某桥梁通航安全风险及抗撞性能评估

徐云，赵眈崴，关明芳

（浙江数智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310012）

随着国家基础设施建设的持续推进，各类桥梁的建设将持续加快，不可避免会经常发生桥墩位于水中的情况。对于水中设墩的跨航桥梁，存在船舶碰撞隐患。航道等级不断提升，通航船舶吨位显著增大，通航水域条件变化，船撞风险逐步提高。对于此类现有桥梁，需进行风险评估。本文结合工程实例，从通航安全风险及抗撞性能两个方面分别进行了分析研究，可为同类型桥梁风险评估提供借鉴。

1 工程实例

某特大桥全长为1489m，双幅布置。主桥采用（65+100+65）m 三孔变截面预应力混凝土连续箱梁，与航道斜交，夹角35 度。引桥采用30m 现浇箱梁，20m 先简支后连续空心板。主墩下部结构为单箱双室薄壁空心桥墩，过渡墩下部结构为双方柱式桥墩，引桥下部结构为柱式桥墩，桩基为钻孔灌注桩。主墩前共设置了4 个防撞墩，防撞墩为3 桩接承台式结构形式。

桥位处航道水深条件较好，不冻不淤，航道水深一般大于5m，航道底宽40m，面宽≥60m。目前航道等级为Ⅳ级航道（通航500 吨级船舶），规划至2035年达到Ⅲ级航道（通航1000 吨级船舶）。

图1 桥梁现状图

2 通航安全风险评估

2.1 航道条件分析

桥区航道相对顺直，水流流速较小，航道水深满足500 吨级船舶通航要求。

桥区航道航标配布基本齐全，桥位航道下游右岸有管线标；桥位上游有专用浮标；桥梁上设有桥涵标、净宽、净宽标志、非通航孔设置有禁止驶入标志、防撞墩上设有警示标。根据《内河通航水域桥梁警示标志》（JT376-1998），在通航主梁上增设乙类标志，标识桥梁的通航净宽范围；为了实时标示出桥区实际通航净高情况，在桥梁墩柱上增设倒水尺；为了标示通航孔桥柱的位置，增设桥柱灯；同时为保证夜间航行的安全，防撞墩警示标、净高净宽信息标志等航标均须考虑夜间发光。

通航孔中线左岸侧（60/cos35°）/2 处，左幅桥净高为7.2m，右幅桥净高为7.8m；通航孔中线右岸侧（60/cos35°）/2 处，左幅桥净高为7.5m，右幅桥净高为8.1m。因此，桥梁满足限制性Ⅲ级航道通航尺度60x7m 要求。

图2 净空尺度分析示意图

2.2 通航环境分析

桥梁通航孔基本位于河道中央，过往船舶基本沿着通航孔中心航行，船舶轨迹基本与桥梁斜交约35°，通航安全秩序良好。桥区航道多年未发生过船桥碰撞的事故。

桥梁附近无码头、轮渡、锚地及其他过河桥梁，不存在相邻涉水设施对桥区通航安全产生影响。

3 抗撞性能验算

本桥梁设防代表船型取1000 吨级驳船，船舶撞击速度取值3m/s，设防船撞力为5040kN，撞击力方向垂直于桥轴线。顺桥向船舶撞击力取1/2，即2520kN。

结构计算采用空间有限元程序Midas Civil 2015 进行结构分析。所有单元均采用梁单元模拟。建模中考虑建立下部桩基，桩土效应通过弹簧刚度（节点弹性支承）模拟。弹簧的刚度由土介质的m 值计算，m 值根据实测的地质资料，按照《公路桥涵地基与基础设计规范》地基水平抗力系数的比例系数取值。等代土弹簧刚度利用公式计算：

式中：a 各土层厚度，1b桩计算宽度，m地基土的比例系数，z各土层中点与地面的距离。

图3 主墩构造图及MIDAS 模型

桩基及墩柱计算结果如下表所示，桩基的安全系数为1.27，墩柱的安全系数为1.30，满足受力要求。为减少船舶撞击对桥梁构件等本体的损伤，应优先考虑防撞设施（防撞墩）的作用。防撞墩满足现状Ⅳ级航道500吨级驳船撞击要求，将来航道提升等级至Ⅲ级，防撞墩须满足1000 吨级驳船撞击要求，应加强防撞墩结构。

表1 桩基计算结果表

表2 墩柱计算结果表

4 结论

（1）桥区航道航标配布基本齐全。在通航主梁上增设乙类标志，增设桥柱灯，在桥梁墩柱上增设倒水尺；防撞墩警示标、净高净宽信息标志等航标均须考虑夜间发光。

（2）桥梁的通航尺度满足远期三级航道60x7m 通航标准。

（3）经复核计算，桥梁主墩受力能够满足1000 吨级驳船撞击要求。远期航道提升，须同步加强防撞墩结构。

（4）加强桥区航道的通航管理，避免船舶在桥下交汇。