[科普中國(guó)]-護(hù)墻

間斷式混凝土護(hù)墻1 概述

安全設(shè)施是為了保證高等級(jí)公路安全運(yùn)營(yíng)而設(shè)置 ,橋梁上的防撞護(hù)欄及路側(cè)的間斷式混凝土護(hù)墻為高等級(jí)公路安全設(shè)施的重要組成部分。橋梁上的防撞護(hù)欄因其所處的環(huán)境和地位而受到高等級(jí)公路設(shè)計(jì)部門、管理部門和研究人員的重視,但對(duì)路側(cè)的防撞護(hù)墩的研究還比較欠缺 ,在國(guó)內(nèi)各地并沒有形成共識(shí) ,很大程度上還處于基于經(jīng)驗(yàn)和慣例,缺少系統(tǒng)的研究。研究表明, 路側(cè)事故在公路事故中占了大約 30%的比例,這也突顯了在路側(cè)合理設(shè)置護(hù)欄的重要性。

我國(guó)在上個(gè)世紀(jì) 70 年代開展了公路交通安全的研究 ,已經(jīng)取得很多研究成果, 并形成相關(guān)的規(guī)范,為路側(cè)設(shè)置護(hù)欄提供了依據(jù)。但的研究主要針對(duì)高速公路上的連續(xù)式護(hù)欄, 而在山區(qū)公路中應(yīng)用十分普遍的間斷式護(hù)欄, 缺少系統(tǒng)研究。山區(qū)公路普遍采用的間斷式混凝土護(hù)欄, 具有顯著的使用優(yōu)勢(shì):

(1)造價(jià)低廉;

(2)材料容易獲得,方便就地取材;

(3)施工和養(yǎng)護(hù)方便;

(4)強(qiáng)度高;

(5)不易遭人破壞;

(6)能夠很好地解決行車噪聲、路內(nèi)空氣流動(dòng)和路面積水等問題。

但間斷式混凝土護(hù)欄具有明顯的缺陷, 通過對(duì)浙江省溫州地區(qū)間斷式護(hù)墻的調(diào)查, 以期得出間斷式防撞護(hù)墻存在的主要問題, 及需要改進(jìn)的方向。

2 間斷式護(hù)墻的現(xiàn)狀調(diào)查本節(jié)對(duì)溫州地區(qū)典型間斷式護(hù)墻的一些工程事故進(jìn)行調(diào)查可見如下情況:

(1)間斷式護(hù)墻具有一定的抗側(cè)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(fā)生。

(2)間斷式護(hù)墻本身并沒有因?yàn)槭艿脚鰮舳l(fā)生破壞,整體性保持得很好, 傾覆是因?yàn)樽o(hù)墻的基礎(chǔ)提供的約束力不足造成護(hù)墻基礎(chǔ)發(fā)生失穩(wěn)破壞造成的, 其它的大量的護(hù)墻事故均反應(yīng)出這一共同特點(diǎn)。所以為了盡可能避免因車輛碰撞護(hù)墻而產(chǎn)生的二次事故如墜崖和墜河等。

3間斷式護(hù)墻的理論研究由前面的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料可知,間斷式防撞護(hù)墻存在的主要問題是基礎(chǔ)提供的約束力不足, 對(duì)于絕大部分護(hù)墻直接修筑在路側(cè)地面上,那么護(hù)墻抗側(cè)向滑移變形僅靠自重和護(hù)墻與地基間的摩擦系數(shù)來提供,抗側(cè)向傾覆能力靠自重繞外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)距離提供的抗傾覆彎矩來維持,這種能力很有限。圖3所示防撞墻斷面為單坡型, 安全防撞類型為Am型, 地面上高度為81cm,采用梯形,迎撞面為斜坡面,坡角為80°;基礎(chǔ)埋置深度為20cm,底部寬度取為50cm,單個(gè)護(hù)墻縱向長(zhǎng)度為200cm,護(hù)墻間距為200cm。在如圖3所示的坐標(biāo)系統(tǒng)下,左起第一個(gè)防撞墻的重心坐標(biāo)為(22.38, 100.00, 47.46), 一個(gè)護(hù)墻的體積為0.894m;護(hù)墻的質(zhì)量密度取為2500kg/m時(shí),一個(gè)護(hù)墻的總質(zhì)量為2235kg。護(hù)墻重量沿著外側(cè)底邊的抗傾覆彎矩僅為2235 ×9.8 ×0.2238 =4.902kN.m。單個(gè)間斷式混凝土護(hù)墻最大抗傾覆彎矩為護(hù)墻重心繞著坐標(biāo)原點(diǎn)產(chǎn)生的彎矩, 護(hù)墻在水平面的投影, 護(hù)墻重心在水平面上的投影距離角點(diǎn)距離最遠(yuǎn), 為102.47cm, 則相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)處角點(diǎn)的抗傾覆彎矩為2235 ×9.8 ×1.0247 =22.444kN.m。所以圖3所示的單個(gè)防撞護(hù)墻的抗傾覆彎矩在4.902 ～22.444kN.m。

車輛與第一個(gè)護(hù)墻發(fā)生碰撞時(shí)的最大碰撞力為219.39kN,所以該最大碰撞力相對(duì)于單個(gè)護(hù)墻重心產(chǎn)生的傾覆彎矩為219.39 ×(0.70 -0.47)=50.460kN.m,遠(yuǎn)大于護(hù)墻沿外側(cè)面底邊產(chǎn)生的重力抗傾覆彎矩4.902kN.m,所以車輛與第一個(gè)護(hù)墻發(fā)生側(cè)面碰撞時(shí), 第一個(gè)護(hù)墻將會(huì)傾覆。與第二個(gè)護(hù)墻發(fā)生碰撞時(shí)的最大碰撞力為2.25kN,由該力產(chǎn)生的最大傾覆力矩為2.25 ×(0.70 -0.47)=0.52kN.m,遠(yuǎn)小于護(hù)墻重力繞外側(cè)的抗傾覆彎矩4.902kN.m,所以第二個(gè)護(hù)墻不會(huì)產(chǎn)生翻倒。

4結(jié)論和建議不論是通過山區(qū)間斷式防撞護(hù)墻現(xiàn)場(chǎng)工程事故還是初步的理論分析均可看出, 間斷式防撞護(hù)墻如果不設(shè)置基礎(chǔ),其防護(hù)能力很有限,為了提供其防護(hù)能力,需要對(duì)間斷式護(hù)墻的長(zhǎng)度、基礎(chǔ)埋置深度以及是否設(shè)置基礎(chǔ)如座椅式基礎(chǔ)或鋼管基礎(chǔ)開展研究。1

護(hù)墻防護(hù)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(zāi)害, 全國(guó)各省( 區(qū)) 公路養(yǎng)護(hù)部門每年都要投入大量人力、物力和財(cái)力用于水毀搶修和修復(fù)。在公路路基沖刷防護(hù)中, 護(hù)墻用的最多, 它一方面可用來支撐路基填土, 另一方面起到抵御洪水沖刷破壞路基的作用。但在實(shí)際工程中, 由于護(hù)墻基礎(chǔ)埋置深度不夠而發(fā)生破壞的情況也屢有發(fā)生, 使得護(hù)墻修了被沖, 沖了再修, 造成公路路基的重復(fù)水毀。丁壩具有外圍防護(hù)性質(zhì), 利用丁壩配合護(hù)墻防護(hù)公路路基水毀并加強(qiáng)丁壩自身防護(hù) ,將有效避免重復(fù)水毀情況的發(fā)生。

1 丁壩配合護(hù)墻防護(hù)公路路基水毀丁壩作為一種公路路基水毀防護(hù)建筑物, 其主要的防護(hù)機(jī)理是: 由于丁壩對(duì)水流的壓縮和阻攔, 在壩后一定范圍內(nèi)出現(xiàn)回流區(qū), 回流區(qū)內(nèi)水流的流速比主流小的多, 從而緩解了水流對(duì)沿河路基的沖刷。同時(shí), 由于流速的降低, 使得水流挾帶的大量泥沙在壩后沉積下來。也就是說, 丁壩對(duì)河岸的防護(hù)作用, 主要是依靠壩后回流區(qū)的減速和淤沙。

如前所述, 護(hù)墻單獨(dú)作為公路路基沖刷防護(hù)建筑物時(shí), 往往不能將其基礎(chǔ)埋置在最大沖刷線以下而遭受水毀。而利用丁壩防護(hù)機(jī)理, 采用丁壩配合護(hù)墻是一種比較安全可靠和經(jīng)濟(jì)的防護(hù)手段。在壩后回流區(qū)內(nèi), 河床不但不受沖刷, 反而會(huì)產(chǎn)生泥沙淤積。這樣, 受丁壩保護(hù)的護(hù)墻, 其基礎(chǔ)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(jì)算。因此, 在今后的治理路基水毀防護(hù)工程中, 應(yīng)提倡采用這種綜合防護(hù)形式。

2 丁壩自身防護(hù)措施2.1 采用柔性結(jié)構(gòu)的丁壩

干插片石外包一層鉛絲籠形成的丁壩屬于柔性結(jié)構(gòu)。采用這種形式后, 丁壩基礎(chǔ)可埋得較淺, 壩頭可隨沖刷而下沉, 但壩體不會(huì)由此產(chǎn)生斷裂而破壞。當(dāng)壩頭下沉就位達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí), 可將壩頭加高到設(shè)計(jì)值, 全壩加做一層混凝土外罩, 即可成為一種永久性建筑物。采用這種結(jié)構(gòu)可避免大量的開挖工作 , 加快了施工速度, 因而尤其適用于公路水毀搶險(xiǎn)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(gè)白天就修筑完成, 使被防護(hù)的路段未被當(dāng)天夜里的一場(chǎng)特大洪水沖毀。

2.2 采用防沖盤進(jìn)行防護(hù)

防沖盤是一種平面防護(hù), 一般為鉛絲石籠柔性結(jié)構(gòu), 平鋪于壩頭附近。如將其頂面置于河床面上, 應(yīng)注意要充分覆蓋沖刷坑范圍; 如將其置于河床面以下一定深度, 其表面積可相應(yīng)減小, 并且埋得越深面積越小。因此,防沖盤應(yīng)盡可能地深埋于河床面以下。設(shè)置防沖盤后, 丁壩基礎(chǔ)嵌入防沖盤下一定安全深度即可。

2.3 采用拋石進(jìn)行防護(hù)

拋石防護(hù)也為平面防護(hù)的一種。這一防護(hù)措施取得良好效果的關(guān)鍵是拋石范圍必須充分覆蓋需要防護(hù)的丁壩局部沖刷坑范圍。為了防止拋石被沖走流失, 拋石頂面應(yīng)盡量碼砌平整, 并在拋石下游末端設(shè)置鐵絲石籠攔截墻, 其頂面與拋石頂面齊平, 以提高拋石的抗沖能力。當(dāng)大水來臨, 丁壩自身結(jié)構(gòu)面臨沖毀危險(xiǎn)時(shí), 采用拋石防護(hù)可快速有效地保證丁壩安全。

2.4 采用護(hù)坦式基腳

護(hù)坦式基腳可采用漿砌片石或混凝土制作, 可與丁壩基礎(chǔ)連成一體或單獨(dú)沿丁壩基礎(chǔ)周圍砌筑, 其高度與丁壩基礎(chǔ)高度一致。它的減沖效果和導(dǎo)流堤以及護(hù)墻和護(hù)坡的護(hù)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(chǔ)埋深 。

2.5 漫水丁壩加設(shè)挑坎

對(duì)于漫水丁壩, 可以在在丁壩下游方向沿壩身加設(shè)挑坎, 實(shí)踐證明, 它能夠使壩后淤積區(qū)的范圍加大。挑坎平臺(tái)高度一般與河床面齊平, 淤沙效果較好。挑坎形式與壩后淤沙范圍的關(guān)系還有待于進(jìn)一步的模型試驗(yàn)資料驗(yàn)證。

3結(jié)語(yǔ)在公路路基設(shè)計(jì)和施工中, 人們普遍重視主體工程, 忽視防護(hù)工程, 從而導(dǎo)致了諸如沿河公路重復(fù)水毀現(xiàn)象的發(fā)生。本文提出了利用丁壩和護(hù)墻防護(hù)公路路基水毀這一綜合防護(hù)形式, 并介紹了幾種丁壩自身的防護(hù)措施, 它們已在工程實(shí)踐中得以應(yīng)用并取得了良好的防護(hù)效果, 可以在今后公路水毀防治方面得以推廣使用。2