公安部道路交通安全研究中心交通言究社;埋入后坡設計

第一部分：原因分析

因車輛碰撞護欄端頭后，車身被刺穿，導致車內(nèi)司乘人員傷亡的事故案例：2020年2月25日凌晨，在G75線蘭海高速南寧往北海方向2086km+400m處（欽州西服務區(qū)附近），一輛小車行駛途中撞上中央護欄，護欄直接貫穿車身（見圖1a），導致車上一名男子當場死亡。2019年2月17日，在稠嶺線南市街道橫城村路段，一輛小車行駛途中撞向左側(cè)路邊鋼質(zhì)護欄，護欄穿過整個車身（見圖1b），造成車內(nèi)人員一死一傷。

事實上，這類車輛因各種原因碰撞護欄端頭后造成嚴重后果的事故并不少見，交通言究社對近年來媒體報道的相關(guān)事故案例進行采集、整理（見表1），發(fā)現(xiàn)2017年至2019年有15起，涉及浙江、山東、四川等11省，造成19人死亡。由此可見，這類情況并非偶發(fā)，具有一定普遍性。當然統(tǒng)計的事故案例中，車輛與護欄端頭發(fā)生碰撞的原因涉及多種，包括疲勞駕駛、酒后駕駛、隨意變道等。但是作為本該起到保護司乘人員或減輕人員傷亡作用的護欄為何反而刺穿車體，加重了事故后果呢？

一、為什么存在護欄端頭？我國常用的護欄端頭有哪些形式？

（一）鄺子憲

1.公路護欄不連續(xù)設置時便會出現(xiàn)護欄端頭

公路護欄不連續(xù)設置時便會出現(xiàn)護欄端頭，主要有以下情況：路側(cè)風險不高，護欄不連續(xù)較經(jīng)濟也可能更安全；路側(cè)不連續(xù)設置護欄可為故障車輛提供額外避險空間；接入口、平交口及橫道需提供開口，令護欄不連續(xù)；分流點三角區(qū)。

一組獨立護欄的兩端可分為上游端頭和下游端頭。上游端頭是面向車流方向的端頭，下游端頭是背向車流方向的端頭。一般而言，上游端頭的危害性遠高于下游端頭。不過，雙車道公路的下游端頭對于反向交通來說，也是上游端頭，因此兩邊端頭都需要小心處理。

（二）閆書明

1.我國的護欄端頭形式多種多樣

首先了解一下我國常用的護欄端頭類型：

按設置位置分為路側(cè)護欄端頭、中分帶開口護欄端頭、出口分流三角端頭（見圖2）；

按護欄形式分為波形梁護欄端頭、混凝土護欄端頭、梁柱式護欄端頭、組合式護欄端頭、纜索式護欄端頭等（見圖3）。

按端頭結(jié)構(gòu)形式分為直立式端頭、地錨式端頭和U型端頭（見圖4）。直立式端頭和地錨式端頭多用在路側(cè)，U型端頭多用在中分帶開口或出口分流三角端。

二、車輛碰撞護欄端頭的事故有哪些主要特征？為何會導致刺穿車身的嚴重后果？

（一）閆書明

1.此類事故對小型車司乘人員造成的傷害更大

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大型車碰撞護欄端頭致死的事故較少，這與大型車行駛速度較慢有一定關(guān)系；同時由于大型車碰撞護欄端頭后多為騎跨形態(tài)（見圖5a），且司乘人員所坐位置一般高于護欄端頭高度，死傷率較小，這也是為什么在歐美和我國相關(guān)標準中沒有將大型車作為評價護欄端頭安全性能碰撞車型的原因。但是實際中也發(fā)生過這類事故（見圖5b），雖然比較罕見，但是值得設計和研究人員注意。

小型車行駛速度快，碰撞護欄端頭概率較大型車高得多，同時司乘人員位置與端頭位置高度接近，小型車碰撞護欄端頭后更易對司乘人員造成直接傷害。小型車碰撞直立式護欄端頭或U型端頭，若端頭的面積和剛度較大，車體產(chǎn)生較大變形，司乘人員會受到嚴重沖擊，甚至危及生存空間；若端頭的面積較小，其很容易插入車體，對司乘人員造成直接傷害。而車輛碰撞地錨式護欄端頭，車輛沿坡面迅速爬升，則易發(fā)生翻車和翻滾事故（見圖6）。

2.發(fā)生事故的車輛往往是近乎正面碰撞護欄端頭

護欄端頭是公路護欄的重要組成部分之一，設置在護欄標準段的端部位置。車輛碰撞護欄標準段一般是小角度側(cè)面碰撞，碰撞以后事故車輛往往能夠保持一定速度駛出，由車輛和護欄變形所吸收的能量僅占車輛初始動能一小部分，所以若是車輛被成功阻擋和導出，車輛所受的沖擊損壞較小。車輛碰撞護欄端頭往往是近乎正面碰撞，若護欄端頭形式為直立或U型，車輛的動能需要全部被緩沖吸收，一旦護欄端頭不具備緩沖變形能力，則或發(fā)生車輛嚴重變形，或發(fā)生護欄端頭插入車體；若護欄端頭為地錨式，車輛動能消減較少，則會發(fā)生類似車輛彈射升空或車輛翻滾現(xiàn)象。

護欄刺穿車身發(fā)生的事故形態(tài)只是護欄端頭事故的一種形態(tài)，多發(fā)生在波形梁護欄端部位置。通過計算機仿真模擬（見圖7），影響護欄端頭安全性能的因素與護欄端頭結(jié)構(gòu)形式、高度、是否錨固、設置方式等多方面有關(guān)，想要較好的進行端部結(jié)構(gòu)設計，需多方面考慮。

（二）鄺子憲

1.在設計速度較高道路上發(fā)生此類事故，后果會更嚴重

一般而言，設計速度超過40公里/小時的道路都要注意護欄端頭的處理；如果設計速度大于80公里/小時，更需要格外對護欄端頭進行安全處理。在設計速度較高的道路，失控車輛可能被波形梁護欄半圓端頭插進車廂，導致嚴重傷亡，此外，如果沒有足夠錨固，護欄的防護能力會較差。

三、我國是否有關(guān)于護欄端頭的相關(guān)標準規(guī)范？具體如何要求？

（一）閆書明

1.我國關(guān)于護欄端頭的早期標準規(guī)范

我國早期建造的公路主要依據(jù)1994年頒布的《高速公路交通安全設施設計及施工技術(shù)規(guī)范》JTJ 074-94、2006年頒布的《公路交通安全設施設計規(guī)范》JTG D81-2006和《公路交通安全設施設計細則》JTG/T D81-2006，對于護欄端頭的規(guī)定94版規(guī)范和06版規(guī)范相差不大，僅以94版規(guī)范規(guī)定進行說明。94版規(guī)范的第2.1.10條定義護欄端頭是指護欄開始端或結(jié)束端所設置的專門結(jié)構(gòu)；在5.1.4條指出路側(cè)波形梁護欄的起、訖點應進行端頭處理（見圖8a），還規(guī)定上游直立式端頭應設漸變段外展，下游端頭可與標準段成一條直線；在5.1.9條指出設置于中央分隔帶起點、終點及開口處的護欄應進行端頭處理（見圖8b）；在5.1.10條給出了交通分流三角地帶端部處理意見（見圖8c），還指出在條件允許時應在危險三角區(qū)范圍設置防撞墊。

2.近年依據(jù)實際情況對相關(guān)標準規(guī)范進行了調(diào)整

在高速公路建設早期，車輛組成較為單一、運行速度較低，配套設置的護欄端頭滿足當時的交通流特性，起到了較好的安全防護作用。而隨著交通組成復雜化和運行速度提升，早期設置的護欄端頭不能適應日益變化的交通流特性，安全防護能力不足逐漸體現(xiàn)出來。為提高公路的安全運營水平，交通運輸主管部門頒布了《公路護欄安全性能評價標準》JTG B05-01-2013，對涉及上述部位的防護設施安全性能進行了規(guī)定（見圖9）：路側(cè)護欄端頭應通過小客車正碰、偏碰、斜碰、正向側(cè)碰、反向側(cè)碰評價其安全性能，這提高了對路側(cè)護欄端頭安全防護性能的要求；對于中分帶開口護欄，要求在距離中分帶護欄終點2m位置進行小客車、大中型客車、大中型貨車碰撞評價其安全性能，這勢必要求中分帶開口護欄與中分帶護欄進行可靠連接，實質(zhì)上是取消了該位置的護欄端頭存在；對于分流三角端的防撞墊也要求通過小客車正碰、偏碰、斜碰、正向側(cè)碰、反向側(cè)碰評價其安全性能，這提高了對分流三角端護欄端頭安全防護性能的要求。

此外，為更好地指導設計，交通運輸部2017年頒布了《公路交通安全設施設計規(guī)范》JTG D81-2017和《公路交通安全設施設計細則》JTG/ T D81-2017，結(jié)合2013年頒布的《公路護欄安全性能評價標準》要求對護欄端頭的設計形式與方式進行了合理規(guī)定。

第二部分：經(jīng)驗借鑒

一、國外如何設置護欄端頭，有哪些值得借鑒的經(jīng)驗？

（一）梁康之

美國聯(lián)邦公路局（FHWA）公布的W梁鋼護欄高度是79cm（31英寸），這一高度適合大多數(shù)車輛。根據(jù)美國國家公路和運輸官員協(xié)會（AASHTO）《路邊設計指南》，“如果防護設施的端頭位于凈空區(qū)域內(nèi)或可能被操作錯誤的駕駛?cè)俗驳降膮^(qū)域內(nèi)，則認為端頭設施必不可少?！狈雷o設施的端頭必須具有兩個功能：在撞擊到端頭時具有防撞能力；為下游沖擊提供錨固點。

W梁鋼護欄端頭有多種，美國各州的交通廳根據(jù)聯(lián)邦公路管理局及美國國家公路和運輸官員協(xié)會（AASHTO）的《硬件安全評估手冊（MASH）》決定采用的種類。例如，馬里蘭州交通廳列出10種端頭，科羅拉多州使用8種類型的端頭。下面根據(jù)科羅拉多州交通廳提供的《護欄系統(tǒng)—施工工程師和監(jiān)理員現(xiàn)場指南（Guardrail Systems Field Guide For Construction Engineers and Inspectors，2018）》簡單介紹目前美國使用的鋼護欄端頭情況。

1. W梁鋼護欄主要有三種端頭設計

當前使用的W梁鋼護欄端頭設計主要有三種：

（1）埋入后坡設計（Buried-in-backslope）

埋入后坡設計（見圖10）通過將端頭埋在后坡中來終結(jié)W梁鋼護欄的安裝。坡度對于后坡掩埋端頭至關(guān)重要，通向后坡掩埋的地形必須是較平坦區(qū)域，并且不包含固定的危險物體。如果后坡本身相對平坦，則車輛可以沿斜坡行駛并繞過終端。因此后坡本身必須足夠陡峭，以防止車輛爬上鋼護欄。此外還需注意，防護設施的斜角必須適合道路設計速度和交通量；護欄應保持相對于車道邊緣的高度，保證溝渠排水流暢。

（2）非吸能設計（non-energy-absorbing design）

非吸能設計（見圖11）在車輛正面碰撞護欄端頭時不會消耗大量能量。它是一種門式系統(tǒng)，可讓車輛撞擊后從護欄一側(cè)越過，停止在平行于護欄的區(qū)域。主要特性包括：正面碰撞時不會顯著降低車速；車輛繼續(xù)運行距離可能超過46m（150英尺）。適用于在護欄裝置后面有一段并與護欄裝置平行的平坦地段，例如高速公路中間隔離的平坦地段。

（3）吸能設計（energy-absorbing design）

吸能設計（見圖12）讓車輛撞擊端頭時散發(fā)大量動能。在任何屏蔽物體之前，不足46m（150英尺）的防護設施必須安裝吸能終端；吸收的能量可讓皮卡車撞擊終端后在約15m（50英尺）處停下。最適合用于防護設施后方可穿越區(qū)域有限，或防護設施后方有固定物體的地段。

需要注意的是，護欄是防護駕駛?cè)穗x開道路時的安全屏障，應保證在撞擊護欄的后果比撞擊道路旁其他物體損失較輕、離開道路可能滑至危險區(qū)或邊坡較斜時才可安裝。

2. 根據(jù)實際情況合理選擇護欄端頭錨固點形式

當護欄切線安裝時，端頭的錨固點可以是切線或張開；但是當護欄為喇叭口形張開時，端頭的錨固點應是張開。需要注意，具體選擇哪一種形式應根據(jù)地形、可使用的土地面積、端頭的選擇和資金幾點綜合決定。

圖13中護欄切線安裝，與行車道平行，可用于保護車輛免于撞到道路旁障礙物。在此示例中，右側(cè)上游端錨固點張開，左側(cè)下游端錨固點為切線的形式。

圖14顯示了喇叭口形護欄和切線護欄。兩端錨固點都是張開的形式。

（二）閆書明

1. 設置能吸收車輛動能的可導向防撞墊

國外通過在中分帶開口或出口分流三角區(qū)設置可導向防撞墊來降低事故嚴重程度?？蓪蚍雷矇|是一種獨立防護結(jié)構(gòu)，在受到車輛正面碰撞時，可吸收車輛動能，減輕對司乘人員的傷害；在受到車輛側(cè)面碰撞時，可導正事故車輛。圖15為歐美國家應用較為廣泛的可導向防撞墊結(jié)構(gòu)，其主要通過橡膠或金屬變形吸收車輛動能，保護司乘人員安全。

圖16為幾種歐美國家應用的路側(cè)護欄端頭，其中ELT和SKT端頭通過卷曲波形梁板有效吸收車輛動能；BEAT-SSCC護欄端頭通過彎曲和擠壓鋼管橫梁方式吸收車輛動能。

2. 結(jié)合實際工況研發(fā)新型護欄端頭，提升安全防護性能

國外早期的護欄端頭，在事故車輛近乎中心垂直碰撞時體現(xiàn)出較好的卷曲波形梁護欄板功能（見圖17a），這是由于該種工況下波形梁板在壓縮時不容易失穩(wěn)。而實際工況中，事故車輛往往帶有一定角度偏心碰撞護欄端頭，由于受力不均勻，波形梁板很容易發(fā)生失穩(wěn)而斷裂彎折（見圖17b），對司乘人員仍然存在較大安全隱患。

最近幾年，國外研發(fā)了一種新型護欄端頭（見圖18），將壓縮護欄板進行錨固，大大降低了護欄板在整個壓縮變形過程中失穩(wěn)的程度，安全防護性能大幅度上升。

二、如何減少類似車輛碰撞護欄端頭后車身被刺穿的事故發(fā)生？

（一）鄺子憲

1. 控制端頭數(shù)目及危害性

公路項目應先從整體風險的角度考慮（見圖19、20），控制端頭的數(shù)目及危害性，包括：減少端頭密度，例如50m以下的間隙可考慮將護欄連貫起來，不同種類、形式或防護能力的護欄連貫起來時，需設置合適的過渡段；將護欄往上游延伸至車速較低路段，例如匝道入口、平交口附近；將護欄往上游延伸至彎道前方的直線路段；上游護欄端頭應避免設置在高風險位置，如彎道、分流三角區(qū)、交通島起點等，緊貼行車道路側(cè)或分流三角區(qū)和交通島鼻端的上游端頭存在很大風險，提供足夠的路側(cè)橫向凈區(qū)及鼻端縱向凈區(qū)，能有效降低失控車輛碰撞端頭的機會。

2. 采取合理的護欄端頭處理方式

為進一步降低端頭的危害性，同時應充分考慮以下處理方式：外展布局、端頭重疊布局、緩沖設施。

（1）外展布局

外展布局是指將護欄平面布局以漸變方式往公路外側(cè)偏移，增加護欄端頭與行車道之間的橫向距離。外展是最簡單的處理方式，但需有足夠的土路肩。單純外展只能降低風險，不能移除端頭的危害性，外展后的護欄端頭應盡可能錨固在邊坡內(nèi)或直接錨固在擋土墻上。邊坡錨固的方式可分為兩種，第一種是將波形梁護欄及樁柱埋進在壓實的邊坡內(nèi)，另一種方法是在邊坡外直接用漸變方式設置混凝土護欄。

（2）端頭重疊布局

公路路側(cè)在以下情況可能需要設置開口：讓車內(nèi)人員走進受護欄保護的避險空間；路側(cè)管理或養(yǎng)護設施的接入口；橫道開口。這類情況可考慮在開口兩端的護欄采用重疊布局（見圖21），令上一段護欄的下游端頭有效覆蓋下一段護欄的上游端頭，避免失控車輛直接碰撞上游端頭。需要注意，這類布局設計非常適合高速公路等有中分帶的公路；雙車道公路需要考慮兩個方向車流，一般不采用；護欄端頭需要完善錨固處理，確定需要重疊的范圍。

（3）緩沖設施

緩沖設施包括消能端頭和防撞墊，這類裝置一般屬于經(jīng)過測試符合規(guī)范要求的產(chǎn)品。消能端頭一般屬于非導向型；防撞墊分為導向型和非導向型。選用這類裝置需要考慮以下條件：失控車輛在裝置前方?jīng)_出路側(cè)是否安全；失控車輛穿越裝置沖出路側(cè)是否安全；失控車輛穿越裝置會否與反向交通相撞。不過，緩沖設施產(chǎn)品價格較高，且需要考慮長遠養(yǎng)護，因此一般只會在別無選擇時于特定的高風險路側(cè)位置采用。但隨著技術(shù)發(fā)展，價格較低廉且具高效益的緩沖設施產(chǎn)品將來也可能更普及采用。

（二）閆書明

1. 宜結(jié)合最新規(guī)范對護欄端頭進行提升改造

根據(jù)目前掌握的事故情況來看，易出現(xiàn)嚴重事故的主要是早期建造的護欄端頭，建議有條件應結(jié)合2017年交通運輸部頒布的《公路交通安全設施設計規(guī)范》JTG D81-2017和《公路交通安全設施設計細則》JTG/T D81-2017，對路側(cè)護欄端頭、中分帶開口護欄、防撞墊（分流三角端緩沖設施）的設置進行提升改造。

《公路交通安全設施設計規(guī)范》JTG D81-2017第6.2.13條規(guī)定“迎交通流的護欄端頭應按下列方法進行外展或設置緩沖設施（見圖22）：外展至土路肩寬度范圍外，具備條件時，宜外展至計算凈區(qū)寬度外；位于填挖交界時，應外展并埋入挖方路段不構(gòu)成障礙物的土體內(nèi)；無法外展時，高速公路、一級公路及作為干線的二級公路應設置防撞端頭，或在護欄端頭前設置防撞墊，作為集散的二級公路及三級、四級公路宜采用地錨式端頭，并進行警示提醒或設置立面標記；作為干線的二級公路，宜考慮車輛碰撞對向車行道護欄下游端頭的可能性。”規(guī)范的最新規(guī)定能夠有效消除或降低路側(cè)護欄端頭的安全隱患。

《公路交通安全設施設計規(guī)范》JTG D81-2017第6.4節(jié)規(guī)定“中央分隔帶開口護欄的防護等級宜與相鄰路段保持一致，同時應與相鄰中分帶護欄合理過渡?！边@樣規(guī)定實質(zhì)是將中分帶開口護欄與中分帶護欄合為一體（見圖23），消除中分帶護欄開口端頭結(jié)構(gòu)，降低該位置安全隱患程度。

《公路交通安全設施設計規(guī)范》JTG D81-2017第6.5節(jié)規(guī)定“在分流三角端應或宜設置防撞墊（見圖24）”，這樣能有效降低車輛碰撞分流三角端的嚴重程度。

規(guī)范的最新規(guī)定將護欄端頭消除或增加緩沖防撞設施，均可有效降低護欄刺穿車身的事故概率，對于既有的交通設施，可采用規(guī)范的指導原則進行相應提升改造；對于新建公路交通設施，最新規(guī)范也具有很好的指導作用。

護欄端頭的安全設計

護欄端頭指的是護欄在起點或終點處所做的一種特殊處理（護欄標準段開始端或結(jié)束端所設置的端部結(jié)構(gòu)）。路側(cè)護欄主要依據(jù)路堤填土高度、邊坡坡度及路側(cè)的危險程度決定是否設置，因此，一般路側(cè)護欄不是連續(xù)設置的，每設置一段護欄就有一個起點和終點就需設置護欄端頭。端頭處置的重點在起點處，也即護欄段的上游或稱迎車面，如設在上跨橋橋墩迎車面以及設在中央分隔帶起終點的護欄端頭。

車輛撞到未經(jīng)特殊處置的護欄端頭時，由于碰撞角度大，對車輛的導向作用不顯著、緩沖時間短、加速度大，因此，汽車與護欄端頭碰撞事故的嚴重程度要遠遠大于汽車與路側(cè)刮擦所造成的事故的嚴重性。此外，護欄端頭還可能刺穿車輛，或者導致車輛傾覆?；谏鲜鲈颍o欄端頭設計時應該注意以下獨特的性能：一是失控車輛正面碰撞時具有很好的吸能效果；二是斷頭護欄板不會穿透乘客車廂危機乘客安全；三是端頭側(cè)板應具有很好的導向性能使失控車輛不會再端頭處因阻絆而突然停住；四是護欄端頭結(jié)構(gòu)連接牢固、整體性好。

此外，由于護欄端頭是與護欄標準段相連接的，因此，良好的護欄端部安全處置需要與護欄標準段的設置要求一并考慮，才能夠最大程度的發(fā)揮護欄端頭的安全特性。