养护工程旧A级波形护栏升级改造方案探析

2021-01-08路建强

工程技术研究 2020年23期

路建强

（中交基础设施养护集团宁夏工程有限公司，宁夏银川 750000）

1 项目背景

2018年1月，交通运输部公告施行新发布的《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81—2017）及《公路交通安全设施设计细则》（JTG/T D81—2017）作为公路工程行业推荐性标准，原《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81—2006）及《公路交通安全设施设计细则》（JTG/T D81—2006）同时废止。新规范对于护栏的防护等级进行了提升，对于护栏设置条件及防护等级的确定更加具体化、可操作性更强，完善解决了改扩建工程及公路运营环境发生变化带来的问题，更加科学、实用、易于操作。

2 护栏升级改造依据

现行《公路交通安全设施设计细则》（JTG/T D81—2017）为推荐性标准，细则提供波形护栏设计指导思想、设计顺序及设置中应考虑的因素，如何选取波形护栏形式及结构构造要求及推荐的一般构造图等，为设计人员提供分析方法及因地制宜开展针对性设计的原则。对既有交通安全设施，从资源节约和环境保护的角度，提出护栏的再利用的方案。若护栏结构设计经过试验验证能够满足新规范防护等级及性能的要求，即为符合规范的护栏结构形式。对此，提出在旧A级护栏基础上进行的改造升级方案，使其防护等级满足新规范要求。

3 护栏升级改造原因

由于原有旧A级两波护栏存在大客车及大货车骑跨护栏翻车等防护能力不足的现象，新规范的A级护栏由两波形钢护栏板更改为三波形梁板，对立柱进行了加长处理并提升了防护等级。新规范的更新导致很多原有旧A级护栏防护等级偏低需升级改造。一是在等级公路尤其是国省干线的罩面养护中对路面反复进行加铺沥青层的罩面养护，造成原路护栏高度降低，难以满足规范防护等级的要求。二是部分公路养护中心大量旧A级波形护栏由于主要用于道路护栏更换维修及安全生命防护工程，按新规范要求难以满足现有要求造成积压。若全部淘汰旧波形护栏，更换为新规范护栏或低成本处理，不仅增加施工难度、提高工程造价，还造成资源的浪费与资产损失。

4 护栏升级改造方案原则

（1）安全性原则。结构设计的安全性应根据结构破坏后可能产生后果的严重程度进行划分，体现不同结构可靠度差异。安全等级应符合《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T 50283—1999)的规定。护栏的升级改造在强度上必须有效吸收设计碰撞能量，所承受的汽车横向碰撞荷载标准值应符合规范要求，阻挡小于设计碰撞能量的车辆跨越护栏并使其正确改变行驶方向。

（2）经济性原则。波形护栏改造升级方案应在保证防护等级的基础上尽量利用现有旧波形护栏，根据工程建设和交通组织设计方案采用不同的方案。波形护栏升级改造再利用结构主要为护栏立柱、防阻块及波形梁板。旧波形护栏构件尺寸、规格、偏差应满足现有护栏早期建设时所依据的标准规范，镀锌防腐符合前期规范要求并经检验合格后可重复利用进行护栏的组合改造升级。

（3）适用性原则。护栏的改造升级应因地制宜，结合国省干线现有路侧条件进行调整，针对性地提出设计改造方案。例如，对国省干线设置护栏路侧为GBM工程、护栏跨越桥涵段落、现有土路肩宽度不足等问题均应进行针对性设计，以达到规范要求的护栏防护等级。护栏改造升级应考虑施工难易程度，具有操作简便、便于后期维修利用特点并增加防盗功能。

5 旧护栏升级改造方案研究

对于国省干线已在路侧使用护栏的情况，由于在后期的公路罩面等养护中将路面基准标高，导致护栏防护高度不足，防护性能大打折扣，护栏存在安全隐患，全部更换为新三波A级护栏成本太高，经济性较差。提高旧波形护栏防护等级的主要改造思路：一是通过加密护栏立柱的设置间距提高防护等级；二是重新设计旧波形护栏结构。可采用立柱加密改造、护栏立柱加高、设置两层套接波形梁板或更换新波形梁板等方式。

（1）立柱加密改造。主要是在原有4m护栏立柱中间增加立柱，立柱型号为φ140mm×2150mm×4.5mm（直径×长度×壁厚），原有波形梁板中间增加一个螺栓孔，采用六角头螺栓将立柱与防阻块连接，再采用连接螺栓将防阻块与波形梁板连接，调整原有立柱分布形式将原有4m立柱间距调整为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护栏的防护级别，减少了施工成本，提高了波形护栏的稳定性。

（2）护栏立柱加高（见图1）。可通过立柱内预留套管长度的方式增加护栏高度，做成可调节式波形护栏，可调式护栏上部结构采用φ127mm×450mm×4.0mm（直径×长度×壁厚）套管立柱，套管预留4个连接孔，预留孔的使用根据养护罩面的高度调节波形梁板的横梁中心高度从路面至连接孔中心的距离满足规范60cm。在国省干线后期的罩面等加铺养护中可反复使用数次，维持护栏能够保持原规范防护等级的要求，待养护寿命期结束或进行改扩建时，再将原波形护栏全部新增为新规范要求三波A级护栏。

图1 护栏立柱加高（单位：mm）

（3）双排双波形护栏（见图2）。通过在现有GRA-4E波形护栏的结构顶增加短立柱及波形梁梁板的方式，将原有护栏改造成双排双波的波形梁护栏，原有立柱与短立柱之间采用内套管进行连接。具体型式为旧两波护栏顶部增加φ140mm×340mm×4.5mm（直径×长度×壁厚）短立柱，立柱与波形梁板采用防阻块连接，下部仍采用原有φ140mm×2150mm×4.5mm（直径×长度×壁厚）立柱、防阻块及波形梁板，两立柱之间采用φ127mm×640mm×4mm（直径×长度×壁厚）套管立柱通过六角头螺栓连接。防阻块均采用规格为196mm×178mm×200mm×4.5mm（长×宽×高×壁厚）的防阻块，波形梁板均采用规格为4320mm×310mm×85mm×4mm（长度×板宽×波深×板厚）的两波波形板。改造后最下层波形梁板的横梁中心高度从路面至连接孔中心的距离仍为60cm，两排双波护栏横向中心高度距离路面为75cm，改造后整体防护性能较高，并充分利用原有旧护栏，将原有2150mm立柱长度更改为2490mm，外露长度增加，立柱埋深仍为1400mm，弥补了旧A级护栏防护高度不足的缺点。

图2 双排双波护栏（单位：mm）

（4）双波叠加组合三波护栏（见图3）。采用两层双波护栏叠加成三波护栏。具体型式为旧两波护栏顶部增加φ140mm×190mm×4.5mm（直径×长度×壁厚）短立柱，立柱与波形梁板采用防阻块连接，下部仍采用原有φ140mm×2150mm×4.5mm（直径×长度×壁厚）立柱、防阻块及波形梁板，两立柱之间采用φ127mm×490mm×4mm（直径×长度×壁厚）套管立柱通过六角头螺栓进行连接。防阻块均采用规格为196mm×178mm×200mm×4.5mm（长×宽×高×壁厚）的防阻块，波形梁板均采用规格为4320mm×310mm×85mm×4mm（长度×板宽×波深×板厚）的两波波形板，叠加后波形梁板的规格为4320mm×465mm×85mm×4mm（长度×板宽×波深×板厚）。改造后三波梁板横梁中心高度从路面至连接孔中心的距离采用新规范697mm，三波梁板最下段连接孔中心高度距离路面为60cm，改造后整体防护性能较原有护栏有很大提高。

图3 组合三波护栏（单位：mm）

（5）双波护栏增加横梁（见图4）。在原两波A级护栏上方增加横梁及上段立柱。具体型式为旧两波护栏顶部增加φ102mm×620mm×4.5mm（直径×长度×壁厚）上段立柱，上段立柱与原有立柱采用六角头螺栓连接，在上段立柱顶部增加φ89mm×3994mm×5.5mm（直径×长度×壁厚）横梁，下部仍采用原有φ140mm×2150mm×4.5mm（直径×长度×壁厚）立柱、防阻块及波形梁板。改造后波形梁板的横梁中心高度从路面至连接孔中心的距离仍为60cm，最大防护高度为116cm，改造后整体防护性能较高，并充分利用原有旧护栏，一定程度上弥补了旧A级护栏防护高度不足的缺点，但此设计需要新增立柱及横梁数量较多，经济性较差。

图4 护栏增加横梁（单位：mm）

以上四种护栏结构改造均为新设计结构，涉及立柱埋深、立柱打孔、外露长度变化等多种因素影响。结构设计中护栏的阻挡功能是最基本和最重要的功能，数学模型的建立也是基于很多的假设条件，涉及参数较多，主要有车辆质量、碰撞速度、碰撞角度、重心至前保险杠的距离、护栏最大横向动态变形值等。改造后的波形护栏能否达到新规范要求的防护等级，需按照护栏防护性能评价规范的规定对其进行验证。通过设计验算能够大体估算出护栏能否有效阻挡该防护等级的碰撞车辆，验证护栏的缓冲功能及导向功能，检验包括计算机有限元仿真模拟实验及实车足尺碰撞实验。通过计算机有限元仿真模拟实验作为辅助手段验证护栏的安全性，实车足尺碰撞实验作为最终的评价方式。