我国公路护栏设计技术简析

交通运输部公路科学研究院刘会学、邰永刚

公路护栏（以下简称“护栏”）在保障公路行车安全方面的作用已得到公众和社会的广泛认可。近年来，交通运输部不断完善公路护栏等交通安全设施标准规范，公路护栏等交通安全设施技术水平持续提高。针对车辆穿越中央分隔带护栏驶入对向车道等重大事故，地方交通运输主管部门和公路养护管理单位加大投入，评估并提升一些路段的护栏防护能力。同时大家也认识到，再高的护栏防护等级也难以完全杜绝重型货车冲撞护栏等恶性事故发生，要降低事故的发生率及严重程度，必须从规范驾驶行为以及提升车辆性能、交通管理水平、公路技术指标、护栏技术性能等方面综合施策。以下主要从护栏设计技术角度进行相应的解析。

一、公路护栏的概念

公路护栏是设置于公路行车道外侧或中央分隔带的一种带状防护吸能结构，当事故车辆碰撞护栏时，通过阻挡、护栏自身自体变形或车辆爬升吸收碰撞能量缓冲和导向等 ，从而阻挡车辆并降低对司乘人员的伤害程度。

护栏按照所在公路横断面的位置，可分为路侧护栏和中央分隔带护栏；按照受到车辆碰撞后的变形程度，可分为刚性护栏、半刚性护栏和柔性护栏。

二、功能和属性

（一）主要功能。

在车辆正常行驶和一定的设计条件下，护栏可以实现下列功能：一是阻止车辆穿越中央分隔带冲入对向车道；二是防止车辆在桥梁等危险路段越出路外，或将护栏板冲断，或从护栏板下钻出越出路外；三是适当诱导驾驶员的视线和行驶轨迹；四是发生轻微等碰撞时，使车辆向行驶方向顺利导出或恢复行驶状态；五是发生车辆失控碰撞护栏时，通过护栏自身缓冲吸能降低对乘员的损伤程度。

（二）属性。

护栏是发生交通事故后，与车辆被动防护等共同作用，减少人员伤亡或降低人员伤害程度的一道重要屏障。设置护栏本身并不会减少或避免交通事故的发生，而且护栏本身也是一种障碍物，并非设置的数量越多越好、越强越好、防护等级越高越好。护栏是要在驾驶员状态良好、车辆性能正常、操作符合规定的条件下，综合考虑车型构成和公路平面纵面线形条件，设计速度与运行速度，交通量以及环境景观、安全因素以及经济承受能力等因素，合理设置。

三、设计条件

（一）事故致因理论。

根据事故致因理论，不存在绝对安全，任何事物均潜伏着危险因素。人的不安全行为或不安全因素是产生事故的主要原因，因此预防交通事故应首先从驾驶员的安全驾驶抓起，这也是投入最少、效果最明显的措施。物的不安全状态会导致更严重的事故后果，车辆的主动安全系统、制动、被动安全系统等技术性能和护栏等设施的设置也应引起足够的重视，因此应加强交通安全设施的设置、设计，通过设置主动引导设施降低事故发生的概率，通过设置被动防护设施降低事故的严重程度。

（二）设计条件的提出。

公路上发生交通事故的车辆中，既有小型客车、中型客货车，也有大型客货车，其整备质量、碰撞速度和角度、重心高度对护栏破坏的后果各有不同。参照部分发达国家的经验，依托交通运输部科技项目“高速公路波形梁护栏防撞能力提升改造技术研究”等成果，我国公路护栏的设计条件主要为：

1. 从碰撞能量的角度，满足防护85%位正常行驶的车辆基本防护能量。即对公路上行驶的车辆，剔除无证驾驶、酒驾、毒驾、超速、超载、车辆刹车失灵等因素后，因偶发因素导致车辆碰撞路侧或中央分隔带的事故时，护栏应具备阻挡85%位以上碰撞能量的能力。据此在《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范》（JTJ 074-94，简称94版）和《高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范》（JTG D80-2006，简称06版）之后，2017年发布了公路工程行业标准《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81—2017，简称17版），根据事故严重程度等级提出防护等级及能量指标，进一步提升了我国公路护栏的防护能力，如：设计速度为80~120km/h的高速、一级公路的防护等级从三级（A级）到六级（SS级），防护能量从160kJ到520kJ；根据路测特殊危险路段的防护需要，增加了七、八级防护等级，对于桥梁护栏，最高等级可达八级（HA级），防护能量为760kJ；设计速度为60~80km/h的一、二级公路的基本防护等级为二级（B级）；三、四级公路的基本防护等级为一级（C级）。公路条件因交通组成、运行速度、路侧条件等的不同，按基本防护能量设置的护栏，部分路段实际能达到90%位或以上的防护水平。

2.公路平纵指标较低和车辆整备质量、碰撞角度和速度增加的，有可能导致事故发生后果更严重的路段，按下列条件增加一个等级：

（1）二级及以上公路纵坡等于或接近于现行《公路工程技术标准》（JTG B01）规定的最大纵坡值的下坡路段；二级及以上公路圆曲线半径等于或接近于现行《公路工程技术标准》（JTG B01）规定的最小半径的路段外侧。

（2）设计交通量中，总质量大于或等于25吨的车辆自然数所占比例大于20%时。

（三）国内外对比。

与国外相比，我国高速公路护栏基本防护等级高于日本、法国、英国和北欧等国家，与美国、德国、意大利相当；普通公路护栏，我国护栏的防护等级与美国、日本基本一致。图1、2分别摘录欧盟高速公路上设置护栏的最小法定防护等级、EN1317规定的护栏防护能量。从中可以看出，欧盟国家高速高速公路最为发达和行车速度最快的德国、意大利，其防护标准也最高，路侧、中央分隔带护栏对大客车防护指标高，桥梁护栏更是达到大货车防护的最高指标。同比我国公路护栏设计防护能量最高值已高于美国、欧盟和日本等国外标准。

图1  欧盟高速公路上设置护栏的最小法定防护等级

图2  EN1317规定的护栏防护能量

（四）主要类型及结构特点。

1. 刚性护栏。

刚性护栏是车辆碰撞后基本不变形的护栏，混凝土护栏是主要代表型式，车辆碰撞时通过爬高来吸收碰撞能量并导向。

刚性护栏的优点是刚度大、强度高，可抵抗强力冲击，有效避免车辆穿越护栏事故，但由于刚度大，缓冲吸能效果差，对车内人员伤害较大，尤其对小客车伤害大。

2. 半刚性护栏。

半刚性护栏在车辆碰撞后会有一定的变形，又具有一定的强度和刚度。波形梁护栏是主要代表，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并导向。

半刚性护栏的优点是施工方便、景观效果较好，对乘员的伤害较小，但对土基压实度的要求较高，与其他型式的护栏连接时，需要做好过渡处理。

3. 柔性护栏。

柔性护栏是具有较大缓冲能力的韧性护栏结构。缆索护栏是主要代表形式，车辆碰撞时依靠缆索的拉应力来吸收碰撞能量并导向。

柔性护栏的优点是对乘员的伤害最小，通透性最好，与自然环境协调性好，且冬季不阻雪，缺点是碰撞回弹后可能对同向其他车辆造成影响，对土基压实度的要求也较高，日常养护成本较高。

4. 桥梁护栏。

桥梁护栏的主要类型为刚性护栏和半刚性护栏，前者以混凝土护栏为主，后者以金属梁柱式护栏为主。此外，由混凝土和金属梁柱组成的组合式护栏也是常用的桥梁护栏类型。

桥梁路段由于发生事故后的风险等级高于一般路基路段，因此桥梁护栏的防护等级往往高于路基护栏。

四、减少碰撞护栏事故、减轻事故损伤的措施

（一）源头治理。

减少我国公路上的事故数及损伤程度，首先要从人和车的角度出发，从源头根治，必须减少和杜绝疲劳驾驶、酒后驾驶等违法行为，改正不良驾驶习惯，加强驾驶员培训，严格驾驶员安全行车管理；同时应提升车辆性能，特别是大型客货车制动、主动安全等方面的性能，减少车辆失控造成的重大交通事故。

（二）公路既有护栏提升建议

1.事故分析。

据了解，2011年至2020年全国高速公路上共发生车辆穿越中央分隔带护栏导致的一次死亡10人以上重特大交通事故12起。分析这些事故，一是集中在大型客货车，载重量大、载人多，穿越中央分隔带护栏进入对向车道或穿越桥梁护栏跌入水中造成群死群伤的恶性事故；二是事故车辆高速撞击护栏，碰撞能量远超护栏设计值，技术上难以防范；三是事故往往发生在驾驶员疲劳驾驶、操作不当或车辆制动出现故障等情况下，存在严重人为车辆原因。在公路设施方面，事故往往发生在连续长大下坡、临水临崖、雨雪路滑、山区公路和公路线性指标很低的特殊路段。

2.既有护栏防护性能的适应性及提升分析

我国目前新建公路护栏安全性能要求总体已同发达国家一致，部分指标甚至已超过其他国家。对因极小概率发生的事故，根据特殊个案而按最高标准提高全国护栏防护等级的方式，以阻止所有车辆穿越中央分隔带或越出路外，虽存在理论上的可能，但经济上难以承受，实施中还可能涉及到行车视距不足、影响景观、行驶舒适性差等问题，国际上也无此做法。

从近些年发生的车辆穿越中央分隔带恶性事故可以看出，事故车辆与护栏发生的最大碰撞能量达到720kJ，对应护栏防护等级为八级，即HA级，远高于路段设计防护等级四级，即SB级。如果全路段中央分隔带都采用八（HA）级混凝土护栏，按单价约1500元/延米计算，测算得出全国高速公路的护栏新建费用约3200多亿元。

此外，按最新标准对按照当时标准设计的既有中央分隔带护栏进行全部改造也存在科学性和可行性问题。2005年底和2017年我国高速公路通车里程分别为4.53万公里和13.64万公里。如对已建成的分别执行94版、06版规范的公路护栏按照新标准进行提升改造，根据17版规范护栏设置条件，将护栏提升等级为四（SBm）级，单价按500元/米计（部分护栏可能需要设置三（Am）级或者五（SAm）级及以上，因此计算取中）。则测算的护栏新建费用约1080亿元。

若采用在原护栏基础上进行改造再利用，约能降低20%~30%的费用。

3. 科学评估，分类施策。

基于上述原因，对既有护栏防护性能的适应性进行科学评估十分重要，主要针对原标准设计的重大事故多发的桥梁、重型车比例大的长陡下坡等公路路段，根据交通事故严重性及其特点、运行条件适应性和大型车比例等情况进行综合评估后，分期、分类、分批提出改造方案和交通管理建议。

五、加强中央分隔带护栏设置

针对重型车辆穿越中央分隔带的问题，在加强驾驶员管理和车辆管理的同时，建议对中央分隔带护栏进行科学评估，因地制宜，分类施策。对平面半径很小、超标大纵坡、连续长大下坡、雨雾天气状况差的山区公路以及交通量大、大客车和重车比例高的路段，逐步按照现行标准采用高防护等级的中央分隔带护栏，有条件的可采用高防护等级混凝土护栏。

六、注意事项

（一）不能人为夸大护栏的功能。

护栏是一种被动防护设施，无法仅通过加强设施来避免或减少交通事故的发生，公路交通安全还必须通过规范驾驶员的驾驶行为等实现，这也是最直接有效的措施。

（二）护栏具有一定的使用条件。

护栏设置时，需综合考虑公路线形、设计速度、运行速度、交通量、车型构成、环境景观以及经济承受能力等因素，无法也不可能阻止所有的车辆穿越护栏。偶发的事故不能作为否定护栏作用的原因；事故车辆超过护栏的使用条件，将导致严重的后果。

（三）应加强交通安全相关知识的传播。

有关方面和单位，包括驾驶培训学校，应对护栏的功能、属性、使用注意事项等加强宣传，使广大驾驶员自觉地按交通法律法规的规定和交通标志、标线的指引，安全驾驶，谨慎行车，才能更好的实现护栏安全保障功能。

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