纜索護(hù)欄在公路安全生命防護(hù)工程中的應(yīng)用

林　棟

（海南省公路勘察設(shè)計(jì)院，海南 海口 570206）

0　引言

隨著海南省中線高速瓊中至樂東段、橫向萬洋高速的開工以及海南省農(nóng)村扶貧道路工程的建設(shè)，海南即將迎來快捷舒適、四通八達(dá)的公路網(wǎng)。然而與此同時(shí)，道路交通事故數(shù)量也在逐年上升，其中路側(cè)事故所占比重最大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，路側(cè)事故數(shù)量占全部道路交通事故數(shù)量的1/3左右，而路側(cè)事故所造成的傷亡人數(shù)比重則要明顯高于路側(cè)事故數(shù)量比重。由此可見，路側(cè)事故相比其他類型事故而言更具有嚴(yán)重性。

護(hù)欄作為路側(cè)安全防護(hù)設(shè)施，通過自身變形或者失控車輛抬高吸收碰撞能量，從而改變車輛的行駛方向，起到防止車輛沖出路外、降低駕駛員受傷程度和保護(hù)路側(cè)建筑物的作用。護(hù)欄最大限度地降低了道路交通事故的嚴(yán)重程度和經(jīng)濟(jì)損失，為道路上能夠高效便捷地行車提供了安全保障。護(hù)欄按照受力力學(xué)特性的不同可以分為剛性護(hù)欄、半剛性護(hù)欄和柔性護(hù)欄三種形式。其中，我國(guó)使用最廣泛的是半剛性護(hù)欄，即波形梁護(hù)欄。柔性護(hù)欄是一種具有較大緩沖能力的韌性護(hù)欄，主要是纜索護(hù)欄。對(duì)于扶貧農(nóng)村公路特別是山區(qū)公路，安全防護(hù)更為重要，針對(duì)路側(cè)安全問題，采用合適的纜索護(hù)欄，可有效提高當(dāng)前低等級(jí)山區(qū)公路交通安全水平[1]。

1　纜索護(hù)欄的結(jié)構(gòu)組成

纜索護(hù)欄是一種具有較大緩沖能力的柔性安全護(hù)欄，是與剛性護(hù)欄相對(duì)應(yīng)的另一極端形式。它以數(shù)根施加了初拉力的纜索固定于支柱上，主要依靠纜索的拉應(yīng)力來抵抗車輛的碰撞并吸收碰撞能量，纜索在彈性范圍內(nèi)工作，具有較大的韌性緩沖能力，能夠達(dá)到“以柔克剛”的效果。汽車撞擊纜索護(hù)欄的過程極為復(fù)雜，是一個(gè)典型的大位移、大轉(zhuǎn)動(dòng)、大應(yīng)變且具有未知約束的強(qiáng)非線性問題。在撞擊過程中，纜索的拉應(yīng)力隨著汽車的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不斷變化，纜索和中間立柱的摩擦力則隨著纜索拉應(yīng)力的變化而變化，這便又影響著汽車的運(yùn)動(dòng)軌跡。

纜索護(hù)欄主要由防阻塊、纜索、固定纜索部件、立柱等結(jié)構(gòu)組成。防阻塊由螺栓固定在立柱上，纜索由固定纜索部件安裝在防阻塊上。

（1）纜索。纜索是鋼索護(hù)欄的主體部分，對(duì)其強(qiáng)度、韌性、索徑和防腐能力等均有較高的要求。護(hù)欄采用5根或者6根平行纜索，由優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼制造，表面鍍鋅，具有較高的強(qiáng)度和抗腐蝕性能。

（2）護(hù)欄立柱。護(hù)欄立柱包括端部立柱和中間立柱，是主要的受力構(gòu)件。中間立柱在攔截過程中承受較強(qiáng)的沖擊力，需要有較大的抗彎剛度和抗扭剛度，采用圓筒型焊管支撐架，普通碳素結(jié)構(gòu)鋼板制造；端部立柱承受纜索拉力和失控車輛的碰撞力，采用三角形支架的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，鑄鋼制造。

（3）防阻塊。防阻塊稱為鋼索托架，與立柱采用的材料相同。它能支撐纜索，保持纜索的距離和結(jié)構(gòu)形態(tài)，具有緩沖吸能、減少絆阻等作用。

2　纜索護(hù)欄的優(yōu)點(diǎn)分析

近年來，防護(hù)護(hù)欄經(jīng)過試驗(yàn)檢測(cè)以及其使用效果表明，高性能的柔性纜索護(hù)欄有它獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。纜索護(hù)欄價(jià)格便宜、易于修理、施工和撞擊后維修較經(jīng)濟(jì)，能提高高速公路路側(cè)安全性和透視效果。合理的使用柔性纜索護(hù)欄具有一定的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

2.1　經(jīng)濟(jì)效益

（1）工程造價(jià)較低，節(jié)約鋼材資源。在工程造價(jià)方面，纜索護(hù)欄相比其他護(hù)欄而言具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。依據(jù)有關(guān)調(diào)研分析，不同種類護(hù)欄的每延公里造價(jià)各異?；炷翂κ阶o(hù)欄整體式約為15萬元，分離式約為18萬元，波形梁護(hù)欄約13萬元，纜索護(hù)欄約為11萬元，可見纜索護(hù)欄的經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。使用鋼材方面，相比波形梁護(hù)欄的用鋼量，纜索護(hù)欄用鋼量更為節(jié)?。ㄒ姳?）。由表1可知，纜索護(hù)欄比防護(hù)等級(jí)相同的三波形梁鋼護(hù)欄節(jié)約鋼材77%左右，比雙波形梁鋼護(hù)欄節(jié)約鋼材47%左右，滿足“資源節(jié)約、可持續(xù)發(fā)展”的理念[2]。

表1　每公里護(hù)欄使用鋼材對(duì)比

（2）施工方便，安裝成本較低。纜索護(hù)欄的立柱設(shè)置間距較靈活，打入或埋入的立柱比波形立柱數(shù)量少，跨越涵洞、通道等結(jié)構(gòu)物障礙時(shí)，調(diào)整樁位較容易，給施工安裝帶來極大方便，掛纜后的線形調(diào)整也較容易。安裝時(shí)，將施加初應(yīng)力的纜索用索端錨具固定于端部上，在中間立柱上設(shè)置防阻塊或托架和U型螺栓與纜索相連；施工時(shí)，工藝比波形護(hù)欄拼接簡(jiǎn)單，施工成本降低。

（3）減少維修費(fèi)用，具有防盜性能。纜索護(hù)欄完全依靠纜索的拉應(yīng)力來抵抗車輛的碰撞，依靠立柱、托架的解體變形、移位及纜索的摩擦來吸收失控車輛的能量。由于纜索在彈性范圍內(nèi)工作，因此纜索護(hù)欄在遭碰撞事故后，一般不需要更換纜索，只需要更換中間立柱和托架。纜索護(hù)欄基本不需要除銹涂漆保養(yǎng)，具有較好的防盜性能，減少了維修養(yǎng)護(hù)等相關(guān)費(fèi)用。在冬季，由于纜索護(hù)欄結(jié)構(gòu)不阻雪，進(jìn)而減少了冬季防滑、除雪及日常公路養(yǎng)護(hù)工程量。相比而言，波形鋼護(hù)欄在遭碰撞后，則需要更換波形板以及立柱，平時(shí)還需要定期除銹涂漆保養(yǎng)。

2.2　社會(huì)效益

（1）具有良好的路側(cè)安全防護(hù)功能。纜索護(hù)欄具有較好的柔韌性，能有效地吸收失控車輛的能量，防止車輛沖出路側(cè)邊緣，避免發(fā)生二次事故。因此，其車損及傷亡率均低于混凝土護(hù)欄和波形梁護(hù)欄的車損及傷亡率。同時(shí)，纜索護(hù)欄的碰撞突破率也低于波形梁護(hù)欄的突破率。

（2）適用性強(qiáng)，符合我國(guó)地域特征復(fù)雜的國(guó)情。在軟土路段和估計(jì)有不均勻沉降路段上設(shè)置纜索護(hù)欄，可有效減輕路基沉降對(duì)護(hù)欄的損傷。在長(zhǎng)直路段、大彎道、風(fēng)景區(qū)等地方設(shè)置纜索護(hù)欄，其美觀的外形與景觀較協(xié)調(diào)，駕駛員沒有壓抑感，行車較舒適。纜索直徑小，迎風(fēng)面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于波型鋼護(hù)欄，因此纜索護(hù)欄更適用于海南的溫度及臺(tái)風(fēng)環(huán)境。

（3）纜索護(hù)欄對(duì)車輛的包容性好，對(duì)大尺寸車輛有較好的引導(dǎo)作用。

2.3　環(huán)境效益

（1）防腐性能優(yōu)良，耐用環(huán)保。纜索護(hù)欄表面采用防腐技術(shù)進(jìn)行處理。相較于傳統(tǒng)的熱鍍鋅方式，“多元合金共滲”技術(shù)更環(huán)保、無污染、防腐性能非常好，通過連續(xù)自動(dòng)化熱浸鍍技術(shù)，在熔融狀態(tài)的鋅液中添加鋁、鎂、硅等元素，一定溫度下將鍍液浸鍍?cè)阡摪寤蜾搸П砻?，形成具有高耐腐蝕性的鋅－鋁－鎂等合金鍍層。

（2）具有良好的通透性和景觀融合效果。纜索護(hù)欄結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷明快，通透性好，護(hù)欄形式美觀，與高速公路周邊的環(huán)境相協(xié)調(diào)。汽車行駛時(shí)沒有壓迫感，可在纜索護(hù)欄上加線形誘導(dǎo)標(biāo)、輪廓標(biāo)或外加PE塑料扣板進(jìn)行裝飾，更能增強(qiáng)視覺誘導(dǎo)效果，減輕駕駛員疲勞。

3　設(shè)置路側(cè)纜索護(hù)欄需考慮的因素

設(shè)置纜索護(hù)欄時(shí)，需考慮以下因素:

（1）纜索護(hù)欄的變形量。護(hù)欄在碰撞受力后的變形量是護(hù)欄設(shè)置時(shí)要考慮的一個(gè)重要因素，尤其是當(dāng)被防護(hù)對(duì)象為剛性物體時(shí)。如果護(hù)欄防護(hù)的是剛性物體，那么護(hù)欄與被防護(hù)物體之間的距離應(yīng)不小于護(hù)欄在受車輛撞擊后所發(fā)生的實(shí)際變形量?！陡咚俟纷o(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/T F83－01-2001)給出了纜索護(hù)欄的最大動(dòng)態(tài)變形量為1 000 mm。如果護(hù)欄與障礙物的間距不能得到保證，那么在到達(dá)碰撞物體前的一段護(hù)欄就要采取加大力柱尺寸、減少力柱間距、加強(qiáng)梁板強(qiáng)度等措施以減小護(hù)欄的變形量[3]。

（2）纜索護(hù)欄初始拉力大小。柔性纜索護(hù)欄初始拉力的大小對(duì)碰撞軌跡和緩沖寬度有直接影響。改變材料的力學(xué)性能，選擇彈性模量與強(qiáng)度比值小且抗拉強(qiáng)度比較大的材料，可以增大緩沖距離。選擇相應(yīng)纜索材料將會(huì)更加充分地體現(xiàn)出此種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。

（3）纜索護(hù)欄端部外展。護(hù)欄的端部通常進(jìn)行外展處理，主要用于路側(cè)護(hù)欄由起始位置到被防護(hù)障礙物(如橋墩)間的過渡。外展處理使路側(cè)護(hù)欄端部距離行車道更遠(yuǎn)，將護(hù)欄逐漸引入到與行車道邊緣線平行的位置，使護(hù)欄防護(hù)的路側(cè)障礙物不會(huì)輕易引起駕駛員較多的注意力，有利于行車安全。護(hù)欄外展的缺陷也很明顯，展開率 (b∶ a)越大，車輛碰撞角就越大（見圖1）。隨著碰撞角的增加，事故的嚴(yán)重程度也會(huì)增大。推薦的設(shè)計(jì)速度為100 km/h和80 km/h的公路，其路側(cè)護(hù)欄端部展開率分別為1∶18和1∶16。

圖1　護(hù)欄端部外展處理示意圖

（4）纜索護(hù)欄位置的設(shè)置。我國(guó)高速公路路側(cè)護(hù)欄一般設(shè)置在土路肩上，《高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)及施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 074-94）中只根據(jù)土路肩寬度對(duì)路側(cè)護(hù)欄與路肩邊緣之間的最小距離進(jìn)行了規(guī)定，卻沒有對(duì)護(hù)欄與障礙物之間應(yīng)有的合理間距進(jìn)行規(guī)定。護(hù)欄位置的設(shè)置與其作用的發(fā)揮程度緊密相關(guān)，與道路交通安全息息相關(guān)[4]。在設(shè)置纜索護(hù)欄時(shí)，應(yīng)結(jié)合道路的實(shí)際情況和纜索護(hù)欄的功能要求，對(duì)其具體的布設(shè)位置進(jìn)行研究，既要讓路側(cè)纜索護(hù)欄發(fā)揮功效，又不影響到正常的交通秩序。

（5）纜索護(hù)欄的最小設(shè)置長(zhǎng)度。護(hù)欄最小設(shè)置長(zhǎng)度是指護(hù)欄的標(biāo)準(zhǔn)段、漸變段和端頭所構(gòu)成的總長(zhǎng)度。路側(cè)護(hù)欄的最小設(shè)置長(zhǎng)度，主要考慮護(hù)欄的整體作用，只有當(dāng)護(hù)欄作為連續(xù)梁時(shí)，才能很好地發(fā)揮整體效果，護(hù)欄才是有效的。如果護(hù)欄設(shè)置長(zhǎng)度較短，不但影響美觀，而且不能發(fā)揮護(hù)欄的導(dǎo)向功能，增加碰撞的危險(xiǎn)性。

4　結(jié)語

本文對(duì)纜索護(hù)欄的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，闡述了纜索護(hù)欄的結(jié)構(gòu)組成，并對(duì)纜索護(hù)欄的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了分析，其適應(yīng)性強(qiáng)、安全性好、施工方便、易于維護(hù)修復(fù)、經(jīng)濟(jì)效益明顯。再結(jié)合山區(qū)高速公路的特點(diǎn)，提出了纜索護(hù)欄的適用條件，最后分析了在設(shè)置纜索護(hù)欄時(shí)需考慮的關(guān)鍵問題，為纜索護(hù)欄在公路安全生命防護(hù)工程的推廣應(yīng)用提供參考。

涉及雄安新區(qū)的高速公路項(xiàng)目2020年通車

今年，河北省高速公路建設(shè)項(xiàng)目多為京津冀協(xié)同發(fā)展、雄安新區(qū)建設(shè)、冬奧會(huì)和扶貧攻堅(jiān)等重大戰(zhàn)略保障項(xiàng)目，按照應(yīng)通必通、應(yīng)開必開、應(yīng)建必建要求，2020年重點(diǎn)是津石等涉及雄安新區(qū)的高速項(xiàng)目建成通車。

今年河北省高速公路建設(shè)總規(guī)模將達(dá)到20條段以上，近2 000 km，確保通車584 km，力爭(zhēng)達(dá)到700 km左右，新開工力爭(zhēng)達(dá)到600 km以上。每一個(gè)項(xiàng)目都明確了具體開工時(shí)間和通車時(shí)間：今年重點(diǎn)是力爭(zhēng)太行山高速建成通車，2019年重點(diǎn)是延崇高速公路建成通車，2020年重點(diǎn)是津石等涉及雄安新區(qū)的高速項(xiàng)目建成通車。

其中，京雄高速和延崇高速公路建設(shè)將堅(jiān)持對(duì)標(biāo)世界眼光、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、中國(guó)特色、高點(diǎn)定位的要求，以“雄安質(zhì)量”的標(biāo)準(zhǔn)，努力打造資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)保、低碳節(jié)能、智慧高效、服務(wù)為本的高品質(zhì)綠色示范公路。