高速公路中间带优化设计方法研究

2013-11-20王宏丹

交通运输研究 2013年8期

张欣，王宏丹

（1.河北省高速公路张涿张家口段临时筹建处，河北张家口 075600；2.北京深华达交通工程检测有限公司，北京 102208）

1 我国高速公路面临的问题

改革开放以来，我国公路建设迅猛发展，截止到2011年底，全国公路总里程达到398.4×104km，其中高速公路总里程达到8.5×104km，居世界第二位。但随着公路里程和交通量的不断增加，公路交通安全的严峻形势也呈现在人们的眼前。高速公路建设的核心应能够使车辆安全、畅通的行驶，然而一起起触目惊心的交通事故却发人深省。

经过对大量交通事故及高速公路通车运营情况调查分析可知，目前我国高速公路面临着以下几方面问题。

1.1 中间带护栏防护设施等级不足

目前我国高速公路大部分整体式路基一般路段中间带均按照规范规定采用Am级波形梁护栏，即设计能力为160kJ，防护10t货车以60km／h车速20°角碰撞。然而，从我国交通发展现状及趋势来看，高速公路由于其交通流量大、车辆运行速度高（一般为80～120km／h）、车辆大型化（大型车辆约占交通组成的20%～40%）、车辆超载现象较为普遍等特点，大型车辆失控冲破中央分隔带护栏，闯入对向车道引发二次事故，造成群死群伤的特、重大交通事故屡有发生。

1.2 路基水害严重

我国大部分高速公路中间带采用波形梁护栏配绿化防眩的设计方案，为防止渗水破坏路面，中间带采取抹水泥砂浆、涂沥青、增设防渗土工布等措施隔水。然而，这虽然可以起到一定的防水效果，但由于中间带宽度范围内压实度不足、护栏立柱施工破坏防水设施等原因导致绿化灌溉水及雨水沿中间带区域渗入路基，使路基存在着水害安全隐患。

1.3 现有混凝土护栏在防撞性能上存在一些问题

目前我国采用的混凝土护栏多为美国开发的新泽西护栏，在使用中发现这种形式的护栏在防撞性能上存在一些问题：易发生二次事故，造成车辆内翻；对驾驶员和乘客压迫感较大；降低了高速公路的行车舒适性等。

基于高速公路面临的上述技术问题，本文提出中间带优化技术，旨在通过该项技术在提高行车安全性的同时，解决路基水害问题，并降低公路全寿命周期成本。

2 中间带构成及主要功能

中间带是公路整体式路基横断面的重要组成部分，由中央分隔带和两侧路缘带组成，其主要功能一般有如下几点：

a）将上、下行车流分开，既可防止因快车驶入对向行车带造成车祸，又能减少公路中心线附近的交通阻力，从而提高通行能力；

b）可作设置公路标志牌及其它交通管理没施的场地，也可作为行人的安全岛使用；

c）设置一定宽度的中间带并种植花草灌木或设置防眩网，可防止对向车辆灯光眩目，还可起到美化路容和环境的作用；

d）设于中央分隔带两侧的路缘带，由于有一定宽度，既引导驾驶员视线，又增加行车所必须的侧向余宽，从而提高行车的安全性和舒适性。

3 现有中间带设计方法

由上述功能可知，中间带的宽度越宽作用越明显，同时也便于养护作业的开展。但从资源利用、经济性及施工难易度等方面综合考虑，使用较宽的中间带是有困难的，所以在我国基本上是采用窄的中间带。

我国行业标准规范中对中间带的宽度做出了相应的规定（如表1所示），现有中间带设计方法（以下简称“原设计”）即是以规范值为基础的。

表1 中间带设计宽度标准值

以24.5m路基宽度为例，原设计中央分隔带采用波形梁钢护栏，中间回填土，表面植草绿化和植树防眩方案，左侧路缘带和中央分隔带之间设置路缘石，如图1所示。

图1 24.5m路基横断面布设及中间带设计图

4 需求分析

由上述分析可知，目前我国高速公路中间带设计面临着以下几方面问题。

一是波形梁护栏防护能力低，车辆穿越中分带造成群死群伤事故屡见不鲜。

二是中间带护栏采用植树绿化，水害严重。

目前，我国高速公路整体式路基中间带约80%采用波形梁护栏，下设通讯管线，上为绿化防眩。为防止渗水破坏路面，中间带以防水为主，采取抹水泥砂浆、涂沥青、增设防渗土工布等措施隔水。然而，这虽然可以起到一定的防水效果，却存在着水害安全隐患，表现为：

a）路基施工阶段，中央分隔带范围因不在行车道范围内，质量控制不严，导致中间带区域压实度不足、孔隙率大、渗水不能及时排出，为路基的稳定埋下隐患；

b）D81中规定，中央分隔带波形梁护栏立柱埋深为1.4m，护栏立柱在施工中往往破坏了中央分隔带的防水设施，形成雨水下渗通道，且当波形梁护栏立柱盖帽丢失或损坏时，立柱即成了汇水通道，加剧了雨水对路基的破坏；

c）绿化带渗水使路基处于潮湿状态，路基强度降低，冻融造成路基翻浆，使路面松散、破坏。

三是中央分隔带绿化养护成本大，并且养护时存在安全隐患。

基于上述三个方面，公路中间带优化设计研究需解决三个主要问题，即安全性、水害、养护及周期成本。

5 中间带优化设计关键指标选取

高速公路中间带由中央分隔带和两侧左侧路缘带组成，中间带优化设计关键指标即是对中央分隔带及路缘带指标的选取。由表1可知，以24.5m路基宽、80km／h设计速度为例，中央分隔带宽度一般值为2m，左侧路缘带宽度一般值为0.5m。

本工程中间带优化设计方法研究的核心即是通过对中央分隔带护栏的优化，从而对中央分隔带的宽度进行优化，即将原设计的波形梁护栏（占用宽度2m）优化为混凝土护栏（宽度50cm），在保持行车道和土路肩宽度不变的前提下将优化节省的宽度用于增加行车的有效宽度，从而满足不同的公路安全要求。

6 中间带优化设计方法研究

下面以24.5m路基为例，对中间带优化设计方法进行研究。

6.1 横断面布设方法

中间带优化设计是将中央分隔带的宽度由2m压缩为1m，从而需对路基横断面进行重新布设。由于行车道宽度、土路肩宽度及路缘带宽度均不可调整，因此根据中央分隔带节省的1m空间可按两种方式进行分配：

a）将节省的1m空间用来增加硬路肩的宽度，则硬路肩的宽度由250cm增加到300cm；

b）将节省的1m空间用来增加左侧路缘带的宽度，则左侧路缘带的宽度由50cm增加到100cm。

6.2 中央分隔带护栏设计方法

中间带优化设计的核心也是对中央分隔带护栏的优化设计，即采用占地面积小、防撞等级高的混凝土护栏代替原设计的波形梁护栏。目前，我国已使用的混凝土护栏多为美国开发的新泽西护栏，如图2所示，但在使用中发现这种形式的护栏在防撞性能上存在一些问题，如易发生二次事故、对驾驶员和乘客压迫感较大、降低了高速公路的行车舒适性等。