基于新规范的宽度受限公路中央护栏选型研究

许 福，申 威，尹贻新

(1.泰安市公路事业发展中心，山东 泰安 271000；2.山东泰山路桥工程公司，山东 泰安 271000)

0 引 言

2018年1月1日，《公路交通安全设施设计规范》(JTG D81—2017)(以下简称《规范》) 和《公路交通安全设施设计细则》(JTG/T D81—2017)(以下简称《细则》)正式实施。新规范在大量研究的基础上，对2006版规范的结构和内容进行了大幅度的调整与充实，特别是增加了护栏的安全防护等级(路侧护栏等级由5个增加到8个，中央分隔带护栏等级由3个增加到7个)，这对护栏设置的标准提出了更高要求。尤其是在国省干线公路改扩建工程中，由于一些历史原因，以及征地拆迁、地形等因素的困扰，难免遇到中央分隔带宽度受限的情况。在《规范》实施之前，此种情况下广泛采用三(Am)级组合型波形梁护栏。但《规范》提高了防护等级要求后，三(Am)级不再满足要求。如何解决这一现实矛盾，现结合S243泰梁线肥城桃园至东平大羊段改建工程实例加以探索。

图1 S243肥城桃园至东平大羊段改建工程的地理位置

1 工程概况及因由

S243泰梁线肥城桃园至东平大羊段改建工程位于山东省泰安市肥城市和东平县境内(图1)，路线全长20.462 km，均为老路加宽改建。全线采用双向四车道一级公路标准，设计速度为80 km·h-1，路基宽24.5 m(图2)。《规范》实施前，该项目交通安全设施施工图设计已经批复。根据原设计，一般路段中央分隔带护栏采用Grd-Am-2E,即带防阻块的单柱双面二波组合型波形梁护栏(图3)。但施工前《规范》正式实施了，原来的中央分隔带三(Am)级组合型波形梁护栏被认为防护等级不能满足要求，需要重新选型。

图2 原设计路基标准横断面

图3 原设计中央分隔带横断面

2 中央分隔带护栏形式和构造选择

公路工程中央分隔带护栏选型受到众多因素的制约，尤其是新规范实施后，引入的因素、条件增多，使选择适用的护栏形式、构造变得更加复杂。实际应用中，可以按照以下流程进行分析和筛选，如图4所示。

图4 公路工程中央分隔带护栏选型流程

2.1 基于中央分隔带允许宽度的初选

2.1.1 半刚性护栏的可能选型

中央分隔带波形梁护栏从构造上可分为分设型和组合型，具体选择哪一种，主要依据中央分隔带的实际宽度来确定[1]。

由于S243项目是在老路两侧加宽改建，前期有关审批手续已经基本完成，马上进入实施阶段，路基宽度确定为24.5 m，已经不可能再增加，要保证双向四车道，不管采用哪种护栏形式，中央分隔带宽度都不能超过1 m。《细则》规定：“中央分隔带宽度小于2 m，中央分隔带内构造物不多或埋设管线较少的路段，可采用组合型护栏。”显然可以排除分设型波形梁护栏。可能选型一：组合型波形梁护栏。

2.1.2 刚性护栏的可能选型

《细则》规定：“如中央分隔带采用l m的最小值，则要设置组合型护栏或其他形式的护栏，如混凝土护栏等。”中央分隔带混凝土护栏从构造上可分为整体型和分设型，具体采用哪一种，要根据中央分隔带内需要防护的设施或结构物类型确定。本项目中央分隔带宽度受限，根本无法采用分设型混凝土护栏；但是一般路段中央分隔带内，确实不存在桥梁中墩、交通标志、照明灯杆等需要保护的设施。可能选型二：整体型混凝土护栏。

2.1.3 柔性护栏的可能选型

普通缆索护栏一般作为路侧护栏使用。用在中央分隔带时，一是其端头基础较大，在宽度较窄的中分带较难布设；二是视线诱导性差，当宽度受限时，无法栽种绿植防眩。为适应中央分隔带需要，也有对普通缆索护栏进行改造的先例，例如G205浙江段中央分隔带采用改进的紧凑型缆索护栏，就是一种探索性尝试[2]。

2.2 基于交通量组成的筛选

根据经验，高速公路和一级公路上的大型车辆尤其是大型货车所占比例越大，车辆穿越中央分隔带与对向车辆发生碰撞的几率就越大[3]。《规范》第6.2.18条规定：“大型车辆所占比例较大的路段，除位于冬季风雪较大的地区外，中央分隔带护栏宜使用混凝土护栏。”根据S243项目可行性研究报告的交通量调查结果，大型车所占比例为16.9%，而《规范》没有对“比例较大”进行明确定量，所以这里还不能排除组合型波形梁护栏。

2.3 基于防护等级的筛选

根据中央分隔带的条件，事故严重程度可分为高、中、低3个等级。首先根据中央分隔带事故严重程度确定防护等级，然后选定最合适的护栏构造类型。S243作为次要干线公路，一般路段可以直接适用《规范》第6.2.6条及《细则》中的表6.2.3(表1)的规定，结合前面选定的2个选型，逐一筛选。

表1 中央分隔带护栏防护等级选取

图5 确定中央分隔带事故严重程度的流程

笔者根据表1绘制了确定中央分隔带事故严重程度的流程图(图5)，应用该流程图可以迅速确定不同条件路段的事故严重程度。

2.3.1 选型二的防护等级

根据上述流程图，一级公路中央分隔带宽度小于2.5 m且采用整体式护栏时，事故严重程度等级为“高”。根据表1，在设计速度为80 km·h-1的情况下，确定防护等级为五(SAm)级。因此，护栏构造类型应为：五(SAm)级整体型混凝土护栏，可以选择F型或单坡型。

2.3.2 选型一的防护等级

当采用组合型波形梁护栏时，由于《规范》第6.2.6条和《细则》中的表6.2.3均只提及“整体式”护栏，没有提及“组合式”护栏，在评审过程中，专家们出现了2种不同的见解。

一种见解是“整体式护栏形式”不包括组合型波形梁护栏，根据图5，事故严重程度不是“高”。又因为组合型护栏不适用分设型护栏的要求，也就排除了事故严重程度是“中”的可能，那么事故严重程度只能是“低”了。在这种情况下，根据表1，公路设计速度为80 km·h-1时，防护等级应为三(Am)级。因此护栏构造类型应为：三(Am)级组合型波形梁护栏，这意味着根本不需要对原设计进行变更，也能满足新规范的要求(新规范中三(Am)级组合梁护栏仍然采用两波)。

另一种见解是“整体式护栏形式”包括组合型波形梁护栏。根据上述流程图，一级公路中央分隔带宽度小于2.5 m且采用整体式护栏形式时，事故严重程度等级为“高”。设计速度为80 km·h-1时，防护等级应为五(SAm)级，应选择五(SAm)级组合型波形梁护栏。笔者与大多数专家一样支持这种见解，但是目前常用的中央分隔带组合型波形梁护栏主要为三(Am)级，五(SAm)级在《规范》上没有规定样式和标准，市场上也难以采购。如果自行开发，时间和资金成本较高，质量难以控制，技术风险较大[4]，故本项目只能放弃半刚性护栏。

2.3.3 是否提高防护等级问题

根据规定，当设计交通量中总质量大于或等于25 t的车辆自然数所占比例大于20%时，中央分隔带提高一个防护等级。对S243的交通量调查结果是大型车所占比例为16.9%，因此不需要提高等级。

2.4 其他因素的考量

2.4.1 经济性

根据测算，对中央分隔带护栏而言，混凝土护栏与组合型波形梁护栏投入比约为1.4∶1，但年度运营费用的初期比例一般为1∶3～1∶4。特别是在事故养护成本方面，发生事故后，波形梁护栏比混凝土护栏需要更多的养护。有研究认为，在交通量正常增长模式下，根据测算，当初始交通量为3 000 pcu·d-1时，波形梁护栏与混凝土护栏的生命周期费用基本达到平衡点；当初始交通量超过该值时，选择混凝土护栏更加经济[5]。S243初始交通量已达9 308 pcu·d-1，预测设计期末年交通量可能达到22 599 pcu·d-1，从经济性角度上来说，混凝土护栏显然更具优势。

2.4.2 建筑限界问题

原设计的组合型波形梁护栏建筑限界正好是25 cm，在实施过程中，护栏结构性偏差和施工偏差很容易造成护栏面侵入建筑限界内[6]。采用SAm级混凝土护栏后，中央分隔带宽度仍为1 m，原路面设计的路缘带和行车道宽度、位置不变，则可保证建筑限界实际达到32.2 cm以上(图6)，满足规范要求[7]。

图6 变更后中央分隔带横断面

2.5 确定选型

综合上述，该项目结合国家公路网交通标志调整等专项行动，决定按照《规范》要求变更交安设计，中央分隔带最终改为五(SAm)级整体型F型现浇混凝土护栏(RrF-SAm-E1)。混凝土护栏上部安装钢质防眩网(穿村路段除外)，如图7所示。

图7 中央分隔带防眩网的一般构造

2.6 启示与思考

(1)一级公路中央分隔带采用混凝土护栏，防护等级明显提升。混凝土护栏的优点在于：在瞬间移动荷载作用下，护栏基本不移动，不变形；小角度冲撞下，轻型车辆一侧车轮可以从护栏下部碾过，能有效地减少车辆翻越到对向车道造成的严重事故。相关统计数据表明，与波形梁护栏相比，使用混凝土护栏后高速公路交通事故可以减少50%，人员伤亡数量显著降低；在野外暴露条件下，其耐候性与耐久性更好，使用年限长[8]。但也存在一些缺点，例如车辆在大角度碰撞后容易造成严重伤害，通透性差，路面易积雪、积污。护栏本身也易污染，不利于养护部门清洁[9]。有人提出在穿村镇路段，在限速60 km·h-1以下的前提下，可以采用同样宽度较小的城市道路护栏(图8)。但是，国省干线毕竟不同于城市道路，设计时速不宜随便改变。即便限速60 km·h-1以下，根据图5判断，事故严重程度仍然是“高”，根据表1，其防护等级也应达到四(SBm)级,而这种护栏的防护能力明显不足。

图8 常见的城市道路中央护栏

(2)组合型波形梁护栏适用于中央分隔带宽度为1～2 m的路段[10]。作为一种半刚性护栏，相对于刚性混凝土护栏，它有很多优点，但《规范》对防护等级要求提高后，很多情况下三(Am)级不再满足要求，造成可供选择的组合型波形梁护栏结构形式明显不足。提高防护能力的方法并不难，包括加密立柱、改变波形梁板的组合和构造，并进行模拟碰撞试验研究。虽然近年来这方面的尝试已经出现，但是亟需上升到技术规范高度，以便在实际工程中广泛应用。

3 结 语

(1)国省干线公路改扩建中，要想大幅提升中央分隔带安全防护等级，最佳选择仍然是加大路基宽度，尽量采用分设型中央护栏。但是，由于一些客观原因，宽度受限的情况非常常见，此种情况下事故严重程度更高，必须慎重选择护栏形式，确保达到规范规定的安全性要求。

(2)当前来看，在中央分隔带宽度小于1.5 m的情况下，采用混凝土护栏可以有效解决宽度受限和防护等级的矛盾，但是其缺点也不少。有必要进一步加大组合型波形梁护栏的研发力度，提高防护等级，提供更多选择方案。

(3)示例的因素逐层筛选和流程图分析等方法，在一般的护栏选型过程中具有实际应用价值。