公路路面大中修后波形梁钢护栏提质升级设计研究

苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017

为了最大限度地降低公路工程通车过程中发生交通事故的概率，需要有效设置相应的交通安全配套系统。以公路工程钢护栏为例，尽管当前我国在公路防撞护栏的研究方面取得了明显的进展，但是整体的设计工作层次和一些发达国家相比仍然还存在一定的差距。我国部分地区公路防撞钢护栏的结构性能还无法满足交通通车的安全保障要求，主要表现在护栏的防撞等级偏低、车型格局出现变化以及路面标高产生变化等多方面影响因素上。基于此，文章结合我国某地区一处公路工程路面整修工作，重点对公路路面整修之后两波形梁钢护栏防护质量提升设计工作进行了全面探索，有效保证了公路通车的安全性和稳定性。

1 公路工程中波形钢护栏防护存在的主要问题

以我国某地区一处公路工程路面改造施工为例，该公路路段经过路面整体整修之后，对两波形梁钢护栏的防护等级进行了进一步提升，并且展开了一系列设计工作。在具体的工作过程中，设计工作人员对该条公路路段钢护栏的实际情况进行了全面勘察和分析，发现存在以下问题：

（1）防护栏的防撞等级相对较低。通过对以往该公路路段车辆碰撞波形梁钢护栏的相关交通事故的分析可以看出，由于公路波形梁钢护栏整体防撞等级相对较低，因此在发生交通事故时，车辆常会直接冲断钢护栏结构，造成严重事故[1]。

（2）车型的格局产生变化。通过对该段公路的通车情况的分析和研究发现，该段公路整体的通车趋势不断朝着微型化和重型化两个方向发展。车型的微型化使车辆在和波形梁钢护栏发生碰撞时，很容易直接插入护栏中，所形成的交通危害更加严重；而车辆的巨型化发展趋势，使车辆在行驶过程中和波形梁钢护栏发生碰撞时很容易跨过钢护栏甚至直接翻车，所产生的交通事故危害性显著提升。

（3）路面标高产生变化。由于之前的路面修复工作中，在原有的路面表面铺设了一层沥青路面，因此路面的高度上升了，相当于钢护栏的高度下降了，这一问题对一些大型车辆的行驶安全防护造成了较大的影响。为了进一步提高公路波形梁钢护栏的整体防撞性能，充分保证整个公路通车的安全性和稳定性，最大限度地避免二次事故的发生，需要进一步提升该段公路波形梁钢护栏的性能，有效开展相关的升级优化设计工作，提高钢护栏的安全防护工作效果[2]。

2 波形梁钢护栏升级改造工作方案设计

2.1 钢护栏升级改造设计方案

在该公路工程大中修工作中，针对两波形梁钢护栏进行了全面升级和改造设计。基于《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81—2017）要求，对公路两波形梁钢护栏构造情况进行对比和分析，具体如下。

（1）钢护栏的设计，在充分满足安全防护功能的条件下，需要尽可能推广和应用一些新型材料和新型技术。

（2）护栏的标准段断面结构的具体形式保持不变，同时在一定长度范围内连续设置公路护栏结构段。

（3）护栏结构在车辆产生碰撞之后不能产生严重的变形。

（4）公路路侧或者中央分隔带，需要通过保证合理的净区宽度来有效控制车辆驶出路外或者驶入对向车道等安全问题，同时在净区宽度设计方法方面，需充分符合《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81—2017）（以下简称《设计规范》）中的相关规定。计算净区宽度得不到满足的情况下，则需要根据《设计规范》护栏设计工作原则对其进行安全处理，护栏的设计需要体现宽容设计、适度防护的设计理念。

（5）在钢护栏的标准段，需要满足现行的公路护栏安全性能评价标准中的相关规定。在《设计规范》中，波形梁钢护栏可以通过增加钢护栏的埋设深度，同时对碰撞点位的路基边缘之间的距离进行提升，来进一步提高钢护栏结构的整体稳定性，并且可以提高钢护栏立柱基础固定点的安全性和稳定性。通过提高钢护栏立柱直径大小，加大波形梁钢护栏钢板的实际厚度以及增加防阻块外壁厚度，可以有效提高钢护栏的抗剪和抗拉性能，全面提高钢护栏的防撞效果。但是，在一些特殊的公路路段中，例如圆曲线的半径相对较小或者一些线性组合存在偏差的路段。在《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81—2017）设计标准中，A级波形梁钢护栏在整体的防撞效果方面仍然存在一定的欠缺，同时也没有提出针对性的防撞改进工作方案。因此，相关设计工作人员通过有效运用原本的旧路护栏结构的基本设计理念，以《设计规范》设定要求中的A级防撞钢护栏为基础，提出了针对性的波形梁钢护栏升级改造设计方案[3]。

在此次升级设计工作方案中，重点从以下三个方面提高波形梁钢护栏结构的立柱稳定性：首先，需要加大钢护栏在地面中的立柱埋设深度，以此保障钢护栏在受到汽车碰撞时基础结构的稳定性；其次，在立柱中浇筑自密实混凝土材料，同时在其中设置纵向钢筋结构，从而进一步提高钢护栏立柱的整体抗弯折能力；最后，可以在原有的立柱基础上增设横隔梁，有效防止波形梁板出现厚度不足等问题，进一步提高波形梁钢护栏结构的整体抗拉能力和抗剪切工作效果。在此次升级改造工作方案中，有效运用《设计规范》中波形梁钢护栏的质量提升改造设计方案，节省了大量的经济成本，同时通过增加配筋和增加基础埋深的改进设计方法，能使整个钢护栏的防撞能力满足公路安全防护工作的技术要求。

2.2 升级护栏横隔梁的设计

在此次公路工程波形梁钢护栏的质量升级设计工作中，相关设计工作人员通过使用上加横隔梁的设计方法，有效解决了钢护栏钢板厚度不足的问题，从而有效提高了钢护栏的刚性程度，防止车辆在碰撞过程中出现翻越护栏的不良情况。通过设置横隔梁和在立柱衔接部位增加相应的传递途径，当汽车和护栏发生碰撞时，所产生的强大碰撞力会通过多跨波形梁直接传递到地面，以此来有效控制波形梁受力过于集中的情况，有效防止因立柱结构产生较大的形变问题而失去结构稳定性。通过增加横隔梁，可以更好地引导失控车辆沿着护栏防护的方向继续前进，在强大的摩擦阻力作用下车辆会逐渐停下，以此来保障车内的驾驶人员和乘坐人员的人身安全。

在横隔梁设计工作中，需对上层立柱结构和上层当量尺寸进行准确测量和确认，其中所使用的钢材料需符合钢护栏的防护工作要求。在横隔梁设计过程中，立柱结构选用的是φ102mm×5.5mm型，直径大小根据插入地下的立柱结构尺寸来设定。需要注意的是，不能在横隔梁和立柱结构的连接部位留有较大的空隙，同时需对立柱和固定立柱之间的间隙大小进行准确计算，立柱的直径大小必须充分考虑我国的公路钢护栏规格设定标准，且有效控制钢护栏制作的成本费用。由于上层立柱结构孔径大小有所降低，因此为了进一步保证立柱结构的抗弯强度，需将壁厚增加到5.5mm，该尺寸和SA级别的窗户栏规格保持相同，同时在对应配套的钢梁使用方面也保持相同。横隔梁材料可以从社会市场中直接采购，不需要进行额外的加工和设计。材料的安装方法需要基于SA级别路侧钢护栏设计等级来确认，要充分考虑钢护栏结构的整体承载能力以及抗剪切力，要满足汽车剧烈碰撞条件下的刚性程度要求，全面提高护栏结构的防护性能。

2.3 中分带钢护栏的改造设计

在此次公路工程分带护栏改造设计工作中，钢护栏改造主要是对《设计规范》要求中的Am级护栏进行质量改造和处理，要保证改造工作完成之后的公路防护栏充分满足93kJ的防护工作要求。该防护栏在改造工作之前，使用的是114mm立柱以及127mm外部套立柱结构，同时在其中新增加护栏板一块，使新旧护栏板之间形成一种八字形的构成结构。通过这种改造设计方法，可以进一步提高钢护栏结构的整体稳定性。对改造之后的钢护栏展开小型客车与大型客车的真实碰撞试验和分析，能得到相应的碰撞结果数据。其中，大型客车的最大动态变形量为658mm、小型客车的最大动态变形量为363mm；大型客车在发生碰撞之后驶出角度为0°，小型客车驶出角度为11°；同时大型客车的车体加速度和小型客车的车体加速度均符合标准的碰撞工作要求。经过升级改造之后的波形梁钢护栏结构稳定性得到了全面提升，各项碰撞结果符合要求，防撞能量达到了93kJ。

针对公路路段整修工作的相关要求，充分结合波形梁钢护栏结构强度的设计工作标准。针对《设计规范》的A型波形梁钢护栏结构展开了全面升级和改造，在充分运用原有的旧护栏结构的基础上，通过在其中增加横隔梁以及增加钢护栏基础埋深的方法，可以进一步提高钢护栏结构的防撞能力，使汽车在发生碰撞时不会产生二次伤害问题。此次质量提升设计工作方案不仅适用于《设计规范》的护栏升级改造工作要求，还适用于一些个别路段的新护栏结构强化设计工作。

3 结束语

通过对此次波形梁钢护栏的改造提升，并对不同型号车辆的真实碰撞试验进行分析，发现钢护栏整体的结构稳定性较高，碰撞试验各项参数规格符合设计工作标准，车辆没有出现跨越护栏或者翻车等现象，车辆在发生碰撞之后可以顺着护栏行进的方向稳定停下；整体的防阻块变形充分，可以有效吸收汽车碰撞过程中所产生的大量能量，有效控制二次碰撞问题的产生。通过碰撞试验之后对护栏的最大位移量、车辆的峰值加速度等方面参数进行收集和分析，可以看出改造升级之后的护栏可以满足汽车碰撞防护工作要求，整个公路的行车安全性得到了充分保障。