来源：中交华安

导读

1.大型车辆撞击桥墩可能引发重特大交通事故，造成严重事故后果和不良社会影响。

2.目前国内外鲜少有专门用于桥墩防护的安全设施，可用于路侧距离较近桥墩或中分带内薄壁墩的安全设施仍处于空白。

3.中交华安品牌SA级高强型低变形量护栏，针对路侧或中分带内桥墩，尤其是薄壁墩提供了高质量防护解决方案，是国内第一款可单侧使用的钢制桥墩防护设施。

一、安全有需求——车辆碰撞桥墩事故后果不容小觑

事故案例1：2015年6月25日，山东泰安S31泰新高速发生一起客车碰撞跨线桥右侧桥墩的交通事故，导致5人当场死亡，9人受伤，其中2人重伤。

事故案例2：2020年10月20日早上8点左右，海张高速张家口北至张北南路段发生严重交通事故，一辆大型设备运输车辆在下坝方向撞到了高速上的一处桥墩，导致桥墩发生断裂位移。

与上述事故类似的案例，大家并不陌生。公路上必不可少的上跨桥墩通常位于公路的中央分隔带或路侧，在行使其职能的同时，却也在一定程度上等同于人为设置的障碍物，每年由于车辆碰撞桥墩造成的生命及财产损失不可忽视。

图1 车辆碰撞桥墩事故照片

二、设计有依据——桥墩防护设计相关规范要求明确

对于上跨桥墩的防护设计，重点须从两个方面进行考虑：一是避免车辆撞击桥墩后，使桥墩产生损伤或破坏，造成严重的经济损失或引发更为严重的二次事故，此方面可简称为障碍物防护或重要路产设施防护；二是降低车辆驶出路外与桥墩撞击后，给车辆和车内乘员带来的生命财产损失，此方面可简称为乘员防护。简单来说就是既要保护桥墩不被撞坏，也要保护车内乘员安全。

《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81-2017）6.2.17条规定，当主要行驶车型为大型车辆时，桥墩处护栏的选型应考虑车辆最大动态外倾当量值（VIn）。

图2 车辆碰撞护栏变形量示意图

护栏最大横向动态变形值D：车辆碰撞试验护栏过程中，试验护栏变形后迎撞面相对于其初始位置的最大横向水平位移。

护栏最大横向动态位移外延值W：车辆碰撞试验护栏过程中，试验护栏变形后最外边缘相对于试验护栏碰撞前最内边缘的最大横向水平距离=D+护栏宽度

车辆最大动态外倾值VI：大中型车辆（包括特大型车辆）碰撞试验过程中外倾时，车辆最外边缘相对于试验护栏碰撞前最内边缘的最大横向水平距离。

车辆最大动态外倾当量值VIn：实车足尺碰撞试验测出的车辆最大动态外倾值（VI）按照车辆总高4.2m换算后的车辆最大动态外倾值=VI+(4.2-VH）sinα

VH——试验车辆总高（m）

α——试验车辆外倾角度（o）

三、应用有困难——桥墩护栏设计选型面临窘境

公路主要行驶车型不是大型车辆时，桥墩防护设计可以仅考虑护栏的W值。桥墩距离公路护栏位置较远时，可以选择波形梁护栏或其他形式护栏进行防护，只须满足护栏的W值不得大于其迎撞面至桥墩的距离即可。中央分隔带处的桥墩因两侧空间较小，一般可以选择混凝土护栏来进行防护。

图3 使用混凝土护栏保护桥墩（仅考虑W值）

公路主要行驶车型是大型车辆时，需要考虑护栏的VIn值，此类公路中央分隔带桥墩是否可以选择混凝土护栏来进行防护？

《公路交通安全设施设计细则》（JTG/T D81-2017）表6-2给出了部分波形梁护栏的W及VIn值。

表1 细则中部分波形梁护栏的W及VIn值

由表1可知，防护等级为A级以上的波形梁护栏，VIn值最小为1.88m。假定某高速公路事故严重程度等级为低，设计速度100km/h，C值为25cm，可选用上表中的SB级波形梁护栏，若桥墩直径以1.2m计，则所需中央分隔带宽度=0.25+2.27+1.2+2.27+0.25=6.24mm，这样的波形梁护栏是无法满足要求的；假设中央分隔带宽度为3m，则所选用护栏VIn的最小值=（3-0.25-1.2-0.25）/2=0.65m。

图4 SB级单坡型混凝土护栏（客车碰撞试验VIn=1.39m）

图5 SB级F型混凝土护栏（客车碰撞试验VIn=1.11m）

图6 SS级加高型混凝土护栏（货车碰撞试验VIn=1.55m）

图7 闽华型SA级混凝土护栏（货车碰撞试验VIn=1.90m）

分析SB级单坡型混凝土护栏和SB级F型混凝土护栏碰撞过程，测得的VIn分别为1.39m和1.11m，一般路段选用SB级混凝土护栏也无法满足VIn的要求。SS级加高型混凝土护栏的VIn为1.55m，依然无法满足使用要求。其余结构形式SS级混凝土护栏暂时缺少试验数据。

为对比SS级混凝土护栏对车辆侧倾的影响，选择对单坡型、F型和加强型SS级混凝土护栏进行仿真模拟计算。计算结果表明SS级混凝土护栏的VIn值均大于1m，此外还获取一些比较明确的结论：

大型车辆的VIn最大值均出现在车辆的车尾处。
大型货车的VIn明显大于大型客车。
货车车尾处VIn值：F型（1.47m）＞加强型（1.40m）＞单坡型（1.25m）。

图8 SS不同结构形式SS级混凝土护栏模拟碰撞时侧倾对比

因此，当公路主要行驶车辆为大型车辆时，中央分隔带桥墩处使用混凝土护栏受到限制较多，国内中央分隔带宽度通常为3m或2m，考虑侧向余宽后，设置SS级及以下防护等级的混凝土护栏基本不满足VIn值的要求。

四、研发有成效——SA级低变形量护栏初露头角

为解决桥墩等较高障碍物防护的问题，2018年底中交华安着手开展研发工作，于2019年9月推出了独立研发的SA级低变形量护栏，适用于公路中央分隔带内有门架立柱、桥墩、标志立柱等高度较高障碍物的路段使用，通过横撑和X撑将两侧护栏连接成整体，提高护栏刚度，降低变形量，护栏最大横向动态位移外延值W为0.36m，车辆最大动态外倾当量值VIn为0.506m。本产品已成功应用于陕西、重庆、江苏700余座ETC门架，并成功应用于福建桥梁独柱墩，国内已有多家企业仿制此种双侧互联的X撑结构。

图9 SA级高强型低变形量护栏应用示例及变形值

但是由于该结构须将两侧护栏立柱连接成整体，无法适用于路侧桥墩或中分带内薄壁墩的安全防护，因此，桥墩防护技术有待进一步提升完善，以适应多种类型桥墩的防护需求。

图10 上跨桥梁长条墩示意图

五、技术有突破——用于单侧型桥墩防护的SA级高强型低变形量护栏研发成功

2020年10月，中交华安品牌SA级高强型低变形量护栏研发成功，通过了国家交通安全设施质量监督检验中心的SA级实车碰撞试验。

图11 SA级高强型低变形量护栏实物照片

SA级高强型低变形量护栏由横梁、立柱、波形梁板、摩擦梁等构件组成，通常在中央分隔带处的单侧长度为18m，双侧长度为36m；可根据桥墩外形、位置和数量调整高强型低变形量护栏的标准度段长度。

该护栏是目前国内第一款单侧型钢制桥墩防护解决方案，也是目前国内相同防护等级低变形量护栏中变形量最小的护栏。护栏宽度0.36m，护栏最大横向动态位移外延值W为0.29m，车辆最大动态外倾当量值VIn为0.28m。因此当选用SA级高强型低变形量护栏时，护栏迎撞面至桥墩仅需预留0.36m即可，可同时适用于大部分中分带内桥墩和路侧距离较近的桥墩防护。

图12 SA级高强型低变形量护栏设计示意图

表2 SA级高强型低变形量护栏变形值

结束语

中交华安品牌SA级高强型低变形量护栏具有防护等级高、动态变形量低、施工时间短、安装简便、美观通透的特点，与混凝土护栏相比有较优的防阻雪功能，适用于桥墩、ETC门架、标准牌等构筑物的防护。该护栏的研发攻克了路侧桥墩和中分带内薄壁墩处防护设施设计的关键技术，填补了公路桥墩处防护设施的技术空白，积累了通过护栏控制大型车辆外倾当量值的技术经验，为国内公路交通安全设施技术创新提供了支撑和引领，为行业相关标准规范的制修订提供了依据。

参考文献：

1.《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81-2017）

2.《公路交通安全设施设计细则》（JTG/T D81-2017）

3. 北京交科公路勘察设计研究院有限公司 SA级预制混凝土护栏实车碰撞试验

供稿：卜倩淼、王成虎、于海霞。文中数据及结论主要来源于北京中交华安科技有限公司，引用请说明出处。