某橋梁通航安全風險及抗撞性能評估

徐云，趙眈崴，關明芳

（浙江數智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310012）

隨著國家基礎設施建設的持續推進，各類橋梁的建設將持續加快，不可避免會經常發生橋墩位于水中的情況。對于水中設墩的跨航橋梁，存在船舶碰撞隱患。航道等級不斷提升，通航船舶噸位顯著增大，通航水域條件變化，船撞風險逐步提高。對于此類現有橋梁，需進行風險評估。本文結合工程實例，從通航安全風險及抗撞性能兩個方面分別進行了分析研究，可為同類型橋梁風險評估提供借鑒。

1 工程實例

某特大橋全長為1489m，雙幅布置。主橋采用（65+100+65）m 三孔變截面預應力混凝土連續箱梁，與航道斜交，夾角35 度。引橋采用30m 現澆箱梁，20m 先簡支后連續空心板。主墩下部結構為單箱雙室薄壁空心橋墩，過渡墩下部結構為雙方柱式橋墩，引橋下部結構為柱式橋墩，樁基為鉆孔灌注樁。主墩前共設置了4 個防撞墩，防撞墩為3 樁接承臺式結構形式。

橋位處航道水深條件較好，不凍不淤，航道水深一般大于5m，航道底寬40m，面寬≥60m。目前航道等級為Ⅳ級航道（通航500 噸級船舶），規劃至2035年達到Ⅲ級航道（通航1000 噸級船舶）。

圖1 橋梁現狀圖

2 通航安全風險評估

2.1 航道條件分析

橋區航道相對順直，水流流速較小，航道水深滿足500 噸級船舶通航要求。

橋區航道航標配布基本齊全，橋位航道下游右岸有管線標；橋位上游有專用浮標；橋梁上設有橋涵標、凈寬、凈寬標志、非通航孔設置有禁止駛入標志、防撞墩上設有警示標。根據《內河通航水域橋梁警示標志》（JT376-1998），在通航主梁上增設乙類標志，標識橋梁的通航凈寬范圍；為了實時標示出橋區實際通航凈高情況，在橋梁墩柱上增設倒水尺；為了標示通航孔橋柱的位置，增設橋柱燈；同時為保證夜間航行的安全，防撞墩警示標、凈高凈寬信息標志等航標均須考慮夜間發光。

通航孔中線左岸側（60/cos35°）/2 處，左幅橋凈高為7.2m，右幅橋凈高為7.8m；通航孔中線右岸側（60/cos35°）/2 處，左幅橋凈高為7.5m，右幅橋凈高為8.1m。因此，橋梁滿足限制性Ⅲ級航道通航尺度60x7m 要求。

圖2 凈空尺度分析示意圖

2.2 通航環境分析

橋梁通航孔基本位于河道中央，過往船舶基本沿著通航孔中心航行，船舶軌跡基本與橋梁斜交約35°，通航安全秩序良好。橋區航道多年未發生過船橋碰撞的事故。

橋梁附近無碼頭、輪渡、錨地及其他過河橋梁，不存在相鄰涉水設施對橋區通航安全產生影響。

3 抗撞性能驗算

本橋梁設防代表船型取1000 噸級駁船，船舶撞擊速度取值3m/s，設防船撞力為5040kN，撞擊力方向垂直于橋軸線。順橋向船舶撞擊力取1/2，即2520kN。

結構計算采用空間有限元程序Midas Civil 2015 進行結構分析。所有單元均采用梁單元模擬。建模中考慮建立下部樁基，樁土效應通過彈簧剛度（節點彈性支承）模擬。彈簧的剛度由土介質的m 值計算，m 值根據實測的地質資料，按照《公路橋涵地基與基礎設計規范》地基水平抗力系數的比例系數取值。等代土彈簧剛度利用公式計算：

式中：a 各土層厚度，1b樁計算寬度，m地基土的比例系數，z各土層中點與地面的距離。

圖3 主墩構造圖及MIDAS 模型

樁基及墩柱計算結果如下表所示，樁基的安全系數為1.27，墩柱的安全系數為1.30，滿足受力要求。為減少船舶撞擊對橋梁構件等本體的損傷，應優先考慮防撞設施（防撞墩）的作用。防撞墩滿足現狀Ⅳ級航道500噸級駁船撞擊要求，將來航道提升等級至Ⅲ級，防撞墩須滿足1000 噸級駁船撞擊要求，應加強防撞墩結構。

表1 樁基計算結果表

表2 墩柱計算結果表

4 結論

（1）橋區航道航標配布基本齊全。在通航主梁上增設乙類標志，增設橋柱燈，在橋梁墩柱上增設倒水尺；防撞墩警示標、凈高凈寬信息標志等航標均須考慮夜間發光。

（2）橋梁的通航尺度滿足遠期三級航道60x7m 通航標準。

（3）經復核計算，橋梁主墩受力能夠滿足1000 噸級駁船撞擊要求。遠期航道提升，須同步加強防撞墩結構。

（4）加強橋區航道的通航管理，避免船舶在橋下交匯。