车辆碰撞护栏端头导致车身刺穿事故频繁出现的原因及防护经验借鉴

公安部道路交通安全研究中心交通言究社;埋入后坡设计

第一部分：原因分析

因车辆碰撞护栏端头后，车身被刺穿，导致车内司乘人员伤亡的事故案例：2020年2月25日凌晨，在G75线兰海高速南宁往北海方向2086km+400m处（钦州西服务区附近），一辆小车行驶途中撞上中央护栏，护栏直接贯穿车身（见图1a），导致车上一名男子当场死亡。2019年2月17日，在稠岭线南市街道横城村路段，一辆小车行驶途中撞向左侧路边钢质护栏，护栏穿过整个车身（见图1b），造成车内人员一死一伤。

事实上，这类车辆因各种原因碰撞护栏端头后造成严重后果的事故并不少见，交通言究社对近年来媒体报道的相关事故案例进行采集、整理（见表1），发现2017年至2019年有15起，涉及浙江、山东、四川等11省，造成19人死亡。由此可见，这类情况并非偶发，具有一定普遍性。当然统计的事故案例中，车辆与护栏端头发生碰撞的原因涉及多种，包括疲劳驾驶、酒后驾驶、随意变道等。但是作为本该起到保护司乘人员或减轻人员伤亡作用的护栏为何反而刺穿车体，加重了事故后果呢？

一、为什么存在护栏端头？我国常用的护栏端头有哪些形式？

（一）邝子宪

1.公路护栏不连续设置时便会出现护栏端头

公路护栏不连续设置时便会出现护栏端头，主要有以下情况：路侧风险不高，护栏不连续较经济也可能更安全；路侧不连续设置护栏可为故障车辆提供额外避险空间；接入口、平交口及横道需提供开口，令护栏不连续；分流点三角区。

一组独立护栏的两端可分为上游端头和下游端头。上游端头是面向车流方向的端头，下游端头是背向车流方向的端头。一般而言，上游端头的危害性远高于下游端头。不过，双车道公路的下游端头对于反向交通来说，也是上游端头，因此两边端头都需要小心处理。

（二）闫书明

1.我国的护栏端头形式多种多样

首先了解一下我國常用的护栏端头类型：

按设置位置分为路侧护栏端头、中分带开口护栏端头、出口分流三角端头（见图2）；

按护栏形式分为波形梁护栏端头、混凝土护栏端头、梁柱式护栏端头、组合式护栏端头、缆索式护栏端头等（见图3）。

按端头结构形式分为直立式端头、地锚式端头和U型端头（见图4）。直立式端头和地锚式端头多用在路侧，U型端头多用在中分带开口或出口分流三角端。

二、车辆碰撞护栏端头的事故有哪些主要特征？为何会导致刺穿车身的严重后果？

（一）闫书明

1.此类事故对小型车司乘人员造成的伤害更大

通过调查发现，大型车碰撞护栏端头致死的事故较少，这与大型车行驶速度较慢有一定关系；同时由于大型车碰撞护栏端头后多为骑跨形态（见图5a），且司乘人员所坐位置一般高于护栏端头高度，死伤率较小，这也是为什么在欧美和我国相关标准中没有将大型车作为评价护栏端头安全性能碰撞车型的原因。但是实际中也发生过这类事故（见图5b），虽然比较罕见，但是值得设计和研究人员注意。

小型车行驶速度快，碰撞护栏端头概率较大型车高得多，同时司乘人员位置与端头位置高度接近，小型车碰撞护栏端头后更易对司乘人员造成直接伤害。小型车碰撞直立式护栏端头或U型端头，若端头的面积和刚度较大，车体产生较大变形，司乘人员会受到严重冲击，甚至危及生存空间；若端头的面积较小，其很容易插入车体，对司乘人员造成直接伤害。而车辆碰撞地锚式护栏端头，车辆沿坡面迅速爬升，则易发生翻车和翻滚事故（见图6）。

2.发生事故的车辆往往是近乎正面碰撞护栏端头

护栏端头是公路护栏的重要组成部分之一，设置在护栏标准段的端部位置。车辆碰撞护栏标准段一般是小角度侧面碰撞，碰撞以后事故车辆往往能够保持一定速度驶出，由车辆和护栏变形所吸收的能量仅占车辆初始动能一小部分，所以若是车辆被成功阻挡和导出，车辆所受的冲击损坏较小。车辆碰撞护栏端头往往是近乎正面碰撞，若护栏端头形式为直立或U型，车辆的动能需要全部被缓冲吸收，一旦护栏端头不具备缓冲变形能力，则或发生车辆严重变形，或发生护栏端头插入车体；若护栏端头为地锚式，车辆动能消减较少，则会发生类似车辆弹射升空或车辆翻滚现象。

护栏刺穿车身发生的事故形态只是护栏端头事故的一种形态，多发生在波形梁护栏端部位置。通过计算机仿真模拟（见图7），影响护栏端头安全性能的因素与护栏端头结构形式、高度、是否锚固、设置方式等多方面有关，想要较好的进行端部结构设计，需多方面考虑。

（二）邝子宪

1.在设计速度较高道路上发生此类事故，后果会更严重

一般而言，设计速度超过40公里/小时的道路都要注意护栏端头的处理；如果设计速度大于80公里/小时，更需要格外对护栏端头进行安全处理。在设计速度较高的道路，失控车辆可能被波形梁护栏半圆端头插进车厢，导致严重伤亡，此外，如果没有足够锚固，护栏的防护能力会较差。

三、我国是否有关于护栏端头的相关标准规范？具体如何要求？

（一）闫书明

1.我国关于护栏端头的早期标准规范

我国早期建造的公路主要依据1994年颁布的《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范》JTJ 074-94、2006年颁布的《公路交通安全设施设计规范》JTG D81-2006和《公路交通安全设施设计细则》JTG/T D81-2006，对于护栏端头的规定94版规范和06版规范相差不大，仅以94版规范规定进行说明。94版规范的第2.1.10条定义护栏端头是指护栏开始端或结束端所设置的专门结构；在5.1.4条指出路侧波形梁护栏的起、讫点应进行端头处理（见图8a），还规定上游直立式端头应设渐变段外展，下游端头可与标准段成一条直线；在5.1.9条指出设置于中央分隔带起点、终点及开口处的护栏应进行端头处理（见图8b）；在5.1.10条给出了交通分流三角地带端部处理意见（见图8c），还指出在条件允许时应在危险三角区范围设置防撞垫。

2.近年依据实际情况对相关标准规范进行了调整

在高速公路建设早期，车辆组成较为单一、运行速度较低，配套设置的护栏端头满足当时的交通流特性，起到了较好的安全防护作用。而随着交通组成复杂化和运行速度提升，早期设置的护栏端头不能适应日益变化的交通流特性，安全防护能力不足逐渐体现出来。为提高公路的安全运营水平，交通运输主管部门颁布了《公路护栏安全性能评价标准》JTG B05-01-2013，对涉及上述部位的防护设施安全性能进行了规定（见图9）：路侧护栏端头应通过小客车正碰、偏碰、斜碰、正向侧碰、反向侧碰评价其安全性能，这提高了对路侧护栏端头安全防护性能的要求；对于中分带开口护栏，要求在距离中分带护栏终点2m位置进行小客车、大中型客车、大中型货车碰撞评价其安全性能，这势必要求中分带开口护栏与中分带护栏进行可靠连接，实质上是取消了该位置的护栏端头存在；对于分流三角端的防撞墊也要求通过小客车正碰、偏碰、斜碰、正向侧碰、反向侧碰评价其安全性能，这提高了对分流三角端护栏端头安全防护性能的要求。

此外，为更好地指导设计，交通运输部2017年颁布了《公路交通安全设施设计规范》JTG D81-2017和《公路交通安全设施设计细则》JTG/ T D81-2017，结合2013年颁布的《公路护栏安全性能评价标准》要求对护栏端头的设计形式与方式进行了合理规定。

第二部分：经验借鉴

一、国外如何设置护栏端头，有哪些值得借鉴的经验？

（一）梁康之

美国联邦公路局（FHWA）公布的W梁钢护栏高度是79cm（31英寸），这一高度适合大多数车辆。根据美国国家公路和运输官员协会（AASHTO）《路边设计指南》，“如果防护设施的端头位于净空区域内或可能被操作错误的驾驶人撞到的区域内，则认为端头设施必不可少。”防护设施的端头必须具有两个功能：在撞击到端头时具有防撞能力；为下游冲击提供锚固点。

W梁钢护栏端头有多种，美国各州的交通厅根据联邦公路管理局及美国国家公路和运输官员协会（AASHTO）的《硬件安全评估手册（MASH）》决定采用的种类。例如，马里兰州交通厅列出10种端头，科罗拉多州使用8种类型的端头。下面根据科罗拉多州交通厅提供的《护栏系统—施工工程师和监理员现场指南（Guardrail Systems Field Guide For Construction Engineers and Inspectors，2018）》简单介绍目前美国使用的钢护栏端头情况。

1. W梁钢护栏主要有三种端头设计

当前使用的W梁钢护栏端头设计主要有三种：

（1）埋入后坡设计（Buried-in-backslope）

埋入后坡设计（见图10）通过将端头埋在后坡中来终结W梁钢护栏的安装。坡度对于后坡掩埋端头至关重要，通向后坡掩埋的地形必须是较平坦区域，并且不包含固定的危险物体。如果后坡本身相对平坦，则车辆可以沿斜坡行驶并绕过终端。因此后坡本身必须足够陡峭，以防止车辆爬上钢护栏。此外还需注意，防护设施的斜角必须适合道路设计速度和交通量；护栏应保持相对于车道边缘的高度，保证沟渠排水流畅。

（2）非吸能设计（non-energy-absorbing design）

非吸能设计（见图11）在车辆正面碰撞护栏端头时不会消耗大量能量。它是一种门式系统，可让车辆撞击后从护栏一侧越过，停止在平行于护栏的区域。主要特性包括：正面碰撞时不会显著降低车速；车辆继续运行距离可能超过46m（150英尺）。适用于在护栏装置后面有一段并与护栏装置平行的平坦地段，例如高速公路中间隔离的平坦地段。

（3）吸能设计（energy-absorbing design）

吸能设计（见图12）让车辆撞击端头时散发大量动能。在任何屏蔽物体之前，不足46m（150英尺）的防护设施必须安装吸能终端；吸收的能量可让皮卡车撞击终端后在约15m（50英尺）处停下。最适合用于防护设施后方可穿越区域有限，或防护设施后方有固定物体的地段。

需要注意的是，护栏是防护驾驶人离开道路时的安全屏障，应保证在撞击护栏的后果比撞击道路旁其他物体损失较轻、离开道路可能滑至危险区或边坡较斜时才可安装。

2. 根据实际情况合理选择护栏端头锚固点形式

当护栏切线安装时，端头的锚固点可以是切线或张开；但是当护栏为喇叭口形张开时，端头的锚固点应是张开。需要注意，具体选择哪一种形式应根据地形、可使用的土地面积、端头的选择和资金几点综合决定。

图13中护栏切线安装，与行车道平行，可用于保护车辆免于撞到道路旁障碍物。在此示例中，右侧上游端锚固点张开，左侧下游端锚固点为切线的形式。

图14显示了喇叭口形护栏和切线护栏。两端锚固点都是张开的形式。

（二）闫书明

1. 设置能吸收车辆动能的可导向防撞垫

國外通过在中分带开口或出口分流三角区设置可导向防撞垫来降低事故严重程度。可导向防撞垫是一种独立防护结构，在受到车辆正面碰撞时，可吸收车辆动能，减轻对司乘人员的伤害；在受到车辆侧面碰撞时，可导正事故车辆。图15为欧美国家应用较为广泛的可导向防撞垫结构，其主要通过橡胶或金属变形吸收车辆动能，保护司乘人员安全。

图16为几种欧美国家应用的路侧护栏端头，其中ELT和SKT端头通过卷曲波形梁板有效吸收车辆动能；BEAT-SSCC护栏端头通过弯曲和挤压钢管横梁方式吸收车辆动能。

2. 结合实际工况研发新型护栏端头，提升安全防护性能

国外早期的护栏端头，在事故车辆近乎中心垂直碰撞时体现出较好的卷曲波形梁护栏板功能（见图17a），这是由于该种工况下波形梁板在压缩时不容易失稳。而实际工况中，事故车辆往往带有一定角度偏心碰撞护栏端头，由于受力不均匀，波形梁板很容易发生失稳而断裂弯折（见图17b），对司乘人员仍然存在较大安全隐患。

最近几年，国外研发了一种新型护栏端头（见图18），将压缩护栏板进行锚固，大大降低了护栏板在整个压缩变形过程中失稳的程度，安全防护性能大幅度上升。

二、如何减少类似车辆碰撞护栏端头后车身被刺穿的事故发生？

（一）邝子宪

1. 控制端头数目及危害性

公路项目应先从整体风险的角度考虑（见图19、20），控制端头的数目及危害性，包括：减少端头密度，例如50m以下的间隙可考虑将护栏连贯起来，不同种类、形式或防护能力的护栏连贯起来时，需设置合适的过渡段；将护栏往上游延伸至车速较低路段，例如匝道入口、平交口附近；将护栏往上游延伸至弯道前方的直线路段；上游护栏端头应避免设置在高风险位置，如弯道、分流三角区、交通岛起点等，紧贴行车道路侧或分流三角区和交通岛鼻端的上游端头存在很大风险，提供足够的路侧横向净区及鼻端纵向净区，能有效降低失控车辆碰撞端头的机会。

2. 采取合理的护栏端头处理方式

为进一步降低端头的危害性，同时应充分考虑以下处理方式：外展布局、端头重叠布局、缓冲设施。

（1）外展布局

外展布局是指将护栏平面布局以渐变方式往公路外侧偏移，增加护栏端头与行车道之间的横向距离。外展是最简单的处理方式，但需有足够的土路肩。单纯外展只能降低风险，不能移除端头的危害性，外展后的护栏端头应尽可能锚固在边坡内或直接锚固在挡土墙上。边坡锚固的方式可分为两种，第一种是将波形梁护栏及桩柱埋进在压实的边坡内，另一种方法是在边坡外直接用渐变方式设置混凝土护栏。

（2）端头重叠布局

公路路侧在以下情况可能需要设置开口：让车内人员走进受护栏保护的避险空间；路侧管理或养护设施的接入口；横道开口。这类情况可考虑在开口两端的护栏采用重叠布局（见图21），令上一段护栏的下游端头有效覆盖下一段护栏的上游端头，避免失控车辆直接碰撞上游端头。需要注意，这类布局设计非常适合高速公路等有中分带的公路；双车道公路需要考虑两个方向车流，一般不采用；护栏端头需要完善锚固处理，确定需要重叠的范围。

（3）缓冲设施

缓冲设施包括消能端头和防撞垫，这类装置一般属于经过测试符合规范要求的产品。消能端头一般属于非导向型；防撞垫分为导向型和非导向型。选用这类装置需要考虑以下条件：失控车辆在装置前方冲出路侧是否安全；失控车辆穿越装置冲出路侧是否安全；失控车辆穿越装置会否与反向交通相撞。不过，缓冲设施产品价格较高，且需要考虑长远养护，因此一般只会在别无选择时于特定的高风险路侧位置采用。但随着技术发展，价格较低廉且具高效益的缓冲设施产品将来也可能更普及采用。

（二）闫书明

1. 宜结合最新规范对护栏端头进行提升改造

根据目前掌握的事故情况来看，易出现严重事故的主要是早期建造的护栏端头，建议有条件应结合2017年交通运输部颁布的《公路交通安全设施设计规范》JTG D81-2017和《公路交通安全设施设计细则》JTG/T D81-2017，对路侧护栏端头、中分带开口护栏、防撞垫（分流三角端缓冲设施）的设置进行提升改造。

《公路交通安全设施设计规范》JTG D81-2017第6.2.13条规定“迎交通流的护栏端头应按下列方法进行外展或设置缓冲设施（见图22）：外展至土路肩宽度范围外，具备条件时，宜外展至计算凈区宽度外；位于填挖交界时，应外展并埋入挖方路段不构成障碍物的土体内；无法外展时，高速公路、一级公路及作为干线的二级公路应设置防撞端头，或在护栏端头前设置防撞垫，作为集散的二级公路及三级、四级公路宜采用地锚式端头，并进行警示提醒或设置立面标记；作为干线的二级公路，宜考虑车辆碰撞对向车行道护栏下游端头的可能性。”规范的最新规定能够有效消除或降低路侧护栏端头的安全隐患。

《公路交通安全设施设计规范》JTG D81-2017第6.4节规定“中央分隔带开口护栏的防护等级宜与相邻路段保持一致，同时应与相邻中分带护栏合理过渡。”这样规定实质是将中分带开口护栏与中分带护栏合为一体（见图23），消除中分带护栏开口端头结构，降低该位置安全隐患程度。

《公路交通安全设施设计规范》JTG D81-2017第6.5节规定“在分流三角端应或宜设置防撞垫（见图24）”，这样能有效降低车辆碰撞分流三角端的严重程度。

规范的最新规定将护栏端头消除或增加缓冲防撞设施，均可有效降低护栏刺穿车身的事故概率，对于既有的交通设施，可采用规范的指导原则进行相应提升改造；对于新建公路交通设施，最新规范也具有很好的指导作用。

护栏端头的安全设计

护栏端头指的是护栏在起点或终点处所做的一种特殊处理（护栏标准段开始端或结束端所设置的端部结构）。路侧护栏主要依据路堤填土高度、边坡坡度及路侧的危险程度决定是否设置，因此，一般路侧护栏不是连续设置的，每设置一段护栏就有一个起点和终点就需设置护栏端头。端头处置的重点在起点处，也即护栏段的上游或称迎车面，如设在上跨桥桥墩迎车面以及设在中央分隔带起终点的护栏端头。

车辆撞到未经特殊处置的护栏端头时，由于碰撞角度大，对车辆的导向作用不显著、缓冲时间短、加速度大，因此，汽车与护栏端头碰撞事故的严重程度要远远大于汽车与路侧刮擦所造成的事故的严重性。此外，护栏端头还可能刺穿车辆，或者导致车辆倾覆。基于上述原因，护栏端头设计时应该注意以下独特的性能：一是失控车辆正面碰撞时具有很好的吸能效果；二是断头护栏板不会穿透乘客车厢危机乘客安全；三是端头侧板应具有很好的导向性能使失控车辆不会再端头处因阻绊而突然停住；四是护栏端头结构连接牢固、整体性好。

此外，由于护栏端头是与护栏标准段相连接的，因此，良好的护栏端部安全处置需要与护栏标准段的设置要求一并考虑，才能够最大程度的发挥护栏端头的安全特性。