間斷式混凝土護牆
1 概述
安全設施是為了保證高等級公路安全運營而設定 ,橋樑上的防撞護欄及路側的間斷式混凝土護牆為高等級公路安全設施的重要組成部分。橋樑上的防撞護欄因其所處的環境和地位而受到高等級公路設計部門、管理部門和研究人員的重視,但對路側的防撞護墩的研究還比較欠缺 ,在國內各地並沒有形成共識 ,很大程度上還處於基於經驗和慣例,缺少系統的研究。研究表明, 路側事故在公路事故中占了大約 30%的比例,這也突顯了在路側合理設定護欄的重要性。
我國在上個世紀 70 年代開展了公路交通安全的研究 ,已經取得很多研究成果, 並形成相關的規範,為路側設定護欄提供了依據。但的研究主要針對高速公路上的連續式護欄, 而在山區公路中套用十分普遍的間斷式護欄, 缺少系統研究。山區公路普遍採用的間斷式混凝土護欄, 具有顯著的使用優勢:
(1)造價低廉;
(2)材料容易獲得,方便就地取材;
(3)施工和養護方便;
(4)強度高;
(5)不易遭人破壞;
(6)能夠很好地解決行車噪聲、路內空氣流動和路面積水等問題。
但間斷式混凝土護欄具有明顯的缺陷, 通過對浙江省溫州地區間斷式護牆的調查, 以期得出間斷式防撞護牆存在的主要問題, 及需要改進的方向。
2 間斷式護牆的現狀調查
本節對溫州地區典型間斷式護牆的一些工程事故進行調查可見如下情況:
(1)間斷式護牆具有一定的抗側向碰撞能力,在特定的條件下能夠避免失控車輛駛離行車道, 避免了二次事故的發生。
(2)間斷式護牆本身並沒有因為受到碰擊而發生破壞,整體性保持得很好, 傾覆是因為護牆的基礎提供的約束力不足造成護牆基礎發生失穩破壞造成的, 其它的大量的護牆事故均反應出這一共同特點。所以為了儘可能避免因車輛碰撞護牆而產生的二次事故如墜崖和墜河等。
3間斷式護牆的理論研究
由前面的現場調查資料可知,間斷式防撞護牆存在的主要問題是基礎提供的約束力不足, 對於絕大部分護牆直接修築在路側地面上,那么護牆抗側向滑移變形僅靠自重和護牆與地基間的摩擦係數來提供,抗側向傾覆能力靠自重繞外側轉動距離提供的抗傾覆彎矩來維持,這種能力很有限。圖3所示防撞牆斷面為單坡型, 安全防撞類型為Am型, 地面上高度為81cm,採用梯形,迎撞面為斜坡面,坡角為80°;基礎埋置深度為20cm,底部寬度取為50cm,單個護牆縱向長度為200cm,護牆間距為200cm。在如圖3所示的坐標系統下,左起第一個防撞牆的重心坐標為(22.38, 100.00, 47.46), 一個護牆的體積為0.894m;護牆的質量密度取為2500kg/m時,一個護牆的總質量為2235kg。護牆重量沿著外側底邊的抗傾覆彎矩僅為2235 ×9.8 ×0.2238 =4.902kN.m。單個間斷式混凝土護牆最大抗傾覆彎矩為護牆重心繞著坐標原點產生的彎矩, 護牆在水平面的投影, 護牆重心在水平面上的投影距離角點距離最遠, 為102.47cm, 則相對於坐標原點處角點的抗傾覆彎矩為2235 ×9.8 ×1.0247 =22.444kN.m。所以圖3所示的單個防撞護牆的抗傾覆彎矩在4.902 ～22.444kN.m。
車輛與第一個護牆發生碰撞時的最大碰撞力為219.39kN,所以該最大碰撞力相對於單個護牆重心產生的傾覆彎矩為219.39 ×(0.70 -0.47)=50.460kN.m,遠大於護牆沿外側面底邊產生的重力抗傾覆彎矩4.902kN.m,所以車輛與第一個護牆發生側面碰撞時, 第一個護牆將會傾覆。與第二個護牆發生碰撞時的最大碰撞力為2.25kN,由該力產生的最大傾覆力矩為2.25 ×(0.70 -0.47)=0.52kN.m,遠小於護牆重力繞外側的抗傾覆彎矩4.902kN.m,所以第二個護牆不會產生翻倒。
4結論和建議
不論是通過山區間斷式防撞護牆現場工程事故還是初步的理論分析均可看出, 間斷式防撞護牆如果不設定基礎,其防護能力很有限,為了提供其防護能力,需要對間斷式護牆的長度、基礎埋置深度以及是否設定基礎如座椅式基礎或鋼管基礎開展研究。
護牆防護公路
概述
公路路基水毀是公路遭到洪水破壞的一種自然災害, 全國各省( 區) 公路養護部門每年都要投入大量人力、物力和財力用於水毀搶修和修復。在公路路基沖刷防護中, 護牆用的最多, 它一方面可用來支撐路基填土, 另一方面起到抵禦洪水沖刷破壞路基的作用。但在實際工程中, 由於護牆基礎埋置深度不夠而發生破壞的情況也屢有發生, 使得護牆修了被沖, 沖了再修, 造成公路路基的重複水毀。丁壩具有外圍防護性質, 利用丁壩配合護牆防護公路路基水毀並加強丁壩自身防護 ,將有效避免重複水毀情況的發生。
1 丁壩配合護牆防護公路路基水毀
丁壩作為一種公路路基水毀防護建築物, 其主要的防護機理是: 由於丁壩對水流的壓縮和阻攔, 在壩後一定範圍內出現回流區, 回流區內水流的流速比主流小的多, 從而緩解了水流對沿河路基的沖刷。同時, 由於流速的降低, 使得水流挾帶的大量泥沙在壩後沉積下來。也就是說, 丁壩對河岸的防護作用, 主要是依靠壩後回流區的減速和淤沙。
如前所述, 護牆單獨作為公路路基沖刷防護建築物時, 往往不能將其基礎埋置在最大沖刷線以下而遭受水毀。而利用丁壩防護機理, 採用丁壩配合護牆是一種比較安全可靠和經濟的防護手段。在壩後回流區內, 河床不但不受沖刷, 反而會產生泥沙淤積。這樣, 受丁壩保護的護牆, 其基礎就可以埋得很淺, 只需在河床面以下有一定的安全深度即可, 不必作沖刷計算。因此, 在今後的治理路基水毀防護工程中, 應提倡採用這種綜合防護形式。
2 丁壩自身防護措施
2.1 採用柔性結構的丁壩
乾插片石外包一層鉛絲籠形成的丁壩屬於柔性結構。採用這種形式後, 丁壩基礎可埋得較淺, 壩頭可隨沖刷而下沉, 但壩體不會由此產生斷裂而破壞。當壩頭下沉就位達到穩定狀態時, 可將壩頭加高到設計值, 全壩加做一層混凝土外罩, 即可成為一種永久性建築物。採用這種結構可避免大量的開挖工作 , 加快了施工速度, 因而尤其適用於公路水毀搶險中。如山西省忻磧線靜樂段 K84+300m 處建有一座鉛絲石籠柔性丁壩, 該壩僅用一個白天就修築完成, 使被防護的路段未被當天夜裡的一場特大洪水沖毀。
2.2 採用防沖盤進行防護
防沖盤是一種平面防護, 一般為鉛絲石籠柔性結構, 平鋪於壩頭附近。如將其頂面置於河床面上, 應注意要充分覆蓋沖刷坑範圍; 如將其置於河床面以下一定深度, 其表面積可相應減小, 並且埋得越深面積越小。因此,防沖盤應儘可能地深埋於河床面以下。設定防沖盤後, 丁壩基礎嵌入防沖盤下一定安全深度即可。
2.3 採用拋石進行防護
拋石防護也為平面防護的一種。這一防護措施取得良好效果的關鍵是拋石範圍必須充分覆蓋需要防護的丁壩局部沖刷坑範圍。為了防止拋石被沖走流失, 拋石頂面應儘量碼砌平整, 並在拋石下游末端設定鐵絲石籠攔截牆, 其頂面與拋石頂面齊平, 以提高拋石的抗沖能力。當大水來臨, 丁壩自身結構面臨沖毀危險時, 採用拋石防護可快速有效地保證丁壩安全。
2.4 採用護坦式基腳
護坦式基腳可採用漿砌片石或混凝土製作, 可與丁壩基礎連成一體或單獨沿丁壩基礎周圍砌築, 其高度與丁壩基礎高度一致。它的減沖效果和導流堤以及護牆和護坡的護坦式基腳減沖效果一樣, 能夠有效地減小壩頭沖刷, 降低丁壩基礎埋深 。
2.5 漫水丁壩加設挑坎
對於漫水丁壩, 可以在在丁壩下遊方向沿壩身加設挑坎, 實踐證明, 它能夠使壩後淤積區的範圍加大。挑坎平台高度一般與河床面齊平, 淤沙效果較好。挑坎形式與壩後淤沙範圍的關係還有待於進一步的模型試驗資料驗證。
3結語
在公路路基設計和施工中, 人們普遍重視主體工程, 忽視防護工程, 從而導致了諸如沿河公路重複水毀現象的發生。本文提出了利用丁壩和護牆防護公路路基水毀這一綜合防護形式, 並介紹了幾種丁壩自身的防護措施, 它們已在工程實踐中得以套用並取得了良好的防護效果, 可以在今後公路水毀防治方面得以推廣使用。
