導讀
1。大型車輛撞擊橋墩可能引發重特大交通事故，造成嚴重事故後果和不良社會影響。
2。目前國內外鮮少有專門用於橋墩防護的安全設施，可用於路側距離較近橋墩或中分帶內薄壁墩的安全設施仍處於空白。
3。中交華安品牌SA級高強型低變形量護欄，針對路側或中分帶內橋墩，尤其是薄壁墩提供了高質量防護解決方案，是國內第一款可單側使用的鋼製橋墩防護設施。
一、安全有需求——車輛碰撞橋墩事故後果不容小覷
事故案例1：2015年6月25日，山東泰安S31泰新高速發生一起客車碰撞跨線橋右側橋墩的交通事故，導致5人當場死亡，9人受傷，其中2人重傷。
事故案例2：2020年10月20日早上8點左右，海張高速張家口北至張北南路段發生嚴重交通事故，一輛大型裝置運輸車輛在下壩方向撞到了高速上的一處橋墩，導致橋墩發生斷裂位移。
與上述事故類似的案例，大家並不陌生。公路上必不可少的上跨橋墩通常位於公路的中央分隔帶或路側，在行使其職能的同時，卻也在一定程度上等同於人為設定的障礙物，每年由於車輛碰撞橋墩造成的生命及財產損失不可忽視。
圖1 車輛碰撞橋墩事故照片
二、設計有依據——橋墩防護設計相關規範要求明確
對於上跨橋墩的防護設計，重點須從兩個方面進行考慮：一是避免車輛撞擊橋墩後，使橋墩產生損傷或破壞，造成嚴重的經濟損失或引發更為嚴重的二次事故，此方面可簡稱為障礙物防護或重要路產設施防護；二是降低車輛駛出路外與橋墩撞擊後，給車輛和車內乘員帶來的生命財產損失，此方面可簡稱為乘員防護。
簡單來說就是既要保護橋墩不被撞壞，也要保護車內乘員安全。
《公路交通安全設施設計規範》（JTG D81-2017）6。2。17條規定，當主要行駛車型為大型車輛時，橋墩處護欄的選型應考慮車輛最大動態外傾當量值（VIn）。
圖2 車輛碰撞護欄變形量示意圖
護欄最大橫向動態變形值D：
車輛碰撞試驗護欄過程中，試驗護欄變形後迎撞面相對於其初始位置的最大橫向水平位移。
護欄最大橫向動態位移外延值W：
車輛碰撞試驗護欄過程中，試驗護欄變形後最外邊緣相對於試驗護欄碰撞前最內邊緣的最大橫向水平距離=D+護欄寬度
車輛最大動態外傾值VI：
大中型車輛（包括特大型車輛）碰撞試驗過程中外傾時，車輛最外邊緣相對於試驗護欄碰撞前最內邊緣的最大橫向水平距離。
車輛最大動態外傾當量值VIn：
實車足尺碰撞試驗測出的車輛最大動態外傾值（VI）按照車輛總高4。2m換算後的車輛最大動態外傾值=VI+（4。2-VH）sinα
VH——試驗車輛總高（m）
α——試驗車輛外傾角度（o）
三、應用有困難——橋墩護欄設計選型面臨窘境
公路主要行駛車型不是大型車輛時，橋墩防護設計可以僅考慮護欄的W值。橋墩距離公路護欄位置較遠時，可以選擇波形梁護欄或其他形式護欄進行防護，只須滿足護欄的W值不得大於其迎撞面至橋墩的距離即可。中央分隔帶處的橋墩因兩側空間較小，一般可以選擇混凝土護欄來進行防護。
圖3 使用混凝土護欄保護橋墩（僅考慮W值）
公路主要行駛車型是大型車輛時，需要考慮護欄的VIn值，此類公路中央分隔帶橋墩是否可以選擇混凝土護欄來進行防護？
《公路交通安全設施設計細則》（JTG/T D81-2017）表6-2給出了部分波形梁護欄的W及VIn值。
表1 細則中部分波形梁護欄的W及VIn值
由表1可知，防護等級為A級以上的波形梁護欄，VIn值最小為1。88m。假定某高速公路事故嚴重程度等級為低，設計速度100km/h，C值為25cm，可選用上表中的SB級波形梁護欄，若橋墩直徑以1。2m計，則所需中央分隔頻寬度=0。25+2。27+1。2+2。27+0。25=6。24mm，這樣的波形梁護欄是無法滿足要求的；假設中央分隔頻寬度為3m，則所選用護欄VIn的最小值=（3-0。25-1。2-0。25）/2=0。65m。
圖4 SB級單坡型混凝土護欄（客車碰撞試驗VIn=1。39m）
圖5 SB級F型混凝土護欄（客車碰撞試驗VIn=1。11m）
圖6 SS級加高型混凝土護欄（貨車碰撞試驗VIn=1。55m）
圖7 閩華型SA級混凝土護欄（貨車碰撞試驗VIn=1。90m）
分析SB級單坡型混凝土護欄和SB級F型混凝土護欄碰撞過程，測得的VIn分別為1。39m和1。11m，一般路段選用SB級混凝土護欄也無法滿足VIn的要求。SS級加高型混凝土護欄的VIn為1。55m，依然無法滿足使用要求。其餘結構形式SS級混凝土護欄暫時缺少試驗資料。
為對比SS級混凝土護欄對車輛側傾的影響，選擇對單坡型、F型和加強型SS級混凝土護欄進行模擬模擬計算。計算結果表明SS級混凝土護欄的VIn值均大於1m，此外還獲取一些比較明確的結論：
大型車輛的VIn最大值均出現在車輛的車尾處。
大型貨車的VIn明顯大於大型客車。
貨車車尾處VIn值：F型（1。47m）＞加強型（1。40m）＞單坡型（1。25m）。
圖8 SS不同結構形式SS級混凝土護欄模擬碰撞時側傾對比
因此，當公路主要行駛車輛為大型車輛時，中央分隔帶橋墩處使用混凝土護欄受到限制較多，國內中央分隔頻寬度通常為3m或2m，考慮側向餘寬後，
設定SS級及以下防護等級的混凝土護欄基本不滿足VIn值的要求。
四、研發有成效——SA級低變形量護欄初露頭角
為解決橋墩等較高障礙物防護的問題，2018年底中交華安著手開展研發工作，於2019年9月推出了獨立研發的SA級低變形量護欄，適用於公路中央分隔帶內有門架立柱、橋墩、標誌立柱等高度較高障礙物的路段使用，透過橫撐和X撐將兩側護欄連線成整體，提高護欄剛度，降低變形量，護欄最大橫向動態位移外延值W為0。36m，車輛最大動態外傾當量值VIn為0。506m。本產品已成功應用於陝西、重慶、江蘇700餘座ETC門架，併成功應用於福建橋樑獨柱墩，國內已有多家企業仿製此種雙側互聯的X撐結構。
圖9 SA級高強型低變形量護欄應用示例及變形值
但是由於
該結構須將兩側護欄立柱連線成整體，無法適用於路側橋墩或中分帶內薄壁墩的安全防護
，因此，橋墩防護技術有待進一步提升完善，以適應多種型別橋墩的防護需求。
圖10 上跨橋樑長條墩示意圖
五、技術有突破——用於單側型橋墩防護的SA級高強型低變形量護欄研發成功
2020年10月，中交華安品牌SA級高強型低變形量護欄研發成功，通過了國家交通安全設施質量監督檢驗中心的SA級實車碰撞試驗。
圖11 SA級高強型低變形量護欄實物照片
SA級高強型低變形量護欄由橫樑、立柱、波形梁板、摩擦梁等構件組成，通常在中央分隔帶處的單側長度為18m，雙側長度為36m；可根據橋墩外形、位置和數量調整高強型低變形量護欄的標準度段長度。
該護欄是目前國內第一款單側型鋼製橋墩防護解決方案，也是目前國內相同防護等級低變形量護欄中變形量最小的護欄。護欄寬度0。36m，護欄最大橫向動態位移外延值W為0。29m，車輛最大動態外傾當量值VIn為0。28m。因此當選用SA級高強型低變形量護欄時，護欄迎撞面至橋墩僅需預留0。36m即可，可同時適用於大部分中分帶內橋墩和路側距離較近的橋墩防護。
圖12 SA級高強型低變形量護欄設計示意圖
表2 SA級高強型低變形量護欄變形值
結束語
中交華安品牌SA級高強型低變形量護欄具有防護等級高、動態變形量低、施工時間短、安裝簡便、美觀通透的特點，與混凝土護欄相比有較優的防阻雪功能，適用於橋墩、ETC門架、標準牌等構築物的防護。該護欄的研發攻克了路側橋墩和中分帶內薄壁墩處防護設施設計的關鍵技術，填補了公路橋墩處防護設施的技術空白，積累了透過護欄控制大型車輛外傾當量值的技術經驗，為國內公路交通安全設施技術創新提供了支撐和引領，為行業相關標準規範的制修訂提供了依據。
參考文獻：
1。《公路交通安全設施設計規範》（JTG D81-2017）
2。《公路交通安全設施設計細則》（JTG/T D81-2017）
3。 北京交科公路勘察設計研究院有限公司 SA級預製混凝土護欄實車碰撞試驗
供稿：卜倩淼、王成虎、於海霞。文中資料及結論主要來源於北京中交華安科技有限公司，引用請說明出處。
