聂志光:香港如何让快速公路路面和护栏更安全?

香港公路总长超过两千公里，汽车保有量已超70万辆。由于受到两广丘陵地形影响，香港道路路网看起来非常庞杂。快速公路是香港的主干道路，同时也是高速道路，2016年底总长度已经超过两百公里，占全部路网的1/10。

▲图：香港公路网简图，红线表示快速公路

香港快速公路限速普遍在80km/h，最高限速在110km/h。快速公路日均车流量较高，基本接近10万辆/条，像屯门公路这样主要的快速公路车流量远超10万辆。快速公路流量大、限速高，因此其安全设计尤为重要。影响快速公路安全的因素有很多，包括线形、坡度、交通标志、路面标线、警示措施、路灯照明、路面设计、护栏设计等等。在过去十年中，我们在路面设计、护栏设计的研究方面总结了一些经验，希望能够提供一些参考。

❖ 水泥混凝土护栏影响排水 可在底部开洞

香港道路的横向坡度最小是2.5%，和大陆类似，主要利用横向坡度排水。快速公路在没有路缘石的情况下，只要护栏后留有足够的排水沟，基本上可以满足路面排水需求。但是，香港许多新建快速公路旁都有防噪屏，为交通安全考虑，防噪屏底部使用了水泥混凝土护栏，影响路面排水，所以我们选择在水泥混凝土护栏上开洞排水。暴雨时，道路纵向曲线底部会形成大量积水，通常我们会假定上游的水在同一时间排到下游，因此在纵向曲线底部设计排水洞时会特别考虑其密度，以满足路面排水需求。

▲图：在水泥混凝土结构的防护栏上开洞排水

❖ 哪种路面材料既透水又耐用？

在二十年前，香港快速公路有沥青路面，也有水泥混凝土路面。很多快速公路本身就是水泥混凝土结构，所以直接将水泥混凝土面层作为道路面层。但水泥混凝土透水性并不理想，雨天路面易形成积水，夜晚路面标线会因为水的反光作用而“消失”，极大地影响了交通安全。

▲图：影响路面材料设计的因素

此外，水泥混凝土路面在经过长期磨耗后，其结构本身虽没有破烂，但面层部分会破损，路面防滑性能下降。加上车辆行驶产生的噪音、行车舒适度、路面耐用程度等多种因素考虑，我们认为以水泥混凝土作为路面并不合适。在上世纪90年代，香港开始普遍采用沥青作为快速公路路面，如原有路面是水泥混凝土结构，就在上面加一个垫层，在垫层上铺设沥青。起初，我们采用了密级配沥青混凝土混合料（以下简称“密级配”），但是密级配没有透水性，雨天还是会出现水膜、水花和标线“消失”的情况。我们认识到所有快速公路面层应该实现标准化，即面层都是透水路面。

我们尝试用开级配沥青混凝土混合料（以下简称“开级配”）取代密级配，但采用开级配后却遇到了新难题。通常沥青的孔隙率在10%以下（4%-8%），开级配孔隙率达到了20%，会直接影响路面耐用性。为解决这个问题，在开级配的基础上引进了SBS聚合物改性材料（即SBS改性沥青，是一种以基质沥青为原料，加入一定比例的SBS改性剂，同时加入一定比例的专属稳定剂，形成SBS共混材料，利用SBS良好的物理性能对沥青做改性处理。），以增加透水沥青的强度。

近年来我们发现，橡胶沥青可能比SBS改性沥青的性能更好，在美国已经得到广泛应用，大陆部分地区也已经开始使用。在橡胶沥青里如果把孔隙率增加到20%，可能会比利用SBS聚合物增加孔隙率更有效、更耐用。未来，我们希望在路面上能够越来越多的使用橡胶沥青。

❖ 道路护栏分四个级别 L3主要针对双层大巴设置

我们将道路护栏大致分为四个级别：L1、L2、L3、L4。简单来说，L1是一般的道路护栏，L2护栏使用较多，L3是香港特有的等级划分，主要用来防护经常有双层大巴行驶的道路。L4用来防护重型车辆行驶、有特殊设施或跨越铁路的桥梁等。

▲图：道路护栏等级划分表

一般路旁护栏主要是两波板、三波板的钢铁横梁，使用情况与大陆相似。当车辆与护栏发生碰撞时，护栏会变形，所以我们在设计护栏时留有一个“block-out”，即护栏向外撑出去一部分，避免车辆撞击护栏时，车轮被护栏的立柱阻挡而导致急停。如下图，与其他护栏不同的是新泽西护栏，主要由水泥混凝土和钢铁横梁构成，有一些三波板是L2级别，有一些是L3级别，在碰撞的时候能够有效承载双层大巴。

▲图：一般路旁护栏设计

L3级别护栏如何保护双层大巴呢？当其以不超过50km/h的速度、碰撞角度小于20°的情况下与一个底部由水泥混凝土、顶部由1-2个钢铁横梁组成的L3护栏发生碰撞时，底部水泥混凝土斜面和车辆悬挂系统互动可以给车辆一个具有导向性的作用力，同时顶部横梁也可以起到防护双层大巴上层的作用。

❖ 桥梁护栏刚度强于道路护栏

桥梁护栏也分为四个级别，与道路护栏情况类似。从下表中得知，大部分桥梁需要使用L2级别护栏；如果桥梁上通过的双层大巴比较多，需要使用L3级别护栏；当桥梁跨越铁路等重要设施时，需要使用L4级别护栏。L4级别护栏全部采用水泥混凝土结构，高度设计在1.5米或以上。

▲图：桥梁护栏等级划分表

由于要防止车辆掉下桥梁，桥梁护栏的刚度要强于道路护栏。目前，大多数桥梁使用L2级别护栏，它包含的三个钢铁横梁足够承载车辆碰撞。如果要将L2级别护栏提升至L3级别护栏，首先要考虑增加护栏高度（即再加上一根钢铁横梁），然后通盘考虑护栏整体的刚度。特别注意的是，如果下面的三根钢铁横梁刚度过强，当小汽车与护栏碰撞时，THIV（理论乘员头部碰撞速度）和ASI（乘员加速度伤害指标）会超过相应的国际标准，因此在设计第四根横梁时需要连同下面三根横梁通盘来考虑整体的刚度。

❖ 护栏连接不是简单拼接 需要做特殊考虑

很多时候施工单位虽然切实按照设计标准制作护栏，由于不同护栏在图纸上没有明确标记，施工的时候也没有留意，使得连接处成为护栏最薄弱的环节。车辆与护栏发生碰撞时，车辆容易将上游护栏向后压，然后前滑咬进下游护栏的端点，从而使护栏不仅失去了防护作用，还构成了危险。在2007年我们颁布了工程设计技术指引，规定每一种护栏端点要足够安全，两种不同护栏连接时必须要有特殊考虑，不能简单将两个护栏摆在一起。

▲图：不同护栏连接处的设计

❖ 可移动护栏 方便车辆临时改道

，有的使用两波板。后来发现，两种不同材质分隔带护栏的连接并不理想，车辆与两波板护栏发生碰撞后容易出现跑到对面车道的情况，。

：有时候因为某一方向出现交通事故，希望将车辆临时改道到另一方向，如果全部采用水泥混凝土结构，在改道时常需花一整天时间将水泥混凝土打掉，工程量非常大。因此我们采用了一个弹性的解决办法：对于一些可能需要改道的道路设置可移动水泥混凝土护栏（其防护能力与水泥混凝土护栏防护能力相当），护栏之间用连杆连接，便于挪动。

▲图：可移动水泥混凝土护栏

消防部门对于可移动护栏提出了更高的要求，当消防车辆需要占用对向车道时，要在2分钟之内打开护栏使其通过。如何保证在2分钟之内打开护栏呢？我们花了几年时间向美国学习，经过不断改进，合作设计出了活动钢护栏。活动钢护栏底部有可以移动的轮子，通过机械方法使这些轮子托起钢闸让护栏能够定向推动。

▲图：活动钢护栏

❖ 结构性防撞垫包含可压缩材料 减小车辆损伤

从前我们认为，并不是所有的岔道口都需要防撞垫，可以有选择性的进行设置。后来，根据统计得出结论：所有岔道口都需要设置防撞垫。从2007年起，我们做了一系列检查工作，基本完成了香港快速公路每一个岔道口防撞垫的设置。在一些岔道口装有结构性防撞垫（包含可压缩材料，发生碰撞后复原比较快），在一些岔道口装有纯钢铁结构的防撞垫（发生碰撞后复原比较慢）。

大陆通常采用的防撞装置是水桶和沙桶。当车辆发生纵向碰撞时，结构性防撞垫与水桶、沙桶的防撞效果区别不大。但当车辆从其他方向与之发生碰撞时，结构性防撞垫具有导向功能，在很大程度上减小对车辆的损伤。

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本期编辑 | 蔡楚唯

投稿建议 | shezhang122@126.com