張 晶，佀冬梅

(齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161000)

很多城市都發(fā)生過行人卡入護(hù)欄致死事件，這警示人們進(jìn)行新型城市道路安全護(hù)欄設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)兼顧功能性及安全性。一些設(shè)計(jì)者對于公路護(hù)欄設(shè)置規(guī)范缺乏重視，沒有充分考量護(hù)欄的安全系數(shù)和人本因素。

城市道路安全護(hù)欄具有減輕事故車輛和人員損傷程度及誘導(dǎo)視線的作用，研究護(hù)欄性能、特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前材料和技術(shù)發(fā)展，利用新材料新技術(shù)，可提升新型城市道路安全護(hù)欄的安全性，為公共安全構(gòu)建一道堅(jiān)固的防線。

以城市道路安全護(hù)欄的安全性為主線，結(jié)合功能性及美觀性，分析了國內(nèi)外護(hù)欄防護(hù)中的先進(jìn)技術(shù)。針對護(hù)欄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和造型設(shè)計(jì)，分析防撞性能和材料的影響，系統(tǒng)研究道路護(hù)欄的改善和應(yīng)用，以進(jìn)一步做好安全護(hù)欄項(xiàng)目，將其推廣應(yīng)用于城市道路防護(hù)中。

1 道路護(hù)欄的基本形式

道路護(hù)欄主要由護(hù)欄板和路樁構(gòu)成。目前，道路護(hù)欄主要有三種類型，即：柔性系統(tǒng)：具有緩沖性能的護(hù)欄結(jié)構(gòu)，兼具美觀性，如纜索安全護(hù)欄，由四根纜索設(shè)置在固定立柱上，汽車失控撞到護(hù)欄時(shí)，柔性系統(tǒng)能夠吸收汽車的碰撞能量，隨著立柱依次倒下，四根鋼索能夠依靠自身的拉應(yīng)力抵抗車輛碰撞力，使汽車在這個(gè)過程中緩慢回到車道，減少傷害，使原本可能形成致命車禍的嚴(yán)重狀況有了緩沖，轉(zhuǎn)換為小傷害或無傷害事故，缺點(diǎn)是沒有良好的視線誘導(dǎo)效果；半剛性護(hù)欄：具有視線誘導(dǎo)功能，較為美觀，常見的有波形梁護(hù)欄、管梁護(hù)欄、箱梁護(hù)欄等梁柱式護(hù)欄結(jié)構(gòu)。其可依靠護(hù)欄自身具有的自由變形度及拉力來對抗汽車碰撞：我國道路常用的為雙波形梁護(hù)欄；剛性護(hù)欄：主要形式為水泥砼墻式，通過汽車輪胎轉(zhuǎn)向或爬高來吸收碰撞力，護(hù)欄在這個(gè)過程中一般不會發(fā)生變形。

2 不同車輛對護(hù)欄設(shè)計(jì)的要求

總結(jié)交通事故發(fā)現(xiàn)，重型客貨車及小客車容易發(fā)生交通事故，事故造成的后果比較嚴(yán)重，且發(fā)生事故的概率呈上升趨勢，其主要原因在于道路護(hù)欄的結(jié)構(gòu)。波形梁護(hù)欄的設(shè)計(jì)對于中型客車具有良好的安全防護(hù)作用，但對小客車防護(hù)能力不夠。

小客車的特點(diǎn)是車身較小，整個(gè)車重心偏低，車輛撞擊時(shí)容易從波形梁護(hù)欄下方卡住或穿過，造成二次事故發(fā)生的可能性，致事故更加嚴(yán)重，因此應(yīng)加強(qiáng)以小客車為主體的道路防護(hù)欄結(jié)構(gòu)的研究。大重型客車及貨車重心高，應(yīng)側(cè)重車輛構(gòu)成及護(hù)欄撞擊點(diǎn)位置、高度等研究，尋求合理的護(hù)欄高度與車輛高度差及安全的防護(hù)范圍，避免發(fā)生撞擊護(hù)欄事故時(shí)出現(xiàn)車輛側(cè)翻引發(fā)重大交通事故。應(yīng)提升防護(hù)欄的防撞性能，發(fā)揮其對車輛的保護(hù)作用。

3 新型城市道路防護(hù)欄的特點(diǎn)

新型材料的應(yīng)用。隨著新材料、新工藝的應(yīng)用，可通過材料來提升護(hù)欄的安全性。目前開發(fā)出的玻璃鋼材質(zhì)護(hù)欄、塑鋼護(hù)欄、PP護(hù)欄及PE材質(zhì)護(hù)欄，其材質(zhì)具有耐久性、經(jīng)濟(jì)性，在吸能方面具有優(yōu)良的使用效果，得到了廣泛應(yīng)用。

護(hù)欄的美觀性。道路護(hù)欄在滿足安全防護(hù)的條件下結(jié)合美學(xué)觀念，提升護(hù)欄的美觀性。護(hù)欄具有特殊構(gòu)造，是一種帶狀連續(xù)的構(gòu)筑物，隨著道路的不斷延伸，形式單一的護(hù)欄容易使人視覺疲勞。應(yīng)在長距離的交通中增加護(hù)欄的變化，通過不同比例、形狀組合、材質(zhì)顏色等關(guān)聯(lián)周圍環(huán)境，使風(fēng)格相互呼應(yīng)。

4 護(hù)欄設(shè)計(jì)

結(jié)合國內(nèi)外技術(shù)優(yōu)勢，對項(xiàng)目調(diào)研中某一護(hù)欄的特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析。

發(fā)揮護(hù)欄作用的最小結(jié)構(gòu)長度如表1所示，該設(shè)計(jì)在路肩護(hù)欄安全性上做了很大提升，在易發(fā)生危險(xiǎn)的路段設(shè)置減緩帶，警示車輛和緩沖車輛的沖擊力，在其整體設(shè)計(jì)上有旋轉(zhuǎn)立柱，緊挨著旋轉(zhuǎn)軸上面的是一個(gè)信號裝置，轉(zhuǎn)彎時(shí)或車輛撞上時(shí)會顯示紅燈，并持續(xù)亮著，來提示后邊的車，避免后車不注意又發(fā)生事故。

表1 護(hù)欄最小結(jié)構(gòu)長度Tab.1 Least structure length of guardrails

4.1 鋼板橡膠合成圓筒

圓筒是利用鋼板與多層天然橡膠與至少兩層以上相同厚度的薄鋼板鑲嵌、黏合、硫化而成，有足夠的剛度以承受水平荷載，有良好的彈性，又有較大的剪切變形。路路肩防護(hù)裝置包括多個(gè)護(hù)欄單元，多個(gè)護(hù)欄單元依次連接。護(hù)欄單元包括軸承、轉(zhuǎn)軸、護(hù)欄板和兩端封閉的放置筒。軸承固定于地面，轉(zhuǎn)軸與軸承內(nèi)圓周壁連接且轉(zhuǎn)軸豎直設(shè)置。放置筒固定于地面，在放置筒側(cè)壁開有豎直設(shè)置的條形孔。

4.2 氣囊

汽車通過公路轉(zhuǎn)彎處時(shí)，如果駕駛速度過快就會撞向護(hù)欄板，容易沖斷護(hù)欄板。在護(hù)欄板上加設(shè)氣囊，放置筒內(nèi)設(shè)有高壓氣瓶，同時(shí)設(shè)置活塞缸及與之匹配的活塞，將高壓氣瓶的出口置于活塞內(nèi)且高壓氣瓶和活塞缸密封，在活塞與活塞缸封閉端添加彈簧，在活塞與高壓氣瓶出口之間的活塞缸側(cè)壁上設(shè)有出氣口，出氣口與氣囊入氣口連通，在活塞缸側(cè)壁設(shè)有限位孔，活塞側(cè)壁設(shè)有第一限位孔，限位孔和第一限位孔連通，限位球嵌入限位孔和第一限位孔內(nèi)進(jìn)行限位。在活塞缸側(cè)壁連接有阻擋殼，阻擋殼將限位球固定，拉繩兩端分別與護(hù)欄板和限位球連接。初始狀態(tài)時(shí)，拉繩兩端固定于護(hù)欄板和限位球，且處于拉緊狀態(tài)，限位球嵌入限位孔和第一限位孔，彈簧處于壓縮狀態(tài)。汽車沖撞到護(hù)欄板上時(shí)，護(hù)欄板變形，拉繩拉動(dòng)限位球沖破阻擋殼，彈簧舒展，帶動(dòng)活塞和頂針運(yùn)動(dòng)，頂針沖破高壓氣瓶的封口，高壓氣瓶內(nèi)的氣體通過出氣口進(jìn)入氣囊內(nèi)，高壓氣瓶為氣囊充氣，充滿氣體的氣囊對汽車的沖撞形成緩沖，降低汽車的沖撞力。氣囊能夠?qū)⒆o(hù)欄板靠近公路內(nèi)側(cè)的側(cè)壁覆蓋，氣囊的范圍越大，對沖撞于護(hù)欄板的汽車緩沖范圍就越廣，可提升道路護(hù)欄的安全性能。

4.3 轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)

以轉(zhuǎn)軸和放置筒取代之間固定型的路樁，當(dāng)車輛撞向轉(zhuǎn)軸時(shí)，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，提供一個(gè)與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的旋轉(zhuǎn)力作用于汽車上，使汽車轉(zhuǎn)向遠(yuǎn)離懸崖的一邊移動(dòng)，防止車輛掉落懸崖，提升公路道路護(hù)欄的安全性能。轉(zhuǎn)軸嵌入條形孔部分的橫截面為劣弧，突出于條形孔部分的橫截面為優(yōu)弧，當(dāng)汽車撞向轉(zhuǎn)軸時(shí)，與轉(zhuǎn)軸的接觸面積更大，轉(zhuǎn)軸提供給汽車的反向旋轉(zhuǎn)力更強(qiáng)，使汽車轉(zhuǎn)向的作用力更大，以進(jìn)一步提升公路道路護(hù)欄的安全性能。

4.4 其余部分

護(hù)欄單元還包括氣囊、高壓氣瓶、彈簧、活塞缸、限位球、報(bào)警裝置。鋼板橡膠圓筒受到破壞變形時(shí)，該裝置會有感應(yīng)并工作，自動(dòng)撥打救援電話，讓救援人員迅速到達(dá)現(xiàn)場解救。頂蓋可以防盜，同時(shí)可以及時(shí)更換損壞或失靈的報(bào)警裝置。

4.5 優(yōu)點(diǎn)分析

提示燈、減速帶在轉(zhuǎn)彎處或即將發(fā)生事故時(shí)提前給車輛警示或減緩震蕩。

鋼板橡膠合成圓筒有足夠的剛度，以承受水平荷載，當(dāng)車輛撞上時(shí)具有良好的彈性，有較大的剪切變形，保護(hù)車輛和人員的安全。報(bào)警裝置在鋼板橡膠圓筒受到破壞變形時(shí)觸發(fā)該裝置，可自動(dòng)撥打救援電話，使救援人員及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場解救。

新護(hù)欄產(chǎn)品適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，能夠更好地應(yīng)對環(huán)境問題，在酸和其他化學(xué)物質(zhì)腐蝕的情況下不改變其性能和保護(hù)作用。能夠保持外觀，美化城市形象。道路護(hù)欄要面對無遮擋的陽光和雨水，這就要求材料能夠抗腐蝕。車輛與護(hù)欄的位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 車輛與護(hù)欄的位置關(guān)系圖Fig.1 Position relationship of vehicle and guardrails

5 護(hù)欄施工管理

護(hù)欄建設(shè)工作較為復(fù)雜，且安裝后的耐用性是關(guān)鍵。護(hù)欄施工的注意事項(xiàng)主要有以下幾方面：

5.1 施工前準(zhǔn)備

材料檢驗(yàn)。檢查質(zhì)量及安裝性能是否符合標(biāo)準(zhǔn)，仔細(xì)核對圖紙，確保到貨產(chǎn)品滿足設(shè)計(jì)要求。材料到場后要做好現(xiàn)場防護(hù)，裝卸期間精心護(hù)理，防止出現(xiàn)人為損壞。材料表面如果是鍍鋅材質(zhì)，檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題可進(jìn)行補(bǔ)鋅處理。

5.2 安裝橋梁護(hù)欄

波形橋梁護(hù)欄需要在路面施工結(jié)束后開始安裝。波形梁和防阻塊在車輛方向上連接，當(dāng)連接長度達(dá)到自然長度時(shí)，安裝螺栓。螺栓不能提前緊固，應(yīng)根據(jù)工藝要求，在縱向整體交接平衡后按照要求達(dá)到相對平滑的線型再緊固各個(gè)螺栓，根據(jù)各個(gè)施工段逐步修復(fù)局部線型，使整條線與局部相匹配，完成護(hù)欄安裝，檢查螺栓的緊固程度。

5.3 控制立柱深度

根據(jù)要求及設(shè)計(jì)重量選擇不同的打樁機(jī)。打樁錘的重量應(yīng)與路基的密實(shí)度成正比。在波形梁護(hù)欄立柱打入地面過程中，要保持立柱的垂直度，施工人員必須使用經(jīng)緯儀等相關(guān)設(shè)備連續(xù)測量，與操作人員進(jìn)行很好的配合，控制打樁機(jī)向4個(gè)方向調(diào)節(jié)。帶有重型打樁錘的打樁機(jī)在施工過中，打樁錘的爆炸性沖擊很大，立柱中的驅(qū)動(dòng)速度會非?？欤┕ば蕰黠@增加。

6 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

6.1 立柱放樣和安裝

采用科學(xué)有效的方法，保證防撞波形梁護(hù)欄的施工質(zhì)量。施工人員要提前研究路緣石，以觀察安裝路緣石是否存在垂直和橫向位移問題，確?？臻g量，從而保障放樣的準(zhǔn)確性。如果水平坡度的高度和寬度之間存在構(gòu)造差異，將無法保證立柱構(gòu)造的垂直平直度，且整個(gè)立柱會呈現(xiàn)波動(dòng)導(dǎo)致構(gòu)造變化。涵洞道路和橋梁安裝立柱時(shí)，須查看兩根立柱之間的間距，根據(jù)避免碰撞的程度確定平均間距，如果距離不滿足整數(shù)，則會產(chǎn)生異性板，增加隱藏的風(fēng)險(xiǎn)和建造成本。施工過程中如果無法避免異形板施工，則需要準(zhǔn)確尺寸數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)校核，加工之前進(jìn)行安裝模擬，如果間距參數(shù)不匹配，需要調(diào)整其他立柱的隔開間距，以平衡所有立柱的位置。立柱施工中，要提前進(jìn)行各種管線的檢查，防止施工中互相影響。

6.2 波形梁護(hù)欄施工

施工人員要明確護(hù)欄施工方案和安全施工要點(diǎn)，保證施工安全。施工期間必須注意護(hù)欄柱和護(hù)欄板的工作進(jìn)展，按照標(biāo)準(zhǔn)施工工藝和方案進(jìn)行。擊打立柱時(shí)，如果因過度碰撞而使立柱偏斜，不要直接拉動(dòng)歪斜的立柱重新敲擊，避免影響其他立柱的垂直度。

7 結(jié)語

護(hù)欄是現(xiàn)代交通中實(shí)現(xiàn)安全通行的重要組成部分，應(yīng)借鑒先進(jìn)的設(shè)計(jì)思路和理念，充分調(diào)查研究，不斷實(shí)驗(yàn)總結(jié)，針對不同路況條件設(shè)計(jì)不同的防護(hù)護(hù)欄。應(yīng)利用先進(jìn)的材料和技術(shù)，不斷研究，與時(shí)俱進(jìn)，研發(fā)適應(yīng)我國道路交通特點(diǎn)的優(yōu)質(zhì)護(hù)欄。