高速公路中間帶優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究

張 欣，王宏丹

（1.河北省高速公路張涿張家口段臨時(shí)籌建處，河北 張家口 075600；2.北京深華達(dá)交通工程檢測(cè)有限公司，北京 102208）

1 我國高速公路面臨的問題

改革開放以來，我國公路建設(shè)迅猛發(fā)展，截止到2011年底，全國公路總里程達(dá)到398.4×104km，其中高速公路總里程達(dá)到8.5×104km，居世界第二位。但隨著公路里程和交通量的不斷增加，公路交通安全的嚴(yán)峻形勢(shì)也呈現(xiàn)在人們的眼前。高速公路建設(shè)的核心應(yīng)能夠使車輛安全、暢通的行駛，然而一起起觸目驚心的交通事故卻發(fā)人深省。

經(jīng)過對(duì)大量交通事故及高速公路通車運(yùn)營情況調(diào)查分析可知，目前我國高速公路面臨著以下幾方面問題。

1.1 中間帶護(hù)欄防護(hù)設(shè)施等級(jí)不足

目前我國高速公路大部分整體式路基一般路段中間帶均按照規(guī)范規(guī)定采用Am級(jí)波形梁護(hù)欄，即設(shè)計(jì)能力為160kJ，防護(hù)10t貨車以60km／h車速20°角碰撞。然而，從我國交通發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)來看，高速公路由于其交通流量大、車輛運(yùn)行速度高（一般為80～120km／h）、車輛大型化（大型車輛約占交通組成的20%～40%）、車輛超載現(xiàn)象較為普遍等特點(diǎn)，大型車輛失控沖破中央分隔帶護(hù)欄，闖入對(duì)向車道引發(fā)二次事故，造成群死群傷的特、重大交通事故屢有發(fā)生。

1.2 路基水害嚴(yán)重

我國大部分高速公路中間帶采用波形梁護(hù)欄配綠化防眩的設(shè)計(jì)方案，為防止?jié)B水破壞路面，中間帶采取抹水泥砂漿、涂瀝青、增設(shè)防滲土工布等措施隔水。然而，這雖然可以起到一定的防水效果，但由于中間帶寬度范圍內(nèi)壓實(shí)度不足、護(hù)欄立柱施工破壞防水設(shè)施等原因?qū)е戮G化灌溉水及雨水沿中間帶區(qū)域滲入路基，使路基存在著水害安全隱患。

1.3 現(xiàn)有混凝土護(hù)欄在防撞性能上存在一些問題

目前我國采用的混凝土護(hù)欄多為美國開發(fā)的新澤西護(hù)欄，在使用中發(fā)現(xiàn)這種形式的護(hù)欄在防撞性能上存在一些問題：易發(fā)生二次事故，造成車輛內(nèi)翻；對(duì)駕駛員和乘客壓迫感較大；降低了高速公路的行車舒適性等。

基于高速公路面臨的上述技術(shù)問題，本文提出中間帶優(yōu)化技術(shù)，旨在通過該項(xiàng)技術(shù)在提高行車安全性的同時(shí)，解決路基水害問題，并降低公路全壽命周期成本。

2 中間帶構(gòu)成及主要功能

中間帶是公路整體式路基橫斷面的重要組成部分，由中央分隔帶和兩側(cè)路緣帶組成，其主要功能一般有如下幾點(diǎn)：

a）將上、下行車流分開，既可防止因快車駛?cè)雽?duì)向行車帶造成車禍，又能減少公路中心線附近的交通阻力，從而提高通行能力；

b）可作設(shè)置公路標(biāo)志牌及其它交通管理沒施的場(chǎng)地，也可作為行人的安全島使用；

c）設(shè)置一定寬度的中間帶并種植花草灌木或設(shè)置防眩網(wǎng)，可防止對(duì)向車輛燈光眩目，還可起到美化路容和環(huán)境的作用；

d）設(shè)于中央分隔帶兩側(cè)的路緣帶，由于有一定寬度，既引導(dǎo)駕駛員視線，又增加行車所必須的側(cè)向余寬，從而提高行車的安全性和舒適性。

3 現(xiàn)有中間帶設(shè)計(jì)方法

由上述功能可知，中間帶的寬度越寬作用越明顯，同時(shí)也便于養(yǎng)護(hù)作業(yè)的開展。但從資源利用、經(jīng)濟(jì)性及施工難易度等方面綜合考慮，使用較寬的中間帶是有困難的，所以在我國基本上是采用窄的中間帶。

我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中對(duì)中間帶的寬度做出了相應(yīng)的規(guī)定（如表1所示），現(xiàn)有中間帶設(shè)計(jì)方法（以下簡稱“原設(shè)計(jì)”）即是以規(guī)范值為基礎(chǔ)的。

表1 中間帶設(shè)計(jì)寬度標(biāo)準(zhǔn)值

以24.5m路基寬度為例，原設(shè)計(jì)中央分隔帶采用波形梁鋼護(hù)欄，中間回填土，表面植草綠化和植樹防眩方案，左側(cè)路緣帶和中央分隔帶之間設(shè)置路緣石，如圖1所示。

圖1 24.5m路基橫斷面布設(shè)及中間帶設(shè)計(jì)圖

4 需求分析

由上述分析可知，目前我國高速公路中間帶設(shè)計(jì)面臨著以下幾方面問題。

一是波形梁護(hù)欄防護(hù)能力低，車輛穿越中分帶造成群死群傷事故屢見不鮮。

二是中間帶護(hù)欄采用植樹綠化，水害嚴(yán)重。

目前，我國高速公路整體式路基中間帶約80%采用波形梁護(hù)欄，下設(shè)通訊管線，上為綠化防眩。為防止?jié)B水破壞路面，中間帶以防水為主，采取抹水泥砂漿、涂瀝青、增設(shè)防滲土工布等措施隔水。然而，這雖然可以起到一定的防水效果，卻存在著水害安全隱患，表現(xiàn)為：

a）路基施工階段，中央分隔帶范圍因不在行車道范圍內(nèi)，質(zhì)量控制不嚴(yán)，導(dǎo)致中間帶區(qū)域壓實(shí)度不足、孔隙率大、滲水不能及時(shí)排出，為路基的穩(wěn)定埋下隱患；

b）D81中規(guī)定，中央分隔帶波形梁護(hù)欄立柱埋深為1.4m，護(hù)欄立柱在施工中往往破壞了中央分隔帶的防水設(shè)施，形成雨水下滲通道，且當(dāng)波形梁護(hù)欄立柱蓋帽丟失或損壞時(shí)，立柱即成了匯水通道，加劇了雨水對(duì)路基的破壞；

c）綠化帶滲水使路基處于潮濕狀態(tài)，路基強(qiáng)度降低，凍融造成路基翻漿，使路面松散、破壞。

三是中央分隔帶綠化養(yǎng)護(hù)成本大，并且養(yǎng)護(hù)時(shí)存在安全隱患。

基于上述三個(gè)方面，公路中間帶優(yōu)化設(shè)計(jì)研究需解決三個(gè)主要問題，即安全性、水害、養(yǎng)護(hù)及周期成本。

5 中間帶優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)鍵指標(biāo)選取

高速公路中間帶由中央分隔帶和兩側(cè)左側(cè)路緣帶組成，中間帶優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)鍵指標(biāo)即是對(duì)中央分隔帶及路緣帶指標(biāo)的選取。由表1可知，以24.5m路基寬、80km／h設(shè)計(jì)速度為例，中央分隔帶寬度一般值為2m，左側(cè)路緣帶寬度一般值為0.5m。

本工程中間帶優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究的核心即是通過對(duì)中央分隔帶護(hù)欄的優(yōu)化，從而對(duì)中央分隔帶的寬度進(jìn)行優(yōu)化，即將原設(shè)計(jì)的波形梁護(hù)欄（占用寬度2m）優(yōu)化為混凝土護(hù)欄（寬度50cm），在保持行車道和土路肩寬度不變的前提下將優(yōu)化節(jié)省的寬度用于增加行車的有效寬度，從而滿足不同的公路安全要求。

6 中間帶優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究

下面以24.5m路基為例，對(duì)中間帶優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究。

6.1 橫斷面布設(shè)方法

中間帶優(yōu)化設(shè)計(jì)是將中央分隔帶的寬度由2m壓縮為1m，從而需對(duì)路基橫斷面進(jìn)行重新布設(shè)。由于行車道寬度、土路肩寬度及路緣帶寬度均不可調(diào)整，因此根據(jù)中央分隔帶節(jié)省的1m空間可按兩種方式進(jìn)行分配：

a）將節(jié)省的1m空間用來增加硬路肩的寬度，則硬路肩的寬度由250cm增加到300cm；

b）將節(jié)省的1m空間用來增加左側(cè)路緣帶的寬度，則左側(cè)路緣帶的寬度由50cm增加到100cm。

6.2 中央分隔帶護(hù)欄設(shè)計(jì)方法

中間帶優(yōu)化設(shè)計(jì)的核心也是對(duì)中央分隔帶護(hù)欄的優(yōu)化設(shè)計(jì)，即采用占地面積小、防撞等級(jí)高的混凝土護(hù)欄代替原設(shè)計(jì)的波形梁護(hù)欄。目前，我國已使用的混凝土護(hù)欄多為美國開發(fā)的新澤西護(hù)欄，如圖2所示，但在使用中發(fā)現(xiàn)這種形式的護(hù)欄在防撞性能上存在一些問題，如易發(fā)生二次事故、對(duì)駕駛員和乘客壓迫感較大、降低了高速公路的行車舒適性等。

圖2 新澤西護(hù)欄

基于上述問題，中央分隔帶護(hù)欄優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)滿足以下幾項(xiàng)技術(shù)要求：

a）防護(hù)等級(jí)高（高于Am級(jí)）；

b）底寬?。ú怀^50cm）；

c）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全合理（不能造成車輛內(nèi)翻或翻越，且不給駕駛?cè)藛T造成壓迫感）；

d）充分考慮使用年限內(nèi)，公路大中修罩面需求（護(hù)欄高度滿足路面罩面需求）。

為了滿足上述要求，經(jīng)試驗(yàn)研究，中央分隔帶護(hù)欄可采用以下兩種形式（如圖3所示）：

a）單坡面混凝土護(hù)欄 以廣西桂柳高速公路為依托工程研發(fā)而成，該護(hù)欄具有造價(jià)低、占地少、防護(hù)能力強(qiáng)、維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，特別是對(duì)于山嶺重丘區(qū)路基寬度較窄、中央分隔帶寬度小于2m的高速公路，意義更是重大；

b）閔華型混凝土護(hù)欄 以福建某高速公路為依托工程研發(fā)而成，該護(hù)欄性質(zhì)與單坡面混凝土護(hù)欄相似。

圖3 新型混凝土護(hù)欄

6.3 左側(cè)路緣帶設(shè)計(jì)方法

由上述可知，中間帶優(yōu)化設(shè)計(jì)后，中央分隔帶護(hù)欄采用底寬較小的混凝土護(hù)欄，左側(cè)路緣帶除提供側(cè)向余寬的功能外，還對(duì)混凝土護(hù)欄基礎(chǔ)起嵌固作用。目前，我國大部分高速公路為瀝青路面結(jié)構(gòu)，左側(cè)路緣帶與行車道路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一致。

一般情況下，混凝土的抗壓強(qiáng)度大于瀝青，所以混凝土結(jié)構(gòu)嵌固基礎(chǔ)的穩(wěn)定性高于瀝青路面嵌固基礎(chǔ)形式，且混凝土結(jié)構(gòu)的建設(shè)成本低于瀝青結(jié)構(gòu)，因此，中間帶優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，可將護(hù)欄兩側(cè)的路緣帶設(shè)計(jì)為混凝土結(jié)構(gòu)，在保證護(hù)欄基礎(chǔ)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，也降低了工程造價(jià)。

6.4 路基段排水設(shè)計(jì)方法研究

優(yōu)化設(shè)計(jì)后，由于一般路基段中間帶不存在植樹綠化、填土等設(shè)施，可將基層及底基層沿橫向貫通，整個(gè)路幅雨水靠路面坡度向路側(cè)自然排出，因此可取消原設(shè)計(jì)中央分隔帶排水設(shè)施。

而對(duì)于超高路段外側(cè)半幅路面排水可采用集中排水方式進(jìn)行排水，即在靠近中央分隔帶護(hù)欄的位置設(shè)置縱向中溝及集水井，并通過集水井底設(shè)置的橫向排水管將路面水排出路側(cè)；同時(shí)也取消了原中央分隔帶綠化帶內(nèi)的排水設(shè)施。

實(shí)踐證明，該種設(shè)計(jì)方法既能滿足路面排水需求，也大大降低了降雨滲水對(duì)路基的影響，避免了路基水害問題。

7 原設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)方案對(duì)比分析

中間帶原設(shè)計(jì)方案主要包括波形梁護(hù)欄、中分帶填土、植樹植草綠化路緣石及中分帶排水系統(tǒng)等；優(yōu)化設(shè)計(jì)方案包括單坡面混凝土護(hù)欄、防昡板，兩側(cè)優(yōu)化的路面結(jié)構(gòu)（包括面層，基層和底基層等）層等。現(xiàn)將兩種方案的技術(shù)指標(biāo)、性能指標(biāo)及運(yùn)營后使用效果對(duì)比如下（見表2）。

表2 中間帶優(yōu)化設(shè)計(jì)方案與原設(shè)計(jì)方案的對(duì)比分析

表2（續(xù)）

綜上所述，中間帶優(yōu)化設(shè)計(jì)方法較原設(shè)計(jì)有較大的提高，不僅滿足行車安全性的需求，還可以減少路基水害、增加道路通行能力、以及維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，與我國高速公路發(fā)展趨勢(shì)相一致。

8 結(jié)語

中間帶優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的核心即是對(duì)中央分隔帶護(hù)欄的設(shè)計(jì)研究。中間帶優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)提高了護(hù)欄的防護(hù)等級(jí)，滿足行車安全性需求、有效緩解了路基水害問題、降低公路全壽命周期成本、提高道路通行能力為目的。

[1]JTG/D81—2006，公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則[S].

[2]JTG BD81—2003，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]交通部公路司.降低造價(jià)公路設(shè)計(jì)指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

[4]交通部公路司.新理念公路設(shè)計(jì)指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

[5]李峻利.交通工程設(shè)施設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，2001.