汪子涵，陳 典

(四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司勘察設(shè)計(jì)分公司,四川 成都 610000)

我國(guó)大多數(shù)已建高速公路在遇到上跨橋梁時(shí)多采用中間立墩多孔跨越的方式。一般而言,上跨高速公路采用一孔跨越,避免了在中央分隔帶立墩帶來(lái)的安全隱患,保證了行車(chē)及橋梁結(jié)構(gòu)安全,但隨著橋梁跨度的增加,橋梁造價(jià)往往增加較多[1],對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的投資不利,從而制約了此方案的實(shí)施,而中央分隔帶設(shè)墩具有較高的經(jīng)濟(jì)性,同時(shí)可降低技術(shù)難度,節(jié)約占地,綠色環(huán)保。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,已建高速公路交通量日益增長(zhǎng),且大型貨車(chē)的比例逐年增加,對(duì)中央分隔帶既有墩柱的威脅日益增大,而以往依據(jù)2006版《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)中央分隔帶墩柱的防護(hù)設(shè)計(jì)措施較弱,直到2017版《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]才得以加強(qiáng),期間11年興建了大量高速公路,存在較多中央分隔帶立墩的情況,嚴(yán)重影響了橋梁結(jié)構(gòu)的安全。因此對(duì)高速公路中央分隔帶既有墩柱防護(hù)提升刻不容緩。

對(duì)車(chē)速不大于100 km/h的高速公路,中央分隔帶寬度一般取1.5 m,在既有墩柱存在的情況下,布設(shè)防護(hù)措施較為緊張,加大了處治難度。

1 工程概況

本文以某段高速公路中央分隔帶既有墩柱防護(hù)設(shè)計(jì)為實(shí)例來(lái)闡述此種防護(hù)方法。該路段采用雙向四車(chē)道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),設(shè)計(jì)速度80 km/h,路基寬度24.5 m,中央分隔帶寬2 m,于2015年建成通車(chē)。上跨高速橋梁多為車(chē)行天橋,采用中間立墩多孔跨越的方式,中間墩柱分為獨(dú)柱、多柱形式,截面形式分為橢圓形以及圓形等多種形式,現(xiàn)墩柱兩側(cè)均為兩波波形梁護(hù)欄(見(jiàn)圖1),該種防護(hù)方式不符合現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范要求,防護(hù)能力較弱,且受制于建筑限界要求[3],護(hù)欄距既有墩柱距離較小,護(hù)欄受撞變形極易對(duì)構(gòu)造物造成嚴(yán)重?fù)p傷,對(duì)沿線(xiàn)高速行車(chē)及構(gòu)造物存在極大安全隱患。

2 中央分隔帶既有墩柱防護(hù)設(shè)計(jì)

本路段于2015年建成通車(chē),當(dāng)時(shí)對(duì)中央分隔帶墩柱的防護(hù)要求相較于現(xiàn)行規(guī)范較為寬松。然而,為滿(mǎn)足當(dāng)前日益增長(zhǎng)的通行安全需求,本文將依據(jù)最新的交通安全規(guī)范對(duì)既有墩柱進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)。通過(guò)采用現(xiàn)行規(guī)范提高了墩柱防護(hù)措施的有效性和可靠性,從而提升整個(gè)高速公路的安全性能。在具體的防護(hù)設(shè)計(jì)中,需充分考慮中央分隔帶墩柱的特點(diǎn)和既有情況,并結(jié)合最新的交通安全規(guī)范要求,制定出科學(xué)合理的防護(hù)方案。

2.1 確定護(hù)欄防護(hù)形式

本路段中央分隔帶寬2 m,除去C值=0.25 m(設(shè)計(jì)速度不大于100 km/h時(shí)為0.25 m)以及既有墩柱所占空間,墩柱兩側(cè)可實(shí)施防護(hù)寬度最小不足5 cm,對(duì)防護(hù)設(shè)施的強(qiáng)度及剛度都有較高要求,為避免防護(hù)設(shè)施受撞變形對(duì)墩柱的影響,防護(hù)設(shè)計(jì)選用一定長(zhǎng)度的剛性混凝土護(hù)欄[4],為加強(qiáng)既有墩柱附近防護(hù)能力,選用加高直臂型護(hù)欄,并延伸至既有橋墩外一定距離,以增加既有墩柱周邊護(hù)欄高度及厚度。綜上,為盡量保證墩柱防護(hù)設(shè)施可靠性并減少其對(duì)既有結(jié)構(gòu)的影響,既有墩柱防護(hù)設(shè)計(jì)采用直臂型剛性混凝土護(hù)欄設(shè)置于既有墩柱兩側(cè)。

根據(jù)JTG/T D81—2017公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則[5]6.2.3.1條要求,本路段中央分隔帶內(nèi)既有墩柱護(hù)欄防護(hù)等級(jí)應(yīng)采用SBm級(jí),同時(shí)依據(jù)相關(guān)管理單位介紹,本路段大型車(chē)輛所占比例較高,根據(jù)6.2.3.2條,應(yīng)對(duì)既有墩柱防護(hù)等級(jí)提高1個(gè)等級(jí),因此采用SAm級(jí)防護(hù)等級(jí)。

為避免混凝土護(hù)欄在實(shí)施過(guò)程中對(duì)既有墩柱產(chǎn)生影響,以及車(chē)輛撞擊混凝土護(hù)欄時(shí)將撞擊力傳遞到既有墩柱,同時(shí)滿(mǎn)足混凝土護(hù)欄的變形要求,在既有墩柱周邊與混凝土護(hù)欄之間保留了2 cm～5 cm間距[6](填充硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料,其具有良好的緩沖作用,能夠有效地吸收和分散撞擊力,降低對(duì)既有墩柱的影響),同時(shí)對(duì)既有墩柱周邊護(hù)欄內(nèi)的鋼筋進(jìn)行了加強(qiáng),通過(guò)增加鋼筋的數(shù)量或直徑,提高了護(hù)欄的抗沖擊能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,盡量保證護(hù)欄的防撞能力不被削弱。

中央分隔帶既有墩柱防護(hù)護(hù)欄采用樁基方式,可大大提高單側(cè)護(hù)欄防撞能力。在現(xiàn)澆混凝土護(hù)欄前先打入鋼管樁,鋼管樁縱向布置間距為100 cm,采用φ140 mm×4.5 mm×1 200 mm鍍鋅鋼管,伸入基座以下85 cm,其必須牢固埋入基座中,并與混凝土護(hù)欄連成整體,地基的承載力應(yīng)不小于150 kN/m2。防護(hù)護(hù)欄采用分離式混凝土護(hù)欄,為加強(qiáng)護(hù)欄的整體防撞能力,使兩側(cè)護(hù)欄形成整體共同抵抗撞擊力,更有效對(duì)既有墩柱形成防護(hù),兩側(cè)護(hù)欄之間應(yīng)間隔設(shè)置鋼筋混凝土支撐塊,并填充一定高度素土(可同時(shí)滿(mǎn)足綠化要求),同時(shí),防護(hù)護(hù)欄與既有墩柱之間間隔較小,且為剛性護(hù)欄,基礎(chǔ)不均勻沉降易導(dǎo)致護(hù)欄開(kāi)裂、偏斜并與既有墩柱相接觸,影響防撞效果,因此還需在護(hù)欄底部鋪設(shè)10 cm厚混凝土墊層以減少基礎(chǔ)不均勻沉降對(duì)防護(hù)護(hù)欄的影響。此外,考慮到分離式護(hù)欄中間積水排放,需要在護(hù)欄底部間隔2 m預(yù)埋φ50 mm PVC排水管,一端應(yīng)設(shè)置濾網(wǎng)進(jìn)行保護(hù),以防堵塞,如遇超高路段,需結(jié)合原設(shè)計(jì)排水系統(tǒng),由縱向盲溝匯集積水再由橫向排水管排出。防護(hù)護(hù)欄剖面如圖2所示。

2.2 護(hù)欄防護(hù)過(guò)渡段設(shè)計(jì)

本次既有墩柱防護(hù)采用SAm級(jí)混凝土剛性防撞護(hù)欄,與之相連接的路基護(hù)欄則采用的是SBm級(jí)波形梁護(hù)欄,根據(jù)JTG D20—2017公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范6.2.14條要求,不同防護(hù)等級(jí)或不同結(jié)構(gòu)形式的護(hù)欄之間連接時(shí),應(yīng)進(jìn)行過(guò)渡段設(shè)計(jì),且護(hù)欄過(guò)渡段的防護(hù)等級(jí)應(yīng)不低于所連接護(hù)欄中較低的防護(hù)等級(jí)。因此,既有墩柱防護(hù)護(hù)欄端部處理采用過(guò)渡段設(shè)計(jì),端部處增設(shè)一段過(guò)渡段與普通波形梁護(hù)欄進(jìn)行過(guò)渡[7]。本次護(hù)欄過(guò)渡段設(shè)計(jì)參照橋梁護(hù)欄與路基護(hù)欄間過(guò)渡段設(shè)計(jì)實(shí)施,過(guò)渡段采用3 m長(zhǎng)混凝土變高段與波形梁護(hù)欄搭接,并對(duì)搭接處波形梁護(hù)欄進(jìn)行加強(qiáng)處理,波形梁護(hù)欄過(guò)渡段長(zhǎng)度不小于10 m,其防護(hù)等級(jí)與原設(shè)計(jì)保持一致。防護(hù)護(hù)欄過(guò)渡段布置圖如圖3所示。

通過(guò)這樣的過(guò)渡段設(shè)計(jì),能夠確保既有墩柱防護(hù)護(hù)欄與路基護(hù)欄之間的平滑過(guò)渡,避免了不同防護(hù)等級(jí)或結(jié)構(gòu)形式之間的沖突或不協(xié)調(diào)。這不僅能夠提高道路交通的安全性,還能夠提升駕駛員和乘客的行車(chē)體驗(yàn),降低交通事故的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 護(hù)欄防護(hù)設(shè)計(jì)小結(jié)

綜上所述,結(jié)合本路段實(shí)際情況并依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求,對(duì)中央分隔帶既有橋墩防護(hù)設(shè)計(jì)采用現(xiàn)澆混凝土護(hù)欄圍繞包封,相應(yīng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下:

1)混凝土護(hù)欄高度1.5 m及以上;2)護(hù)欄設(shè)計(jì)等級(jí)為五(SAm)級(jí)及以上;3)自橋墩起上、下游長(zhǎng)度為9 m范圍內(nèi)設(shè)置混凝土護(hù)欄;4)混凝土護(hù)欄基礎(chǔ)采用樁基方式(鋼管樁),兩側(cè)混凝土護(hù)欄之間每隔2 m設(shè)置一處寬40 cm、厚10 cm～20 cm的鋼筋混凝土支撐塊,中間填充素土,護(hù)欄底鋪設(shè)10 cm厚現(xiàn)澆混凝土墊層;5)混凝土護(hù)欄采用過(guò)渡段設(shè)計(jì),通過(guò)3 m長(zhǎng)變高度過(guò)渡段與相鄰波形梁護(hù)欄搭接,搭接處波形梁護(hù)欄進(jìn)行加強(qiáng)處理,波形梁護(hù)欄過(guò)渡段長(zhǎng)度不小于10 m,其防護(hù)等級(jí)與原設(shè)計(jì)保持一致;6)混凝土護(hù)欄采用直臂型。

采用上述防護(hù)設(shè)計(jì)的同時(shí),采用下述一些輔助防護(hù)措施[8]亦能盡量降低車(chē)撞安全風(fēng)險(xiǎn),進(jìn)一步保證高速公路運(yùn)營(yíng)安全:

1)在橋墩上游路段宜管理大型貨車(chē)靠右行駛,局部路段禁止大型貨車(chē)超車(chē)并限速管理;2)在既有墩柱及防撞護(hù)欄迎車(chē)面涂刷反光漆、設(shè)置警示標(biāo)志。

其中據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,高速公路很多突發(fā)事故是因大貨車(chē)車(chē)速快、超車(chē)、變道及駕駛?cè)藛T注意力不集中等而避讓不及發(fā)生的[9],管理大型貨車(chē)靠右行駛、禁止超車(chē)、限速行駛等可以有效改善大貨車(chē)在危險(xiǎn)路段行車(chē)秩序,而在既有墩柱及防撞護(hù)欄迎車(chē)面涂刷反光漆、設(shè)置警示標(biāo)志等可以提前提醒車(chē)輛駕駛?cè)藛T前方道路需保持注意,兩者均可降低碰撞事故發(fā)生的概率,進(jìn)一步降低車(chē)輛碰撞對(duì)中央分隔帶既有墩柱的潛在危害,有效保障高速通行安全。

3 保通措施

因既有墩柱防護(hù)針對(duì)已運(yùn)營(yíng)高速公路,為維持正常交通,保證路上交通的正常通行,應(yīng)做好相關(guān)保通措施以保證施工車(chē)輛、施工人員及高速正常行車(chē)的安全,盡可能減少施工干擾造成的不利影響?？紤]到防護(hù)護(hù)欄為分離式護(hù)欄,采用逐側(cè)施工,故斷道僅需對(duì)施工側(cè)行車(chē)道進(jìn)行封閉即可,具體保通措施如下:

1)警告區(qū)保通設(shè)施設(shè)置:警告區(qū)的長(zhǎng)度為2 km,自起點(diǎn)依次設(shè)置前方施工2 km、前方施工1 km、限速60 km、前方施工500 m、車(chē)道數(shù)減少標(biāo)志、警示頻閃燈、禁止超車(chē)、前方施工車(chē)輛慢行、限速30 km、仿真警察等標(biāo)志。

2)上游過(guò)渡區(qū)保通設(shè)施設(shè)置:上游過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度為120 m,起點(diǎn)設(shè)置向左行駛閃光箭頭標(biāo)志、中間設(shè)置導(dǎo)向標(biāo)志、終點(diǎn)設(shè)置施工長(zhǎng)度標(biāo)志。交通錐應(yīng)從路肩邊緣開(kāi)始設(shè)置,逐漸漸變到工作區(qū)域,設(shè)置間距不大于3 m。

3)縱向緩沖區(qū)和工作區(qū)保通設(shè)置:縱向緩沖區(qū)長(zhǎng)度為100 m,工作區(qū)設(shè)置長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)工作項(xiàng)目的情況,按照《公路養(yǎng)護(hù)安全作業(yè)規(guī)程》的規(guī)定執(zhí)行。在縱向緩沖區(qū)起點(diǎn)設(shè)置帶警示燈的路欄,交通錐應(yīng)兩個(gè)重疊,間距不大于3 m設(shè)置,水馬路障間距5 m設(shè)置在橫向緩沖區(qū)內(nèi)。

4)下游過(guò)渡區(qū)和終止區(qū)保通設(shè)施設(shè)置:下游過(guò)渡區(qū)或終止區(qū)設(shè)置長(zhǎng)度不小于30 m,在終止區(qū)終點(diǎn)設(shè)置解除限速標(biāo)志、解除禁止超車(chē)標(biāo)志。交通錐設(shè)置間距不大于3 m,從工作區(qū)開(kāi)始設(shè)置,漸變到路肩邊緣。

具體保通方案如圖4所示。

4 中央分隔帶既有墩柱防護(hù)設(shè)計(jì)實(shí)例

本次中央分隔帶既有墩柱防護(hù)設(shè)計(jì)共涉及整條高速十多處工點(diǎn),本文挑選兩處具有代表性的工點(diǎn)進(jìn)行示意。

4.1 既有墩柱為獨(dú)柱橢圓墩接擴(kuò)大基礎(chǔ)

本橋?yàn)樯峡绺咚俟范?上部結(jié)構(gòu)采用2×20 m預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁,下部結(jié)構(gòu)橋墩設(shè)立于中央分隔帶,采用獨(dú)柱橢圓墩接擴(kuò)大基礎(chǔ),橢圓墩截面長(zhǎng)軸長(zhǎng)度1.5 m(順高速行駛方向),短軸長(zhǎng)度1 m,如圖5(a)所示。

1)護(hù)欄與既有墩柱相接處設(shè)計(jì)。結(jié)合第二節(jié)相關(guān)內(nèi)容,該墩柱兩側(cè)可實(shí)施防護(hù)寬度為25 cm。護(hù)欄與既有墩柱相接處保留5 cm空隙并采用硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料填充,護(hù)欄適應(yīng)既有墩柱外形變化,最小壁厚20 cm,護(hù)欄縱向主筋與交接面干擾時(shí)在相應(yīng)沖突位置截?cái)?其余保持通長(zhǎng)布置,以盡量減少對(duì)護(hù)欄防撞能力的削弱。相接處設(shè)計(jì)如圖5所示。

2)護(hù)欄總體布置。護(hù)欄總體布置可參照第二節(jié)相關(guān)內(nèi)容實(shí)施。由于該既有墩柱基礎(chǔ)為擴(kuò)大基礎(chǔ),相接處與防護(hù)護(hù)欄構(gòu)造存在較大沖突,為避免新建防護(hù)護(hù)欄與既有結(jié)構(gòu)連成整體,可采取以下措施:適當(dāng)挪移鋼管樁、橫向支撐塊等;控制護(hù)欄露出地面高度不變,適當(dāng)減薄現(xiàn)澆層等厚度;新建結(jié)構(gòu)與既有結(jié)構(gòu)不可避免接觸時(shí),需在接觸面鋪設(shè)1 cm厚油毛氈。

護(hù)欄總體布置如圖6所示。

4.2 既有墩柱為多柱圓柱墩接樁基礎(chǔ)

本橋?yàn)樯峡绺咚俟范?上部結(jié)構(gòu)采用2×20 m預(yù)應(yīng)力分幅連續(xù)梁,下部結(jié)構(gòu)單幅采用三柱圓柱墩接樁基礎(chǔ),6根墩柱連續(xù)設(shè)立于中央分隔帶,墩柱直徑1.4 m,樁基直徑1.5 m,首尾墩柱間隔近25 m,既有墩柱存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。

1)護(hù)欄與既有墩柱相接處設(shè)計(jì)。該墩柱兩側(cè)可實(shí)施防護(hù)寬度僅為5 cm。護(hù)欄與既有墩柱相接處保留2 cm空隙并采用硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料填充,護(hù)欄適應(yīng)既有墩柱外形變化,最小壁厚僅3 cm,在其25 cm范圍采用涂抹聚合物水泥砂漿進(jìn)行外包,內(nèi)置D10鋼筋網(wǎng)并伸入周邊混凝土結(jié)構(gòu),護(hù)欄縱向主筋與交接面干擾時(shí)在相應(yīng)沖突位置截?cái)唷Ｏ嘟犹幵O(shè)計(jì)如圖7所示。

2)護(hù)欄總體布置。護(hù)欄總體布置可參照第二節(jié)相關(guān)內(nèi)容實(shí)施。由于該既有墩柱地系梁與防護(hù)護(hù)欄構(gòu)造存在部分沖突,可采取同上措施避免新建防護(hù)護(hù)欄與既有結(jié)構(gòu)連成整體。該處既有墩柱首尾間隔近25 m,混凝土護(hù)欄防護(hù)應(yīng)自首尾墩柱上下游9 m范圍內(nèi)連通設(shè)置,防護(hù)范圍較大。護(hù)欄總體布置如圖8所示。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,高速公路交通量不斷增加,重載車(chē)的比例不斷上升,高速公路中央分隔帶既有墩柱受撞安全風(fēng)險(xiǎn)顯著增加,嚴(yán)重影響了高速公路的運(yùn)營(yíng)安全,對(duì)高速公路中央分隔帶既有墩柱防護(hù)提升刻不容緩。本文提供了一種既有墩柱防護(hù)設(shè)計(jì)思路,已運(yùn)用于實(shí)踐中,在此供其余同類(lèi)項(xiàng)目借鑒參考。