【精细化提升行动方案】提升措施——03提升高速公路桥梁护栏安全防护能力

导读

1.2004年至今，全国陆续开展实施了公路安全保障工程、公路安全生命防护工程、危桥改造工程、提升公路桥梁安全防护能力专项行动，从速度管理、主动引导、被动防护等方面综合施策，我国桥梁护栏安全防护能力得到了有效提升。

2.部分早期修建的高速公路，桥梁护栏与桥面板型式丰富多样，桥梁桥面板承载力与当时的桥梁护栏防护能力是相协调的。随着桥梁安全防护能力的提升，对桥梁桥面板的要求也随之提高，简单接高混凝土护栏以期达到更高的防护能力可能会给桥面板带来撕裂甚至倾覆风险。

3.《精细化提升行动方案》要求提升路侧护栏，对情况较为复杂、治理难度较大的重点路段，组织专业技术力量实地勘察，实行“一点一方案”“一路一设计”，研究制定技术方案并予以实施。

4.中交华安承担了多项桥梁护栏防护能力提升方案技术开发研究工作，针对不同情况提出了不同的再利用提升方案，为《精细化提升行动方案》提升路侧在役桥梁护栏安全防护能力提供了精细化设计方法。

一、高速公路桥梁护栏安全防护能力现状

“十五”时期以来，全国在普通国省干线公路上实施了公路安全保障工程，有效改善了公路行车安全条件；自2014年开始，各级交通运输主管部门扎实推进公路安全生命防护和危桥改造工程实施，一批安全隐患路段得到有效整治，公路安全通行环境持续改善；2018年11月交通运输部在全国交通运输系统开展了《提升公路桥梁安全防护和连续长陡下坡路段安全通行能力专项行动》，对于完善在役公路桥梁防护设施，提升公路桥梁通行防护能力，降低车辆冲破桥梁护栏坠落的安全风险起到了重要作用。

近年来我国公路桥梁数量呈直线上升趋势，2020年公路桥梁数量达到91.28万座。由于建设年代不同，建设水平和标准不同，桥梁桥面系安全防护设施的设置种类和形式多样，防护能力各异。

1994年之前，我国暂无专门的护栏设计规范，《公路工程技术标准》（JTJ 01-88）第10.0.1条第二款规定“高速公路及一级公路的桥梁应设置护栏。”1994年至2006年，高速公路桥梁护栏以PL₂防护等级的组合式桥梁护栏为代表，防护能量达到130kJ。2006年以后，高速公路桥梁护栏最低防护等级为SB级，防护能量280kJ。

图1  PL₂防护等级桥梁护栏实车碰撞试验

2006年以前修建的桥梁，距今已超过15年，桥梁护栏设计建造虽符合当时的标准要求，但随着经济社会不断发展，车辆组成、交通流特征发生了变化，车辆载客量增加、载重量增大，社会公众对公路桥梁行车安全防护能力提出了更高的要求。

经过调研分析发现，同一条高速公路桥梁护栏型式可能丰富多样，如F型混凝土护栏、单坡型混凝土护栏、组合式桥梁护栏、波形梁护栏。尤其是94年之前修建的高速公路，即使同一路段全部设置了组合式桥梁护栏，但其混凝土底座高度、迎撞面变坡点角度、横梁直径仍可能不尽相同。

图2  西南某高速桥梁护栏类型

图3  某绕城高速桥梁护栏类型

JTG D81-2017第6.3.8条规定“桥梁护栏与桥面板应进行可靠连接”，如桥面板强度不足，则可能导致桥梁护栏倾覆或桥面板撕裂。同一条高速公路，与桥梁护栏连接的桥面板情况同样复杂，其桥面板强弱各不相同。比如，西南某高速公路桥面板采用了预应力混凝土简支T梁、预应力混凝土简支空心板、实心板、现浇箱梁等多种型式。

表1  西南某高速代表性桥梁桥面板

某绕城高速公路桥面板采用了T梁、预应力混凝土空心板、现浇箱梁等型式。

表2 某绕城高速代表性桥梁桥面板

在桥梁护栏防护能力提升工作中，如全部拆除重建势必会导致浪费大、投资多、工期长等问题，严重影响公路运营；如对原有护栏进行利旧，则须面对一条高速公路的桥梁护栏和桥面板结构形式有很多种，其配筋型式、高度也可能包含很多种组合的问题，每个桥梁护栏均单独设计一个防护能力提升方案是不现实的。公路桥梁护栏安全防护能力提升，是一项系统工程，因桥、因地各不相同。因此可以考虑“全面排查、关键参数分析、最不利要素组合、防护能力科学提升”的思路对一条高速公路的桥梁护栏防护能力提升提出精准解决方案。

二、高速公路桥梁护栏安全防护能力精细化提升工作任务

交通运输部、公安部共同制定了《公路安全设施和交通秩序管理精细化提升行动方案》，高速公路第一项主要任务就是精细提升安全防护能力。鼓励按照相关标准规范要求并结合交通安全实际，提升路侧护栏的防护能力。对情况较为复杂、治理难度较大的重点路段，组织专业技术力量实地勘察，实行“一点一方案” “一路一设计”，研究制定技术方案并予以实施。推动公路交通安全设施从“有没有”向“好不好”转变。

为此，中交华安公司在总结以往研究成果和成功经验的基础上，制定了桥梁护栏提升方案精细化设计技术路线，以指导高速公路桥梁护栏安全防护能力精细化提升工程的实施。

               

图4  组合式与混凝土桥梁护栏安全防护能力提升精细化设计技术路线

三、提升高速公路桥梁护栏安全防护能力相关处置方案

针对情况较为复杂、治理难度较大的桥梁护栏防护能力提升难题，采用精细化设计方法，开展了多项高速公路桥梁护栏防护能力提升研究项目，成功将跨敏感水域桥梁护栏PL₂等级提升至SS级、将西南某高速公路桥梁护栏PL₂等级提升至SA级、将某绕城高速桥梁护栏PL₂等级提升至SS级，为精细化提升公路桥梁护栏安全防护能力提供借鉴参考。

（1）高速公路跨敏感水域桥梁护栏PL₂等级提升至SS级

经过调研分析17座跨敏感水域桥梁护栏，将其分为3类，确定了每种类型的典型桥梁和最不利形式。

表3  跨敏感水域桥梁护栏分类表

根据分类情况，精细化设计了2种提升方案：对于无翼缘问题的桥梁护栏，去除原有组合式护栏的上部钢横梁和钢支柱，植筋加高混凝土护栏使其总高度至110cm；大翼缘问题的桥梁护栏因植筋加高后翼缘板承载能力不足，因此增设梁柱式结构加高设计。其他类型桥梁采用计算机仿真分析提升方案适用性。

图5  无翼缘问题提升方案

图6  大翼缘问题植筋加高T梁承载力不足

图7  大翼缘问题提升方案

（2）西南某高速老旧桥梁护栏PL₂等级提升至SA级

按照精细化方案设计流程，经调研西南某高速桥梁护栏，确定了桥梁护栏安全防护能力提升技术开发研究方案的研究基础条件，最不利混凝土底座强度等级C25高度56cm，最不利桥面板为边缘10cm厚度悬挑长度102cm的T梁桥面板，提升方案适用于西南某高速全线桥梁护栏防护能力提升。

图8  筛选最不利迎撞面

图9  提升方案优化设计

图10  提升方案实施效果

（3）某绕城高速公路桥梁护栏PL₂等级提升至SS级

采用精细化设计方法，对某绕城高速全线桥梁护栏调研分析后，确定了提升方案研究基础，最不利混凝土底座强度推定値18MPa高度56cm，最不利桥面板为边缘10cm厚度悬挑长度94cm的T梁桥面板。

采用屈服线理论计算植筋加高方案防护能力，由于原有混凝土底座薄弱，采用上部加高方案防护能力无法达到SS级，且加高后桥面板承载能力不足。

图11  屈服线理论计算植筋加高方案

采用计算机仿真分析，对提升方案不断进行优化设计，最终得到适用于某绕城高速适用的桥梁护栏提升方案。

图12  有限元仿真验证提升方案

图13  提升方案实施效果

图14  提升方案SS级实车碰撞试验

桥梁护栏防护能力精细化设计方法的提出，有力破解了情况较为复杂、处治难度较大的在役桥梁安全防护能力的提升难题，对于精细化提升行动桥梁护栏升级改造具有较强的指导意义。桥梁护栏提升时，通过再利用既有桥梁护栏底座，可有效降低施工期间通行车辆发生坠桥的风险，同时能节约施工工期，减少材料使用量，降低桥梁护栏的全生命周期成本，契合《“十四五”现代综合交通运输体系发展规划》推动落实全生命周期养护以及全面推动交通运输规划、设计、建设、运营、养护全生命周期绿色低碳转型的要求。

参考文献：

1.《公路安全设施和交通秩序管理精细化提升行动方案》

2.《提升公路桥梁安全防护能力专项行动技术指南》

3.《公路交通安全设施设计细则》（JTG /T D81—2017）

4.《公路安全生命防护工程实施技术指南》

5.《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范》（JTJ 074—94）

6.《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81—2017）

7.《跨敏感水域桥梁护栏提升技术研究报告》

8.《西南某高速老旧桥梁护栏提升项目研究报告》

9.《某绕城高速公路桥梁护栏提升方案技术开发研究报告》

供稿：卜倩淼  张宏松  宁欣鹏

来源：中交华安