橋梁在防撞設(shè)計(jì)上的理念

船與橋是矛盾對(duì)立面的兩個(gè)主體，如何將這兩個(gè)主體存在的矛盾，變成對(duì)立的統(tǒng)一，是交通運(yùn)輸部門(mén)決策者必須考慮的問(wèn)題。對(duì)設(shè)計(jì)人員而言，應(yīng)向建設(shè)方提出自己的嚴(yán)正立場(chǎng)和觀點(diǎn)。

船撞橋的問(wèn)題也是當(dāng)今世界上屢發(fā)的難題，根據(jù)我國(guó)防災(zāi)委員會(huì)提出的防災(zāi)、少災(zāi)、減災(zāi)的國(guó)策，對(duì)有通航要求河流上的橋梁，在設(shè)計(jì)時(shí)必須把這個(gè)問(wèn)題列入議事日程。船撞橋的問(wèn)題事關(guān)國(guó)計(jì)民生的大事不能等閑視之。故提出下面一些關(guān)于橋梁在防撞設(shè)計(jì)問(wèn)題上的措施和觀點(diǎn)。

采取什么樣的措施來(lái)防止船撞橋的惡性事故發(fā)生？

（1）應(yīng)遵守“橋梁軸線的法線方向與水流主流流向一致，必須斜交時(shí)，其偏角不超過(guò)50，若超過(guò)50，應(yīng)加大凈寬”。（JTJ311-97）的規(guī)定。

（2）這項(xiàng)要求也載明于TB10002-1-99鐵道橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范中：3.1.7“通航河流上橋址中線應(yīng)予航線正交?！贝送釰TG D60-2009：《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》2.1.3中，有“橋孔布置和凈空應(yīng)滿足通航標(biāo)準(zhǔn)”（3.2.5）的規(guī)定；作用于橋墩上的流水壓力與船撞力疊加的規(guī)定（4.3.8）；橋墩有強(qiáng)烈流水作用應(yīng)作成流線型的規(guī)定（4.3.9）；橋墩位于通航河流應(yīng)考慮船舶撞擊的規(guī)定（4.4.2）等5項(xiàng)，可以說(shuō)這些都是必要條件，凡是沒(méi)有符合規(guī)范精神的設(shè)計(jì)，應(yīng)該在施工前進(jìn)行修改。

（3）防止船撞橋墩的主要辦法是加大通航凈寬。舉3個(gè)實(shí)例：

例1，長(zhǎng)江黃石公路橋，1995年10月建成，水中設(shè)6個(gè)墩（其中4個(gè)為雙薄壁墩）將江河道分為7格，主航道寬約為220m，建設(shè)期和建成后發(fā)生多起撞船事故。投運(yùn)不到15年已在上游960m處另建新橋，新建的鄂東大橋采用一跨過(guò)江的橋型，跨度為926m。已于2010-09-08建成通車(chē)；

例2，重慶長(zhǎng)江石板坡橋，因交通繁忙建設(shè)復(fù)線橋與原橋平行，中線相距25m，但兩主跨（156m和174m）之間不宜平行再加設(shè)新墩，故復(fù)線新橋兩主跨合為一跨（330m），由兩邊混凝土剛性T型梁與中間108m鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合成330m跨；

例3，廣東九江公路橋，水中引橋的23號(hào)墩被撞斷。塌下50m跨4孔，約200m，修復(fù)時(shí)在24號(hào)墩處新建兩側(cè)各100m的獨(dú)塔斜拉橋，取消了23號(hào)和25號(hào)橋墩，塔兩側(cè)跨度由50m變?yōu)?00m，塔墩的水平防撞力也比原來(lái)的墩提高了。

（4）將盡量多的水面還給航道。充分地減少船橋相撞的措施，除了必須符合規(guī)范之外，還有充分避免船橋相撞惡性事故的原則性的、更高的要求：橋梁跨越航道時(shí)最好航道中無(wú)墩，一跨過(guò)江，如因經(jīng)濟(jì)及技術(shù)原因而做不到，則可采用“長(zhǎng)跨少墩”，墩少了每個(gè)墩也就會(huì)大一些、強(qiáng)一些。例如希臘安特里翁海峽大橋，四塔五跨過(guò)海峽，2252m（286+3×560+286）；法國(guó)米勞大橋七塔八跨過(guò)山谷，2460m（204+6×560+204）；浙江嘉紹大橋八塔九跨越過(guò)錢(qián)塘江口，2680m（70+200+5×428+200+70）。都是長(zhǎng)跨少墩，將盡量多的水面還給航道。

（5）兩類(lèi)防撞裝置（或設(shè)施）。采用了上述3種措施之后，仍有萬(wàn)一撞上橋墩的可能性，例如偏航船舶撞上航道邊上的橋墩，船愈來(lái)愈大需要核算萬(wàn)一撞上時(shí)橋墩是否經(jīng)受得住。此外還應(yīng)該保護(hù)船和環(huán)境。因此需要防撞裝置。防撞裝置按其保護(hù)功能分為兩大類(lèi)：第一類(lèi)僅保護(hù)橋的：如人工島、防撞墩、鋼圍柵等；第二類(lèi)既保護(hù)橋又保護(hù)保護(hù)船和環(huán)境的。現(xiàn)在我國(guó)新發(fā)展了一種高耗能柔性防撞裝置，其目標(biāo)是希望保護(hù)橋的同時(shí)也保護(hù)船和環(huán)境。

一般在建橋的同時(shí)就建立航標(biāo)、燈標(biāo)和警示牌等，新建大橋有雷達(dá)監(jiān)視（傳到中心控制室）并有“甚高頻”電話建立“船-橋聯(lián)系”，有的橋針對(duì)霧天設(shè)置多個(gè)黃燈……這些都是主動(dòng)地（導(dǎo)航的）防撞裝置。此外為了防御萬(wàn)一船撞上橋，在水淺和有礁石的地方，因地制宜地利用礁石、淺灘設(shè)置間接式被動(dòng)防撞裝置，如人工島、防撞墩等。為了進(jìn)一步在保護(hù)橋的同時(shí)保護(hù)船和環(huán)境，在人工島和防撞墩的外側(cè)可裝柔性裝置。在水比較深或水位變化比較大的地方，則安裝浮式高耗能柔性防撞裝置。

防撞裝置從剛性（鋼柵、人工島、圍堰等），彈性（鋼柱、鋼板樁結(jié)構(gòu)，橡膠墊等），彈-塑性（大變形的鋼結(jié)構(gòu)、新研制的塑料墊等）進(jìn)一步發(fā)展到粘滯性耗能元件。它和精心設(shè)計(jì)精心制造的鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái)，可以達(dá)到撥轉(zhuǎn)船頭，減少船舶與防撞裝置交換的能量，起到”四兩撥千斤”的作用，減少傳到橋墩上的力，其降低幅度可達(dá)到50%或更多。這過(guò)程通常引入數(shù)值計(jì)算，并可在不同階段用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

幾種水路主流橋梁防撞技術(shù)介紹

1.柔性鋼套箱防船撞裝置

該設(shè)施由內(nèi)套箱、外套箱、三角套箱及緩沖消能元件組成，其圍繞承臺(tái)一周布置，實(shí)現(xiàn)360度全方位防護(hù)。

當(dāng)撞擊時(shí)，該裝置三角形結(jié)構(gòu)撥轉(zhuǎn)船頭，促進(jìn)導(dǎo)向，減少撞擊過(guò)程中的能量交換；在撞擊作用下，緩沖消能元件、外套箱、內(nèi)套箱變形吸能，實(shí)現(xiàn)“三級(jí)耗能”，并通過(guò)導(dǎo)向和吸能，最終降低船舶撞擊力，可消減60%的撞擊力。

從相關(guān)的船撞試驗(yàn)和工程應(yīng)用來(lái)看，具有多級(jí)耗能特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了小撞不壞，大撞可修的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了橋不壞、船不壞、防撞設(shè)施不壞的“三不壞”撞擊先進(jìn)理念。目前該裝置的設(shè)計(jì)噸位可達(dá)萬(wàn)噸級(jí)以上，裝置高度、寬度等參數(shù)根據(jù)墩型、設(shè)防等級(jí)和通航條件綜合確定。

2.復(fù)合材料放船撞裝置

該神器由復(fù)合材料板材和耗能填充芯材構(gòu)成，通過(guò)材料間的擠壓、摩擦和變形實(shí)現(xiàn)耗能，降低船舶撞擊力。

從工程應(yīng)用調(diào)研來(lái)看，外形有分隔式防撞塊和組合式防撞箱，內(nèi)部由格柵式或蜂窩式等結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)分固定式和浮動(dòng)式，具有重量輕、易成型、抗腐蝕、造價(jià)低等特點(diǎn)，其設(shè)防等級(jí)在1000噸以下。

3.固定式鋼套箱防船撞設(shè)施

該設(shè)施由單一的鋼套箱組成，固定于承臺(tái)周?chē)?，發(fā)生碰撞時(shí)鋼套箱塑性變形吸能，同時(shí)對(duì)船舶進(jìn)行一定的導(dǎo)向作用，是船舶動(dòng)能大部分保留在船上，對(duì)橋墩及船舶都起到保護(hù)效果。

該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，亦可用作施工鋼吊箱，延長(zhǎng)撞擊時(shí)間，船撞力消減可達(dá)40%，360度保護(hù)橋墩。該類(lèi)裝置的設(shè)防可達(dá)萬(wàn)噸級(jí)別，目前已在港珠澳大橋等項(xiàng)目組應(yīng)用。