唐 娜

（湖南省金達工程建設(shè)有限公司,湖南 長沙 410000）

0 引言

公路護欄是保護車輛運行安全和完善公路設(shè)施的重要部分，在發(fā)生車輛碰撞或交通事故時，護欄能夠通過自身承載力，對車輛沖擊進行緩沖，從而保護車輛和駕駛?cè)藛T的生命財產(chǎn)安全。公路護欄的主要工作原理是通過自身的形變對沖掉撞擊動能，根據(jù)此可分為剛性形變、半剛性形變和柔性形變，其中剛性形變護欄采用硬鋼板作為主材，主要應(yīng)用于傍山、懸崖等特殊路段；柔性形變護欄采用鋼絲繩作為主材，其彈性能量較強，能夠大幅度吸收動能，常用于橋梁路段；半剛性形變護欄采用波形板作為主材，是目前采用最廣泛的護欄之一，既能夠保護行車安全，又能通過波形設(shè)計降低駕駛?cè)藛T視覺疲勞、增強道路分辨性，近些年波形護欄建設(shè)多與公路標(biāo)識安裝相結(jié)合，進一步發(fā)揮波形護欄的警示作用?？紤]到我國的具體國情及相關(guān)工程建設(shè)基礎(chǔ)，現(xiàn)階段的實際交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中公路工程面臨著邊坡數(shù)值陡峭和建設(shè)依托土地面積稀少的問題，該文基于《高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計及施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ074—94）的要求，并根據(jù)工程實例，選擇波形護欄進行分析。

1 工程概況

該項目位于永州市寧遠(yuǎn)縣境內(nèi)，工程涉及12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)共81 條線，總里程約203 km，總工期為60 日歷天，缺陷責(zé)任期自實際交工日期起計算2 年，保修期為5 年，護欄防護等級為A 級，能夠承受1.2 t 小型車輛以30°角度、90 km/h 速度撞擊；4 t 中型車輛以30°角度、70 km/h 速度撞擊；8 t 大型車輛輛以30°角度、40 km/h 速度撞擊。另外工程應(yīng)遵循“綠色工程”原則，節(jié)能環(huán)保；做到“零事故”“零死亡”；工程質(zhì)量經(jīng)驗收后判定合格；在工期要求內(nèi)完成工程建設(shè)。

2 工程設(shè)計方案

該次波形護欄建設(shè)工程的總體設(shè)計方案分為立柱、波形梁、錨端三部分，立柱以2.5 m 間距放置，護欄基礎(chǔ)承受力等級為C30，單位護欄中有5 條波形梁進行保護，測量完畢后按照工程設(shè)計，先安裝立柱，再安裝波形梁，經(jīng)檢驗后進行線性調(diào)整并驗收。

2.1 護欄防護機理

（1）工程建設(shè)中的波形護欄要通過仿真試驗、實車碰撞、可靠性驗證三項檢驗工作。

（2）波形護欄遭受撞擊后最大橫向移動距離在1.5 m以內(nèi)，通過定量緩沖，防止車輛強行制動造成的結(jié)構(gòu)性破壞[1]。

（3）波形梁和立柱采取分段安裝方式，兩者之間沒有額外加固措施，可以視為波形護欄中兩個獨立的部分，在遭遇碰撞時，波形梁不會因為立柱損壞產(chǎn)生高度變化；立柱不會因為波形梁牽連發(fā)生位移，保障波形護欄的防護作用[2]。

（4）根據(jù)永州市寧遠(yuǎn)縣實際通車情況和事故統(tǒng)計，針對性調(diào)整波形梁預(yù)張緊力和立柱數(shù)量，從而改變波形護欄各節(jié)點間的防護力，做到工程成本和護欄防護等級的兼顧[3]。

2.2 立柱

（1）立柱鋼材：選取Q235 碳素結(jié)構(gòu)鋼，由于這種鋼材的屈服強度會隨鋼材厚度發(fā)生變化，所以選用厚度為30 mm 的鋼材，屈服強度為260～265 MPa 之間。

（2）立柱規(guī)格：選取“工字形”立柱，立柱高度為1 650 mm、截面直徑為140 mm，具體立柱規(guī)格如圖1 所示[4]。

圖1 立柱規(guī)格圖

（3）立柱組件規(guī)格：單位立柱配有2 塊（560×40×24）mm的側(cè)面護板；1塊（1 560×128×24）mm的腹部護板；2個截面直徑為24 mm 的掛鉤。

2.3 波形梁

（1）波形梁鋼材：Q235 碳素結(jié)構(gòu)鋼，連接螺栓選擇高強螺栓。

（2）波形梁加工：根據(jù)國家《鍍鋅鋼絞線》（GB1200—88）的規(guī)定，在安裝前對波形梁進行熱侵鍍鋅處理，從而達到防腐目的。

（3）安裝方式：波形梁將立柱縱向分為三個部分，從上到下平行安裝、均勻分布，波形梁沿著立柱作用力的反向拉扯，形成局部張力偏轉(zhuǎn)，預(yù)張緊力調(diào)整為4.5±0.5 kN[5]。

2.4 錨端設(shè)計及原理分析

錨端包括端柱、波形梁連接器、混凝土地基三部分，是波形護欄起止兩端的固定裝置，能夠起到均衡作用力、美觀、收束護欄的作用，其中端柱、波形梁連接器的材質(zhì)與常規(guī)立柱、波形梁相同，規(guī)格略有改動；混凝土地基強度為C40，具體錨端設(shè)計圖如圖2 所示[6]。

圖2 錨端設(shè)計圖

錨端的設(shè)計需要將力學(xué)分析作為設(shè)計重點，根據(jù)圖2 所示，其中涉及的力學(xué)元素有危險截面中的波形梁拉力（與常規(guī)波形護欄中的波形梁相連，力學(xué)作用力在常規(guī)護欄上，無需考量）、波形梁破斷拉力δ=45 t、錨端與混凝土地基相切處的彎矩（彎矩為最大值，無需考量）、錨端的抗剪切強度στ=185.5 MPa、屈服強度σs=265 MPa、抗拉強度為1 780 MPa[7]。

根據(jù)材料力學(xué)和圖2 中錨端規(guī)格可知，矩形截面長為Am、寬為Bm、高為h，將已知力學(xué)元素代入公式（1）：

進而得到力學(xué)推演公式（2）：

通過計算得出長Am=240 mm、寬Bm=280 mm、高h(yuǎn)=30 mm，考慮錨端安裝時的預(yù)設(shè)傾斜角度后，破壞截面大于錨端截面，所以該次設(shè)計錨端截面符合錨端強度要求。為進一步提升強度、降低錨端質(zhì)量，工程中采用中空鋼材（Q235，厚度為40 mm)進行設(shè)計[8]，具體力學(xué)特征如下：

將已知力學(xué)元素帶入計算得到更改后鋼材屈服強度σ0=137.5 MPa，小于更改前鋼材屈服強度σs=265 MPa，并得到錨端截面設(shè)計圖如圖3 所示。

圖3 錨端截面設(shè)計圖

3 落實施工方案

3.1 立柱

3.1.1 立柱外加工

立柱在使用前受到儲藏條件、氣候因素等影響，會受到不同程度的腐蝕，對立柱強度等級產(chǎn)生一定影響，所以在安裝立柱前，統(tǒng)一進行酸洗除銹、熱侵鍍鋅（1號鋅，厚度為75 um)、噴漆上色三個處理環(huán)節(jié)，消除立柱腐蝕，增強立柱抗氧化能力和美觀程度[9]。

3.1.2 安裝工藝

設(shè)計方案中采用波形梁和立柱分段安裝工藝，在實際應(yīng)用時出現(xiàn)立柱搖擺造成施工效率較低的問題，針對此現(xiàn)象，施工人員采用水平儀和牽引繩結(jié)合，輔助定位立柱。另外立柱放樣后，須調(diào)查每根立柱位置的地基狀態(tài)，如遇到地下通信管線、泄水管或涵洞頂部埋土深度不足的情況，應(yīng)對某些立柱的位置進行調(diào)整，或改變立柱固定方式。

3.2 波形梁

3.2.1 波形梁長度

設(shè)計方案中最短波形梁長度為350 m，在實際安裝過程中驗證得出300 m 的波形梁也可以滿足波形梁拉力需求，降低工程成本。

3.2.2 波形梁安裝要求

波形梁的連接螺栓及拼接螺栓不宜過早擰緊，以便在安裝過程中利用波形梁的長圓孔及時進行調(diào)整，使其形成平順的線形，避免局部凹凸，波形梁頂面應(yīng)與道路豎曲線相協(xié)調(diào)，當(dāng)護欄的線型認(rèn)為比較滿意時，方可最后擰緊螺栓[10]。

3.2.3 波形梁連接控制

波形梁安裝過程中出現(xiàn)波形梁長度小于安裝要求長度時，波形梁連接器需要進行連接，避免出現(xiàn)波形梁浪費，需注意，兩個相鄰連接器間距應(yīng)大于70 m。對于設(shè)置長度較長的波形梁護欄，施工時滿足最小安裝長度（48 m）前提下，可在村民通行頻繁的小路處斷開，相應(yīng)增加錨端。

3.3 錨端

3.3.1 錨端安裝要求

錨端應(yīng)平行于護欄，將常規(guī)護欄橫向作用力轉(zhuǎn)變?yōu)榭v向作用力傳遞至地基；錨端頂端波形梁長度應(yīng)小于地層長度，將波形梁拉力傳遞至地基。

3.3.2 錨端角度

在錨端安裝時，出現(xiàn)安裝工人對錨端角度重視程度不足的問題，設(shè)計方案中錨端傾斜角度為79°，改變傾斜角度會造成錨端力學(xué)公式失效，無法保證錨端承載力達標(biāo)，需要工程人員在安裝后進行角度復(fù)檢。

3.3.3 錨端長度控制

錨端裝置地面以上部分長度應(yīng)為485 mm，地面以下高度為520 mm，需要在安裝過程中嚴(yán)格控制。

4 總結(jié)

綜上所述，該文以波形護欄建設(shè)工程實例為研究對象，將波形護欄的設(shè)計方案和實際安裝情況展開應(yīng)用性研究，分析工程實例中立柱、波形梁、錨端三部分的材料選擇、材料處理、部件規(guī)格、安裝工藝、力學(xué)分析等重點環(huán)節(jié)，有利于該類護欄產(chǎn)品化和市場化，也有利于推動相關(guān)配套的設(shè)計、施工及養(yǎng)護規(guī)范的制定和實施。