公路护栏设计技术简析

文 交通运输部公路科学研究院 刘会学 邰永刚

公路护栏是发生交通事故后，减少人员伤亡或降低人员伤害程度的一道重要屏障。图为江苏省道333线新民滩特大桥

近年来，交通运输部不断完善公路护栏等交通安全设施标准规范，交安设施施工技术水平持续提高。针对车辆穿越中央分隔带护栏，驶入对向车道等重大事故，地方交通运输主管部门和公路养护管理单位也在持续加大投入，评估并提升一些路段的护栏防护能力。但是再高的护栏防护等级也难以完全杜绝重型货车冲撞护栏等恶性事故发生，要降低事故的发生率及危害性，必须从规范驾驶行为，以及提升车辆性能、交通管理水平、公路技术指标、护栏技术性能等方面综合施策。为此，本文从护栏设计技术的角度，进行了相应分析。

公路护栏的概念

公路护栏是在公路行车道外侧或中央分隔带设置的一种带状防护吸能结构，当事故车辆碰撞护栏时，能够通过护栏自体变形或车辆爬升吸收碰撞能量，改变车辆的运动方向或降低车辆速度等，从而阻挡车辆并降低司乘人员的伤害程度。

公路护栏按照所在公路横断面的位置，可分为路侧护栏和中央分隔带护栏；按照受到车辆碰撞后的变形程度，可分为刚性护栏、半刚性护栏和柔性护栏。

公路护栏的功能和属性

主要功能

在车辆正常行驶的情况下，通过一定的设计后，公路护栏可以实现5项功能：阻止车辆穿越中央分隔带冲入对向车道；防止车辆在桥梁等危险路段越出路外，或将护栏板冲断，或从护栏板下钻出越出路外；适当诱导驾驶员的视线和行驶轨迹；发生轻微碰撞时，使车辆向行驶方向顺利导出或恢复行驶状态；发生车辆失控碰撞护栏时，通过护栏自身缓冲吸能，降低乘员的损伤程度。

属性

公路护栏是发生交通事故后，与车辆被动防护等共同作用，减少人员伤亡或降低人员伤害程度的一道重要屏障。设置公路护栏本身并不会减少或避免交通事故的发生，而且护栏本身也是一种障碍物，并非设置的数量越多越好、强度越强越好、防护等级越高越好。护栏要在驾驶员状态良好、车辆性能正常、操作符合规定的条件下，综合考虑车型构成和公路平纵面线形条件、设计速度与运行速度、交通量及环境景观、安全因素、经济承受能力等因素合理设置。

公路护栏的设计条件

事故致因理论

根据事故致因理论，不存在绝对安全，任何事物均潜伏着危险因素。人的不安全行为或不安全因素是产生事故的主要原因，因此预防交通事故应首先从驾驶员的安全驾驶抓起，这也是投入最少、效果最明显的措施。事物的不安全状态会导致更严重的事故后果，因此车辆的主动安全系统、制动、被动安全系统等技术性能和公路护栏等设施的设置也应引起足够的重视，应加强交通安全设施的设置、设计，通过设置主动引导设施降低事故发生的概率，通过设置被动防护设施降低事故的损伤程度。

设计条件的提出

公路上发生交通事故的车辆中，既有小型客车、中型客货车，也有大型客货车，其整备质量、碰撞速度和角度、重心高度对护栏破坏的后果各有不同。参照部分发达国家的经验，依托交通运输部科技项目“高速公路波形梁护栏防撞能力提升改造技术研究”等成果，我国公路护栏的设计条件主要有以下几方面。

首先，从碰撞能量的角度，满足防护85%位正常行驶的车辆基本防护能量，即对公路上行驶的车辆，剔除无证驾驶、酒驾、毒驾、超速、超载、车辆刹车失灵等因素后，因偶发因素导致车辆碰撞路侧或中央分隔带的事故时，护栏应具备阻挡85%位以上碰撞能量的能力。据此在《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范》（JTJ 074-94，以下简称“94版规范”）和《高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范》（JTG D80-2006，以下简称“06版规范”）之后，2017年公路工程行业标准《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81—2017，以下简称“17版规范”）发布，根据事故严重程度等级提出防护等级及能量指标，进一步提升了我国公路护栏的防护能力，例如：设计时速为80公里至120公里的高速、一级公路的防护等级从三级（A级）到六级（SS级），防护能量从160千焦到520千焦；根据路侧特殊危险路段的防护需要，增加了七、八级防护等级，对于桥梁护栏，最高等级可达八级（HA级），防护能量为760千焦；设计时速为60公里至80公里的一级公路、二级公路的基本防护等级为二级（B级）；三级公路、四级公路的基本防护等级为一级（C级）。公路条件因交通组成、运行速度、路侧条件等的不同，按基本防护能量设置的护栏，部分路段实际能达到90%位或以上的防护水平。

其次，公路平纵指标较低和车辆整备质量、碰撞角度和速度增加等情况，以及有可能导致事故发生后果更严重的路段，应按照下列条件，将护栏防护增加一个等级。

二级及以上公路纵坡等于或接近于现行《公路工程技术标准》（JTG B01）规定的最大纵坡值的下坡路段；二级及以上公路圆曲线半径等于或接近于现行《公路工程技术标准》（JTG B01）规定的最小半径的路段外侧。

设计交通量中，总质量大于或等于25吨的车辆自然数所占比例大于20%时，护栏也应增加一个防护等级。

国内外护栏防护等级对比

与国外相比，我国高速公路护栏基本防护等级高于日本、法国、英国和北欧一些国家，与美国、德国、意大利相当；我国普通公路护栏的防护等级与美国、日本基本一致。图1、图2分别摘录欧盟高速公路上设置护栏的最小法定防护等级、EN1317（2000年以来，欧盟提出的道路防护系统的系列标准）规定的护栏防护能量。从中可以看出，欧盟国家高速公路最为发达和行车速度最快的德国、意大利，其防护标准也最高，路侧、中央分隔带护栏对大客车防护指标高，桥梁护栏更是达到大货车防护的最高指标。同比我国公路护栏设计防护能量最高值已高于美国、欧盟和日本等国家的标准。

图1 欧盟高速公路上设置护栏的最小法定防护等级

图2 EN1317规定的护栏防护能量

护栏主要类型及结构特点

刚性护栏刚性护栏是受到车辆碰撞后基本不变形的护栏，混凝土护栏是其主要代表形式，车辆碰撞时通过爬高来吸收碰撞能量并形成导向。其优点是刚度大、强度高，可抵抗强力冲击，有效避免车辆穿越护栏事故，但由于刚度大，缓冲吸能效果差，对车内人员伤害较大，尤其对小客车伤害大。

半刚性护栏半刚性护栏在受到车辆碰撞后会有一定的变形，又具有一定的强度和刚度。波形梁护栏是其主要代表形式，车辆碰撞时利用土基、立柱、波纹状钢板的变形来吸收碰撞能量并导向。其优点是施工方便、景观效果较好，对人员的伤害较小，但对土基压实度的要求较高，与其他形式的护栏连接时，需要做好过渡处理。

柔性护栏柔性护栏是具有较大缓冲能力的韧性护栏结构。缆索护栏是其主要代表形式，车辆碰撞时依靠缆索的拉应力来吸收碰撞能量并导向。其优点是对人员的伤害最小，通透性最好，与自然环境协调性好，且冬季不阻雪，缺点是碰撞回弹后可能对同向其他车辆造成影响，对土基压实度的要求也较高，日常养护成本较高。

桥梁护栏桥梁护栏的主要类型为刚性护栏和半刚性护栏，前者以混凝土护栏为主，后者以金属梁柱式护栏为主。此外，由混凝土和金属梁柱组成的组合式护栏也是常用的桥梁护栏类型。由于桥梁路段发生事故后的风险等级高于一般路基路段，因此桥梁护栏的防护等级往往高于路基护栏。

减少碰撞护栏事故及减轻事故损伤的措施

源头治理

减少我国公路上的事故数及损伤程度，首先要从人和车的角度出发，从源头根治，必须减少和杜绝疲劳驾驶、酒后驾驶等违法行为，改正不良驾驶习惯，加强驾驶员培训，严格驾驶员安全行车管理；同时应提升车辆性能，特别是大型客货车制动、主动安全等方面的性能，减少车辆失控造成的重大交通事故。

既有护栏提升建议

事故分析据了解，2011年至2020年我国高速公路上共发生车辆穿越中央分隔带护栏导致的一次死亡10人以上的重特大交通事故12起。分析这些事故可发现，首先集中在大型客货车，主要原因为载重量大、载人多，穿越中央分隔带护栏进入对向车道或穿越桥梁护栏跌入水中造成群死群伤的恶性事故；其次事故车辆高速撞击护栏，碰撞能量远超护栏设计值，技术上难以防范；最后事故往往发生在驾驶员疲劳驾驶、操作不当或车辆制动出现故障等情况下，存在严重人为或车辆原因。在公路设施方面，事故往往发生在连续长大下坡、临水临崖、雨雪路滑、山区公路和公路线形指标很低的特殊路段。

公路护栏是设置于公路行车道外侧或中央分隔带的一种带状防护吸能结构。图为浙江省湖州市安吉县农村公路

既有护栏防护性能的适应性及提升分析目前我国新建公路护栏安全性能要求总体已同发达国家一致，部分指标甚至已超过其他国家。对因极小概率发生的事故，根据特殊个案而按最高标准提高全国护栏防护等级的方式，以阻止所有车辆穿越中央分隔带或越出路外，虽存在理论上的可能，但经济上难以承受，实施中还可能涉及行车视距不足、影响景观、行驶舒适性差等问题，国际上也无此先例。

从近些年发生的车辆穿越中央分隔带恶性事故可以看出，事故车辆与护栏发生的最大碰撞能量达到720千焦，对应护栏防护等级为八级（HA级），远高于路段设计防护等级四级（SB级）。如果全路段中央分隔带都采用八级（HA级）混凝土护栏，按单价约每延米1500元计算，测算得出全国高速公路的护栏新建费用约3200多亿元。

此外，以最新标准改造按照当时标准设计的既有中央分隔带护栏，也存在科学性和可行性问题。2005年底和2017年我国高速公路通车里程分别为4.53万公里和13.64万公里。例如对已建成的分别执行94版、06版规范的公路护栏，按照17版规定进行改造，将护栏等级提升为四级（SB级），单价按每米500元计，部分护栏可能需要设置为三级（A级）或者五级（SA级）及以上，以此计算取中，则测算的护栏新建费用约1080亿元。

如果在原护栏基础上进行改造再利用，约能降低20%至30%的费用。

科学评估 分类施策 基于上述原因，科学评估既有护栏防护性能的适应性十分重要，主要针对按原标准设计的重大事故多发的桥梁、重型车比例大的长陡下坡等公路路段，根据交通事故严重性及其特点、运行条件适应性和大型车比例等情况进行综合评估后，分期、分类、分批提出改造方案和交通管理建议。

加强中央分隔带护栏设置 针对重型车辆穿越中央分隔带的问题，在加强驾驶员管理和车辆管理的同时，建议科学评估中央分隔带护栏，因地制宜，分类施策。对平面半径很小、超标大纵坡、连续长大下坡、雨雾天气状况差的山区公路，以及交通量大、大客车和重车比例高的路段，逐步按照现行标准采用高防护等级的中央分隔带护栏，有条件的可采用高防护等级混凝土护栏。

链接

公路护栏设计的注意事项

·不能人为夸大护栏的功能

护栏是一种被动防护设施，无法仅通过加强设施来避免或减少交通事故的发生，公路交通安全还必须通过规范驾驶员的驾驶行为等实现，这也是最直接有效的措施。

·护栏具有一定的使用条件

护栏设置时，需综合考虑公路线形、设计速度、运行速度、交通量、车型构成、环境景观，以及经济承受能力等因素，无法也不可能阻止所有的车辆穿越护栏。偶发的事故不能作为否定护栏作用的原因；事故车辆超过护栏的使用条件，将导致严重的后果。

·应加强交通安全相关知识的传播

有关单位，包括驾驶培训学校，应对护栏的功能、属性、使用注意事项等加强宣传，使广大驾驶员自觉地按交通法律法规的规定和交通标志、标线的指引，安全驾驶，谨慎行车，才能更好地实现护栏的安全保障功能。