混凝土景观护栏设计

引言

随着社会经济的高速发展及生活水平的提高，人们对高速公路的要求不仅仅是为社会提供一个高效、快捷、安全的交通载体，而且也要成为一个行车舒适、环境优美、技术先进、服务优良的人文景观。护栏作为公路的沿线形象工程，必将成为景观设计的一个要点。我国对护栏的设计长期以来主要集中在提高护栏的防撞等级上[1]，对于护栏的美观性研究较少。特别是混凝土护栏，现有的护栏外形多较呆板，长距离的行驶容易造成视觉疲劳。为此，护栏在设计的前期阶段以及养护管理阶段除注意道路的安全性、可驶性、便利性、耐久性外，还要引入环保、美化、人文的概念[2]，把混凝土护栏的景观设计作为一项重要内容加以考虑，在混凝土护栏设计中添加自然及人文元素，一方面满足一定的视线诱导效果；另一方面使公路护栏在传承设计中有所突破，并成为一道自然景观与人文景观相互协调的空间走廊。混凝土景观护栏设计主要分为三个部分，景观方案设计；护栏结构的设计；景观元素与护栏结构的结合。

1景观方案设计

景观方案设计是混凝土景观护栏设计的基础[3]。每一公路项目的路线走廊带必会经过一个或多个不同的行政区域，而每一行政区域都有其独特的自然及人文文化。景观方案设计主要分两步进行，一是对沿线自然、人文景观的调查；二是在调查结果的基础上，选取2～3个重点文件元素进行剖析，确定设计主题，从而选定景观的设计元素。

1.1沿线自然、人文景观调查

对项目所经区域的历史渊源进行内业调查，通过实地考查、走访、询问等方式对项目所经区域的自然、人文文化进行外业调查，并对每一文化的起源及所孕育的含义进行分析，结合项目建设目的，最终选择两个具有代表性的景观点作为景观设计主题。以河南某高速公路为例，经调查，项目所经区域的自然、人文景观主要有：国花牡丹、龙门山色、马寺钟声、白云山景、关林古柏、邙山古墓。通过对随机的100个不同区域不同行业的人员进行询问调查，最终选取国花牡丹和龙门山色作为重点文化作为设计主题。

1.2重点文化剖析

在上述设计主题确定后，对重点文化进行剖析，并进一步采用抽象、联想、形象思维等方法将重点文化提炼为景观元素加工修饰，用简洁、流畅、抽象的线条将设计元素予以体现。仍以上述河南某高速公路以龙门山色为例：龙门石窟是典型的隋唐时期佛像造型风格，佛像是通过在山体挖洞形成，造型整体圆润丰满，神态安详、服饰轻薄飘逸。造像艺术一开始就融入了对本民族审美意识和形式的悟性与强烈追求，使石窟艺术呈现出了中国化、世俗化的趋势。与像密不可分的，是预示平安的莲花座与念珠。⑴莲花座——如护栏一路看来犹如一瓣瓣莲花，佛教意味浓重，保佑着行人的安全（见图1）。

2护栏结构的设计

护栏结构的设计首要的是满足安全性的需求[4]，因此，需从两个方面入手：一是选择护栏的防撞等级；二是选取合理的护栏结构形式，并确定墙体的结构尺寸，从而有效减小车辆碰撞护栏事故的严重程度及大型车的碰撞翻越，提高行车的安全性。

2.1护栏防撞等级的选择

护栏防撞等级的选择在满足标准规范要求的基础上，主要考虑交通流组成特点及路侧危险度等级的大小。首先根据交通流组成特点，选择第85%位的车重所对应的车型为防护代表车型[5]，并进一步得出碰撞条件。以图3为例，85%车重所对应的车型为14t，因此，碰撞条件为质量14t，碰撞速度80km/h，碰撞角度20o。其次，以路侧边坡的坡高和坡度作为基准值，然后通过坡脚状态和可能引发二次事故的严重程度对其进行修正，得出路侧危险程度，并选择相应的防撞等级。最后，将上述两种条件确定的护栏防撞等级做对比，选择高等级为最终的护栏防撞等级。

2.2护栏墙体结构尺寸

护栏墙体结构尺寸设计主要包括迎撞面角度、护栏高度及阻爬坎厚度。2.2.1迎撞面角度针对不同迎撞面夹角的护栏结构数值模拟和大量资料调研分析表明，NJ型护栏（新泽西护栏）结构的双坡面断面形状应该是一种“最优”坡面型式，但是其存在两大问题：一是在一定的碰撞条件下，失控车辆会爬上、越过或外倾翻过护栏；二是当车速、车重、碰撞角度等满足一定条件时，失控车辆会在护栏内侧翻车。基于上述问题，护栏迎撞面角度可以选择NJ型护栏的双坡面断面，但需对其存在的两个问题进行改进。针对NJ型护栏存在的第一个问题，采用护栏加高的方法。但是单纯采用护栏加高，又往往造成车辆内翻事故概率的提高，因此，护栏加高即要防止车辆越出，同时又不提高车辆内翻的概率，这就需要在加高护栏的同时控制车辆爬高。为控制车体的爬高，在护栏顶端的迎撞面上加设阻爬坎。

2.2.2护栏高度护栏高度设计主要是为了防范重心较高的大型车辆的外倾覆，而对于小车，因其重心高度较低，一般不会出现向外倾覆翻出护栏的情况，其护栏高度计算的倾覆示意图如图4所示。为了防止车辆发生向外倾覆，要求车体重心不能越过护栏上方的平衡位置，最极端的情况是当车辆重心达到护栏上方位置时，车辆的动能为零，即在此时车辆的动能完全转化为车辆爬升的重力势能，能量方程如下式：2.2.3阻爬坎厚度对阻爬坎厚度W的确定，选择的标准是既要护栏能够对车辆进行平滑导向，又要车体在碰撞过程中的加速度尽可能的小。以往课题中针对不同厚度进行了数值模拟，结果表明：车体的姿态在厚度W＜7.5cm时导向都较平滑，并且当W=5.0cm时，车辆对纵向和横向的加速度控制的最好。因此综合考虑，最终选择防爬坎的厚度W=5.0cm。综上，混凝土护栏结构可选择如图5的形式。

3景观元素与护栏结构相结合

护栏结构与景观设计图案选定后，采用镂空、浅浮雕等手段将景观设计图案融入护栏结构中。在两者相结合时，应注意以下两点[6]：⑴景观设计图案沿护栏延伸方向的宽度不宜过宽，一般以不超过1.6m为宜，以便保证景观图案两侧墙体部分的强度要求。⑵景观设计图案的顶部与护栏顶部的距离，应满足护栏上端横梁的强度要求。上述河南省某高速公路为例，景观护栏设计成果如图6所示。

4结语

混凝土护栏因其防止车辆穿越效果好、变形小且后期养护费用低等特点广泛应用于公路建设项目中，然而，传统的混凝土护栏外形呆板是其存在的一大弱点。混凝土景观护栏的设计可有效缓解混凝土护栏的这一弱点，将公路沿线的自然、人文景观元素与护栏相结合，既可以缓解混凝土护栏呆板的特性，具有良好的视线诱导功能，也可以使驾乘人员在行驶的过程中感受沿线的地域文化。

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