沈山高速公路消隱提升工程護(hù)欄改造實(shí)施方案

侯 萌

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽市 110166)

京哈高速公路綏中(冀遼界)至沈陽段(以下簡稱沈山高速公路)建設(shè)時(shí)期較早，在過去二十余年作為連接?xùn)|北三省與北京及內(nèi)陸地區(qū)的交通大動(dòng)脈，對(duì)加強(qiáng)遼寧及整個(gè)東北地區(qū)與關(guān)內(nèi)的政治經(jīng)濟(jì)往來，促進(jìn)遼寧的對(duì)外開放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，特別是對(duì)促進(jìn)遼寧省西部地區(qū)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，形成環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)帶發(fā)揮了重要意義。但隨著我國車輛保有量的不斷增長，交通流量呈幾何倍數(shù)暴增，尤其是大型貨車比例逐年提高，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過小客車比例；沿線交通安全設(shè)施服役時(shí)間長，建設(shè)期標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)修訂多次，交通運(yùn)行特性發(fā)生較大改變，難以滿足當(dāng)前交通運(yùn)行安全需求。現(xiàn)狀沈山高速公路交通阻滯頻繁，影響了其干線功能的發(fā)揮，迫切需要結(jié)合目前的設(shè)施現(xiàn)狀、交通運(yùn)行特性、事故特性、天氣影響、管控措施等有針對(duì)性地開展消除隱患、提升安全工作，提升交通出行安全與服務(wù)水平。針對(duì)沈山高速護(hù)欄設(shè)施的改造提升提出設(shè)計(jì)方案及實(shí)施效果。

1 目前存在的問題

自2000年建成通車以來，沈山高速公路交通量快速增長，2002年以來年均遞增6.6%，2019年交通量達(dá)到了90725輛小客車/日，部分路段達(dá)到了10萬輛小客車/日，全線服務(wù)水平處于三級(jí)，部分區(qū)域已超過設(shè)計(jì)服務(wù)交通量。在如此龐大的交通量中，大型貨車尤其是重載貨車占比較高，結(jié)合事故分析發(fā)現(xiàn)大多數(shù)交通事故的發(fā)生均與貨車相關(guān)，且重載貨車是交通事故發(fā)生的重要致險(xiǎn)因素[1]。近些年發(fā)生過多次車輛穿越中分帶護(hù)欄的情況，中分帶護(hù)欄是按照99版的規(guī)范進(jìn)行的建設(shè)，根據(jù)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高速公路交通工程及沿線設(shè)施設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D80—2006)的第5 部分第5.1.2條規(guī)定(表1)[2]，護(hù)欄的服役年限已超出設(shè)計(jì)使用年限，其等級(jí)按照現(xiàn)行規(guī)范來說也偏低，造成了護(hù)欄防護(hù)能力不足的情況，也不滿足當(dāng)前交通運(yùn)行特征的要求，迫切地需要對(duì)其進(jìn)行改造。

表1 交通安全設(shè)施各類設(shè)備使用年限

2 現(xiàn)狀護(hù)欄的調(diào)查及適用性

通過現(xiàn)場隨機(jī)調(diào)查，綏中至盤錦段高速公路中因交通事故損壞扭曲、折曲變形的護(hù)欄板不占少數(shù)，如再利用需要通過波形板矯形機(jī)修復(fù)矯正，值得注意的是，修復(fù)后波形板物理截面參數(shù)會(huì)與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值有一定偏差，尤其抗彎模量會(huì)有所降低，在一定程度上，護(hù)欄防撞能力有所削弱，這部分波形板不建議在沈山高速上再次使用?？梢钥紤]對(duì)修復(fù)后的波形板加以技術(shù)改造后，在其他等級(jí)稍低公路上使用。通過沿線調(diào)查，護(hù)欄板有局部銹蝕現(xiàn)象，但銹蝕程度不高，對(duì)護(hù)欄板的物理截面參數(shù)影響不大，外觀質(zhì)量總體較好，除銹后防腐可以再利用。通過測(cè)量，波形板厚大于3mm(含防腐層)，根據(jù)《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》[3](JTG/T D81—2017)要求，符合B級(jí)護(hù)欄板的使用要求。

護(hù)欄立柱同波形板一樣，銹蝕程度不高，外觀質(zhì)量總體較好，由于無法探知管內(nèi)以及基礎(chǔ)內(nèi)立柱銹蝕狀況以及壁厚，僅就規(guī)范的符合性來討論舊鋼立柱的再利用。根據(jù)綏沈高速公路原設(shè)計(jì)圖紙，中分帶護(hù)欄立柱采用Φ114×4mm焊管立柱，路側(cè)采用Φ140×4mm焊管立柱，并通過托板與波形板連接?！豆方煌ò踩O(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》[3](JTG/T D81—2017)規(guī)定B級(jí)鋼護(hù)欄立柱為Φ114×4.5mm焊管立柱，顯然中分帶護(hù)欄Φ114×4mm焊管立柱不符合規(guī)范要求，不能在本高速中使用。路側(cè)Φ140×4mm焊管立柱的截面物理參數(shù)均大于Φ114×4.5mm立柱，其抗彎、抗折性能優(yōu)于Φ114×4.5mm立柱，可以使用但僅限于設(shè)置B級(jí)鋼護(hù)欄路段。

綜上所述，既有護(hù)欄板及立柱如果直接利用，僅相當(dāng)于B級(jí)鋼護(hù)欄，但按照現(xiàn)行規(guī)范的要求，高速公路護(hù)欄等級(jí)不能低于A級(jí)，故無法直接利用。全部拆除新建投資過大，結(jié)合經(jīng)濟(jì)型考慮，對(duì)既有護(hù)欄的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行升級(jí)、改造便成為了最佳方案。

3 護(hù)欄提升改造方案

根據(jù)以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，護(hù)欄的利用可采取護(hù)欄板前后重疊放置、護(hù)欄板上下分布安裝、護(hù)欄板對(duì)扣、加密立柱等方式進(jìn)行護(hù)欄性能的增加，所以在擬定護(hù)欄改造方案前，要明確的是護(hù)欄防護(hù)的對(duì)象以及防護(hù)的重點(diǎn)方向，從而選取合適的改造方案。需要說明的是，沈山改擴(kuò)建工程計(jì)劃于2022年實(shí)施，本次護(hù)欄改造作為消除隱患提升安全的工程需要在2021年底前實(shí)施完畢，存在著建設(shè)工期短的特征，這就要求設(shè)計(jì)人員在考慮改造方案時(shí)，要兼顧材料通用、方便采購、便捷施工。護(hù)欄之所以要進(jìn)行提升，就是因?yàn)樯蛏礁咚俣喟l(fā)車輛穿越中分帶的交通事故，通過研究事故的類型及車型構(gòu)成，能夠判定穿越中分帶護(hù)欄的幾乎都是大型車輛，大型車輛除了質(zhì)量大以外，重心相比與小型客車更高，無疑加大了跨越護(hù)欄的風(fēng)險(xiǎn)，故本次護(hù)欄升級(jí)改造就是針對(duì)重心更高的大型車輛而言，結(jié)合改造經(jīng)濟(jì)性和施工難易程度，選取通過新增三波板的方式對(duì)護(hù)欄防護(hù)能力進(jìn)行加強(qiáng)，即原則上維持既有護(hù)欄不變，在其上方增設(shè)三波板，通過新增鋼立柱的方式進(jìn)行連接。具體改造方式如圖1所示，在既有的4m間隔的護(hù)欄立柱之間增設(shè)1根F130mm鋼立柱，在二波板的上部安裝三波板時(shí)，通過防阻塊與新增的立柱進(jìn)行連接，而下部二波板與新增的立柱也需要通過防阻塊進(jìn)行連接，需要注意的是連接處需要對(duì)二波板進(jìn)行打孔處理。

從結(jié)構(gòu)形式上看，護(hù)欄整體高度加高，立柱間距加密，這種方式不僅將重心更高的大型車納入到防護(hù)對(duì)象中，還對(duì)小型車輛撞擊時(shí)產(chǎn)生的護(hù)欄形變量進(jìn)行了減少，形變量的降低尤其在中分帶存在門架等結(jié)構(gòu)物時(shí)將發(fā)揮至關(guān)重要的作用。由此初步判定，該方案針對(duì)性強(qiáng)且結(jié)構(gòu)易實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)現(xiàn)行《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D81—2017)和《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》[3](JTG/T D81—2017)相關(guān)規(guī)定，高速公路中分帶護(hù)欄等級(jí)一般采用Am級(jí)，因沈山高速公路的交通量中，總質(zhì)量大于或等于25t的車輛自然數(shù)所占比例大于20%，按照規(guī)定應(yīng)將中分帶護(hù)欄等級(jí)從Am級(jí)提升為SBm級(jí)，即本次提升改造的護(hù)欄等級(jí)達(dá)到SBm級(jí)即可。通過與部公路研究院的合作，該結(jié)構(gòu)通過了SBm級(jí)的模擬仿真實(shí)驗(yàn)，具備了提升改造的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

同時(shí)存在著另一個(gè)棘手的問題，改造后的五波護(hù)欄需要與既有的兩波板護(hù)欄過渡連接，因?yàn)樾吕献o(hù)欄存在高差，這就需要逐漸降低護(hù)欄整體高度。具體方案如圖2所示，通過12m將改造后的護(hù)欄(二波+三波)高度向下過渡至三波護(hù)欄的高度，同時(shí)將下部既有二波板通過12m向下過渡，過渡后的二波板設(shè)置端頭。需要注意的是，原二波板立柱應(yīng)根據(jù)過渡線型重新打孔，以便于安裝二波板，與新增鋼立柱連接的二波板也需要進(jìn)行打孔處理。通過降低后的三波板可以與三波板護(hù)欄直接連接，再通過TR板進(jìn)行三波與兩波的過渡，就完成了五波護(hù)欄與兩波護(hù)欄的過渡連接。

圖2 過渡段護(hù)欄立面圖

4 現(xiàn)場實(shí)施情況

以上改造方案均在沈山高速消隱提升工程中得到實(shí)施(圖3)，通過了遼寧省交投集團(tuán)、遼寧省高速公路運(yùn)營公司的肯定。但是還是存在細(xì)節(jié)上的不足，現(xiàn)場施工人員反饋，防阻塊的螺孔尺寸沒有富裕度，因?yàn)楝F(xiàn)場的既有護(hù)欄高度不統(tǒng)一，存在防阻塊與護(hù)欄板安裝不上的情況，建議做成可調(diào)節(jié)的防阻塊。

圖3 沈山高速公路改造后的五波護(hù)欄

設(shè)計(jì)者吸納了該類建議，結(jié)合工程實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)，在日后項(xiàng)目加以完善。

5 結(jié)語

本次沈山高速護(hù)欄改造工程，從判定防護(hù)對(duì)象到擬定設(shè)計(jì)方案，到最后現(xiàn)場的順利實(shí)施，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)要從需求出發(fā)的原則，只有充分考慮了設(shè)計(jì)目標(biāo)，才能做出符合性更強(qiáng)的方案。設(shè)計(jì)者在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的過程中，可以參考以上內(nèi)容，從需求入手，有針對(duì)性地、合理地考慮實(shí)施方案，在節(jié)約資源的前提下充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的主觀能動(dòng)性，匹配出最佳設(shè)計(jì)方案。