上跨高速公路桥梁中央分隔带桥墩防撞设计

GXF360 2018-04-19

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早期建成的高速公路路基段中央分隔带普遍采用的是分离式防撞波形梁,对整体式路基具有一定分隔作用,具有一定的防撞能力,对桥墩处防撞护栏进行加强不足,原有路基防护栏为分离式防护栏,中央分隔带通过双侧防护栏起到分隔、防撞作用,防止车辆越到对向车道,而对桥墩只有单侧护栏起到防撞作用,单侧防护栏防撞能力弱,对桥墩保护作用较小,所以易发生撞击事故。

1 中央分隔带设墩必要性

既然中央分隔带设墩存在一定交通安全隐患,是否可以取消中央分隔带设墩呢？目前我国高速公路多为双向四车道、六车道及八车道,采用常规跨径预制结构跨越四车道高速公路桥梁在斜交角不太小情况下,一般可以单孔跨越,但对于六车道以上高速公路采用一孔跨越,跨径和梁高均增加较大,常规预制结构跨径难以满足,尤其当上跨桥梁与被交路交角较小时,一孔跨越更加困难,需要采用现浇、悬浇或钢结构桥梁,经济代价较大,随着经济社会发展,受项目周边环境制约,上跨桥梁高度有时成为决定桥梁方案选择的重要制约因素,而在中央分隔带设墩可减少近一半跨径,大幅降低上跨桥梁建筑高度,整体减小结构尺寸,增加上下部结构协调美观性,特别对上跨桥梁为填方路段而言,由于减少了上跨桥梁纵断,可降低纵坡,节约桥头引线路堤占地,减少借方填筑,也符合目前倡导的绿色公路理念。

对跨越高速公路桥梁而言,在中分带设墩具有很高的经济性,可降低技术难度,节约占地,绿色环保。因此在桥梁方案比选中有很强的优势和现实需求。

2 中央分隔带宽度演变

中央分隔带宽对桥墩及防撞设施尺寸有较大影响,我国公路工程技术标准对中央分隔带宽度的规定有一些演变,中央分隔带示意见图1,其中M1为中间带宽度,M2为中央分隔带宽度,C值为安全余宽值,S1为左侧路缘带宽度,其中在2003版《公路工程技术标准》中对中央分隔带宽度有明确的规定,对各设计时速条件下的中央分隔带宽度一般值和最小值给出了具体推荐值,在新颁布的2014版《公路工程技术标准》中对中央分隔带宽度推荐数值无具体规定,改为根据公路项目中央分隔带功能确定,而中央分隔带基本功能有分隔、防撞、防眩,附加功能有绿化、埋设管线等,关于这一条文变化主要是因为中国地域差异明显,高寒、干旱省份修建高速公路中央分隔带绿化功能难以实现,另外近年跨海高速公路和桥梁快速发展,跨海桥梁中央分隔带绿化功能也无必要,防眩功能采取工程措施都可以实现,另外随着新型护栏等设施的不断发展,能够满足中央分隔带基本分隔和安全防护功能的最小宽度指标也逐渐缩减,因此,新版技术标准已不再规定中央分隔带具体宽度值。

新旧技术标准颁布时间间隔相差近十一年,期间建成了大量的高速公路,对于采用中分带绿化防眩的一般高速公路而言,由于设计单位有一定设计惯性,目前国内多数设计单位仍沿袭了03版标准中央分隔带设计宽度值,即高速公路按设计时速120km/h中央分隔带一般值(中央分隔带宽数值无特殊说明时均指一般值)宽3m,100km/h和80km/h宽均为2m。设计时速120km/h对应余宽C值为0.5m,设计时速100km/h和80km/h对应余宽C值均为0.25m,中央分隔带宽度减去两个C值所剩的宽度为布置桥墩和防撞设施的宽度,对于3m宽中央分隔带剩余2m基本可满足常规桥墩及刚性防撞设施布置要求,2m宽中央分隔带减去2个C值剩余1.5m,布置桥墩及防撞设施较紧张。

图1 整体式路基建筑限界

3 桥墩防撞设施选型

中央分隔带防撞设施保护对象是桥墩,为防止车辆直接撞击桥墩,宜采用刚性防撞设施,目前国内采用较多的防撞设施有加强型分离式防护栏、混凝土防撞岛、梁柱式防撞护栏。

加强型分离式护栏多见于早期高速公路设计中,大家对中分带桥墩防撞设计尚未重视,中分带设桥墩处的路基防护波形梁进行加强处理,常见有加密钢立柱间距或由二波梁加强为多波梁,但这种波形梁护栏为半刚性护栏,有较大的变形量,这种护栏对防止小型车辆撞击有一定效果,对大型车辆撞击防护效果有限,难以保证桥墩安全。

刚性防撞设施是目前采用较多的桥墩防撞设施,主要为混凝土墙式防撞岛,按混凝土防撞墙连续性又有分体式防撞岛和整体墙式防撞岛,分体式防撞岛多适用于独柱墩,分体式防撞岛常见于市政道路桥梁防撞设计,桥墩两侧迎车方向设船式防撞岛,中间桥墩是外露的,不能完全避免车辆对桥墩的撞击,这种形式防撞岛近年来已较少采用。

整体墙式防撞岛为贯通墙式防撞设施,适用于多柱式桥墩,防撞岛梁端延伸至桥墩外一定安全距离,可有效保护各桥墩结构安全,墙式防撞岛主要由外露防撞墙及基础组成,为加强整体性,基础隔一定间距加设横系梁连接,提高防撞岛整体防撞能力。图2、图3为某高速公路立交匝道桥防撞岛设计尺寸,主线设计时速为120km/h,中央分隔带宽度3m,有效布置宽度2m,桥墩为圆柱,柱径1.2m,防撞墙根部厚度34cm,桥墩与防撞墙边缘设6cm变形量,中间填砂砾。图4、图5为某高速公路立交匝道桥防撞岛设计尺寸,主线设计时速为100km/h,中央分隔带宽度2m,有效布置宽度1.5m,由于尺寸受限,桥墩设计为矩形墩,尺寸为1.8×0.8m,防撞墙根部厚度29cm,防撞墙主筋直径及间距都进行了加强设计,桥墩与防撞墙边缘设6cm变形量。

图2 3m中分带防撞岛侧面图(cm)

图3 3m中分带防撞岛平面图(cm)

图4 2m中分带防撞岛侧面图(cm)

近年来旧桥加宽改造项目较多,为满足新技术标准要求,需对旧桥桥墩补增防撞设计,由于原桥桥墩已建成,由于原桥柱径尺寸偏大,采用墙式防撞设施将侵占C值空间,难以满足规范要求,这时可以考虑梁柱式防撞护栏,图6、图7为某高速公路加宽改造项目对旧桥中央分隔带桥墩增加防撞设计采用的梁柱式护栏,主线中分带宽3m,原桥柱径1.4m,钢立柱设于混凝土基础上,间距2m,基础横系梁间距2m。