公路护栏设计，在国外是怎么做的？

公路护栏是发生交通事故后保护事故车辆的最后一道防线，护栏之外就是深沟陡崖、江河湖泊或对向行车道，车辆如果越出护栏驶向路外，极有可能造成车毁人亡。设置护栏不能避免事故车辆碰撞护栏，但是通过护栏的有效防护，能够减少人员伤亡和降低事故损失。

护栏设计主要包括三方面内容：

一是是否设置护栏；二是设置什么防护等级的护栏；三是设置什么结构的护栏。

 

公路护栏的设置应用与交通组成、车型特点、运行速度、路侧条件、线形条件、技术经济条件等因素有关。世界各国都依据本国的道路环境特点和护栏研发技术现状等制订护栏设计方法，形成本国独特的护栏设计体系。本文主要介绍欧洲、美国和日本的公路护栏设计方法以及相关标准规范情况。

一、 欧洲

护栏是一种障碍物，当路侧实际净区宽度小于计算净区宽度，且驶出路外车辆碰撞护栏的后果比不设置护栏的后果轻时，才考虑设置护栏，这是判断是否设置护栏的国际通用原则， 路侧净区宽度是关键指标 。

欧洲各国的路侧净区宽度取值不尽相同，考虑的因素包括：速度（限制速度或设计速度）、填方还是挖方、路堤边坡坡度、平曲线半径、是否存在摩托车骑行者、路侧障碍物是孤立的还是连续的、路侧障碍物的危险程度、交通量、新建公路还是既有公路、道路类型等。各个国家或地区的路侧净区宽度取值考虑以上的一种或几种因素。

欧洲的护栏标准段防护等级划分为四类，分别是 低碰撞角度防护等级 （仅用于临时护栏，T1级6kJ、T2级21kJ、T3级37kJ）、 中等防护等级 （设计防护车型仅为小客车，N1级43kJ、N2级82kJ）、 高防护等级 （H1/L1级127kJ、H2/L2级287kJ、H3/L3级462kJ）、 特高防护等级 （H4a/L4a级572kJ、H4b/L4b级724kJ）。防护等级代码L与代码H相比，设计防护能量相同，设计碰撞条件增加了1.5吨小客车、碰撞速度110公里/小时的碰撞检验。欧洲各国高速公路护栏最低防护等级见表1所示，差异较大。在欧洲各国路侧护栏最低防护等级中，最小值为N2级82kJ，最大值为H2级287kJ；在各国中央分隔带护栏最低防护等级中，最小值为N2级82kJ，最大值为H3级462kJ；在各国桥梁护栏最低防护等级中，最小值为N2级82kJ，最大值为H4b级724kJ。

表1  欧洲各国高速公路护栏最低防护等级

 

德国公路的护栏标准段防护等级选取原则如图1所示，与路侧危险等级、速度、交通量、重型货车数量等有关，图中距离AE和A是指临界距离，类似于路侧净区宽度。其中，Hazard Level1、2（路侧危险等级1、2）均指路侧临界距离内存在可能引发二次事故的障碍物；Hazard Level3、4（路侧危险等级3、4）均指路侧临界距离内存在危及事故车辆乘员安全的障碍物。由图1可知，仅在路侧危险等级为Hazard Level1、速度大于50公里/小时、风险等级提高、重型货车日交通量大于3000辆时采用H4b级724kJ的护栏，其它条件下护栏防护等级为H2级287kJ及以下。

 

▲德国公路护栏标准段防护等级选取原则

关于什么结构的护栏可以在公路中应用，欧洲的EN1317标准《道路防护系统》形成成套标准体系，分别是：EN1317-1试验方法术语和通用准则、EN1317-2护栏标准段、EN1317-3防撞垫、EN1317-4护栏过渡段和可移动护栏、EN1317-5产品要求和一致性评价、EN1317-6人行道护栏、EN1317-7护栏端头、 EN1317-8、摩托车道路防护系统。

对于护栏的安全性能验证方法，除了实车碰撞试验以外，欧洲研究制订了车辆防护系统碰撞仿真力学计算导则，由五部分组成，分别是： 通用参考信息和报告、车辆建模和验证、防护设施建模和验证、验证程序、分析师资格 。碰撞数值仿真模拟已广泛用于护栏结构的方案设计优化以及安全性能分析，此导则是该技术应用较为系统的指导性文件。

二、美国

美国《路侧设计指南》全面阐述了护栏的设计方法，该文件在美国不是必须遵循的标准，可以在此基础上修改以适应当地的情况，但对指南的重大偏差应基于实际经验和客观分析。当年平均日交通量低于每日2000辆且设计速度介于30公里/小时~70公里/小时，作为《路侧设计指南》的补充，可以参考《低交通量低速道路护栏指南》。

在确定是否设置护栏时，美国《路侧设计指南》重点强调了路侧宽容设计理念，针对边坡、排水沟、路缘石、排水管和涵洞端部等路侧障碍物的可穿越设计给出指导性原则，使位于路侧计算净区宽度范围内的这些障碍物不对驶出车辆造成伤害，可以不设置护栏防护。对于路侧净区宽度范围内的杆柱，采用可解体消能柱时可以不设置护栏防护，可解体消能柱在美国有多年研究使用经验，形成基于不同结构溃散机理的多种设施形式，可供设计时选用。美国路侧净区宽度建议值与设计速度、设计日交通量、填方还是挖方、坡度、平曲线半径有关。在《路侧设计指南》中，给出了边坡坡度、路堤高度与设置护栏关系的图表，也有些州另外考虑了交通量、边坡长度等影响车辆驶出路外可能性的因素。

美国的护栏标准段防护等级分为TL-1~TL-6共六个等级，设计防护能量分别是36kJ、70.5kJ、144kJ、193kJ、548kJ、548kJ。TL-5级和TL-6级的设计防护能量相同，区别是TL-5级碰撞检验采用厢式拖挂车，而TL-6级采用罐式拖挂车。关于护栏防护等级选取，《路侧设计指南》并未给出明确的具体道路环境条件与护栏防护等级之间的一一对应关系，但给出一些指导性原则。例如，TL-2级70.5kJ是最常用的护栏防护等级，设计防护车型是小客车和轻型卡车；线形不良、交通量和/或速度高以及重型货车交通量大时，可能需要更高的防护等级（即TL-4级193kJ或更高），尤其是车辆越出护栏还会造成事故车辆以外的其他严重后果时；对于低交通量低速道路，TL-3级144kJ护栏可能不具备成本效益，更低等级护栏就可能防护预期的车辆范围。 

是否设置护栏以及设置什么防护等级的护栏，应基于护栏建设养护成本与降低事故损失的工程经济分析，即 护栏成本效益分析 ， 这是护栏设计的核心技术之一 。美国基于大量的路侧事故数据、护栏研究和碰撞试验经验，开发了路侧安全分析程序（RASP），用于护栏成本效益分析。程序中输入项目信息（设计寿命、建设年代、回报率、GDP、GDP平减指数等）、交通流信息（ADT、交通量增长、车型构成、车辆特征参数、车辆碰撞花费调节系数等）、道路信息（左侧还是右侧、是否双向隔离、地形、限速、接入口、车道数、车道宽度、路肩宽度、中分带宽度、平纵曲线、振动带设置等）、路侧危险物信息（类型、尺寸、起止点桩号等）、多种护栏设置方案的信息（护栏类型、高度、防护等级、起止点桩号等），运行程序可以得出不同护栏设置方案的成本效益比，从而确定最优设置方案。

在美国国家公路系统（NHS）上使用的护栏要求被联邦公路管理局（FHWA）认可。在碰撞测试完成后，赞助机构或制造商可以向FHWA提交产品说明文件。 如果已经满足测试标准，FHWA将在网站上发布产品的接受信，其中可能会列出设施使用的警告或限制，不仅包括护栏标准段，还有护栏过渡段、护栏端头、防撞垫等其它防护设施。AASHTO—美国通用承包商协会—美国道路和运输建设者协会联合委员会Task Force 13报告的《公路护栏标准化指南》是各种护栏设施的工程图纸库，每个设施都有一个代码，并建立一个网站用于查阅设计细节。针对最广泛使用的护栏设施，《路侧设计指南》给出了防护等级、设施代码、FHWA接受信编号和护栏结构尺寸、性能参数以及优缺点等具体信息，设计中使用其它护栏设施时，可以查阅FHWA接受信和Task Force 13报告网站获取设计细节。

《安全设施评价手册》（简称MASH）是美国道路设施碰撞性能检验的统一标准，涵盖的设施类型包括：护栏标准段和过渡段、护栏端头、防撞垫、解体消能柱、工作区交通控制设施、车载防撞垫、纵向渠化设施、交通门、拦截设施、排水设施以及路侧几何特征等。

MASH中还包括护栏运营阶段性能评价的内容，此阶段评价的目的是：检验设计目的是否在实地达到，并识别可以改善护栏性能的修改；获取护栏实际碰撞事故中的碰撞条件、乘员伤害、成功防护比例等详细信息；识别可能影响设施性能的环境因素（防盗、除冰盐腐蚀、除雪时造成的护栏损坏等）；检查护栏对公路环境的影响（影响视距、排水、积雪等）；获取护栏维护的信息（常规维护和碰撞后损坏修复所需的时间和费用等）。

三、日本

日本的《护栏设置标准·同解说》中，对是否设置护栏、护栏防护等级选取以及护栏的碰撞检验都有相应的规定。该标准中虽未提出明确的路侧净区宽度值，但也将障碍物与道路的接近情况作为确定是否设置护栏考虑的因素之一。对于车辆越出路外会侵入其他道路或铁路的情况，给出了横向距离这一指标要素，类似于路侧净区宽度值。《护栏设置标准·同解说》以分区形式规定了边坡坡度、路堤高度与设置护栏的关系。按照车辆越出路外导致事故车辆乘员伤害和造成二次事故两类，《护栏设置标准·同解说》给出了需要考虑设置护栏的场所，悬崖、挡土墙、桥梁、水域、其他道路或铁路、居民区、人行道等各类路侧障碍物均有所提及，也提到考虑事故多发段、线形以及气象条件这类车辆驶出路外可能性因素。

日本护栏标准段防护等级划分为七级，分别是C级（45kJ）、B级（60kJ）、A级（130kJ）、SC级（160kJ）、SB级（280kJ）、SA级（420kJ）、SS级（650kJ）。《护栏设置标准·同解说》规定了护栏防护等级与道路类型、设计速度和事故严重性的对应关系。事故严重性分为三类：一般路段、有可能发生重大交通事故的路段以及干线交通交叉点附近路段，并在条文说明中对各类严重性对应的路侧情况作了具体说明。同时也提到由于运行速度和线形的原因导致碰撞能量高的路段，适用于较高防护等级。

《护栏设置标准·同解说》也包含护栏的碰撞检验标准，但只针对护栏标准段。对于护栏端头、出口分流端防撞垫、护栏过渡段这些非标准点段设施，《护栏设置标准·同解说》给出了设计处理示例，没有规定进行实车碰撞试验的方法和指标。日本护栏碰撞检验标准与目前国际主流的欧洲标准和美国标准有些明显区别，体现在：大型车辆碰撞车型只有25吨货车一种，通过不同的碰撞速度达到各防护等级的碰撞能量；规定了车辆最大进入行程的限值，且对于立柱埋入土中和埋入混凝土中限值不同；乘员风险评价只考虑加速度指标，且柔性护栏和刚性护栏限值不同。

《车辆用护栏标准图·同解说》提供了各类护栏的设计标准图，并给出了碰撞检验的车辆最大进入行程和车辆重心加速度值，对标准图的形状尺寸和支撑条件变更等，给出了基于理论计算的变更方法。《护栏设置标准·同解说》和《车辆用护栏标准图·同解说》均特别提出了耐雪型护栏，考虑护栏积雪荷载（包括自然积雪和除雪导致的堆雪），对护栏结构进行补强设计，确保在护栏积雪荷载作用下，护栏梁体不产生塑性变形、防阻块不产生塑性变形、立柱不沉降。

欧洲、美国和日本的护栏研究应用起步较早，本文介绍了这些国家的公路护栏设计方法以及相关标准规范情况，为我国的相关技术研究以及标准规范修订完善提供借鉴参考。