湖南衡枣高速公路大修护栏改造方案

霍冬霞, 宁跃云

(1.湖南省交通科学研究院有限公司, 湖南 长沙 410015; 2.同济大学建筑设计研究(集团)有限公司， 上海 200092)

1 项目概述

衡枣高速东起衡阳市衡南县洪市互通，西至永州市零陵区珠山镇枣木铺村，与广西省桂林全州县相连。主线为双向四车道高速公路，设计车速采用100 km/h和120 km/h两个等级，全长约186 km。项目于2003年12月建成，目前已通车运营16 a。护栏作为高速公路重要的安全设施，在保护行车安全方面发挥着重要作用。高速公路上一旦出现车辆与护栏碰撞事故，不仅会对自身车辆及同向车辆造成危害，甚至可能冲破中央分隔护栏从而威胁到对面车辆的安全。因此《公路交通安全设施设计规范》(JTG D81—2017)[1](以下简称“17版规范”)将护拦设置的重要性及防撞性提到了新的高度。

2 护栏现状

本项目现有路基护栏，除近期新设置的护栏(如ETC门架立柱处护栏)，主线其余路段的路侧和中央分隔带护栏，以及互通匝道的路侧护栏基本按照《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范》(JTJ 074—94)[2](以下简称“94版规范”)设计和实施。波形梁护栏立柱规格为φ114 mm×4.5 mm(立柱外径×立柱壁厚)，波形梁板厚3.0 mm。目前中央分隔带开口采用的活动护栏主要有：组合型波形板活动式钢护栏和伸缩式活动护栏，较少一部分开口设置了混凝土开口护栏。伸缩式活动护栏仅具备隔离功能，不具备防护能力。

3 新旧护栏比较分析

根据调查，衡枣高速现有路侧护栏中，除部分桥梁设置组合式砼护栏外，其它路段均按“94版规范”设置A级波形梁护栏。由于原“94版规范”采用的等级护栏在当时仅是作为设计条件提出，均未规定评价方法和评价标准。对于高速公路护栏的实际防护能力、安全性能以及新结构形式的护栏应该通过何种试验进行检验，均没有相应的执行标准，所以当时的护栏实际防护水平并不明确。 为与现行“17版规范”进行分析比较，对“94版规范”A级、S级护栏进行碰撞能量计算：

式中：E为碰撞能量，m为车辆总质量，V为碰撞速度；θ为碰撞角度。

“94版规范”与现行“17版规范”护栏碰撞能量指标对比分析如表1所示。

表1 新旧规范护栏碰撞能量指标对照表防撞等级碰撞速度V /(km·h-1)车辆质量m/t碰撞角度θ/(°)碰撞能量E/kJ备注A 6010159394版规范S 80101516594版规范A 60102016017版规范SB 80102028017版规范

通过对比，“17版规范”相较于“94版规范”的公路护栏碰撞条件有很大提高，同等级护栏碰撞能量指标大幅提高，A级护栏提高67 kJ，S级提高115 kJ，升幅均超过70%。

4 交通调查及标准选择

公路交通调查是在收集公路建设项目影响区域内已有统计资料的基础上，对影响区域和拟建项目进行交通参数的调查与观测，为道路建设提供最直接的资料。本次公路交通的进一步调查主要包括影响区域交通量OD调查和相关公路断面流量调查两部分。

OD调查以高速联网收费数据为基础，结合路边停车询问的方法进行，调查内容主要包括：车型、起讫点、额定吨(座)位、实载吨(座)位、货类等。由于衡枣高速公路各收费站具有完整的出入口流量数据，本次方案调用收费站收费详单，进行OD流量统计。

本次调查在收集连续交通观测数据的基础上，同时于公路上设置短期人工计数点进行断面流量观测；断面流量观测数据采用衡阳市、永州市高速公路管理处观测站数据统计结果。

4.1 交通流量情况

经统计分析:全线4个观测站中，石埠站交通流量最大，洪市站交通量最小。全线2018年平均日交通量折算数为26 609 pcu/d，近5 a的平均日交通量增长率为5.47%。

图1 衡枣高速公路各观测站近5 a交通量增长情况

4.2 车型比例情况

根据道路交通条件以及收费公路车型划分情况，将车辆类型划为6类。从调查的车辆类型构成来看，衡枣高速公路的交通车型构成主要以客车为主，车型比例见图2。

图2 衡枣高速公路车型比例

4.3 护栏改造标准选择

通过以上两组数据可知，衡枣高速作为国家高速公路主干线，交通量大且持续保持增长，重车、货车占比较高。因此，综合分析道路安全保障需求、工程投资、后期运行维护等因素，拟定本次大修护栏以现行“17版规范”为基本设计标准。

5 护栏改造方案分析与比选

5.1 路侧护栏方案

基于前文分析，设计采用对现有路侧A级护栏进行全部更换的方案。通过对不同路况和路段进行分段细化设计，避免出现过度防护引起造价偏高或防护过低造成安全隐患，拟定设置方案如下。

5.1.1填方路段

主线路基填方高度3 m≤h<12 m的路段，路侧计算净区宽度范围内分布有江、河、湖、海、沼泽等水深1.5 m以上水域，路侧计算净区宽度范围内分布有Ⅰ级铁路、一级公路等，或分布有车辆不能安全穿越的照明灯具、摄像机、交通标志、声屏障等设施的路段，路侧设置SB级护栏。主线路基填方高度h≥12 m，路侧2 m范围内设有上跨桥梁桥墩的路段，设置SA级护栏。除符合上述两个条件外的其余路段，设置A级护栏。

5.1.2挖方路段

除部分符合路侧净区条件的路段不设护栏外，路侧未设置盖板的边沟路段设置Gr-A-4E级波形梁护栏。

5.1.3路侧波形梁护栏

在填挖路基交界处的起点位置，应从填挖零点向挖方延伸20 m，并设置外展圆头式的上游端部，端头向外跨越边沟后延伸至挖方边坡处，并与挖方边坡紧密结合。下游端部采用圆头式结构。波形梁护栏与混凝土护栏采用BT-1端部做过渡连接。

5.1.4交通分流三角地带

靠主线和匝道两侧各12 m范围内采用Gr-A-2E波形梁护栏，并设置防撞垫，防撞垫末端要与波形梁护栏有效过渡。交通合流端三角地带采用圆形端头将三角端两侧的波形梁护栏连接起来。

5.2 中央分隔带护栏方案

中央分隔带护栏原设置为Am级波型，并在护栏内种植防眩植物。从多年运营与维护情况来看，植物防眩养护困难，局部路段有枯死、缺失等情况，且表面绿化的中央分隔带，雨水下渗易造成中沟堵塞，如雨水不能快速排出，则会向两侧迁移，影响路基路面的结构性能。本次改造采用对绿色植物全部移除，替换为防眩板的方案。根据“17版规范”规定，并考虑到本项目大型车辆比例高，车辆进入对向车道有可能造成二次特大交通事故，方案拟采用新建SAm级混凝土护栏、高度为100 cm，比原有波形梁护栏高出20 cm以上，能更有效地阻拦车辆翻越护栏，侵入另半幅车道。

5.3 中央分隔带开口护栏方案

原衡枣高速主线和匝道中央分隔带开口护栏包括3种形式：伸缩型活动护栏、插拔式波形梁护栏、隔离墩。这3种护栏基本只具有隔离功能，不具备防撞能力，无防护等级。开口护栏处防撞能力不足，易导致车辆冲入对向车道引发恶性交通事故，成为中央分隔带的安全隐患，所以方案拟对原有中央开口护栏全部予以更换。

根据高速公路中央分隔带开口护栏防护等级不应低于三级的要求，以及保持与中央分隔带一致性的原则，本工程采用可移动SAm级中分带混凝土护栏。防护等级为五级，防护能量≥400 kJ。SAm级中央分隔带混凝土活动护栏采用普通钢筋混凝土结构，由护栏端头、护栏标准段、插拔桩柱、路基预埋套管及接头构成(见图3)。护栏标准段节与节之间通过接头进行连接，护栏端头与中央分隔带混凝土护栏连接时采用与中央分隔带混凝土护栏相同的纵向连接形式，护栏需开启时通过专门的机械配合将开口打开。安装前护栏安全性能应通过小型客车、大型客车和大型货车3种车型碰撞试验检测且各项评价指标均符合《公路护栏安全性能评价标准》规定。

图3 中央分隔带开口段混凝土护栏(单位： cm)

6 结语

高速路大修是一项系统工程，较优的解决方案必须基于详细的数据调查、严谨的方案比较，同时需综合考虑造价、施工、工期等多面方影响。衡枣高速护栏改造方案从既有护栏的调查入手，通过交通调查以及考虑新旧规范的对比、理解和执行等因素，最终确定改造方案。文章总结出的一些设计思路与方法，可为其它同类工程提供参考。