陳帥

(南四湖水利管理局韓莊水利樞紐管理局 山東濟(jì)寧 277600)

1 研究背景

為了強(qiáng)化對(duì)道路、橋梁的保護(hù)和安全管理，管理單位對(duì)部分道路和橋梁設(shè)置限高架或限寬墩等方式限制大型或超高車輛通過，起到了保護(hù)道路和橋梁，保障行車安全的作用。但由于目前限載措施過于簡(jiǎn)單，車輛與限載措施碰撞事件時(shí)有發(fā)生，給人們的生命和財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。同時(shí)，由于事故的發(fā)生造成交通擁堵，救援車輛無法快速抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，還可能被限載措施攔截，錯(cuò)過最佳救援時(shí)間，造成人員的生命和財(cái)產(chǎn)損失。因此，設(shè)計(jì)一種既能有效限載保護(hù)道路橋梁又能避免上述交通事故發(fā)生的智能限載設(shè)施具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

韓莊節(jié)制閘見圖1，位于山東省微山縣韓莊鎮(zhèn)南微山湖出口處，屬韓莊樞紐工程的重要組成部分，是南四湖洪水經(jīng)韓莊運(yùn)河南下的關(guān)鍵性控制工程。作為防汛道路的韓莊節(jié)制閘交通橋是國(guó)道104線上跨越韓莊運(yùn)河的唯一公路橋梁，分為左右獨(dú)立兩幅，也是連接江蘇省徐州市銅山區(qū)和山東省濟(jì)寧市微山縣的重要交通工程，不僅就有防洪意義，對(duì)加強(qiáng)兩省經(jīng)濟(jì)文化交流，促進(jìn)沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展也具有重要意義。由于地處蘇魯省界重要交通樞紐位置，車流量大，且多為運(yùn)載鋼材、鐵礦石等重型車輛，導(dǎo)致橋梁病害較重，技術(shù)狀況評(píng)定為四類橋。2016年12月—2017年1月，韓莊樞紐局對(duì)韓莊節(jié)制閘右幅橋進(jìn)行了應(yīng)急維修，由于只是局部修補(bǔ)和加固，無法起到恢復(fù)或提高設(shè)計(jì)通行荷載標(biāo)準(zhǔn)的作用，為保障工程安全和通行車輛的安全，需對(duì)通行車輛進(jìn)行限載，在右幅橋設(shè)置完善的通行限載，禁止大中型車輛通行。

圖1 韓莊節(jié)制閘全貌

2 軟式限高設(shè)施系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前，公路行業(yè)、水利行業(yè)等應(yīng)用的限高架主要采取單一固定的一體限高架，即硬式限高架，主要的安全隱患是車輛容易與限高架誤撞，給駕乘人員生命財(cái)產(chǎn)造成損失[1]。為了解決限高架應(yīng)用存在的安全隱患，國(guó)內(nèi)外都在積極尋找相應(yīng)的對(duì)策。目前，大多數(shù)都是借助技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)車高，向超高車輛發(fā)出報(bào)警[2-3]。本文在綜合當(dāng)前限高架研究成果的基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)設(shè)計(jì)一種新型軟式道路限高設(shè)施系統(tǒng)，消除安全隱患。

2.1 設(shè)計(jì)思路

對(duì)道路安全管理研究成果進(jìn)行分析可知：采取的安全措施除了設(shè)置正常的警示標(biāo)志外，通常采用的限載措施有限高或限寬兩種方式。由于韓莊閘交通橋北側(cè)與老運(yùn)河交通橋相距較近,兩橋相距約36 m，且兩橋高差較大，橋面高程相差約4.2 m，加之行車道寬度僅7.5 m，若在北側(cè)橋頭設(shè)置限寬墩進(jìn)行限載，缺乏足夠的安全預(yù)警距離，存在較大的安全隱患；綜合考慮，決定采用限高架限載方案。

限高架大體分固定限高架和可調(diào)節(jié)高度限高架。固定限高架為一次性不可調(diào)節(jié)高度限高架，上有標(biāo)志牌，標(biāo)有限高米數(shù)，用于提示車輛，靠架子本身攔截車輛，安裝方便，成本相對(duì)較低，此類限高架缺點(diǎn)是一旦安裝，限制通行高度即是固定的，一旦有超高車輛忽視限高標(biāo)志駛?cè)耄礋o法通行，要么破壞限高架，很有可能造成汽車或限高架損壞或人員受傷[4-5]?？烧{(diào)節(jié)高度限高架可靈活調(diào)整高度，有效避免了車輛與限高架的刮傷，分為手動(dòng)限高架、電動(dòng)限高架兩種；手動(dòng)限高架通過手動(dòng)裝置在需要時(shí)可手動(dòng)抬起限高桿，使用人工操作，效率較低；電動(dòng)限高架自動(dòng)便捷但費(fèi)用較高。設(shè)計(jì)思路圖如圖2所示。

圖2 設(shè)計(jì)思路圖

2.2 設(shè)計(jì)方案

目前，對(duì)于限高系統(tǒng)的設(shè)置過于簡(jiǎn)易，大多數(shù)限高系統(tǒng)只設(shè)置剛性物理限高架，一旦駕駛員誤判誤撞，直接導(dǎo)致車輛損壞甚至危及生命安全。如果限高系統(tǒng)能夠提供一定的容錯(cuò)范圍，讓駕駛員在誤判的情況下可以及時(shí)認(rèn)識(shí)到錯(cuò)誤并彌補(bǔ)，這樣既保證了橋梁的安全，同時(shí)可以保護(hù)車輛和人員生命安全。通過對(duì)道路安全管理研究成果的分析[6]，提出依次設(shè)置限高警示標(biāo)志標(biāo)牌，軟式警示限高架。夜間警示燈和剛性防撞限高架，形成一段防撞緩沖路段，幫助駕駛員及時(shí)發(fā)現(xiàn)超高并避免撞擊。

韓莊節(jié)制閘交通橋軟式限高設(shè)施系統(tǒng)共分為限高防撞設(shè)施，警示及電子抓拍設(shè)備和視頻監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)3個(gè)模塊。

2.2.1 限高防撞設(shè)施

該技術(shù)是在硬式限高架前連設(shè)兩道軟式限高架，軟式限高架使用倒U 型鋼結(jié)構(gòu)框架，頂架下垂可自由擺動(dòng)的橡膠棒，橡膠棒與頂架間通過鎖鏈連接，橡膠棒長(zhǎng)約1.0 m，為整條式，無棱角，防剮蹭，橡膠棒涂刷紅白反光漆。整體安裝方便，造價(jià)經(jīng)濟(jì)，無須人工操作，既能起到警示和提醒作用，又能避免刮傷車輛和損壞限高架，且保證了行車安全。

共制作安裝4套限高架，如圖3所示。在右幅交通橋北端設(shè)置2 道軟式警示限高架，1 道剛性防撞限高架，在南端設(shè)置1道軟式警示限高架，并在限高架上制作安裝限速，限高標(biāo)識(shí)標(biāo)牌和太陽能夜間警示燈，兩側(cè)設(shè)置防撞桶等警示設(shè)施。

圖3 限高架

2.2.2 警示及電子抓拍設(shè)備

考慮韓莊閘交通橋與老運(yùn)河橋相距僅36 m 且高差較大，車輛在通過該路段均存在下橋不減速，上橋急加速的現(xiàn)象，如在該處位置設(shè)置警示牌及電子抓拍設(shè)備，對(duì)超速車輛進(jìn)行相應(yīng)處罰，可起到較好的警示作用。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)過往車輛統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及交管部門建議，在104 國(guó)道沿途設(shè)置限高和限速提醒標(biāo)志標(biāo)牌，并在交通橋北端安裝300 萬電警抓拍單元2 臺(tái)、閃光燈4 臺(tái)、雷達(dá)4 臺(tái)、終端服務(wù)器1 個(gè)、服務(wù)器配備光纖收發(fā)器1對(duì)及交換機(jī)1 個(gè)，安裝T 型立桿1 套，對(duì)雙幅交通橋雙向車輛進(jìn)行限速監(jiān)控抓拍，如圖4所示。

圖4 電子抓拍設(shè)備

2.2.3 視頻監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)

在設(shè)計(jì)過程中，認(rèn)為超高車輛誤判駛?cè)虢煌虻默F(xiàn)象勢(shì)必存在，為避免超高車輛誤判駛?cè)虢煌虻默F(xiàn)象發(fā)生后導(dǎo)致交通擁堵，設(shè)置視頻監(jiān)控與紅外預(yù)警系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控，值班人員發(fā)現(xiàn)問題可以第一時(shí)間到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)指揮，確保交通暢通。

在交通橋北端共設(shè)置球形攝像機(jī)3 臺(tái)，南端設(shè)置球形攝像機(jī)2臺(tái)，監(jiān)控系統(tǒng)全方位、無死角地對(duì)限高架運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控，如圖5 所示，并安裝紅外預(yù)警裝置，一旦發(fā)生事故，值班人員及時(shí)抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，引導(dǎo)超高車輛退出，并對(duì)限高架進(jìn)行檢查修復(fù)工作。

圖5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

2.3 主要技術(shù)指標(biāo)

限載車輛的主要對(duì)象是南去的大型重載車，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)過往的重型與大型車輛尺寸進(jìn)行了測(cè)量統(tǒng)計(jì)。根據(jù)車輛駕駛室、車廂等尺寸的統(tǒng)計(jì)情況，以及限制通行目標(biāo)車輛的情況，綜合比較限高高度取3.0 m，過橋的重型與大型車輛都將被禁行，僅小型車輛可通行。

2.3.1 限高架位置

右幅橋車流方向由北向南，第一道軟式限高架設(shè)在北側(cè)引橋的北端；第二道軟式限高架距第1 道軟式限高架間距約13.5 m，提醒駕駛?cè)藛T前方限高禁止通行；第三道硬式限高架設(shè)距第二道軟式限高架約40 m，給重型車輛留下足夠的安全剎車距離；為防止重載車輛逆行，在右橋的南端設(shè)置一道軟式限高架。

設(shè)置新型限高架后，當(dāng)受限車輛誤闖入限高道路時(shí)，第一道軟式限高架橡膠棒將觸碰到駕駛室，會(huì)產(chǎn)生較大聲響，但不會(huì)損壞駕駛室，提醒了駕駛?cè)藛T；車輛到達(dá)第二道軟式限高架位置時(shí)，橡膠棒再次觸碰到駕駛室，會(huì)產(chǎn)生較大聲響，再次提醒了駕駛?cè)藛T，同時(shí)第二道與第三道限高架之間留有足夠安全剎車距離，有效避免第三道硬式限高架對(duì)駕乘人員的傷害。

2.3.2 限高架技術(shù)指標(biāo)

（1）硬式限高架。倒U型鋼結(jié)構(gòu)框架，考慮到鋼架的穩(wěn)定性，在立柱的后方增設(shè)斜向鋼管支撐，立柱及斜向支撐鋼管端部焊接10 mm 厚鋼板，尺寸為0.4 m×0.4 m，通過螺栓固定在橋面上，鋼管外包現(xiàn)澆混凝土墩，混凝土墩尺寸為0.8 m×0.8 m×1.8 m（寬×高×長(zhǎng)），混凝土墩左側(cè)距離防撞護(hù)欄25 cm，右側(cè)距離人行道板內(nèi)側(cè)25 cm，限高架及混凝土墩涂刷黃黑反光漆，鋼架立柱、橫梁及斜向支撐鋼管直徑尺寸為200 mm，壁厚6 mm，上方框架內(nèi)豎向鋼管直徑為15 cm，壁厚6 mm，如圖6所示。

圖6 硬式限高架數(shù)據(jù)

圖7 軟式限高架數(shù)據(jù)

2.3.3 警示標(biāo)志、標(biāo)識(shí)

按照公路路政管理的有關(guān)法規(guī)、條例等規(guī)定[7],制作安裝一定數(shù)量的警示標(biāo)志、標(biāo)識(shí)及設(shè)施、在運(yùn)河橋的北側(cè)引橋、橋頂側(cè)、橋南側(cè)以及韓莊閘交通橋的北橋頭裝設(shè)韓莊閘交通橋右橋限速標(biāo)志（限速40 km/h），限高標(biāo)志（限高3.0 m），在3個(gè)限高架上方懸掛限高，限速標(biāo)志，在4 個(gè)限高架上各裝設(shè)2 個(gè)太陽能爆閃燈，夜間與霧天啟用，為了避免限高架兩側(cè)立柱及混凝土墩對(duì)車輛造成傷害，在限高架立柱前各設(shè)置防撞桶4個(gè)，共設(shè)置防撞桶32個(gè)。

3 應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)所設(shè)計(jì)的軟式限高設(shè)施方案，本文通過實(shí)際制作安裝將該系統(tǒng)成功地應(yīng)用于韓莊節(jié)制閘交通橋右幅橋限高，具體見圖3。韓莊節(jié)制閘交通橋軟式限載系統(tǒng)自2017 年1 月投入使用至今，有效制止了交通橋病害進(jìn)一步擴(kuò)大，且自身運(yùn)行維護(hù)成本低，保障了防汛道路暢通和防汛物資調(diào)運(yùn)，保障了周邊人民群眾及通行人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益；同時(shí)，通過該系統(tǒng)的運(yùn)用，為工程除險(xiǎn)加固前期工作贏得了時(shí)間。根據(jù)運(yùn)行結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)總體效果良好，達(dá)到了預(yù)期限載目的，實(shí)用性強(qiáng)，具有較高的推廣應(yīng)用前景，該系統(tǒng)已獲得實(shí)用新型專利證書[8]，并榮獲淮河水利委員會(huì)科學(xué)技術(shù)三等獎(jiǎng)。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)相關(guān)限高設(shè)施實(shí)例進(jìn)行現(xiàn)狀分析，設(shè)計(jì)了一種軟式限高設(shè)施系統(tǒng)，作為公共交通設(shè)施更具人性化設(shè)計(jì)，且安全性高、運(yùn)行和維護(hù)成本低、易推廣，較好地解決了剛性限高系統(tǒng)與安全之間的矛盾，運(yùn)行結(jié)果表明：該設(shè)施能夠有效減少超高車輛碰撞限高設(shè)施等事故的發(fā)生，具有良好的應(yīng)用價(jià)值，為道路橋梁管理提供參考。