新型公路临边防护装置结构设计分析

2022-10-18曾献军

运输经理世界 2022年10期

曾献军

（抚州赣东公路设计院有限公司，江西抚州344000）

0 引言

在我国社会经济不断增长的背景下，为了满足人们的出行需求，我国在公路建设活动中的投资不断增长。在公路工程施工建设过程中，为保障工程施工建设的安全，就需要开展新型公路临边防护装置的结构设计工作，并将设计方案合理应用到工程施工活动中，以提升工程施工建设活动的整体质量。因此，研究此项课题具有十分重要的意义。

1 新型临边防护装置结构设计的应用价值

截至2021年年底，我国每万人拥有的公路里程数为37.4km，仅为美国的18%，拥有的高速公路里程数为1.2km，仅为美国的50%，公路的综合密度更是仅占美国的37%，在通达深度方面，尽管我国的高速公路已经覆盖了城镇人口超过20万的城市，但美国的州际公路连接了所有人口超过5万的城市。从上述数据中可以了解到，尽管当前我国公路建设取得了良好的成就，但从轨迹对比与发展规律的角度看，为了保证我国的公路建设能够满足第二个百年奋斗目标的发展需求，加快公路建设，使我国的公路网规模快速增长，是切实提升公路交通网络发展质量与效率的重要举措。需要注意的是，在当前的公路工程施工建设活动中，一旦发生安全问题，不仅会对工程后续施工活动的顺利开展造成阻碍，还会使工程参与方遭受较为严重的经济财产损失。现阶段，为了切实保证工程施工建设活动的安全性，确保路网体系的有效完善，公路工程施工过程中，在明确施工现场实际情况的基础上，应开展公路临边防护装置结构设计工作，依据工作成果，在公路两侧设置临边防护装置，不仅可以有效降低施工人员、建材、设备跌落的概率，保障工程的正常推进，还能为路网体系的高效建设提供有效的支持。

2 当前公路临边防护装置应用存在的缺陷

改革开放以来，我国公路交通建设取得了历史性的成就，截至2021年年底，我国公路总里程达到了528万km，并且在当前的社会发展过程中，公里总里程仍在不断增长。现阶段，为了在保证路网系统正常建设的基础上，切实保证施工建设的安全性与可靠性，依据公路施工现场的实际情况，开展临边防护装置的结构设计，并将其应用到公路施工建设过程中，成为一项极为必要的工作。对当前公路临边防护装置应用情况进行调查分析后可以了解到，目前临边防护装置设计应用方式主要有两种，这两种方式在实际应用过程中均存在着一定的缺陷。

第一种临边防护装置设计应用方式为：先在公路两侧的混凝土边缘基体上钻孔，并设置膨胀螺钉，然后通过螺栓紧固的方式使公路基体与防护支架连接到一起，尽管这种施工方式相对简单，但这种防护装置设置方法在应用过程中存在着一定的缺陷。具体来说，首先，这种防护装置在应用过程中需要在混凝土基体上钻孔，这一情况的出现不仅对公路基体产生了破坏，还会产生噪声，对施工人员的身体健康造成威胁；其次，这一方法在实际应用过程中需要现场钻孔，会增加时间、人力、设备资源的消耗，导致工程的施工成本有所上涨；再次，钻孔过程中不可避免会产生一定的灰尘，这些灰尘不仅会污染施工现场周边的环境，还会对周边居民以及施工人员的身体健康造成威胁，并且由于钻孔施工需要使用用电设备，设备的应用可能出现用电安全问题；最后，在施工活动结束时，需要回收临边防护装置，此时为了保证公路基体的质量，需要对混凝土基体进行重新的施工修补，这一情况的出现在增加了施工时间、人力、材料等资源的消耗量。

第二种临边防护装置设计应用方式为：在公路两侧的混凝土基体施工过程中，先在基体的边缘处预埋钢筋定位，然后将支撑主体钢管、斜撑加强钢筋与预埋钢筋焊接到一起，再将横向的防护钢管与支撑主体钢管焊接到一起，并挂上防护网，最后用铁丝将防护网与防护钢管捆紧。在实际应用过程中，首先，这种临边防护装置施工方式需要进行现场焊接施工，这一情况的出现会在一定程度上造成混凝土基体内预埋钢筋的损伤；其次，焊接作业不可避免地会对周边环境造成污染；再次，由于焊接工作中的焊点质量无法得到切实的保证，一旦在施工过程中焊点出现脱开的现象，那么公路工程施工会出现较为严重的安全隐患；最后，在开展临边防护装置的回收工作中，需要对钢筋焊接部分进行切割处理，这种方式不仅会增大工程的施工成本，还会对钢筋性能造成损伤。

3 优化公路临边防护装置结构设计的方法

在人们施工安全意识不断提高的背景下，国内公路工程施工阶段设置临边防护装置的概率不断提高，但在临边防护装置设计应用过程中，受作业周期、施工环境、缺乏相应管理条例等因素的影响，临边防护装置存在结构相对简单、材料使用不统一、防护效果不能满足人们预期需要等问题。现阶段，为了切实解决上述问题，在明确公路工程临边防护装置应用现状的基础上，开展新型临边防护装置结构设计工作，切实弥补临边防护装置应用过程中存在的缺陷，可以为公路工程施工的顺利开展打下坚实的基础。

3.1 新型临边防护装置设计目标

为了满足绿色安全公路施工建设的需求，在开展新型临边防护装置设计工作时，应保证设计符合相应的设计要求。具体来说，第一，在设计过程中，可以通过选择合适材料的方式，保证临边防护装置结构的安全性，确保装置在实际应用过程中抵御的抗冲击力，能够满足公路工程施工建设的要求；第二，临边防护装置有着良好的通透性，保证施工人员在公路工程施工过程中，能有良好的视野，降低施工事故出现的可能性；第三，考虑到当前公路工程的种类较多，在临边防护装置设计过程中，应当以工程结构具体特征为基础，选择合适的临边防护装置结构形式，最大限度地降低安全隐患的存在概率；第四，临边防护装置应当有着较高的技术可行性与经济适用性，在保证公路工程施工安全的同时，降低临边防护装置在应用过程中所需的维护管理成本；第五，在低碳环保理念已经成为公路工程施工基本准则之一的情况下，尽可能提升临边防护装置设计工作的环保性同样成为一项极为必要的内容。

3.2 新型临边防护装置组成方法

新型临边防护装置主要由支撑管焊件、防护网构件、螺栓组件、紧锁组件等零部件共同构成。如图1所示，支撑管焊件是临边防护装置中的主要支撑构件，其底部结构能够适应不同间距尺寸预埋钢筋，有着较强的适应性，同时该临边防护装置的支撑管焊件上部安装有耳座，可以通过螺栓将防滑网构件两侧的耳座紧固到一起。在实际应用过程中，只要混凝土路面基层中预埋的钢筋间距在L1～L2之间，那么该临边防护装置就可以被应用到该公路工程中。同时，在临边防护装置实际应用过程中，考虑到《公路工程施工安全技术规范》（JTG F90—2015）、《建筑施工高处作业安全技术规范》（JGJ 80—2016）等相关规范的要求，在进行临边防护装置设计时，可以控制护栏的高度为1.2m，支撑管焊件的间距应小于2m，栏杆底部高度应高于0.18m的挡脚板。

图1 支撑管焊件结构

3.3 新型临边防护装置装配步骤

将绿色施工技术应用于公路工程施工建设活动中，不仅可以有效保证工程建设活动的质量安全，还能实现生态环境的有效保护，从而实现公路工程建设经济效益与生态效益的共同增长，为我国交通行业的稳定可持续发展提供推动力。考虑到公路工程本身对各类资源的消耗量较大，工程施工过程中产生的固体、废气、噪声、废水污染也较为严重，因此在将绿色理念融入工程施工过程中时，应当尽可能将绿色理念融入工程施工活动相关的各个环节中，尽可能使工程施工各环节能够与环境保护、节能减排理念融为一体，以便令工程施工活动能够实现对材料、设备、人力等方面资源的高效利用以及生态环境的有效保护。具体来说，在新型临边防护装置的实际应用过程中，需要先用锁紧组件将支撑管焊件下部与预埋钢筋连接到一起，等到相邻支撑管件均安装完毕后，用螺栓组将防护网构件与支撑管焊件上部的耳座连接到一起。由于在该新型临边防护装置装配过程中，施工人员更多的是利用紧锁组件、螺栓组完成临边防护装置的有效安装的，因此在施工过程中并不会产生大量的扬尘、噪声，因此这一临边防护装置的应用有着较好的环保性。同时，螺栓组件、紧锁组件的应用又降低了临边防护装置的拆装难度，在减少临边防护装置施工成本的同时，可以为临边防护装置的重复利用创造良好的条件。通过这种将绿色生态理念融入临边防护装置安装工作中的方式，不仅可以切实提升临边防护装置安装工作的质量与效益，还能提升公路工程施工活动的安全性、可靠性与低碳性，从而保证公路工程能够为人们提供更好的服务。

3.4 新型临边防护装置设计验算

目前，这一新型临边防护装置已经在某高速公路桥梁施工现场进行了试装，临边防护装置的材料为热轧Q235B钢，其屈服强度为235MPa，以《建筑防护栏杆技术标准》（JGJ/T 470—2019）为依据，对临边防护装置结构设计进行验算。固定约束边界条件为：按照相应安装方式与承受载荷情况，固定左右支撑管焊件，下部安装在底座的下边缘。考虑到当前国内并没有与临边防护装置相关的荷载计算标准，因此在计算过程中可以以《汽车及挂车侧面和后下部防护要求》（GB 11567—2017）中的规定为参照，用直径为220mm±10mm的圆形平压头，向临边防护装置外表面各部分施加1000N的垂直静压力，并应用ANSYS分析软件，对该临边防护装置的等效应力进行分析的方式，对应力情况进行观察。在此次验算过程中，选择施加垂直荷载在框架上部中间部位的上方，对危险工况进行模拟，对该新型公路临边防护装置的强度、变形情况进行安全校核，然后通过对等效应力云（见图2）应力分布情况进行分析的方式，切实了解该款临边防护装置是否具有较强的实用性，能否满足公路工程施工建设过程中对安全防护工作的需要。从等效压力云图中可以了解到，除了支撑焊件耳座局部应力较为集中外，临边防护装置在垂直静压力下的应力小于235MPa；通过对施工现场在危险工况下对临边防护栏刚度、强度的要求进行分析计算后，可以确定，该新型临边防护装置能够满足施工活动的实际需要。

图2 工况等效应力云图

3.5 新型临边防护装置应用特点

对新型临边防护装置进行整体分析后可以了解到，首先，这一装置为快装快拆结构，在实际应用过程中拆装耗时相对较短，降低了施工人员的劳动强度，缩短了临边防护装置现场施工的耗时，节约了工程的施工成本。其次，这一装置在安装过程中并没有对公路工程施工建设造成破坏的环节，不仅为公路工程整体质量的提升提供了有效的保障，还有效降低了工程施工活动对周边环境安全的不利影响，为低碳、绿色社会的发展提供了助力。最后，新型临边防护装置有着较高的周转率、较强的通用性，这一情况的出现间接降低了公路工程施工建设的成本，为施工现场管理工作的顺利开展提供了有效的支持。因此，在当前我国大力推进公路路网体系完善工作的背景下，新型临边防护装置有着较高的应用价值以及较为广阔的应用前景。