跨新孟河桥梁及防船撞设施设计

何 琴，顾 昊，张红艳

（1.江苏省水利科学研究院，江苏 南京 210017；2.江苏省秦淮河水利工程管理处，江苏 南京 210022）

1 概 况

新孟河延伸拓浚工程因平地开河或河道拓浚破坏原有道路交通，故新建、拆建桥梁恢复交通。其中新孟河工程运河以北段一般跨河桥梁19 座。桥梁方案除受水利、航道等行业要求外，还与现状道路规模、周边构筑物的情况密切相关。如何合理确定跨河桥的总体方案，对恢复改善既有交通、顺利推进主体工程建设、减少周边环境影响和降低工程造价等都有着非常重要的作用。通过对工程实施过程中考虑到的各种因素进行梳理、分析和总结，指导后续工程运营管理，为类似工程提供参考。

2 主要技术标准

（1）桥梁荷载标准：公路-I 级、城A 级。

（2）桥梁设计洪水频率及对应水位：1/100（6.44 m）。

（3）抗震烈度：地震基本烈度7 度，地震动加速度峰值为0.10g。

（4）航道要求：VI 级航道，最高通航水位5.63 m，最低通航水位2.75 m。

3 桥梁方案设计

桥梁方案的确定与需河道拓浚后的河道设计成果、航道要求、周边场地情况密切相关。

在现有跨河桥梁中，水中设置墩柱的情况比较普遍，特别是在水域宽阔的天然河道上[1]。新孟河为VI 级航道，其桥跨布置需结合航道要求，同时考虑水中墩柱防撞设计，确保桥梁、船舶安全。

3.1 河道横断面

本工程河道底宽80 m，口宽根据河道所在段用地、周边构筑物情况采用116～126.4 m。设计河道典型断面之一如图1 所示。

图1 设计河道典型断面之一

结合河道设计口宽及桥轴线与河道中心交角，周边地形条件，新建的银山桥、三茅殿大桥桥位处地形标高较低，桥梁总长385 m，小河桥143.16 m，东风桥180 m，其余桥梁总长140 m。跨径具体布置需结合航道要求等进一步选定。

3.2 通航净空

通航影响评价报告根据《内河通航标准》（GB 50139—2014）的相关规定，跨河桥梁最小通航净空综合考虑航道、现状、规划、功能定位，货运量预测、项目功能等情况，结合航道水流条件、设计船型及周边临、跨河建筑物情况[2]，沿线桥梁多采用双孔单向通航，每孔净空尺度不小于25×4.5 m，桥轴线法线与设计航道中心线交角较大的东风桥、三茅殿桥、银山桥净宽不小于30 m。单孔双向通航的小河桥与下游江宜高速公路桥对孔布置，通航尺度为70 m×4.5 m。

根据航道要求及桥轴线法线与设计航道中心线交角情况，各桥梁通航孔跨径见表1。

表1 桥梁通航孔跨径选择

非通航孔跨径结合桥梁总长进行配跨。

3.3 桥型方案

小河桥考虑桥墩及防船撞设施尺寸，按通航净空尺度要求，主跨不小于82 m。适合82 m 本跨径的常用桥型有变截面预应力混凝土连续箱梁、下承式钢管混凝土拱桥、钢桁架梁桥等。

结合桥头西侧现状道路、东侧现状政泰路标高和沿线构筑物分布，本工程需考虑建筑高度较低的桥型，变截面预应力混凝土连续箱梁结构高度在可供选择的桥型中最高，难以采用；根据以往类似工程钢桁架梁桥造价高，故基于减少桥梁工程规模和总投资，本工程推荐采用下承式钢管混凝土拱桥。

（1）拱肋横向布置方案

小河桥所在道路横断面布置为3（人行道）+24（车行道）+3（人行道）=30 m，如考虑直接在机动车外侧设置两片拱肋，横梁高度大，增加了既有横向道路改造范围及桥头现有建筑物的拆迁，设计对拱肋横向布置进行比选，见表2。

表2 拱肋布置方案比选

综上，综合拆建、对周边居民出行影响、经济性，采用三片拱肋布置。

（2）拱肋截面形状的比选

荷载在边拱和中间拱的分配比例不同，考虑结构受力不同和三片拱变形协调需要，边拱肋和中拱肋截面应该不同。目前对三片拱的截面主要采用哑铃型或矩形,其特点见表3。

表3 拱肋截面形式的比选

综上，小河桥采用三片拱钢管混凝土系杆拱桥，拱肋采用矩形截面。实施方案采用三片拱肋的钢管混凝土下承式拱桥，如图2 所示。

图2 小河桥成桥图

其他跨河桥梁跨径介于20～45 m，结合经济比选、地方要求采用装配式预应力混凝土小箱梁，先简支后结构连续方案，效果图如图3 所示。

4 桥梁防船撞设计

4.1 船撞标准的选定

该航段的航道规划等级为Ⅵ级，以拖带船队作为设计船型[3]，参数见表4。

表4 设计船型采用表

船舶撞击作用设计值根据航评报告建议按300 t船舶考虑；荷载按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60－2015）[4]取用，见表5。

表5 内河船舶撞击作用设计值

4.2 防船撞设施选用及分析

防船撞设施一般分为主动防船撞设施和被动防船撞设施，其中结构型防船撞设施是近年来发展较快的一种被动防船撞设施。

以往针对各座桥梁常仅设置桥涵标、桥柱灯、桥名牌等，本工程根据航道要求沿线一并设置了侧面标、管线标、航道信息提示牌、桥梁警告提示牌等警示标志或安全监控预警设施等主动防船撞设施。

复合材料防船撞设施在防船撞消能、使用寿命、施工难易、耐腐蚀性、后期养护、对船体影响等方面均具有较强的优势，是近年来结构性防船撞设施中使用较多的一类，本工程结合经济因素，从消能方式、能量吸收方式、优劣等方面对橡胶护舷和复合材料防撞护舷进行了梳理[5]，见表6。

表6 防船撞设施对比分析表

本工程复合材料防撞设施厚0.3 m，两侧共占用通航净宽0.6 m，且实设净宽均能满足航评要求。防撞设施构造及安装后的成果如图4 所示。

图4 复合材料防撞护舷桥梁

4.3 防撞方案防撞能力验证

本工程利用Patran 软件建立船桥碰撞有限元模型，定义模型材料属性、载荷、速度、约束等条件，对典型桥梁在VI 级航道100 t 船舶吨级进行有限元分析。

撞击工况采用满载下高水位正撞，撞击速度为1.67 m/s，未安装复合材料防撞设施有限元分析结果见表7。

安装复合材料防撞设施后船舶撞击力及设防效果见表8。

表8 复合材料防撞设施设防效果分析表

根据以上分析结果，0.3 m 厚的复合材料防撞设施能够满足规划VI 级航道通行100 t 级船舶的防撞性能要求。

5 结 语

跨新孟河航道桥梁较多，桥梁方案的确定涉及交通、市政、航道等行业主管部门，以及地形、地物、用地、周边构筑物的影响。本工程的顺利实施，其经验对类似工程具有较高的参考借鉴作用。

在运营过程中，应加强对过往船舶、工程船舶、靠离泊船舶实施有效监控，确保在既定的标准内通行，防止船撞桥事件的发生。同时，定期对桥梁进行巡视和维护，以增加桥梁的运行状况的动态了解，降低船撞事故发生的风险。