微山船閘大橋橋墩防護(hù)方案的選擇

李純，李先鋒

微山船閘大橋橋墩防護(hù)方案的選擇

李純1，李先鋒2

（1.濟(jì)寧市水利機(jī)械公司，山東濟(jì)寧 272000；2.濟(jì)寧市港航局，山東濟(jì)寧 272000）

微山船閘上游船閘大橋是微山二線船閘配套工程設(shè)施，橫跨京杭運(yùn)河主航道上，其中右岸橋墩處于微山二線船閘上游引航道的右邊坡上，過(guò)往船舶時(shí)有碰撞，本文闡述了通航孔的橋墩防撞的必要性及原理，并對(duì)防撞方案進(jìn)行了優(yōu)選。

微山船閘；橋墩防護(hù)；橡膠護(hù)舷；防護(hù)方案

微山船閘大橋?yàn)槲⑸蕉€船閘過(guò)閘公路橋。微山二線船閘位于山東省濟(jì)寧南四湖的二級(jí)壩水利航運(yùn)樞紐東半部，該橋梁工程位于二級(jí)壩上，壩頂是一條二級(jí)公路，用于溝通船閘兩側(cè)交通，大橋東臨南水北調(diào)工程（東線）二級(jí)壩輸水泵站，西鄰二級(jí)壩水利樞紐工程第一節(jié)制閘。微山二線船閘設(shè)計(jì)通航等級(jí)為Ⅱ級(jí)，橋梁通航凈空高7 m，通航凈寬60 m。主橋?yàn)?跨45 m＋80 m＋45 m，主跨單孔通航，主跨兩端橋墩分置于微山二線船閘上游引航道左右岸邊坡上，其中右岸橋墩位于引航道邊沿，過(guò)往船舶時(shí)有碰撞，通航船舶的大型化、高密度對(duì)橋墩的防護(hù)提出了較高的要求，必須加以重視。

1 防撞的必要性、基本原理及形式

1.1 防撞的必要性

近年來(lái)，船舶與橋梁墩柱的碰撞事故不斷發(fā)生，對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)都造成了巨大的損害。船舶與橋梁的碰撞是一種偶然事件，其碰撞形式有很大的不確定性，尤其是其碰撞荷載的大小不易確定。因此，大型橋梁需要進(jìn)行橋墩防撞設(shè)計(jì)，保證橋梁在發(fā)生較嚴(yán)重的船舶碰撞事故之后能保證結(jié)構(gòu)的整體性，且對(duì)交通的影響最小，而且能夠在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)橋梁損傷的維修；在較小的碰撞事故之后能繼續(xù)使用。

1.2 防撞的基本原理

采取橋梁防撞設(shè)施的目的是保護(hù)橋梁，防止船舶撞擊橋梁時(shí)橋梁發(fā)生整體或局部破壞。橋梁防撞設(shè)施方式大體上可分為兩種：一種是隔離式，在可能發(fā)生碰撞的區(qū)域外沿設(shè)置碰撞設(shè)施，與被保護(hù)橋梁之間產(chǎn)生一個(gè)隔離區(qū)，在船舶失控或者是發(fā)生意外事故將發(fā)生碰撞時(shí)最先碰撞到碰撞設(shè)施，由碰撞設(shè)施承受船舶的撞擊力，再通過(guò)隔離區(qū)最后到達(dá)橋梁，通過(guò)碰撞設(shè)施的消能阻力后再碰撞到橋梁的力量就非常小，這樣就不會(huì)對(duì)橋梁產(chǎn)生破壞；另一種方式是消能式，在橋梁碰撞區(qū)直接安裝，未設(shè)置隔離區(qū)，船舶碰撞的動(dòng)能主要由消能設(shè)施承擔(dān)，最終還會(huì)有部分動(dòng)能傳遞到橋梁上，橋梁承受剩余的所有動(dòng)能，當(dāng)船舶的碰撞動(dòng)能過(guò)大時(shí)就會(huì)對(duì)橋梁產(chǎn)生破壞性的碰撞，所以消能式防碰撞設(shè)施是具有局限性的。

1.3 防撞設(shè)施的基本形式

采用不同形式的防撞設(shè)施，可以阻止船舶撞擊力傳到橋墩，或者通過(guò)緩沖消能延長(zhǎng)船舶的碰撞時(shí)間，減小船舶撞擊力，保障橋梁安全。防撞設(shè)施的設(shè)計(jì)需要根據(jù)橋墩的自身抗撞能力、橋墩的位置、橋墩的外形、水流的速度、水位變化情況、通航船舶類型、碰撞速度等因素進(jìn)行。經(jīng)過(guò)多年的研究應(yīng)用，設(shè)計(jì)出多種類型的橋墩防撞設(shè)施，主要有緩沖材料方式、緩沖設(shè)施工程方式、重力方式、樁方式、人工島方式、圍堰方式、浮體系泊方式、非結(jié)構(gòu)物防撞系統(tǒng)方式等。

2 防撞方案的選擇

2.1 確定防護(hù)橋墩

微山船閘大橋主跨三跨過(guò)河，單孔通航，5#橋墩位于靠船墩外側(cè)，不存在被船舶碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，4#橋墩位于航道右岸的邊坡上，當(dāng)高水位通航時(shí)，被船舶碰撞的可能性較大，為保障橋梁的安全，需要對(duì)4#橋墩進(jìn)行防碰撞防護(hù)。

2.2 防撞設(shè)施應(yīng)滿足的基本要求

1）防撞設(shè)施能被船舶運(yùn)輸、港航管理部門和橋梁管理部門接受并認(rèn)可其防護(hù)功能；2）防撞設(shè)施不能影響航道的通航，盡量少占用或者不占用航道，并能適應(yīng)水位變化的要求；3）不因設(shè)置防撞裝置而增加新的問(wèn)題，如回流淤積、破壞橋墩強(qiáng)度等；4）對(duì)船舶的撞擊能量進(jìn)行消能緩沖，使船舶不能直接撞擊橋墩，或使船舶碰撞力控制在安全范圍內(nèi)；5）通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)、材料布置，通過(guò)設(shè)施的消能，盡量減少船舶的損傷；6）防撞設(shè)施制造、安裝、維修經(jīng)濟(jì)方便，經(jīng)久耐用，功能可靠。

2.3 防撞方案的比選

根據(jù)4#橋墩設(shè)計(jì)說(shuō)明和圖紙可以看出，引航道底面邊線距離橋墩10 m，橋墩位于通航航道外側(cè)。橋墩處護(hù)坡面高程約31.5 m，上級(jí)湖正常蓄水位34.5 m，最低通航水位33.0 m，由此可以計(jì)算出橋墩處護(hù)坡面以上常年保持在1.5～3 m的水深，在高水位時(shí)過(guò)往船舶就可以到達(dá)該水域，船舶側(cè)向碰撞橋墩的情況就會(huì)必然發(fā)生；船舶在正常操控下不會(huì)駛出航道槽太多，只有失控狀態(tài)下才可能會(huì)大幅度偏離航道槽，由于橋墩處護(hù)坡面高程高出航道底面約2.7 m，因受吃水限制船舶完全駛出航道槽的可能性較低，所以船舶正向撞擊的幾率就會(huì)大大減少，但也不是絕對(duì)沒(méi)有。通過(guò)具體分析，微山船閘大橋4#橋墩所面臨的危險(xiǎn)主要是臨河面?zhèn)让娴呐霾粱蜃矒簦樅用娲怪泵孀矒舸沃?，背河面則沒(méi)有被碰撞或撞擊的危險(xiǎn)，為滿足防撞要求，擬出以下幾種方案。

方案一：在橋墩上下游兩側(cè)各設(shè)置防撞樁防護(hù)方案。本方案較成熟，分群樁式和獨(dú)立樁式，在各地均有應(yīng)用。就微山船閘大橋而言，過(guò)往船舶航速慢（船舶進(jìn)出閘速度一般不會(huì)太快），正面撞擊力小，獨(dú)立樁就可以滿足防護(hù)要求，但該方案施工難度較大，施工成本較高，后期維護(hù)費(fèi)用低。

方案二：在橋墩周圍設(shè)置人工島式防護(hù)方案。微山船閘大橋4#橋墩位于航道邊坡上，可以在橋墩周圍設(shè)置人工島阻止船舶靠近，以船舶駛?cè)肴斯u阻止區(qū)即擱淺的原理防止碰撞事故的發(fā)生，防護(hù)可靠性高，但該方案施工困難，防沖刷要求高，如果施工質(zhì)量不好，將會(huì)導(dǎo)致人工防護(hù)島沖刷損毀并淤積航道，影響船舶通航，施工成本高，后期維護(hù)費(fèi)用較低。

方案三：在橋墩周圍設(shè)置浮體系泊式防護(hù)方案。微山船閘大橋4#橋墩自通航以來(lái)受到的碰撞事故主要是以輕微碰撞和運(yùn)動(dòng)摩擦為主，垂直面直接撞擊情況較少。這種方案尤其適宜輕微碰擦和運(yùn)動(dòng)摩擦的防護(hù)，該方案施工成本低，后期維護(hù)費(fèi)用也較低。

經(jīng)分析，按照節(jié)約資金、施工方便、安全有效的原則應(yīng)選擇方案三，浮體采用護(hù)套式充氣橡膠護(hù)舷，橡膠護(hù)舷是當(dāng)今國(guó)際流行的船舶護(hù)舷產(chǎn)品，利用壓縮空氣作為緩沖介質(zhì)，具有吸收沖擊能量大，耐沖擊疲勞性能優(yōu)異，安裝簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn)。

2.4 護(hù)舷安裝

微山船閘大橋4#橋墩平面尺寸為8 m×2 m的矩形，考慮運(yùn)輸方便、安裝簡(jiǎn)易采用1.5 m×3 m柱形護(hù)套式充氣橡膠護(hù)舷，輪胎護(hù)套可以有效保護(hù)氣囊免受損壞，承擔(dān)消除船舶摩擦破壞力，充氣氣囊的浮力可以使整個(gè)護(hù)套式充氣橡膠護(hù)舷約2/3的體積浮在水面以上，并能自主隨水位的升降而上下浮動(dòng)。各護(hù)舷浮體之間采用錨鏈相互連接，在臨河面連接3個(gè)，上下游兩側(cè)各1個(gè)，形成三面防護(hù)，連接錨鏈圍繞橋墩一周形成閉環(huán)，確保整體防護(hù)裝置不偏離橋墩太多，既能有效保護(hù)橋墩免受船舶的碰擦還不影響航道的通航。

3 結(jié)語(yǔ)

微山船閘大橋橋墩防護(hù)方案的設(shè)計(jì)是浮體系泊式的一種具體形式，是結(jié)合了實(shí)際情況采取相應(yīng)合理可行的防護(hù)措施，同時(shí)考慮了結(jié)構(gòu)可靠度、環(huán)境適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)合理性及施工方便可行性。這種類型的防護(hù)裝置的應(yīng)用有其自身的特點(diǎn)，不僅保護(hù)了橋墩而且還有自我恢復(fù)功能，對(duì)我國(guó)大量的類似橋墩防護(hù)設(shè)計(jì)作出了一定的探索和嘗試。

（責(zé)任編輯 崔春梅）

U443.2

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1009-6159（2014）-10-0038-02

2014-03-18

李純（1974—），女，工程師