公路护栏设计要点分析

梁学虎

（宁夏公路勘察设计院有限责任公司，宁夏银川 750000）

1 护栏的形式和分级

1.1 护栏的形式

护栏可分为以下三种形式：

第一，刚性护栏：车辆碰撞后基本不变形的护栏。混凝土护栏是刚性护栏的主要代表形式。该护栏是一种刚性结构，其完全依靠车轮与护栏面接触并沿护栏面爬高、转向、摩擦等吸收碰撞能量。刚性护栏防撞等级较高，适合于桥梁护栏。但当失控车辆的碰撞角度较大时，对人、车的损害均很大。

第二，半刚性护栏：车辆碰撞后有一定的变形，同时又具有一定强度和刚度的护栏。波形梁护栏是半刚性护栏的主要代表形式。该护栏是一种半刚性的结构，车辆碰撞时利用土基、立柱、波纹状钢板的变形来吸收碰撞能量，对中、小型车辆防撞效果较好。

第三，柔性护栏：具有较大缓冲能力的韧性护栏结构。缆索护栏是柔性护栏的主要代表形式。该护栏是一种柔性结构，车辆碰撞时依靠缆索拉应力来吸收碰撞能量，碰撞后对车辆的损坏较小。

三种类型护栏主要指标差异如下：

从施工难易程度来看，混凝土护栏需要更长的施工周期，受气温的影响较大；波形梁护栏施工周期短，基本不受气温影响；缆索护栏需要专用设备，张拉时对温度有一定要求。

从使用性能及养护成本来看，车辆碰撞后，混凝土护栏对人车的损害较大，波形梁护栏一般，缆索护栏最佳。混凝土护栏几乎不需要养护，波形梁护栏损坏后可更换，缆索护栏损坏后维修费用较高。

从景观及与路线周边环境协调性来看，混凝土会给驾驶人压迫感，与周边环境协调性差；波形梁护栏颜色可选择性强，能很好地与周边环境协调，诱导效果较好；缆索护栏缺点较多，加之施工较为麻烦，需要特殊的张拉设备，一般高速公路较少采用。但是缆索护栏在一些旅游公路中有所使用。此外，高原积雪地带，缆索护栏对路面除雪工作非常有利。

综合来看，混凝土墙式护栏投资较大，工期长，野外施工困难较多。但其养护成本低，甚至不用养护，目前应用较为广泛。尤其对于桥上、高挡墙等危险路段最为适用。波形梁护栏施工及后续基础维护方便，造价也比较合理，目前公路上应用最多，遇到桥梁、高风险路段时，混凝土护栏的优势较为突出。缆索护栏应用较少，在旅游公路、低等级公路中有所应用。

1.2 护栏的分级

按照设计防护能量，公路护栏的护栏标准段、护栏过渡段和中央分隔带开口护栏的防护等级可分为八级，代码及对应设计防护能量分别为：C（40kJ）、B（70kJ）、A（160kJ）、SB（280kJ）、SA（400kJ）、SS（520kJ）、HB（640kJ）、HA（760kJ）。

按照设计防护速度对防撞端头和防撞垫的安全性能可分为三级，代码及对应设计防护速度分别为TB（60km/h）、TA（80km/h）、TS（100km/h）。

2 护栏的基本设计原则

2.1 净区的定义

公路安全护栏设计离不开对净区概念的准确理解和把握。净区的定义为：公路车行道以外，无障碍物且车辆驶出车行道后可以停车或驶回公路的带状区域。无论是路侧还是中央分隔带，在实际净区宽度无法满足计算净区宽度时，都应按照护栏的设置原则进行安全处理。

2.2 总体设计原则

护栏也是障碍物，因此公路护栏设计应遵循以人为本、预防为主、系统设计、重点突出的设计理念。

在是否设置护栏、护栏等级及形式的选择上，美国、澳大利亚等国家广泛采用成本效益分析法进行设计，护栏设计方案的目的是实现“有限的资金获得最大的收益”，其中成本为护栏建设和养护成本，效益为减少的事故损失。

在我国，护栏设计还处于研究阶段，主要通过定量分析判断来指导护栏设计。公路护栏设计时应考虑设计交通量、设计速度、公路等级及功能、车型比例、路段平纵线形条件等相关数据[1]，通过综合评估风险等级，风险模型建立如下：

第一，风险=事故概率×事故严重程度×交通量

第二，事故概率与平曲线、纵坡、货车比例、速度及速度差相关。

第三，事故严重程度与驶出的危险程度、速度、碰撞角度、二次碰撞相关。

通过对公路等级、填土高度、平纵线形、障碍物的综合考虑，在确定需设置护栏的前提下，选定合适防护等级的护栏。

公路护栏主要有防撞、导向、隔离三种功能，在交通安全设施设计内容中，护栏主要发挥其防撞功能。在实际净区宽度不能满足计算净区宽度或者在计算净区宽度内，路侧或者中央分隔带存在障碍物时，一般情况下要考虑进行安全处置。同时需考虑设置护栏造成的危害应小于被保护的危险物所造成的危害。

在设计过程中，障碍物一般分为两大类，一类为路外设施，如高压线、沟渠、水域、道路、铁路、房屋等既有设施。另外一类为路内设施，如声屏障、照明灯、摄像设备、交通标志、上跨桥的桥墩桥台、隧道入口处的检修道、无盖板边沟等其他设施。

3 公路护栏设计要点

半刚性护栏（波形梁护栏）是应用较为广泛的一种安全护栏，为了进一步提升公路行车安全保障能力，应从问题导向出发，针对事故成因及护栏设计所暴露的问题进行重点分析，有效降低交通事故发生率及事故伤亡率[2]。结合相关项目实践，对公路护栏的精细化设计要点进行分析总结。

3.1 护栏结构的改进

随着交通运输发展过程中对公路养护的逐渐重视，养护技术的经济性成为设计时难以忽视的要素。因此在设计过程中，应考虑公路建成后运营养护时，更换护栏或提升护栏等级时的经济因素。高速公路及一二级公路采用波形梁护栏等级最多的是A、SB、SA、SS 级。但是在相关规范给出的护栏构造图中，只有A 级护栏结构考虑到公路建成后，养护时路面标高的提高。A 级护栏可通过预留5mm×40mm 螺栓孔抬高护栏板，以避免在公路养护时发生大量拆除、新建护栏的情况，其能够保证护栏功能的持续发挥，因此具有良好的经济效益，同时还能够持续保障行车安全。

在国道109 项目的设计过程中，考虑到项目路侧、中分带护栏90%为SB 级，通过对SB 级护栏结构中的防阻块、立柱高度、螺栓孔距进行优化及预留3×40mm 螺栓孔设计，充分提升了该项目路段运营养护的经济效益。此外，针对SB 级护栏结构的改进方式完全可以应用到SA、SS 级护栏的设计中。

通过对沥青路面养护工程的相关了解，公路养护一般情况下加铺30～40mm，但是各等级护栏给出的预留孔为40mm，为满足路面加铺30mm 的养护需求，在设计中可以将预留圆形螺栓孔调整为长条形螺栓孔。在养护工程设计时，可以根据路面抬高高度确定螺栓的界面尺寸，进而对螺栓进行重新设计更换。

3.2 路侧护栏立柱的有效埋深

除了护栏结构本身，护栏防撞高度、立柱埋置深度、立柱覆土厚度是保证其防撞功能有效发挥的重要因素。护栏结构不应侵入道路建筑限界，护栏立柱的埋深一般情况下应按照护栏立柱与土路肩的接触面进行计算。但实际上，受路肩形式、位置、横坡及路肩标高的控制精度的影响，护栏立柱的实际埋深往往达不到规范要求。

针对上述问题，路侧护栏立柱埋置深度应重新定义为从硬路肩与土路肩交界处的路面标高起算，并应在设计基础上增加不少于10cm 的立柱埋深长度。这样完全可以保证护栏立柱的有效埋深满足实际要求，同时在护栏施工验收环节也不会出现护栏埋深不够的情况。

在台睢高速公路安全护栏设计中，由于主体工程将拦水带设置在土路肩最外侧，并将75cm 土路肩作为路面水集中排水槽。吸取了同类受横坡影响的项目中出现立柱埋深不够的经验，该项目采用了护栏长度在立柱加工长度基础上增加10cm 的方法，同时安装后立柱长度按不小于设计长度进行验收。

3.3 护栏变形值VIn、W 的现实考虑

在受到车辆碰撞后，刚性护栏会发生结构破坏，半刚性及柔性护栏会发生位移变形。为此引入了最大动态位移外延值（W）或大中型车辆的最大动态外倾当量值（VIn）作为护栏结构形式选择的控制性指标。其原理是车辆碰撞护栏后，加之护栏变形后，无论是变形还是外倾均不应再碰撞到障碍物，以此确保护栏能够通过变形抵消碰撞能量，进而对车辆及驾驶员与高危险障碍物实现双向保护。设计过程中，应在不同防护需求下，选取不同的变形控制指标，以此确定护栏结构形式的选取。因混凝土护栏为刚性结构，可以认为其动态延展基本为零，只存在VIn值，而波形梁护栏为半刚性，因此同时存在W 值和VIn值。

在公路护栏设计中，通常考虑年平均日交通量中大型货车和载客数量较多的客车车辆自然数所占比例。比例较高时，一旦发生交通事故，会造成较严重的经济损失和人员伤亡，因此宜考虑最大动态外倾当量值（VIn）的要求。规范用词为“宜”，也说明了在选取变形控制指标时需要谨慎思考，如果单一按照交通量组成来确定变形控制指标，可能存在过度防护或防护不足的情况。所以在设计过程中，在定性判断的基础上需要不断量化指标，以便更加准确地指导设计。

两种变形控制指标的选取，分为只考虑W 值、只考虑VIn值以及同时考虑W 值和VIn值三种情况。在设计过程中可以引入价值工程的相关理论，定性判断交通事故可能发生的概率和发生的严重程度来选取变形控制指标。

在正常条件下，只考虑W 值的理想状态是：护栏等级符合防护需求，障碍物的位置距离迎撞面可以满足W 值，从而不需要提高等级或改变护栏结构。但是在项目实践中，当障碍物（高压线、公路铁路桥墩、机电设施等）属于高危风险时且距离达不到要求时，即使交通量占比达不到20%，也应考虑VIn值。这种情况一般是障碍物无法移动，采用混凝土护栏进行防护，因此W 值为零，只考虑VIn值。

在银昆高速设计过程中，因大车所占比例高，设计护栏时同时考虑了W 值和VIn值。针对路侧大型标志结构、ETC 门架、可变信息情报板障碍物时，提高了波形梁护栏的防护等级，使其满足W 值，并通过对这些结构的基础进行外移设计，使其满足VIn值，以便在最大限度上满足护栏设计的经济性。

3.4 专业设计界面划分要点

公路护栏设计出现的一些问题，大多是与其他专业设计界面划分不清或沟通不到位引起的，可能出现的问题如下：

3.4.1 桥梁专业

第一，桥梁防撞护栏与路基护栏过渡段翼墙设计中，可能出现漏项的情况。

第二，涵洞、通道等预埋件与护栏结构基础形式不统一，无法安装。

第三，桥梁防落物体网设计可能出现漏项的情况。

3.4.2 道路专业

第一，挡土墙上的护栏防护形式及工程设计会出现无法实施或漏项的情况。

第二，中央分隔带开口处的护栏可能出现漏项的情况。

3.4.3 机电环保专业

第一，电井的尺寸和位置会影响护栏立柱的实施，如不提前沟通，可能出现护栏无法实施的情况。

第二，声屏障的位置影响护栏的安装位置，可能导致声屏障或护栏无法实施的情况。

4 公路护栏设计展望

随着公路智能化建设的推进，车路协同技术不断突破，从公路护栏的功能角度思考，公路护栏设计应趋向智能化、定量化、精准化。目前护栏的功能主要有防护、诱导、隔离，是一种被动的防护方式。随着护栏的智能化发展，护栏应实现对交通事故的提前感知、主动预警、事后报警等智能化功能，同时可结合光、声等手段，突出护栏的诱导、隔离功能。此外，随着大数据技术的应用，在以人为本的前提下，可以引入价值工程护栏设计模型，以实现公路护栏设计的定量化、精准化[3]。

5 结语

综上所述，在交通发展建设进程中，交通安全不容忽视。安全护栏作为交通安全工作中的重要组成部分，在安全设施中有重要地位。随着我国公路车流量的快速增长，护栏设计面临着更多的创新与挑战，因此更应合理、有效、精准、安全地进行护栏设计，以便提高交通安全、保障通行能力、减少交通事故、节约工程成本。未来应不断钻研并提高护栏设计水平，通过精细化的公路护栏设计，确保公路交通运行安全、高效。