高速公路改扩建护栏施工技术的应用与发展

文 / 固安县日新月异交通设施有限公司 雷久伦

随着高速公路改扩建进程不断加快，高速公路的隔离防护安全要求也在不断提高。本文对移动钢护栏的稳定性与安全性进行了分析，并对几种常用移动隔离护栏进行了比较，同时对国内外护栏技术的发展情况进行了阐述，最终在成本、存储、环保及寿命等方面，得出钢结构护栏适用性进行分析结果。

近年来，随着我国社会经济的高速增长，人民生活物质的水平不断提高，国内高速公路建设几乎饱和，下一步将面临扩建、改建或大修。在高速公路改扩建进程中，移动隔离护栏作为高速公路上隔离防护的基本安全设施和重要组成部分，其安全稳定性、经济适用性和易设便捷性也越来越引起人们的重视。部分公路在改扩建时原先采用水马或者混凝土隔离墩，前者考虑了便捷性，但在防撞方面表现并不如意，后者虽然可以抵挡一定的冲击，但却属于硬隔离，对人的伤害较大，也不便安装，同时二者均没有考虑环保的问题。近年来，移动钢护栏的出现改变了这一情况。

护栏技术的应用

护栏的功能是一个系统，它包括护栏本身、立柱、立柱被打入的土壤、护栏与立柱的连接、终端以及终端的锚固系统，这些因素都对护栏的作用有影响。为了简化，护栏由两个关键的功能组件组成：终端和护栏面。

护栏的分类

1. 钢肋导轨

常见的工业或设施安全护栏系统由钢制成，其中立柱由厚壁钢管制成，通常为圆形或者方形，重型带肋钢轨通过螺栓或其他紧固件机械连接到立柱上。立柱可以焊接到底板并锚固到地板上，或者设置并浇注到地板上。在工业和配送设施中，钢制护栏系统通过限制和控制厂内车辆通行的位置，为财产和人员提供了坚实的保护。这些护栏系统还可以提醒人们注意设施车辆交通中的危险。一些设施安全钢护栏系统使用一根水平导轨，而另一些则使用两根或三根导轨。

取决于不同的应用场景，比如设施中使用的车辆的大小和类型、要控制的交通量或与被保护区域相关的价值/风险，制造商生产了不同等级的钢安全护栏。

2.聚合物护栏

用于制造安全护栏的聚合物有很多种，常用的聚合物类型有：聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯。安全护栏使用这些聚合物有三种基本设计理念：（1）影响分散，它应用多组件工程，使护栏能够在撞击时弯曲，吸收和分散能量，然后再恢复其原始形状；（2）混合型，其特点是采用聚合物包裹的钢芯；（3）中央固定，它利用固体聚合物柱固定在地面上，用水泥和钢地下固定装置固定。

图 2 混凝土护栏

聚合物冲击分散安全护栏设计提供了优于钢护栏的优势。与钢制护栏相比，如果受到足够的能量撞击，钢制护栏将永久变形，而冲击分散安全护栏设计允许护栏在冲击时弯曲、分散能量并恢复其原始形状，不会损坏护栏或撞击车辆。

3. 移动隔离护栏

移动隔离护栏作为高速公路主要附属设施，在防止车辆过马路、保护车辆和驾驶员、防止物体驶入道路等方面发挥着重要作用。在道路养护中，通常需要检查护栏的完整性和合理性。在自动驾驶的情况下，车辆通常需要检测护栏以防止碰撞。在高精度地图中，护栏可以提供边界信息。高速公路两侧的移动隔离护栏有两种类型。一种是钢护栏板拼接在一起并由柱支撑的连续结构，本文称为钢护栏，如图1所示。另一种是混凝土护栏，如图2所示。在一些路段，这两种护栏是相连的，如图3所示。

图 1 钢护栏

图 3 钢-混护栏

作为新兴的隔离护栏，移动钢护栏使用新型钢制作，护栏两侧进行特殊的角度的折弯，使护栏两侧形成防撞弧形，内部结构协助吸收车辆撞击过来产生的冲击力，并矫正车轮，改变行车方向，降低对人和对车的伤害。同时采用热侵镀锌，具有非常强的抗老化，也具备了所有的隔离产品不具备的防腐性能。可以反复周转20次以上，并且周转费用低，极大的提高了使用率。上部与底部的塑料反光装置，也保证了在狭窄、转弯多的道路区域行驶，特别是在夜晚、雨中或雾中行驶的时候，驾驶员能非常清楚道路状况，有充足时间避让施工作业区域。

1.2 移动隔离护栏的对比

（1）水马。水马一直以红黄两色为传统色，颜色醒目，但其只有隔离效果，并无防撞性能，无防护等级，破碎后满地碎片，容易引发第二次交通事故，且增加人工成本。水马周转次数低，无重复使用，存储占地面积大。同时水马得安装需灌水或沙，安装周期较长，质量差异较大。此外，养护成本高、易自然损坏、寿命较短且无法回收利用。

（2）混凝土隔离墩。隔离墩属于硬隔离法，可以吸收冲击波但无法改变行车方向，容易对人、车产生较大伤害；同时不易周转，且周转成本高；占地面积也较大，存储不便；安装速度慢，耗时耗力；成本高，无回收利用价值；在恶劣环境下，寿命较短。在废弃之后，对环境污染较严重。

（3）移动钢护栏。这种护栏具有防撞性能，能够吸收车辆撞过来的冲击力并矫正车轮、改变行车方向，从而不会冲出道路，减少对人对车的伤害。移动钢护栏隔离道路施工区域跟通车路段，起到很强的安全防护的作用。在外屏障两侧各有一处折弯伸出结构，增强了护栏整体的稳定性，在车辆碰撞到护栏时，车辆的轮胎能压到护栏底部的伸出结构，靠车辆的自重压住护栏以引增强护栏在受撞击时的稳定性，保证车辆及护栏不会倾覆，增强了护栏整体的安全性。此外，移动钢护栏可根据要求喷绘不同颜色，造型也可根据要求进行加工。存储空间较前两者也是大大减少，仅需水马的1/3；主装几乎不存在交通干扰，具有优秀的交通分流、解决交通拥堵的功能。价格较为低廉的同时保证可以重复多次使用，相对其它材料更加经济实惠。

护栏技术的发展现状

国内发展现状

1994年初，交通部颁布了第一个公路护栏行业标准《高速公路交通安全设施设计与施工技术规范(JTJ074-94)》。2013年12月1日，交通运输部颁布实施了最新的《公路护栏安全性能评价标准》。在新标准中，护栏防护等级分为8个等级。同时，隔断中央开有活动护栏、防撞垫、两端及过渡段等结构碰撞条件及评价标准。

袁大杰等人建立了用于车辆碰撞的金属梁柱护栏有限元数据模型，通过数值模拟，分析了防撞护栏最大动态变形对车辆质量、碰撞速度和碰撞角变化的敏感性。在分析过程中，采用平均灵敏度系数作为灵敏度评价的标准。

仿真结果表明，碰撞速度是影响防撞护栏最大动态变形最敏感的因素。Hai，Y. 针对路侧护栏存在的问题，通过对护栏防护性能、缓冲性能、施工工艺、景观造型、除雪便利性等方面的研究，研制了一种路侧高防护等级梁柱混凝土护栏结构，并进行了工艺试验和计算机仿真方法。通 troer试验验证了护栏墙的基本强度，各项评价指标均满足五级(SA)防护等级要求。

国外发展现状

在公路护栏的安装方面，欧洲国家对护栏结构的研究很早就开始了，并建立了一套完整的试验设施和相应的试验程序。日本根据护栏的适用条件和性能要求制定了护栏安装大纲[6]。Stolle， Coty S.开发了一种短半径护栏系统，以提高十字路口的安全性。他提出对于一些交叉的道路位置，需要一个半径大于10米的弯曲系统。美国从20世纪90年代开始对公路护栏的再利用进行研究，在一些领域取得了一定的进展，比如安全护栏的木桩再利用。在2011 年版的“美国州公路和运输官员协会 (AASHTO)” 中。在《路边设计指南》中，详细讨论了“护栏升级系统”，并建议将旧护栏作为新建或改建公路项目的一部分。日本通过碰撞试验确定了具有缓冲功能的钢丝绳防护栅栏的保护性能，并通过了相关标准，验证了作为中央隔离设施使用的可行性。

高速公路改扩建护栏施工技术的应用

改扩建过程中移动隔离护栏的重要性

在高速公路改扩建过程中，由于路线长、工期长及人员设备的问题，使得施工区始终存在着四大安全隐患：一是高速上行车速度快、行车密度大，即便有远端施工警示和提示牌，但因拥堵、超车、疏忽造成进入施工区域车辆仍不在少数；二是施工区域根据施工内容不同，场地变化快，在车流中移动施工更容易引发交通事故；三是施工人员、设备在施工场地穿梭较为频繁，存在个别安全盲区；四是雨雪雾天气、夜间施工，安全视线受限，更易发生事故。同时高速公路上一旦发生事故，极易形成连锁反应，造成重大交通事故，造成恶劣的社会不良后果。因此，施工区的安全防护非常必要和重要， 这样就必须设置必要的移动隔离防护设施，防止车辆冲入施工区，同时利用防护设施的引导作用和阻挡作用渠化交通，可对车辆和司乘人员起到很好的保护作用。

移动隔离护栏的应用

在交通工程中，高速公路护栏可以防止错误的车辆撞到路边障碍物。今天使用的最常见的护栏类型是封闭式W型梁。强力柱W型梁护栏由木柱和木挡板或带有木头或塑料挡板的钢柱组成。木头或塑料挡板减少或最小化车辆在撞击时卡在柱子上。此外，可以使用挡板来增加护栏与障碍物的偏移量。保持护栏高度还可以降低车辆在初始撞击时越过护栏的可能性。

强柱式W型梁护栏的主要问题之一是该系统能够容纳和重定向具有更高重心以及这些车辆重量增加的现代车辆的能力。这样做的问题是，汽车最佳高度的护栏可能无法防止卡车翻倒，而摩托车可能会在更高的栏杆下滑倒。在大多数情况下，仅靠车辆撞击区域中各个柱子的强度，护栏将无法承受车辆的冲击。护栏作为一个系统发挥作用，护栏、立柱、轨道与立柱之间的连接以及彼此之间的连接，以及端部锚都在护栏在冲击时如何发挥作用方面发挥着不可或缺的作用。土壤条件、铁轨高度、路缘石或堤坝的存在、撞击车辆的重量、桩后部到铰链点的距离以及桩在土壤中的深度都可以决定系统在撞击时的运行情况。

护栏的现代安装旨在允许导轨在碰撞载荷下变形，并以较浅的角度安全地将车辆重新引导回道路。重要的是护栏系统的接近坡度非常平坦，并且护栏后面的坡度和固定物体放置在一定距离处，以便在撞击和偏转时不会影响护栏的性能。吸收是冲击力直接在车辆和护栏之间传递，可能导致端部刺穿车辆。为了减轻这种情况，存在许多导轨端部处理，它们导致钝端在现代安装中很少暴露在外。

高速公路改扩建护栏施工技术的发展趋势

护栏是高速公路的重要辅助设施不仅提供路边信息，还起到保护司机的作用。然而，现有的高速公路护栏提取识别研究不足，无法准确高效地提取和区分护栏及其类型。针对上述缺陷，有学者提出了一种聚类切片的方法，从道路场景中的护栏特征识别护栏。在护栏目标识别前，将改进的二值编码树平面分割算法应用于路面点过滤，减少了护栏识别中的数据量，提高了识别效率。利用护栏的几何特征和空间特征，采用切片法对聚类后的护栏进行准确识别。还提出了一种根据截面特征来区分钢和混凝土护栏的方法。实验结果表明，所提方法能够有效准确地识别高速公路点云场景中的护栏，整体识别准确率在90%以上。

我国高速公路交通的快速增长和大型车辆所占比例较大，原有护栏防撞能力的不相容性以及铺装增加导致的护栏工况变化引起了业界的关注。目前的护栏改造计划只是针对个别情况制定的，对提高避碰水平的先决条件的研究尚不明确和不完善。因此，现有成果的适用范围有限。其次，即使旧护栏的高度和强度通过一些改造措施达到了相关规范的要求，也只是针对某一情况下的护栏改造，不具有普适性，容易造成资源的浪费。利用计算机仿真分析方法对方案进行比较和优化，最终选择性能安全、可维护性好的方案在真车上进行全尺寸碰撞试验，使改进后的护栏满足现行规范对护栏耐撞性等级的要求。

结论

在高速公路改扩建的进程加快的今天，原先的护栏技术逐渐不能满足现有的需求，移动钢护栏的优势逐渐凸显了出来，在保证护栏整体的稳定性与安全性的同时，兼顾了成本问题、存储问题、环保问题及寿命问题，从而提高了移动隔离护栏的经济效益、社会效益与环保效益。虽然钢结构护栏造价也颇高，其价格也常常因钢材市场的波动而波动，有一定的推广难度，但从稳定性、便捷性和重复使用率等方面与传统隔离防撞设施的综合性价比相比，还是具有很好的应用推广前景。