护栏选型在处治路面风积沙问题方面的实践与思考

护栏选型在处治路面风积沙问题方面的实践与思考

德令哈至香日德高速公路G0615位于青藏高原东北部，是交通部西部规划纲要“八纵八横”骨架路网中“纵八”线在青海省境内的重要路段之一。本项目路线全长165.359公里，路基宽度以19米为主，于2016年10月1日正式通车。

通车前此高速公路已按设计规范设置了交通安全设施。但是通车以来，由于道路两侧企业和周边牧民为穿行方便或者逃避缴纳过路费，存在着严重的破坏路侧隔离栅、中央及路侧护栏，从而直接上、下高速公路或横向穿行高速公路现象。此行为的存在极大的增加了合法行驶该高速公路车辆的安全隐患，为消除此隐患青海省高等级公路建设管理局决定实施德令哈至香日德公路扩建工程交通安全设施完善工程。我公司为该工程项目的中标单位。

基于上述情况，为了能够圆满完成本合同赋予的对德令哈至香日德高速公路交通安全设施存在隐患的修复完善任务，我公司根据招标图纸德令哈至香日德公路扩建工程交通安全设施补充设计文件和结合项目进场时的现场查勘和调研，对全路段存在的安全隐患进行排查，结合我公司在交通安全方面的研究成果和实践经验，提出了整改意见。

其中、最为典型的是K85+000-K87+500素棱郭勒河大桥路段处于沙漠地段，存在严重风吹积沙现象（见图1），由图1可以看出，素棱郭勒河大桥桥头路段积沙严重，积沙铺满了左幅整幅路面，厚度超过50cm，阻断了下行方向的交通，沙害十分严重。对该高速公路的畅通和行车安全造成严重的影响。本文以该路段为代表分析护栏选型在处治风积沙问题方面的作用。

图1  旱季高速公路K86+650素棱郭勒河大桥路面积沙情况

一、成因分析

由于本项目地处海西地区，常年风沙盛行，风积沙主要分布在毛尕秀谷地及两岸、长山独立自然区、高石头盐碱地等地段。对于一般的积沙路段，原工程施工方案已采用主线主要风积沙路段的迎风侧100米和背风侧50米采取了方格网的固沙方式进行了处理，效果良好。

但本项目K85+000-K87+500素棱郭勒河大桥路段大桥的河床为积沙的来源地，采用草方格或尼龙方格的固沙方式很容易被水冲刷，起不到固沙作用。当河滩无水时，河滩沙受季风影响，吹上高速公路，在现高速公路上安装的中央护栏和路侧护栏阻风阻沙作用下，使河滩沙在路面上形成了三角形积沙堆（现场照片见图2-5），影响到车辆正常行驶，增加了道路行车安全隐患。

图2 河道积沙情况

图3 积沙沿路基边坡被吹上路面

图4 公路护栏设置情况

                      图5 干旱风吹沙沉积在路面上

进一步观测和研究表明，原设计路基段路侧为波形梁钢护栏，中央为组合型波形梁钢护栏，桥梁段中央及路侧均为钢筋混凝土护栏，这些护栏的侧表面（阻风面）较高，波形梁钢护栏为310cm，钢筋混凝土护栏为810cm（路面以上，实际高910cm），通透性不强，风向在护栏侧表面的阻隔下，发生了相应变化（风向变化如下图中蓝色线条及箭头所示），从而造成路面积沙现象。如果选用通透性好，迎风面小的护栏对于缓解路面风吹沙的沉积将产生重要影响。

图6 K86+650素棱郭勒河大桥两侧路基段积沙成因示意图

二、护栏选型

    结合公司多年的研究、试验和应用实践，分析认为我公司专为青海等高寒地区开发的节约土地型防积雪方钢护栏（符合最新的JTG B05-01-2013公路护栏安全性能评价标准）和行业规范中的缆索护栏对于减少该路段的风积沙应大有裨益。

2.1 方钢护栏

    2014-2016年我公司专门针对青海高寒地区风吹雪严重且路基宽度受限路段开发了一种方钢护栏。护栏研究开发过程中护栏安全性能评价实车足尺碰撞试验照片见图7-10。

图7 护栏实车足尺碰撞试验场地

图8 试验前试验车辆和试验护栏

图9 试验后的护栏

该护栏的结构特点为:

（1）占地空间小

护栏横断面最大宽度为50cm ,满足项目实际需求，实现了节约土地目的，同时护栏采用单柱双侧横梁结构，两侧横梁选用方形钢管结构，其抗变形能力（截面模数）较波形板有所提升，通过托架将两侧横梁连接为整体实现协同受力，可进一步降低护栏的横向变形量。

（2）结构通透，不易积雪，也将不易积沙

改进型梁柱式钢护栏结构通透，不易积雪主要体现在以下两个方面：

护栏迎风面积小

改进型组合式钢护栏横梁迎风面积较同等级的波形梁护栏减小约50%，同时波形为曲面形状，更易阻雪积雪，而钢管横梁为平面结构，不会因护栏自身产生大量积雪。

表1护栏迎风面积对比                            

图11 波形板形状

‚无路缘石，有利于风吹雪、沙

传统中间带均设置路缘石，使左右两侧道路平面被隔断，降雪后风难以将路面上的雪吹散，同时受路缘石高度及棱角影响，后期人工除雪难度大，效率低；改进型组合式钢护栏无需设置路缘石，使左右两道路平面连通，雪后大风可帮助清除路面积雪，因整条道路平整，大雪后人工除雪更为容易一些。另外，路缘石的设置在车辆碰撞时会使车辆爬升，降低了护栏的有效防护高度，不利于护栏防护性能的充分发挥。

（3）全寿命周期成本合理

护栏构件材质为Q235钢材，均选用常规型材，市场上容易购买，加工工艺简单，生产成本较低；对于常规养护、事故维修均可实现快速低成本。护栏材料用量不高于同等级的波形梁护栏。

该护栏目前已在成都至香日德公路花石峡至久治高速全段及成都至香日德公路香日德至花石峡高速部分路段应用。实践证明该护栏有利于实现风吹雪，降雪后便于除雪。随着我国高速公路建设事业的快速发展，特别是高寒地区高速公路和飞快建设，以及随着人们对公路雪季出行便捷的要求不断提高，该护栏形式在高寒多雪地区有着广阔的应用前景。同时在沙漠区域路面积沙严重对行车安全性构成安全隐患，梁柱式护栏在沙漠地区高速公路的应用同样有利于风吹沙，降低路面积沙程度，提升公路行车的畅通性及安全性。施工工艺及结构形式均得到认可，应用效果如图13所示。

图13 香日德至花石峡高速公路中央分隔带方钢护栏

2.2 缆索护栏

与方钢护栏比，除了车辆碰撞时护栏最大横向动态变形外，缆索护栏更具有迎风面可以忽略，通透性好，不阻沙、雪的结构特点，是充分利用风吹雪、风吹沙，从而减少路面积雪、积沙的良好护栏型式。但是因为我国高速公路的中央分隔带一般较窄，车辆撞击时缆索护栏动态变形大，有可能影响对向行车安全，在中央分隔带宽度小于4.5m的情况下，不宜设置缆索护栏。通常缆索护栏仅适用于路侧。对于德香这种中央分隔带只有1m宽的高速公路，中央分隔带无法设置缆索护栏。

《公路交通安全设施设计细则（JTG/T D81-2006）》中推荐了B、A级缆索护栏结构型式（见图14）。

图14 规范推荐的B、A级缆索护栏结构型式

综合以上护栏结构特点分析和德香路的具体情况，我公司认为中分带采用为高寒地区开发的节约土地型防积雪方钢护栏和路侧采用缆索护栏对于充分采用风吹沙，减少德令哈至香日德高速公路K85+000-K87+500素棱郭勒河大桥路段路面积沙会很有帮助。

三、处置方案

在经过认真调研和分析的基础上，为减轻德令哈至香日德高速公路K85+000-K87+500素棱郭勒河大桥路段路面积沙对该高速公路的畅通和行车安全造成严重的影响，我公司提出了将原中央分隔带护栏变更为同等级方钢护栏和原路侧护栏变更为同等级缆索护栏的建议。

在2017年5月19高等公路管理局组织的项目技术交底会上设计方和参会各方同意将K85+000-K87+500中央带原护栏（Gr-Am-4E )护栏变更为A级方钢护栏，同意将K84+500-K88+000路侧原护栏（Gr-A-4E )护栏变更为（Cc-A-7E）型缆索护栏。

四、处置后结果

根据高管局对项目方案的批复，我单位在2017年7月份对K85+000-K87+500风积沙路段原中央护栏和路侧护栏进行了拆除，按设计要求进行了中央方钢护栏和路侧缆索护栏的施工。由于此项目完善工程是在高速公路通车条件下完成，工作量大，施工难度高，为了确保能实际提高本项目路段的安全防护水平，打造出安全、舒适的品质道路，我公司得到了各级领导和部门的指导和支持配合。

从图6的现场看，拍摄当天正好有风沙，风沙过路顺畅，没有存在积沙现象。从施工后近期的结果看，还存在砼桥头有积沙情况，K85+500大桥下游路侧护栏外有平时清倒积沙堆积起来的沙已高于路面，造成阻风情况，形成路边小范围积沙情况。在恶劣天气大风沙的环境下，也极大减少了风沙的堆积程度，达到了缓解严重积沙的路面情况，可保证车道正常行驶车辆，如图7。

经向正在其它路段处理路面堆沙养护工人们多人询问，对K85+000-K87+500护栏处置前后堆沙情况对比感到满意，大大减少了他们的清理积沙的工作量。

图6常规风沙天气：处置后中央和路侧护栏，无积沙

图7恶劣风沙天气：处置后中央和路侧护栏，缓解积沙，路侧积沙

四、建议

此次对K84+500-K88+000风积沙路段进行安全防护栏的综合整治，以达到减少积沙、堆沙，提高行车安全的工作是在高管局领导和德令哈至香日德高速管理办公室及参建监理、施工单位对我国西部地区风沙对公路特别是高速公路行车安全的影响和减少道路养护工作量的一种积极的探讨和尝试，必将对西部公路风沙减少对行车安全的影响有着积极的指导意义。

建议安排养护单位对K85+500下游路外边坡有高出路面的积沙进行整理，使得风沙过路不会受阻，以减少路侧形成新的积沙；

同几座桥头中央砼护栏的积沙处理待设计和项目办定。

选择一段安装倒风设施，研究实验使过路风沙加速通过，减少路面存沙。

建议海西分局养护单位注意观察这一路段积沙对比情况，共同总结积沙处理经验。

                  北京深华科交通工程有限公司

                   二O一七年八月二十日