已有桥梁防船撞设施的设置思考
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作者:高龙刚
摘 要：随着船舶大型化发展，跨越航道桥梁被船舶撞击情况时有发生，对桥梁安全和通航安全产生了较大影响，故全国范围均在开展桥梁防船撞设施的设置工作。防船撞设施的设置应针对已有桥梁的特点，分析研究防船撞设施设置的要求，采用多种方案进行比较，合理选取适用的方案。本文以广东崖门大桥为例，对该方面工作进行了一定研究。
关键词：现有桥梁;防船撞设施;组合式防撞;独立墩
中图分类号：U698 文献标识码：A 文章编号：1006―7973（2021）12-0078-03
随着水运行业的快速发展、航道等级的提升，船舶大型化越来越明显，而已有的桥梁大多尚未改造，船舶撞击桥梁不时发生，对国家设施和人们的生命财产安全造成了很大损失，因此，交通运输部办公厅、国家铁路局综合司、国铁集团办公厅联合印发了《船舶碰撞桥梁隐患治理三年行动实施方案》，要求提升桥梁防撞能力。
1已有桥梁防撞设施设置存在的问题
已有老桥的防撞设置难度较大。主要因为以下几点：
（1）已有桥梁尺度不能满足现阶段航道规划。老桥通航尺度一般按照航道现状或原规划等级进行设计，随着航运事业的发展，航道新规划的实施，航道等级提升的情况较为普遍，老桥尺度的限制使得防撞的设置要求更高。
（2）已有桥梁本身的抗撞性能情况不明。随着桥梁使用时间的增加，桥梁本身结构的耐久性、钢筋砼性能等的折损判别难度较大，在原设计基础上还有多少抗撞性能难以摸清。
（3）已有桥梁设置防撞涉及管理机构较多。新建桥梁的防撞设施设置责任清晰，建设单位应考虑相关要求，但老桥的存在时间较长，且很多桥梁满足原有航道等级要求，而航道升级是客观原因，设置单位可能为桥梁权属单位，也可能楹降勒治单位，需考虑的因素较多。
（4）设计规范的更新。随着桥梁防船撞形势的严峻，国家相关部门的重视，防撞设施的设计规范不断完善和更新，相关要求也不断变化，特别是2020年8月1日《公路桥梁抗撞设计规范》（JTG/T3360-02-2020）的实施，进一步规范和明确了桥梁抗船撞设计的要求。
2 工程实例
下面以广东崖门大桥为实例，研究已有桥梁设置的要求和措施。崖门大桥所在航道正在进行升级改造，设计船型由5000DWT船舶提高到20000DWT船舶。需要对桥墩抗撞能力同步升级。
2.1桥梁现状
崖门大桥位于崖门水道出海口，是广东省西部沿海高速一期工程新会段的重要组成部分，崖门大桥桥长1289.22m，采用墩、塔、梁固结，双塔单索面预应力混凝土斜拉桥， 通航孔主跨跨径338m。桥梁现状如下所示：
2.2设计目标
设计目标如下：①正常情况，1万吨级海船失控情况下，防撞设施能够抵抗船舶撞击能量;②极限情况，2万吨级海船失控情况下，防撞设施允许破坏，但防撞墩破坏可以吸收失控船舶或极限情况下2万吨级海船所有的撞击能量，保证主桥自身结构抗撞能力仅作为安全储备。
2.3设计方案
方案一：加强桥墩基础+组合式防撞附体方案（1.4亿元）
基础加强：该方案通过加桩的方式增加桥墩基础强度，使桥墩基础抗撞能力得到有效提升，满足船舶撞击要求。增加桩基础通过钢筋混凝土同原承台连成一体，共同承担船舶撞击作用。
组合式释能附体防撞设施：由内外两层释能附体组成。内层由释能附体悬挂于承台上，外侧释能附体安装于内层释能附体之外，悬挂于内层附体之上，以增加有效设防距离，从而达到基本保护桥墩的目的。
防撞设施布置图如下：
设计特点：①加桩，提高桥墩自身结构强度;②增加防撞墙，增加保护范围，降低船舶撞击力;③增设组合式释能附体防撞设施，采用永临结合和模块化的设计思想，便于维修和更换。优势：造价低，施工简单，对通航影响小，能够全角度保护桥墩。缺点：防撞方案依靠桥墩进行设防，需对现桥墩检测评估，防撞设施增加承台承重。
方案二：独立墩+复合材料护舷+消能桁架（1.54亿元）
独立墩：该方案为优化独立防撞墩方案，由桩基础通过混凝土连接成一个整体，共同承担船舶撞击作用。方案整体设计为流线型，船舶碰撞后，可调拨船首方向，使船舶能量保留在船上，进而保护桥墩和减少船舶的损伤，同时可以减少波流力，起到改善桥墩附近的水流，减少冲刷等效果。独立墩顶部设置防撞墙，以增加大型碰撞的作用范围，减少碰撞损伤。
复合材料护舷：承台外侧设置复合材料防撞护舷，以起到防止船舶擦碰，或者小型碰撞消能的作用，同时复合材料防撞护舷，可以采用警示色涂装，以起到警示效果。
消能桁架：作为吸能构件，承担船撞的剩余能量。防撞方案的布置如下所示：
设计特点：①优化承台线型，减少（改善）波流力，船撞后可以调拨船首，保护船舶;②增加防撞墙，增加保护范围，降低船舶撞击力;③优化钢覆材料护舷，提高防撞护舷的单位吸能量;④增加消能桁架，进一步提高桥墩的抗撞能力，消能桁架通过自身变形和破损吸收船舶撞击的能量，同时保护独立墩倾覆后不会造成承台二次损伤。优势：造价较低，防护效果好，对通航影响小，能够有效保护桥墩。缺点：需对现桥墩检测评估，施工期通航安全影响较大，撞损后维护成本高。
方案三：优化独立墩+固定式钢覆材料（1.5亿元）
优化独立墩方案：在现桥墩上下游各设置一座独立防撞墩，共4座，方案整体设计为流线型，船舶碰撞后，可调拨船首方向，使船舶能量保留在船上，进而保护桥墩和减少船舶的损伤，同时可以减少波流力，起到改善桥墩附近的水流，减少冲刷等效果。独立墩顶部设置防撞墙，以增加大型碰撞的作用范围，减少碰撞损伤。
钢覆材料护舷：承台外侧设置复合材料防撞护舷，以起到防止船舶擦碰，或者小型碰撞消能的作用。
优化设计特点：①优化承台线型，减少（改善）波流力，船撞后可以调拨船首，保护船舶;②优化布置，采用直桩形式，通过优化桩基配筋，以增强独立防撞墩结构能力;③增加防撞墙，增加保护范围，降低船舶撞击力;④优化钢覆材料护舷，提高防撞护舷的单位吸能量;优点：造价较高，对桥墩防护效果好，方便后期防撞等级提升，维护成本低;缺点：施工工期较长，施工难度较大，施工期对通航安全影响较大，撞击后船舶自身损坏程度大，无法做到全方位保护桥梁。
2.4方案确定
经方案比选，方案三-独立墩+固定式钢覆材料具有对桥墩防护效果好，方便后期防撞等级提升、维护成本低，不影响桥梁结构，原桥抗撞能力仅作为安全储备、防撞体系可靠性高，保留原桥梁防撞设施、减少资源浪费、经济环保等优点，故采用方案三。
3 结语
由于已有桥梁数量众多，防船撞设施设置的工作将持续很长一段时间，随着航道等级、通航船舶吨位的提升，也会有更多的桥梁需要设置防撞设施。本文对现有桥梁防船撞设施建设的特点进行了分析，通过广东崖门大桥的防撞设施设置方案研究为例，从设计目标、设计原则、设计方案比选等多个方面进行了分析，可以为以后的类似项目起到借鉴作用。
参考文献：
[1]公路桥梁抗撞设计规范.中华人民共和国交通运输部.JTG/T3360-02-2020.2020
[2]航道中桥梁桥墩防撞技术及设施浅析[J]. 于伟.城市道桥与防洪.2014（12）
[3]桥梁防撞理论和防撞装置设计[M].人民交通出版社，陈国虞，2013.
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