某橋梁通航安全風(fēng)險(xiǎn)及抗撞性能評(píng)估

徐云，趙眈崴，關(guān)明芳

（浙江數(shù)智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310012）

隨著國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，各類橋梁的建設(shè)將持續(xù)加快，不可避免會(huì)經(jīng)常發(fā)生橋墩位于水中的情況。對(duì)于水中設(shè)墩的跨航橋梁，存在船舶碰撞隱患。航道等級(jí)不斷提升，通航船舶噸位顯著增大，通航水域條件變化，船撞風(fēng)險(xiǎn)逐步提高。對(duì)于此類現(xiàn)有橋梁，需進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。本文結(jié)合工程實(shí)例，從通航安全風(fēng)險(xiǎn)及抗撞性能兩個(gè)方面分別進(jìn)行了分析研究，可為同類型橋梁風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供借鑒。

1 工程實(shí)例

某特大橋全長(zhǎng)為1489m，雙幅布置。主橋采用（65+100+65）m 三孔變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，與航道斜交，夾角35 度。引橋采用30m 現(xiàn)澆箱梁，20m 先簡(jiǎn)支后連續(xù)空心板。主墩下部結(jié)構(gòu)為單箱雙室薄壁空心橋墩，過(guò)渡墩下部結(jié)構(gòu)為雙方柱式橋墩，引橋下部結(jié)構(gòu)為柱式橋墩，樁基為鉆孔灌注樁。主墩前共設(shè)置了4 個(gè)防撞墩，防撞墩為3 樁接承臺(tái)式結(jié)構(gòu)形式。

橋位處航道水深條件較好，不凍不淤，航道水深一般大于5m，航道底寬40m，面寬≥60m。目前航道等級(jí)為Ⅳ級(jí)航道（通航500 噸級(jí)船舶），規(guī)劃至2035年達(dá)到Ⅲ級(jí)航道（通航1000 噸級(jí)船舶）。

圖1 橋梁現(xiàn)狀圖

2 通航安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.1 航道條件分析

橋區(qū)航道相對(duì)順直，水流流速較小，航道水深滿足500 噸級(jí)船舶通航要求。

橋區(qū)航道航標(biāo)配布基本齊全，橋位航道下游右岸有管線標(biāo)；橋位上游有專用浮標(biāo)；橋梁上設(shè)有橋涵標(biāo)、凈寬、凈寬標(biāo)志、非通航孔設(shè)置有禁止駛?cè)霕?biāo)志、防撞墩上設(shè)有警示標(biāo)。根據(jù)《內(nèi)河通航水域橋梁警示標(biāo)志》（JT376-1998），在通航主梁上增設(shè)乙類標(biāo)志，標(biāo)識(shí)橋梁的通航凈寬范圍；為了實(shí)時(shí)標(biāo)示出橋區(qū)實(shí)際通航凈高情況，在橋梁墩柱上增設(shè)倒水尺；為了標(biāo)示通航孔橋柱的位置，增設(shè)橋柱燈；同時(shí)為保證夜間航行的安全，防撞墩警示標(biāo)、凈高凈寬信息標(biāo)志等航標(biāo)均須考慮夜間發(fā)光。

通航孔中線左岸側(cè)（60/cos35°）/2 處，左幅橋凈高為7.2m，右幅橋凈高為7.8m；通航孔中線右岸側(cè)（60/cos35°）/2 處，左幅橋凈高為7.5m，右幅橋凈高為8.1m。因此，橋梁滿足限制性Ⅲ級(jí)航道通航尺度60x7m 要求。

圖2 凈空尺度分析示意圖

2.2 通航環(huán)境分析

橋梁通航孔基本位于河道中央，過(guò)往船舶基本沿著通航孔中心航行，船舶軌跡基本與橋梁斜交約35°，通航安全秩序良好。橋區(qū)航道多年未發(fā)生過(guò)船橋碰撞的事故。

橋梁附近無(wú)碼頭、輪渡、錨地及其他過(guò)河橋梁，不存在相鄰涉水設(shè)施對(duì)橋區(qū)通航安全產(chǎn)生影響。

3 抗撞性能驗(yàn)算

本橋梁設(shè)防代表船型取1000 噸級(jí)駁船，船舶撞擊速度取值3m/s，設(shè)防船撞力為5040kN，撞擊力方向垂直于橋軸線。順橋向船舶撞擊力取1/2，即2520kN。

結(jié)構(gòu)計(jì)算采用空間有限元程序Midas Civil 2015 進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。所有單元均采用梁?jiǎn)卧M。建模中考慮建立下部樁基，樁土效應(yīng)通過(guò)彈簧剛度（節(jié)點(diǎn)彈性支承）模擬。彈簧的剛度由土介質(zhì)的m 值計(jì)算，m 值根據(jù)實(shí)測(cè)的地質(zhì)資料，按照《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》地基水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)取值。等代土彈簧剛度利用公式計(jì)算：

式中：a 各土層厚度，1b樁計(jì)算寬度，m地基土的比例系數(shù)，z各土層中點(diǎn)與地面的距離。

圖3 主墩構(gòu)造圖及MIDAS 模型

樁基及墩柱計(jì)算結(jié)果如下表所示，樁基的安全系數(shù)為1.27，墩柱的安全系數(shù)為1.30，滿足受力要求。為減少船舶撞擊對(duì)橋梁構(gòu)件等本體的損傷，應(yīng)優(yōu)先考慮防撞設(shè)施（防撞墩）的作用。防撞墩滿足現(xiàn)狀Ⅳ級(jí)航道500噸級(jí)駁船撞擊要求，將來(lái)航道提升等級(jí)至Ⅲ級(jí)，防撞墩須滿足1000 噸級(jí)駁船撞擊要求，應(yīng)加強(qiáng)防撞墩結(jié)構(gòu)。

表1 樁基計(jì)算結(jié)果表

表2 墩柱計(jì)算結(jié)果表

4 結(jié)論

（1）橋區(qū)航道航標(biāo)配布基本齊全。在通航主梁上增設(shè)乙類標(biāo)志，增設(shè)橋柱燈，在橋梁墩柱上增設(shè)倒水尺；防撞墩警示標(biāo)、凈高凈寬信息標(biāo)志等航標(biāo)均須考慮夜間發(fā)光。

（2）橋梁的通航尺度滿足遠(yuǎn)期三級(jí)航道60x7m 通航標(biāo)準(zhǔn)。

（3）經(jīng)復(fù)核計(jì)算，橋梁主墩受力能夠滿足1000 噸級(jí)駁船撞擊要求。遠(yuǎn)期航道提升，須同步加強(qiáng)防撞墩結(jié)構(gòu)。

（4）加強(qiáng)橋區(qū)航道的通航管理，避免船舶在橋下交匯。