沈山高速公路消隐提升工程护栏改造实施方案
时间：2023-06-15 19:45:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
侯 萌
(辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166)
京哈高速公路绥中(冀辽界)至沈阳段(以下简称沈山高速公路)建设时期较早，在过去二十余年作为连接东北三省与北京及内陆地区的交通大动脉，对加强辽宁及整个东北地区与关内的政治经济往来，促进辽宁的对外开放和经济发展，特别是对促进辽宁省西部地区社会和经济发展，形成环渤海经济带发挥了重要意义。但随着我国车辆保有量的不断增长，交通流量呈几何倍数暴增，尤其是大型货车比例逐年提高，已经远远超过小客车比例；
沿线交通安全设施服役时间长，建设期标准已经修订多次，交通运行特性发生较大改变，难以满足当前交通运行安全需求。现状沈山高速公路交通阻滞频繁，影响了其干线功能的发挥，迫切需要结合目前的设施现状、交通运行特性、事故特性、天气影响、管控措施等有针对性地开展消除隐患、提升安全工作，提升交通出行安全与服务水平。针对沈山高速护栏设施的改造提升提出设计方案及实施效果。
自2000年建成通车以来，沈山高速公路交通量快速增长，2002年以来年均递增6.6%，2019年交通量达到了90725辆小客车/日，部分路段达到了10万辆小客车/日，全线服务水平处于三级，部分区域已超过设计服务交通量。在如此庞大的交通量中，大型货车尤其是重载货车占比较高，结合事故分析发现大多数交通事故的发生均与货车相关，且重载货车是交通事故发生的重要致险因素[1]。近些年发生过多次车辆穿越中分带护栏的情况，中分带护栏是按照99版的规范进行的建设，根据中华人民共和国行业标准《高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范》(JTG D80—2006)的第5 部分第5.1.2条规定(表1)[2]，护栏的服役年限已超出设计使用年限，其等级按照现行规范来说也偏低，造成了护栏防护能力不足的情况，也不满足当前交通运行特征的要求，迫切地需要对其进行改造。
表1 交通安全设施各类设备使用年限
通过现场随机调查，绥中至盘锦段高速公路中因交通事故损坏扭曲、折曲变形的护栏板不占少数，如再利用需要通过波形板矫形机修复矫正，值得注意的是，修复后波形板物理截面参数会与规范标准值有一定偏差，尤其抗弯模量会有所降低，在一定程度上，护栏防撞能力有所削弱，这部分波形板不建议在沈山高速上再次使用。可以考虑对修复后的波形板加以技术改造后，在其他等级稍低公路上使用。通过沿线调查，护栏板有局部锈蚀现象，但锈蚀程度不高，对护栏板的物理截面参数影响不大，外观质量总体较好，除锈后防腐可以再利用。通过测量，波形板厚大于3mm(含防腐层)，根据《公路交通安全设施设计细则》[3](JTG/T D81—2017)要求，符合B级护栏板的使用要求。
护栏立柱同波形板一样，锈蚀程度不高，外观质量总体较好，由于无法探知管内以及基础内立柱锈蚀状况以及壁厚，仅就规范的符合性来讨论旧钢立柱的再利用。根据绥沈高速公路原设计图纸，中分带护栏立柱采用Φ114×4mm焊管立柱，路侧采用Φ140×4mm焊管立柱，并通过托板与波形板连接。《公路交通安全设施设计细则》[3](JTG/T D81—2017)规定B级钢护栏立柱为Φ114×4.5mm焊管立柱，显然中分带护栏Φ114×4mm焊管立柱不符合规范要求，不能在本高速中使用。路侧Φ140×4mm焊管立柱的截面物理参数均大于Φ114×4.5mm立柱，其抗弯、抗折性能优于Φ114×4.5mm立柱，可以使用但仅限于设置B级钢护栏路段。
综上所述，既有护栏板及立柱如果直接利用，仅相当于B级钢护栏，但按照现行规范的要求，高速公路护栏等级不能低于A级，故无法直接利用。全部拆除新建投资过大，结合经济型考虑，对既有护栏的结构形式进行升级、改造便成为了最佳方案。
根据以往项目经验，护栏的利用可采取护栏板前后重叠放置、护栏板上下分布安装、护栏板对扣、加密立柱等方式进行护栏性能的增加，所以在拟定护栏改造方案前，要明确的是护栏防护的对象以及防护的重点方向，从而选取合适的改造方案。需要说明的是，沈山改扩建工程计划于2022年实施，本次护栏改造作为消除隐患提升安全的工程需要在2021年底前实施完毕，存在着建设工期短的特征，这就要求设计人员在考虑改造方案时，要兼顾材料通用、方便采购、便捷施工。护栏之所以要进行提升，就是因为沈山高速多发车辆穿越中分带的交通事故，通过研究事故的类型及车型构成，能够判定穿越中分带护栏的几乎都是大型车辆，大型车辆除了质量大以外，重心相比与小型客车更高，无疑加大了跨越护栏的风险，故本次护栏升级改造就是针对重心更高的大型车辆而言，结合改造经济性和施工难易程度，选取通过新增三波板的方式对护栏防护能力进行加强，即原则上维持既有护栏不变，在其上方增设三波板，通过新增钢立柱的方式进行连接。具体改造方式如图1所示，在既有的4m间隔的护栏立柱之间增设1根F130mm钢立柱，在二波板的上部安装三波板时，通过防阻块与新增的立柱进行连接，而下部二波板与新增的立柱也需要通过防阻块进行连接，需要注意的是连接处需要对二波板进行打孔处理。
从结构形式上看，护栏整体高度加高，立柱间距加密，这种方式不仅将重心更高的大型车纳入到防护对象中，还对小型车辆撞击时产生的护栏形变量进行了减少，形变量的降低尤其在中分带存在门架等结构物时将发挥至关重要的作用。由此初步判定，该方案针对性强且结构易实现。
根据现行《公路交通安全设施设计规范》(JTG D81—2017)和《公路交通安全设施设计细则》[3](JTG/T D81—2017)相关规定，高速公路中分带护栏等级一般采用Am级，因沈山高速公路的交通量中，总质量大于或等于25t的车辆自然数所占比例大于20%，按照规定应将中分带护栏等级从Am级提升为SBm级，即本次提升改造的护栏等级达到SBm级即可。通过与部公路研究院的合作，该结构通过了SBm级的模拟仿真实验，具备了提升改造的基础数据。
同时存在着另一个棘手的问题，改造后的五波护栏需要与既有的两波板护栏过渡连接，因为新老护栏存在高差，这就需要逐渐降低护栏整体高度。具体方案如图2所示，通过12m将改造后的护栏(二波+三波)高度向下过渡至三波护栏的高度，同时将下部既有二波板通过12m向下过渡，过渡后的二波板设置端头。需要注意的是，原二波板立柱应根据过渡线型重新打孔，以便于安装二波板，与新增钢立柱连接的二波板也需要进行打孔处理。通过降低后的三波板可以与三波板护栏直接连接，再通过TR板进行三波与两波的过渡，就完成了五波护栏与两波护栏的过渡连接。
图2 过渡段护栏立面图
以上改造方案均在沈山高速消隐提升工程中得到实施(图3)，通过了辽宁省交投集团、辽宁省高速公路运营公司的肯定。但是还是存在细节上的不足，现场施工人员反馈，防阻块的螺孔尺寸没有富裕度，因为现场的既有护栏高度不统一，存在防阻块与护栏板安装不上的情况，建议做成可调节的防阻块。
图3 沈山高速公路改造后的五波护栏
设计者吸纳了该类建议，结合工程实际的经验，在日后项目加以完善。
本次沈山高速护栏改造工程，从判定防护对象到拟定设计方案，到最后现场的顺利实施，验证了设计要从需求出发的原则，只有充分考虑了设计目标，才能做出符合性更强的方案。设计者在进行工程设计的过程中，可以参考以上内容，从需求入手，有针对性地、合理地考虑实施方案，在节约资源的前提下充分发挥设计者的主观能动性，匹配出最佳设计方案。
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