如皋長江大橋主橋橋墩防撞設計

李 旭 方 海

(1.東南大學建筑設計研究院有限公司，江蘇 南京 210096； 2.南京工業大學，江蘇 南京 211800)

如皋長江大橋主橋橋墩防撞設計

李 旭1方 海2

(1.東南大學建筑設計研究院有限公司，江蘇 南京 210096； 2.南京工業大學，江蘇 南京 211800)

以如皋長江大橋為依托，根據相關規范標準，列舉了一些傳統的橋墩防撞形式，著重對該大橋橋墩防撞設計方案作了研究，并闡述了具體的設計方式，以有效保障橋梁的運營安全。

大橋，橋墩防撞，復合材料浮式防撞設施

1 項目概況

如皋長江大橋跨越長江北汊，橋位位于碾砣港船閘西側，主橋為95 m+218 m+95 m雙塔單索面預應力混凝土斜拉橋。長江北汊規劃通航等級為三級，凈高10 m，其水位受漲落潮控制。從2011年8月份以來，在施工過程中發現進入碾砣港的船舶需停泊在船閘外(大橋東側)等待漲潮時進入，由于船舶拋錨不牢、無人值班、漲潮迅猛等原因，導致漲潮時船舶失控而多次撞擊施工棧橋。為了避免橋梁建成后橋墩船撞事故的發生，對大橋橋墩進行了防船撞設計。

2 設計采用的主要規范及技術標準

2.1 采用規范

1)JTG B01—2003公路工程技術標準；2)JTG D60—2004公路橋涵設計通用規范；3)JTG D62—2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范；4)GB 50139—2004內河通航標準；5)JTJ 211—99海港總平面設計規范；6)JTJ 213—98(交通部)海港水文規范。

2.2 參考規范

1)《Guide Specification and Commentary for Vessel Collision Design of Highway Bridges》(AASHTO，1991)；2)Ship Collision with Bridges， International Association for Bridge and Structural Engineering，1993(IABSE)；3)Ship Collision due to the Presence of Bridges(PIANC，2001)。

2.3 技術標準

1)通航水位。設計最高通航水位：4.5 m。2)船撞作用標準值。按內河Ⅲ級航道，根據JTG D60—2004公路橋涵設計通用規范取值。

3 設計方案比選

傳統的橋墩防撞形式主要有：

1)緩沖材料設施方式。采用橡膠等受力后易變形的材料，形成橋墩周圍的緩沖保護層。此種防撞方案適用于小型船舶碰撞情況，或在其他防撞設施中配合使用。缺點是橡膠的老化壽命在十年左右。2)重力方式。薄殼筑沙圍堰防護系統是目前最成功的防撞保護系統之一。它施工簡捷，維護工作量少，能根據抵抗撞擊的需要進行相應的設計，有很大的吸收撞擊能量的能力。適用于大型船舶的防撞。3)護墩樁方式。集群式護墩樁由斜樁或豎直樁組成，樁的頂部用緩沖梁互相聯接,通過群樁聯合變形而消能。荊州長江公路大橋和東海大橋應用了集群式護墩樁，造價偏高。4)人工島。能向橋梁提供良好的防撞能力。但是在地質條件較差的橋位不宜采用。5)鋼圍堰或鋼套箱。橋墩施工結束后，利用原施工平臺，作為防撞的支承結構，可減少防撞設施的投資。適用于高樁承臺，不適用于墩身，且鋼結構存在耐久性問題。 6)浮體系泊方式。該防撞設施由浮體、鋼絲繩、錨碇物等組成。當受到撞擊時，通過浮體移動、鋼絲繩變形、錨碇物移動消能。即使在深水條件下，造價較低，緩沖變形量大，對船舶有較好的保護作用。但對于吃水淺的部分船舶及無球首的船舶，容易把浮體滑入船底而失效。 7)浮式鋼套箱。在主墩周圍安裝浮式鋼套箱，利用鋼結構塑性變形進行消能。設施由鋼結構及橡膠件組成。這種結構在被撞擊時，絕大部分撞擊力仍要橋墩承擔。目前已經實施的最大的抗撞浮箱的抵抗能力為3 000 t級船舶，造價約1 000萬元。缺點是后期維護費用高。

4 橋墩防撞設計

4.1 主橋主墩防撞設計

根據主墩結構特點、防撞等級、船舶撞擊力大小，設計采用筒型復合材料防撞設施，由直線段構件與彎頭構件組裝而成，布置在橋墩四周。防撞筒型號為D200，標準節段的直徑為2.0 m。

防撞設施的外殼為樹脂基纖維增強復合材料，內部填灌緩沖耗能材料，其中外筒與內筒之間填充聚氨酯彈性粘結材料，內筒填充輕質摩擦顆粒材料，綜合密度約為300 kg/m3。復合材料的彈性模量約為鋼材的1/10，具有大變形能力，約壓縮1/2直徑而不破壞，因此能有效保護船舶不受局部損傷。聚氨酯彈性材料具有較高的抗剪切和界面粘結性能，輕質摩擦顆粒材料可有效提高內筒剛度，并能限制外筒與內筒的變形，保證其不發生較大變形而導致破裂。防撞設施采用工廠節段制造，現場通過粘結或法蘭連接組裝，施工速度快，后期維護或更換方便。

設計復合材料防撞系統與橋墩之間實現上下浮動，以適應橋位處漲落潮水位差較大的特點。主墩防撞設計的立面布置圖和平面布置圖參見圖1。

船舶撞擊橋墩時，防撞筒具有大變形能力，延長碰撞的時間，達到消能的效果，不但保護了橋墩，同時也可有效保護船舶不至于受損。

4.2 主橋邊墩防撞設計

邊墩為等截面橋墩，設計采用自浮式箱型復合材料防撞設施，可隨水位的變化自動升降。箱型復合材料防撞圈型號為H200，高度2 m，寬度1 m，外殼為纖維復合材料，在防撞圈的內側設置拱形橡膠護舷，橡膠護舷的高度為0.5 m，橡膠護舷內側與橋墩接觸處采用30 mm厚四氟滑板，防撞設施與橋墩之間可上下浮動。外殼材料的彈性模量約為鋼材的1/10，具有大變形能力。箱內采用復合材料加勁腹板增強，形成格構，內部填充輕質耗能芯材，增強抗剪切性能。通過防撞設施的設計，最大船撞力可削減50%以上。防撞圈兩端設計為尖形，船舶成角度撞擊后，可轉動一定角度，撥離船舶行駛方向，避免正向撞擊，大大減小撞擊力以保護橋墩。復合材料防撞圈采用工廠節段制造，現場通過尼龍棒銷接組裝，施工速度快，后期維護或更換方便。

船舶正對橋墩撞擊時，橡膠護舷與橋墩接觸發生彈性變形，吸收碰撞能量；當船舶呈一定角度撞擊時，防撞系統可轉動一定角度，撥離船舶行駛方向；箱型防撞圈本身也能承受較大的撞擊力。由于復合材料防撞系統具有自浮性、可轉動性、緩沖性、彈性模量低等特點，亦可有效保護船舶不至于嚴重受損。

邊墩防撞設計的立面布置圖和平面布置圖參見圖2。

5 結語

近年來，船撞事故不斷增多，造成了很大的損失，有些甚至造成了很大的悲劇。通過對橋墩進行防撞設計，避免船舶與橋墩直接碰撞，一方面保障了橋梁自身安全，另一方面也保障船舶的安全，減少相互的維護費用，是一種有效的解決船撞橋的防護措施，特別是本橋采用的復合材料防撞設施，安裝維護方便，耐久性好，適應性強，造價合理，具有良好的經濟效益和社會效益，可為其他橋梁的防撞設計提供借鑒。

[1] 巫祖烈,徐東豐．橋墩防撞裝置評述[J].重慶交通學院學報，2006，25(6):22-26．

[2] 王智祥，巫祖烈，王家林，等.一種新型 FRP 橋墩防撞浮箱結構[J].重慶交通大學學報(自然科學版)，2011，30(3):388-393．

[3] 冒一鋒，劉偉慶，方 海，等.烏龍江大橋船撞力及復合材料防撞系統研究[J].公路工程，2015，40(4):28-32．

[4] 嚴仁軍，李 嶸，王 勇，等.水路航運與橋墩防撞研究[J].交通科技，2003(3):72-73.

The anticollision design of Rugao Yangtze river bridge main span bridge pier

Li Xu1Fang Hai2

(1.ArchitectureDesignandResearchInstituteLimitedCompany,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China;2.NanjingUniversityofTechnology,Nanjing211800,China)

Taking the Rugao Yangtze river bridge as basis, in accordance with relevant standards, this paper listed some traditional bridge pier anticollision forms, emphatically elaborated the specific design scheme, to effectively ensure operation safety of bridge.

bridge, bridge pier anticollision, composite material floating anticollision facility

1009-6825(2015)32-0149-02

2015-08-28

李 旭(1984- )，男，碩士，工程師

U443.22

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