養(yǎng)護(hù)工程舊A級(jí)波形護(hù)欄升級(jí)改造方案探析

路建強(qiáng)

（中交基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)集團(tuán)寧夏工程有限公司，寧夏 銀川 750000）

1 項(xiàng)目背景

2018年1月，交通運(yùn)輸部公告施行新發(fā)布的《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D81—2017）及《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D81—2017）作為公路工程行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)，原《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D81—2006）及《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D81—2006）同時(shí)廢止。新規(guī)范對(duì)于護(hù)欄的防護(hù)等級(jí)進(jìn)行了提升，對(duì)于護(hù)欄設(shè)置條件及防護(hù)等級(jí)的確定更加具體化、可操作性更強(qiáng)，完善解決了改擴(kuò)建工程及公路運(yùn)營(yíng)環(huán)境發(fā)生變化帶來(lái)的問(wèn)題，更加科學(xué)、實(shí)用、易于操作。

2 護(hù)欄升級(jí)改造依據(jù)

現(xiàn)行《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D81—2017）為推薦性標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)則提供波形護(hù)欄設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想、設(shè)計(jì)順序及設(shè)置中應(yīng)考慮的因素，如何選取波形護(hù)欄形式及結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求及推薦的一般構(gòu)造圖等，為設(shè)計(jì)人員提供分析方法及因地制宜開(kāi)展針對(duì)性設(shè)計(jì)的原則。對(duì)既有交通安全設(shè)施，從資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)的角度，提出護(hù)欄的再利用的方案。若護(hù)欄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證能夠滿(mǎn)足新規(guī)范防護(hù)等級(jí)及性能的要求，即為符合規(guī)范的護(hù)欄結(jié)構(gòu)形式。對(duì)此，提出在舊A級(jí)護(hù)欄基礎(chǔ)上進(jìn)行的改造升級(jí)方案，使其防護(hù)等級(jí)滿(mǎn)足新規(guī)范要求。

3 護(hù)欄升級(jí)改造原因

由于原有舊A級(jí)兩波護(hù)欄存在大客車(chē)及大貨車(chē)騎跨護(hù)欄翻車(chē)等防護(hù)能力不足的現(xiàn)象，新規(guī)范的A級(jí)護(hù)欄由兩波形鋼護(hù)欄板更改為三波形梁板，對(duì)立柱進(jìn)行了加長(zhǎng)處理并提升了防護(hù)等級(jí)。新規(guī)范的更新導(dǎo)致很多原有舊A級(jí)護(hù)欄防護(hù)等級(jí)偏低需升級(jí)改造。一是在等級(jí)公路尤其是國(guó)省干線(xiàn)的罩面養(yǎng)護(hù)中對(duì)路面反復(fù)進(jìn)行加鋪瀝青層的罩面養(yǎng)護(hù)，造成原路護(hù)欄高度降低，難以滿(mǎn)足規(guī)范防護(hù)等級(jí)的要求。二是部分公路養(yǎng)護(hù)中心大量舊A級(jí)波形護(hù)欄由于主要用于道路護(hù)欄更換維修及安全生命防護(hù)工程，按新規(guī)范要求難以滿(mǎn)足現(xiàn)有要求造成積壓。若全部淘汰舊波形護(hù)欄，更換為新規(guī)范護(hù)欄或低成本處理，不僅增加施工難度、提高工程造價(jià)，還造成資源的浪費(fèi)與資產(chǎn)損失。

4 護(hù)欄升級(jí)改造方案原則

（1）安全性原則。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞后可能產(chǎn)生后果的嚴(yán)重程度進(jìn)行劃分，體現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)可靠度差異。安全等級(jí)應(yīng)符合《公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50283—1999)的規(guī)定。護(hù)欄的升級(jí)改造在強(qiáng)度上必須有效吸收設(shè)計(jì)碰撞能量，所承受的汽車(chē)橫向碰撞荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)符合規(guī)范要求，阻擋小于設(shè)計(jì)碰撞能量的車(chē)輛跨越護(hù)欄并使其正確改變行駛方向。

（2）經(jīng)濟(jì)性原則。波形護(hù)欄改造升級(jí)方案應(yīng)在保證防護(hù)等級(jí)的基礎(chǔ)上盡量利用現(xiàn)有舊波形護(hù)欄，根據(jù)工程建設(shè)和交通組織設(shè)計(jì)方案采用不同的方案。波形護(hù)欄升級(jí)改造再利用結(jié)構(gòu)主要為護(hù)欄立柱、防阻塊及波形梁板。舊波形護(hù)欄構(gòu)件尺寸、規(guī)格、偏差應(yīng)滿(mǎn)足現(xiàn)有護(hù)欄早期建設(shè)時(shí)所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，鍍鋅防腐符合前期規(guī)范要求并經(jīng)檢驗(yàn)合格后可重復(fù)利用進(jìn)行護(hù)欄的組合改造升級(jí)。

（3）適用性原則。護(hù)欄的改造升級(jí)應(yīng)因地制宜，結(jié)合國(guó)省干線(xiàn)現(xiàn)有路側(cè)條件進(jìn)行調(diào)整，針對(duì)性地提出設(shè)計(jì)改造方案。例如，對(duì)國(guó)省干線(xiàn)設(shè)置護(hù)欄路側(cè)為GBM工程、護(hù)欄跨越橋涵段落、現(xiàn)有土路肩寬度不足等問(wèn)題均應(yīng)進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，以達(dá)到規(guī)范要求的護(hù)欄防護(hù)等級(jí)。護(hù)欄改造升級(jí)應(yīng)考慮施工難易程度，具有操作簡(jiǎn)便、便于后期維修利用特點(diǎn)并增加防盜功能。

5 舊護(hù)欄升級(jí)改造方案研究

對(duì)于國(guó)省干線(xiàn)已在路側(cè)使用護(hù)欄的情況，由于在后期的公路罩面等養(yǎng)護(hù)中將路面基準(zhǔn)標(biāo)高，導(dǎo)致護(hù)欄防護(hù)高度不足，防護(hù)性能大打折扣，護(hù)欄存在安全隱患，全部更換為新三波A級(jí)護(hù)欄成本太高，經(jīng)濟(jì)性較差。提高舊波形護(hù)欄防護(hù)等級(jí)的主要改造思路：一是通過(guò)加密護(hù)欄立柱的設(shè)置間距提高防護(hù)等級(jí)；二是重新設(shè)計(jì)舊波形護(hù)欄結(jié)構(gòu)?？刹捎昧⒅用芨脑?、護(hù)欄立柱加高、設(shè)置兩層套接波形梁板或更換新波形梁板等方式。

（1）立柱加密改造。主要是在原有4m護(hù)欄立柱中間增加立柱，立柱型號(hào)為φ140mm×2150mm×4.5mm（直徑×長(zhǎng)度×壁厚），原有波形梁板中間增加一個(gè)螺栓孔，采用六角頭螺栓將立柱與防阻塊連接，再采用連接螺栓將防阻塊與波形梁板連接，調(diào)整原有立柱分布形式將原有4m立柱間距調(diào)整為2m。此方法原有立柱可得到有效利用，一定程度上增加了原有護(hù)欄的防護(hù)級(jí)別，減少了施工成本，提高了波形護(hù)欄的穩(wěn)定性。

（2）護(hù)欄立柱加高（見(jiàn)圖1）?？赏ㄟ^(guò)立柱內(nèi)預(yù)留套管長(zhǎng)度的方式增加護(hù)欄高度，做成可調(diào)節(jié)式波形護(hù)欄，可調(diào)式護(hù)欄上部結(jié)構(gòu)采用φ127mm×450mm×4.0mm（直徑×長(zhǎng)度×壁厚）套管立柱，套管預(yù)留4個(gè)連接孔，預(yù)留孔的使用根據(jù)養(yǎng)護(hù)罩面的高度調(diào)節(jié)波形梁板的橫梁中心高度從路面至連接孔中心的距離滿(mǎn)足規(guī)范60cm。在國(guó)省干線(xiàn)后期的罩面等加鋪養(yǎng)護(hù)中可反復(fù)使用數(shù)次，維持護(hù)欄能夠保持原規(guī)范防護(hù)等級(jí)的要求，待養(yǎng)護(hù)壽命期結(jié)束或進(jìn)行改擴(kuò)建時(shí)，再將原波形護(hù)欄全部新增為新規(guī)范要求三波A級(jí)護(hù)欄。

圖1 護(hù)欄立柱加高（單位：mm）

（3）雙排雙波形護(hù)欄（見(jiàn)圖2）。通過(guò)在現(xiàn)有GRA-4E波形護(hù)欄的結(jié)構(gòu)頂增加短立柱及波形梁梁板的方式，將原有護(hù)欄改造成雙排雙波的波形梁護(hù)欄，原有立柱與短立柱之間采用內(nèi)套管進(jìn)行連接。具體型式為舊兩波護(hù)欄頂部增加φ140mm×340mm×4.5mm（直徑×長(zhǎng)度×壁厚）短立柱，立柱與波形梁板采用防阻塊連接，下部仍采用原有φ140mm×2150mm×4.5mm（直徑×長(zhǎng)度×壁厚）立柱、防阻塊及波形梁板，兩立柱之間采用φ127mm×640mm×4mm（直徑×長(zhǎng)度×壁厚）套管立柱通過(guò)六角頭螺栓連接。防阻塊均采用規(guī)格為196mm×178mm×200mm×4.5mm（長(zhǎng)×寬×高×壁厚）的防阻塊，波形梁板均采用規(guī)格為4320mm×310mm×85mm×4mm（長(zhǎng)度×板寬×波深×板厚）的兩波波形板。改造后最下層波形梁板的橫梁中心高度從路面至連接孔中心的距離仍為60cm，兩排雙波護(hù)欄橫向中心高度距離路面為75cm，改造后整體防護(hù)性能較高，并充分利用原有舊護(hù)欄，將原有2150mm立柱長(zhǎng)度更改為2490mm，外露長(zhǎng)度增加，立柱埋深仍為1400mm，彌補(bǔ)了舊A級(jí)護(hù)欄防護(hù)高度不足的缺點(diǎn)。

圖2 雙排雙波護(hù)欄（單位：mm）

（4）雙波疊加組合三波護(hù)欄（見(jiàn)圖3）。采用兩層雙波護(hù)欄疊加成三波護(hù)欄。具體型式為舊兩波護(hù)欄頂部增加φ140mm×190mm×4.5mm（直徑×長(zhǎng)度×壁厚）短立柱，立柱與波形梁板采用防阻塊連接，下部仍采用原有φ140mm×2150mm×4.5mm（直徑×長(zhǎng)度×壁厚）立柱、防阻塊及波形梁板，兩立柱之間采用φ127mm×490mm×4mm（直徑×長(zhǎng)度×壁厚）套管立柱通過(guò)六角頭螺栓進(jìn)行連接。防阻塊均采用規(guī)格為196mm×178mm×200mm×4.5mm（長(zhǎng)×寬×高×壁厚）的防阻塊，波形梁板均采用規(guī)格為4320mm×310mm×85mm×4mm（長(zhǎng)度×板寬×波深×板厚）的兩波波形板，疊加后波形梁板的規(guī)格為4320mm×465mm×85mm×4mm（長(zhǎng)度×板寬×波深×板厚）。改造后三波梁板橫梁中心高度從路面至連接孔中心的距離采用新規(guī)范697mm，三波梁板最下段連接孔中心高度距離路面為60cm，改造后整體防護(hù)性能較原有護(hù)欄有很大提高。

圖3 組合三波護(hù)欄（單位：mm）

（5）雙波護(hù)欄增加橫梁（見(jiàn)圖4）。在原兩波A級(jí)護(hù)欄上方增加橫梁及上段立柱。具體型式為舊兩波護(hù)欄頂部增加φ102mm×620mm×4.5mm（直徑×長(zhǎng)度×壁厚）上段立柱，上段立柱與原有立柱采用六角頭螺栓連接，在上段立柱頂部增加φ89mm×3994mm×5.5mm（直徑×長(zhǎng)度×壁厚）橫梁，下部仍采用原有φ140mm×2150mm×4.5mm（直徑×長(zhǎng)度×壁厚）立柱、防阻塊及波形梁板。改造后波形梁板的橫梁中心高度從路面至連接孔中心的距離仍為60cm，最大防護(hù)高度為116cm，改造后整體防護(hù)性能較高，并充分利用原有舊護(hù)欄，一定程度上彌補(bǔ)了舊A級(jí)護(hù)欄防護(hù)高度不足的缺點(diǎn)，但此設(shè)計(jì)需要新增立柱及橫梁數(shù)量較多，經(jīng)濟(jì)性較差。

圖4 護(hù)欄增加橫梁（單位：mm）

以上四種護(hù)欄結(jié)構(gòu)改造均為新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，涉及立柱埋深、立柱打孔、外露長(zhǎng)度變化等多種因素影響。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中護(hù)欄的阻擋功能是最基本和最重要的功能，數(shù)學(xué)模型的建立也是基于很多的假設(shè)條件，涉及參數(shù)較多，主要有車(chē)輛質(zhì)量、碰撞速度、碰撞角度、重心至前保險(xiǎn)杠的距離、護(hù)欄最大橫向動(dòng)態(tài)變形值等。改造后的波形護(hù)欄能否達(dá)到新規(guī)范要求的防護(hù)等級(jí)，需按照護(hù)欄防護(hù)性能評(píng)價(jià)規(guī)范的規(guī)定對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)設(shè)計(jì)驗(yàn)算能夠大體估算出護(hù)欄能否有效阻擋該防護(hù)等級(jí)的碰撞車(chē)輛，驗(yàn)證護(hù)欄的緩沖功能及導(dǎo)向功能，檢驗(yàn)包括計(jì)算機(jī)有限元仿真模擬實(shí)驗(yàn)及實(shí)車(chē)足尺碰撞實(shí)驗(yàn)。通過(guò)計(jì)算機(jī)有限元仿真模擬實(shí)驗(yàn)作為輔助手段驗(yàn)證護(hù)欄的安全性，實(shí)車(chē)足尺碰撞實(shí)驗(yàn)作為最終的評(píng)價(jià)方式。

6 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)國(guó)省干線(xiàn)養(yǎng)護(hù)工程中A級(jí)原舊護(hù)欄提出改造原則及改造方案，對(duì)舊護(hù)欄的利用有一定的參考價(jià)值，對(duì)護(hù)欄的改造方案僅為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本方案，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具體的參數(shù)還應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化，改造后護(hù)欄的防護(hù)等級(jí)是否滿(mǎn)足規(guī)范的規(guī)定，還需經(jīng)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。