陈帅

(南四湖水利管理局韩庄水利枢纽管理局 山东济宁 277600)

1 研究背景

为了强化对道路、桥梁的保护和安全管理，管理单位对部分道路和桥梁设置限高架或限宽墩等方式限制大型或超高车辆通过，起到了保护道路和桥梁，保障行车安全的作用。但由于目前限载措施过于简单，车辆与限载措施碰撞事件时有发生，给人们的生命和财产造成巨大损失。同时，由于事故的发生造成交通拥堵，救援车辆无法快速抵达现场，还可能被限载措施拦截，错过最佳救援时间，造成人员的生命和财产损失。因此，设计一种既能有效限载保护道路桥梁又能避免上述交通事故发生的智能限载设施具有重要的现实意义。

韩庄节制闸见图1，位于山东省微山县韩庄镇南微山湖出口处，属韩庄枢纽工程的重要组成部分，是南四湖洪水经韩庄运河南下的关键性控制工程。作为防汛道路的韩庄节制闸交通桥是国道104线上跨越韩庄运河的唯一公路桥梁，分为左右独立两幅，也是连接江苏省徐州市铜山区和山东省济宁市微山县的重要交通工程，不仅就有防洪意义，对加强两省经济文化交流，促进沿线经济发展也具有重要意义。由于地处苏鲁省界重要交通枢纽位置，车流量大，且多为运载钢材、铁矿石等重型车辆，导致桥梁病害较重，技术状况评定为四类桥。2016年12月—2017年1月，韩庄枢纽局对韩庄节制闸右幅桥进行了应急维修，由于只是局部修补和加固，无法起到恢复或提高设计通行荷载标准的作用，为保障工程安全和通行车辆的安全，需对通行车辆进行限载，在右幅桥设置完善的通行限载，禁止大中型车辆通行。

图1 韩庄节制闸全貌

2 软式限高设施系统设计

目前，公路行业、水利行业等应用的限高架主要采取单一固定的一体限高架，即硬式限高架，主要的安全隐患是车辆容易与限高架误撞，给驾乘人员生命财产造成损失[1]。为了解决限高架应用存在的安全隐患，国内外都在积极寻找相应的对策。目前，大多数都是借助技术手段实现自动检测车高，向超高车辆发出报警[2-3]。本文在综合当前限高架研究成果的基础上，通过改进设计一种新型软式道路限高设施系统，消除安全隐患。

2.1 设计思路

对道路安全管理研究成果进行分析可知：采取的安全措施除了设置正常的警示标志外，通常采用的限载措施有限高或限宽两种方式。由于韩庄闸交通桥北侧与老运河交通桥相距较近,两桥相距约36 m，且两桥高差较大，桥面高程相差约4.2 m，加之行车道宽度仅7.5 m，若在北侧桥头设置限宽墩进行限载，缺乏足够的安全预警距离，存在较大的安全隐患；综合考虑，决定采用限高架限载方案。

限高架大体分固定限高架和可调节高度限高架。固定限高架为一次性不可调节高度限高架，上有标志牌，标有限高米数，用于提示车辆，靠架子本身拦截车辆，安装方便，成本相对较低，此类限高架缺点是一旦安装，限制通行高度即是固定的，一旦有超高车辆忽视限高标志驶入，要么无法通行，要么破坏限高架，很有可能造成汽车或限高架损坏或人员受伤[4-5]。可调节高度限高架可灵活调整高度，有效避免了车辆与限高架的刮伤，分为手动限高架、电动限高架两种；手动限高架通过手动装置在需要时可手动抬起限高杆，使用人工操作，效率较低；电动限高架自动便捷但费用较高。设计思路图如图2所示。

图2 设计思路图

2.2 设计方案

目前，对于限高系统的设置过于简易，大多数限高系统只设置刚性物理限高架，一旦驾驶员误判误撞，直接导致车辆损坏甚至危及生命安全。如果限高系统能够提供一定的容错范围，让驾驶员在误判的情况下可以及时认识到错误并弥补，这样既保证了桥梁的安全，同时可以保护车辆和人员生命安全。通过对道路安全管理研究成果的分析[6]，提出依次设置限高警示标志标牌，软式警示限高架。夜间警示灯和刚性防撞限高架，形成一段防撞缓冲路段，帮助驾驶员及时发现超高并避免撞击。

韩庄节制闸交通桥软式限高设施系统共分为限高防撞设施，警示及电子抓拍设备和视频监控预警系统3个模块。

2.2.1 限高防撞设施

该技术是在硬式限高架前连设两道软式限高架，软式限高架使用倒U 型钢结构框架，顶架下垂可自由摆动的橡胶棒，橡胶棒与顶架间通过锁链连接，橡胶棒长约1.0 m，为整条式，无棱角，防剐蹭，橡胶棒涂刷红白反光漆。整体安装方便，造价经济，无须人工操作，既能起到警示和提醒作用，又能避免刮伤车辆和损坏限高架，且保证了行车安全。

共制作安装4套限高架，如图3所示。在右幅交通桥北端设置2 道软式警示限高架，1 道刚性防撞限高架，在南端设置1道软式警示限高架，并在限高架上制作安装限速，限高标识标牌和太阳能夜间警示灯，两侧设置防撞桶等警示设施。

图3 限高架

2.2.2 警示及电子抓拍设备

考虑韩庄闸交通桥与老运河桥相距仅36 m 且高差较大，车辆在通过该路段均存在下桥不减速，上桥急加速的现象，如在该处位置设置警示牌及电子抓拍设备，对超速车辆进行相应处罚，可起到较好的警示作用。

根据现场过往车辆统计数据及交管部门建议，在104 国道沿途设置限高和限速提醒标志标牌，并在交通桥北端安装300 万电警抓拍单元2 台、闪光灯4 台、雷达4 台、终端服务器1 个、服务器配备光纤收发器1对及交换机1 个，安装T 型立杆1 套，对双幅交通桥双向车辆进行限速监控抓拍，如图4所示。

图4 电子抓拍设备

2.2.3 视频监控预警系统

在设计过程中，认为超高车辆误判驶入交通桥的现象势必存在，为避免超高车辆误判驶入交通桥的现象发生后导致交通拥堵，设置视频监控与红外预警系统对运行状况实时监控，值班人员发现问题可以第一时间到达现场指挥，确保交通畅通。

在交通桥北端共设置球形摄像机3 台，南端设置球形摄像机2台，监控系统全方位、无死角地对限高架运行状况实时监控，如图5 所示，并安装红外预警装置，一旦发生事故，值班人员及时抵达现场，引导超高车辆退出，并对限高架进行检查修复工作。

图5 视频监控系统

2.3 主要技术指标

限载车辆的主要对象是南去的大型重载车，现场对过往的重型与大型车辆尺寸进行了测量统计。根据车辆驾驶室、车厢等尺寸的统计情况，以及限制通行目标车辆的情况，综合比较限高高度取3.0 m，过桥的重型与大型车辆都将被禁行，仅小型车辆可通行。

2.3.1 限高架位置

右幅桥车流方向由北向南，第一道软式限高架设在北侧引桥的北端；第二道软式限高架距第1 道软式限高架间距约13.5 m，提醒驾驶人员前方限高禁止通行；第三道硬式限高架设距第二道软式限高架约40 m，给重型车辆留下足够的安全刹车距离；为防止重载车辆逆行，在右桥的南端设置一道软式限高架。

设置新型限高架后，当受限车辆误闯入限高道路时，第一道软式限高架橡胶棒将触碰到驾驶室，会产生较大声响，但不会损坏驾驶室，提醒了驾驶人员；车辆到达第二道软式限高架位置时，橡胶棒再次触碰到驾驶室，会产生较大声响，再次提醒了驾驶人员，同时第二道与第三道限高架之间留有足够安全刹车距离，有效避免第三道硬式限高架对驾乘人员的伤害。

2.3.2 限高架技术指标

（1）硬式限高架。倒U型钢结构框架，考虑到钢架的稳定性，在立柱的后方增设斜向钢管支撑，立柱及斜向支撑钢管端部焊接10 mm 厚钢板，尺寸为0.4 m×0.4 m，通过螺栓固定在桥面上，钢管外包现浇混凝土墩，混凝土墩尺寸为0.8 m×0.8 m×1.8 m（宽×高×长），混凝土墩左侧距离防撞护栏25 cm，右侧距离人行道板内侧25 cm，限高架及混凝土墩涂刷黄黑反光漆，钢架立柱、横梁及斜向支撑钢管直径尺寸为200 mm，壁厚6 mm，上方框架内竖向钢管直径为15 cm，壁厚6 mm，如图6所示。

图6 硬式限高架数据

图7 软式限高架数据

2.3.3 警示标志、标识

按照公路路政管理的有关法规、条例等规定[7],制作安装一定数量的警示标志、标识及设施、在运河桥的北侧引桥、桥顶侧、桥南侧以及韩庄闸交通桥的北桥头装设韩庄闸交通桥右桥限速标志（限速40 km/h），限高标志（限高3.0 m），在3个限高架上方悬挂限高，限速标志，在4 个限高架上各装设2 个太阳能爆闪灯，夜间与雾天启用，为了避免限高架两侧立柱及混凝土墩对车辆造成伤害，在限高架立柱前各设置防撞桶4个，共设置防撞桶32个。

3 应用实例

根据所设计的软式限高设施方案，本文通过实际制作安装将该系统成功地应用于韩庄节制闸交通桥右幅桥限高，具体见图3。韩庄节制闸交通桥软式限载系统自2017 年1 月投入使用至今，有效制止了交通桥病害进一步扩大，且自身运行维护成本低，保障了防汛道路畅通和防汛物资调运，保障了周边人民群众及通行人员的生命财产安全，取得了较好的经济和社会效益；同时，通过该系统的运用，为工程除险加固前期工作赢得了时间。根据运行结果发现，该系统总体效果良好，达到了预期限载目的，实用性强，具有较高的推广应用前景，该系统已获得实用新型专利证书[8]，并荣获淮河水利委员会科学技术三等奖。

4 结语

本文通过对相关限高设施实例进行现状分析，设计了一种软式限高设施系统，作为公共交通设施更具人性化设计，且安全性高、运行和维护成本低、易推广，较好地解决了刚性限高系统与安全之间的矛盾，运行结果表明：该设施能够有效减少超高车辆碰撞限高设施等事故的发生，具有良好的应用价值，为道路桥梁管理提供参考。