題如下：

3.4.1 橋梁專業(yè)

第一，橋梁防撞護(hù)欄與路基護(hù)欄過(guò)渡段翼墻設(shè)計(jì)中，可能出現(xiàn)漏項(xiàng)的情況。

第二，涵洞、通道等預(yù)埋件與護(hù)欄結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式不統(tǒng)一，無(wú)法安裝。

第三，橋梁防落物體網(wǎng)設(shè)計(jì)可能出現(xiàn)漏項(xiàng)的情況。

3.4.2 道路專業(yè)

第一，擋土墻上的護(hù)欄防護(hù)形式及工程設(shè)計(jì)會(huì)出現(xiàn)無(wú)法實(shí)施或漏項(xiàng)的情況。

第二，中央分隔帶開(kāi)口處的護(hù)欄可能出現(xiàn)漏項(xiàng)的情況。

3.4.3 機(jī)電環(huán)保專業(yè)

第一，電井的尺寸和位置會(huì)影響護(hù)欄立柱的實(shí)施，如不提前溝通，可能出現(xiàn)護(hù)欄無(wú)法實(shí)施的情況。

第二，聲屏障的位置影響護(hù)欄的安裝位置，可能導(dǎo)致聲屏障或護(hù)欄無(wú)法實(shí)施的情況。

4 公路護(hù)欄設(shè)計(jì)展望

隨著公路智能化建設(shè)的推進(jìn)，車(chē)路協(xié)同技術(shù)不斷突破，從公路護(hù)欄的功能角度思考，公路護(hù)欄設(shè)計(jì)應(yīng)趨向智能化、定量化、精準(zhǔn)化。目前護(hù)欄的功能主要有防護(hù)、誘導(dǎo)、隔離，是一種被動(dòng)的防護(hù)方式。隨著護(hù)欄的智能化發(fā)展，護(hù)欄應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)交通事故的提前感知、主動(dòng)預(yù)警、事后報(bào)警等智能化功能，同時(shí)可結(jié)合光、聲等手段，突出護(hù)欄的誘導(dǎo)、隔離功能。此外，隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，在以人為本的前提下，可以引入價(jià)值工程護(hù)欄設(shè)計(jì)模型，以實(shí)現(xiàn)公路護(hù)欄設(shè)計(jì)的定量化、精準(zhǔn)化[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在交通發(fā)展建設(shè)進(jìn)程中，交通安全不容忽視。安全護(hù)欄作為交通安全工作中的重要組成部分，在安全設(shè)施中有重要地位。隨著我國(guó)公路車(chē)流量的快速增長(zhǎng)，護(hù)欄設(shè)計(jì)面臨著更多的創(chuàng)新與挑戰(zhàn)，因此更應(yīng)合理、有效、精準(zhǔn)、安全地進(jìn)行護(hù)欄設(shè)計(jì)，以便提高交通安全、保障通行能力、減少交通事故、節(jié)約工程成本。未來(lái)應(yīng)不斷鉆研并提高護(hù)欄設(shè)計(jì)水平，通過(guò)精細(xì)化的公路護(hù)欄設(shè)計(jì)，確保公路交通運(yùn)行安全、高效。