如皋长江大桥主桥桥墩防撞设计

李 旭 方 海

(1.东南大学建筑设计研究院有限公司，江苏 南京 210096； 2.南京工业大学，江苏 南京 211800)

如皋长江大桥主桥桥墩防撞设计

李 旭1方 海2

(1.东南大学建筑设计研究院有限公司，江苏 南京 210096； 2.南京工业大学，江苏 南京 211800)

以如皋长江大桥为依托，根据相关规范标准，列举了一些传统的桥墩防撞形式，着重对该大桥桥墩防撞设计方案作了研究，并阐述了具体的设计方式，以有效保障桥梁的运营安全。

大桥，桥墩防撞，复合材料浮式防撞设施

1 项目概况

如皋长江大桥跨越长江北汊，桥位位于碾砣港船闸西侧，主桥为95 m+218 m+95 m双塔单索面预应力混凝土斜拉桥。长江北汊规划通航等级为三级，净高10 m，其水位受涨落潮控制。从2011年8月份以来，在施工过程中发现进入碾砣港的船舶需停泊在船闸外(大桥东侧)等待涨潮时进入，由于船舶抛锚不牢、无人值班、涨潮迅猛等原因，导致涨潮时船舶失控而多次撞击施工栈桥。为了避免桥梁建成后桥墩船撞事故的发生，对大桥桥墩进行了防船撞设计。

2 设计采用的主要规范及技术标准

2.1 采用规范

1)JTG B01—2003公路工程技术标准；2)JTG D60—2004公路桥涵设计通用规范；3)JTG D62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范；4)GB 50139—2004内河通航标准；5)JTJ 211—99海港总平面设计规范；6)JTJ 213—98(交通部)海港水文规范。

2.2 参考规范

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 技术标准

1)通航水位。设计最高通航水位：4.5 m。2)船撞作用标准值。按内河Ⅲ级航道，根据JTG D60—2004公路桥涵设计通用规范取值。

3 设计方案比选

传统的桥墩防撞形式主要有：

1)缓冲材料设施方式。采用橡胶等受力后易变形的材料，形成桥墩周围的缓冲保护层。此种防撞方案适用于小型船舶碰撞情况，或在其他防撞设施中配合使用。缺点是橡胶的老化寿命在十年左右。2)重力方式。薄壳筑沙围堰防护系统是目前最成功的防撞保护系统之一。它施工简捷，维护工作量少，能根据抵抗撞击的需要进行相应的设计，有很大的吸收撞击能量的能力。适用于大型船舶的防撞。3)护墩桩方式。集群式护墩桩由斜桩或竖直桩组成，桩的顶部用缓冲梁互相联接,通过群桩联合变形而消能。荆州长江公路大桥和东海大桥应用了集群式护墩桩，造价偏高。4)人工岛。能向桥梁提供良好的防撞能力。但是在地质条件较差的桥位不宜采用。5)钢围堰或钢套箱。桥墩施工结束后，利用原施工平台，作为防撞的支承结构，可减少防撞设施的投资。适用于高桩承台，不适用于墩身，且钢结构存在耐久性问题。 6)浮体系泊方式。该防撞设施由浮体、钢丝绳、锚碇物等组成。当受到撞击时，通过浮体移动、钢丝绳变形、锚碇物移动消能。即使在深水条件下，造价较低，缓冲变形量大，对船舶有较好的保护作用。但对于吃水浅的部分船舶及无球首的船舶，容易把浮体滑入船底而失效。 7)浮式钢套箱。在主墩周围安装浮式钢套箱，利用钢结构塑性变形进行消能。设施由钢结构及橡胶件组成。这种结构在被撞击时，绝大部分撞击力仍要桥墩承担。目前已经实施的最大的抗撞浮箱的抵抗能力为3 000 t级船舶，造价约1 000万元。缺点是后期维护费用高。

4 桥墩防撞设计

4.1 主桥主墩防撞设计

根据主墩结构特点、防撞等级、船舶撞击力大小，设计采用筒型复合材料防撞设施，由直线段构件与弯头构件组装而成，布置在桥墩四周。防撞筒型号为D200，标准节段的直径为2.0 m。

防撞设施的外壳为树脂基纤维增强复合材料，内部填灌缓冲耗能材料，其中外筒与内筒之间填充聚氨酯弹性粘结材料，内筒填充轻质摩擦颗粒材料，综合密度约为300 kg/m3。复合材料的弹性模量约为钢材的1/10，具有大变形能力，约压缩1/2直径而不破坏，因此能有效保护船舶不受局部损伤。聚氨酯弹性材料具有较高的抗剪切和界面粘结性能，轻质摩擦颗粒材料可有效提高内筒刚度，并能限制外筒与内筒的变形，保证其不发生较大变形而导致破裂。防撞设施采用工厂节段制造，现场通过粘结或法兰连接组装，施工速度快，后期维护或更换方便。

设计复合材料防撞系统与桥墩之间实现上下浮动，以适应桥位处涨落潮水位差较大的特点。主墩防撞设计的立面布置图和平面布置图参见图1。

船舶撞击桥墩时，防撞筒具有大变形能力，延长碰撞的时间，达到消能的效果，不但保护了桥墩，同时也可有效保护船舶不至于受损。

4.2 主桥边墩防撞设计

边墩为等截面桥墩，设计采用自浮式箱型复合材料防撞设施，可随水位的变化自动升降。箱型复合材料防撞圈型号为H200，高度2 m，宽度1 m，外壳为纤维复合材料，在防撞圈的内侧设置拱形橡胶护舷，橡胶护舷的高度为0.5 m，橡胶护舷内侧与桥墩接触处采用30 mm厚四氟滑板，防撞设施与桥墩之间可上下浮动。外壳材料的弹性模量约为钢材的1/10，具有大变形能力。箱内采用复合材料加劲腹板增强，形成格构，内部填充轻质耗能芯材，增强抗剪切性能。通过防撞设施的设计，最大船撞力可削减50%以上。防撞圈两端设计为尖形，船舶成角度撞击后，可转动一定角度，拨离船舶行驶方向，避免正向撞击，大大减小撞击力以保护桥墩。复合材料防撞圈采用工厂节段制造，现场通过尼龙棒销接组装，施工速度快，后期维护或更换方便。

船舶正对桥墩撞击时，橡胶护舷与桥墩接触发生弹性变形，吸收碰撞能量；当船舶呈一定角度撞击时，防撞系统可转动一定角度，拨离船舶行驶方向；箱型防撞圈本身也能承受较大的撞击力。由于复合材料防撞系统具有自浮性、可转动性、缓冲性、弹性模量低等特点，亦可有效保护船舶不至于严重受损。

边墩防撞设计的立面布置图和平面布置图参见图2。

5 结语

近年来，船撞事故不断增多，造成了很大的损失，有些甚至造成了很大的悲剧。通过对桥墩进行防撞设计，避免船舶与桥墩直接碰撞，一方面保障了桥梁自身安全，另一方面也保障船舶的安全，减少相互的维护费用，是一种有效的解决船撞桥的防护措施，特别是本桥采用的复合材料防撞设施，安装维护方便，耐久性好，适应性强，造价合理，具有良好的经济效益和社会效益，可为其他桥梁的防撞设计提供借鉴。

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[3] 冒一锋，刘伟庆，方 海，等.乌龙江大桥船撞力及复合材料防撞系统研究[J].公路工程，2015，40(4):28-32．

[4] 严仁军，李 嵘，王 勇，等.水路航运与桥墩防撞研究[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，硕士，工程师

U443.22

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