已有桥梁防船撞设施的设置思考.docx

1、已有桥梁防船撞设施的设置思考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己有桥梁的特点，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；独立墩目录摘要1前言21. 桥梁防船撞装置的基本要求2已有桥梁防撞设施设置存在的问题32.1.桥梁防船撞设施的现状32.2.己有老桥的防撞设置难度较大4桥梁防船撞设施分类42. 桥梁防船撞设计程序5工程实例65. 1.桥梁现状6

2、5. 2.设计目标65. 3.设计方案65.4.方案确定8桥梁防撞设施的分类及应用86. 1.弹性变形型桥梁防撞设施86. 2.压坏变形型桥梁防撞设施83. 3.重力方式桥梁防撞设施96.4.桩群方式桥梁防撞设施96.5.人工岛方式桥梁防撞设施96.6.浮体系泊方式桥梁防撞设施9其原理是：利用浮体移动、钢丝绳变形、锚定物在碰撞力作用下移动等都可吸收大量能量，由浮体、钢丝绳、锚定物组成。优点是即使在深水情况下，缓冲变形量大，对碰撞船舶也有很好的保护作用，造价相对较低。应用实例：意大利的Taranto桥设置有铅缓冲物防撞装置，其抗冲撞能力为排水量15000t,辣度3.1m/s。6. 7.衡水胜特科

3、技有限公司为浙江临海灵江安装的固定式复合材料桥梁防撞设施浙江临海灵江二桥为旧桥加宽桥梁，主桥为主跨80米的变截面预应力混凝土连续箱梁，桥宽19.75米，公路等级为一级，典型船舶为300吨级杂货船，对其拼宽桥梁8号桥墩及原老桥8号、9号桥墩进行桥梁防撞设施防护。6.8.衡水胜特科技有限公司为广东清远北江四桥订制安装的固定式钢覆复合材料桥梁防撞设施清远北江四桥桥长1512m，设计时速60kg/h的双向六车道一级公路兼城市.主干道。是清远市区新的城市.景观中轴线，将省职教基地和佛清从高速紧密的连接起来。胜特公司根据客户要求为其订制生产了适合大桥的桥梁防撞设施。7. 结语由于己有桥梁数量众多，防船撞设

4、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)2 桥梁防撞理论和防撞装置设计M.人民交通出版社，陈国虞，2013.6.7.衡水胜特科技有限公司为浙江临海灵江安装的固定式复合材料桥梁防撞设

5、施.106.8.衡水胜特科技有限公司为广东清远北江四桥订制安装的固定式钢覆复合材料桥梁防撞设施10结语10参考文献：101刖m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，而己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. 桥梁防船撞装置的基本要求桥梁是跨航道的重要通道，桥墩是航道中障碍物，而由于自然和人为等原因，常常出现不可控制的船撞桥事故，自然就需要防船撞设施来行之有效解决这类事故，在长久的发展中，有大

6、承台，人工岛等有效的防船设施，后来又有钢链，浮舟等设施，但这类设施都比较容易坏，而且防船撞效果不理想，虽然能很大程度上防止桥墩被撞坏，但是更换麻烦，乂不保护船只，依然容易出现伤亡事故等。由于防船撞设施的重要性，在联合国已组成相应的防船撞的组织机构最近几年我们国家对桥梁防船撞的研究也越来越多，提出的方法也越来越理想，综合来看，对桥梁防船撞设施装置的要求应该满足：1、防船撞设施能被桥梁、船舶运输和港航管理三方面共同接受；2、应少占地方，不阻碍航行；3、能适应水位的变化要求：枯水、洪水、涨潮、退潮等；4、吸能能力大，但更重要的是将船的动能仍保留在船上，最新的板房时防撞装置能将船头拨歪，是船离开桥墩，

7、而不是被咬住船头，无法航行；5、撞后桥梁防撞装置应能自行恢复，不需要或很少需要维修；6、防船撞装置应设计安装、施工方便，成本低，便于桥梁方在建桥同时设计安装，现在-般防船撞装置费用可做到只占桥梁建设费用的5%左右7、不因设置防船撞设施而增加新的问题，如回流沉积，妨碍航行、捕捞养殖等。2. 已有桥梁防撞设施设置存在的问题2.1. 桥梁防船撞设施的现状现代桥梁设计中，往往需要设计人根据桥梁防船撞方案的性能、特点，选择适合的防船撞设施，并进行配套设计。但是，我国目前在该领域尚无正式颁布的标准和规范，加之防撞理念及方法也没有形成较为成熟的主流方向，所以很多专家在这个领域进行广泛的研究和探索，目的是有效

8、保护：桥梁、船舶及环境。而最近屡发的船撞桥事故，给我们提醒，中国防船撞技术设施的薄弱，以及船撞桥的危害性。武汉挖沙船撞桥事故2010年7月17日凌晨4时许，在武汉家集镇木里大桥断桥现场看见，在宽约百米的河面上，横跨河面的大桥被撞开了一处超过30米的口子，有3艘10余米长的挖沙船正骑在垮塌的桥上，桥岸边基座处裂开。顺着河向下游走，离大桥约150米的岸边还有一艘搁浅的挖沙船，船体被岸边的电缆缠绕住了。姚家集镇政府办公室负责事故处理的工作人员介绍，6艘肇事船只来自漫水河上游的大悟、红安及黄陂的挖沙场。从2010年7月16日8点开始，大悟、红安等地普降暴雨导致浚水河水位猛涨。所幸事故发生时船上与桥上都

9、没有人，没有造成人员伤亡。最近的一个案例：威海港一海轮撞南京大桥沉没2013年5月12日凌晨4点20分左右，威海港“鑫川8号”海轮途径南京长江大桥时，意外碰擦到六孔与七孔之间的桥墩，在大桥下游3.5公里处的北岸岸边浅滩处（八卦洲洲头）附近水域沉没，船上18名船员全部获救。而还有很多船撞事故，导致了非常严重的伤亡事故和严重的损失2007年6月15日，装载河沙严重偏离主航道的“南桂机035”号机动运沙船与九江大桥非通航孔桥墩发生碰撞，造成九江大桥3个桥墩倒塌，正在桥上行驶的多辆汽车及在桥侧施工工人当成坠入江中，造成多人死亡。现在国家对方穿撞桥以及相应的防护问题的研究开始得到关注，为大桥设置防船撞设

10、施，是十分必要的。2.2. 已有老桥的防撞设置难度较大主要因为以下几点：(1) 己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) 己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、钢筋建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

11、，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。3. 桥梁防船撞设施分类桥梁防船撞设施种类较多，根据其性能、特点进行分类，以便合理选择。(至关重要)。桥梁防船撞的设施，可以分为被动防撞设施和主动防撞设施两大类。被动防撞设施内分为间接构造和直接构造两类。本文将主动防撞设施分为6种，被动防撞设施分12种(其中，间接构造分S种，直

12、接构造分7种。在设置条件、防撞效果和建设成本等方面加以论述.主动防撞设施：航标、桥涵标及相关警示标志、导航系统等引导船舶沿正确航道行驶的设施。如：航道两岸红白相间的侧面标志（浮标、岸标），航标灯、雾天黄灯、雷达靶和闪灯系统；高频甚高频电话声讯警报系统，GPS卫星导航区域系统，激光（或红外）测距仪航向、航距预报系统，船舶航行服务系统（VTS）等。被动防撞设施：是因为上述主动防撞方法不能保障桥梁百分之一百的安全，因为船撞上桥梁绝大多数是意外（暴风、大雾、驾驶员过度疲劳和突发疾病以及桥灯熄灭-等）。这时增加防护设施，以求在万一撞上时也能避免或减少（小概率情况下）事故造成的损失。就是在万一撞上时，也能

13、化险为夷地保护桥梁、船舶和环境。被动防撞设施内，又分为间接构造和直接构造两大类：（1）间接构造：船撞力不传递到桥墩的防护方法；（2）直接构造：桥墩承受设计预定的船撞力。4. 桥梁防船撞设计程序由于桥梁防船撞装置的重要性，以及为了考虑在保证防船撞装置效果情况下，最大的节省造价成本，桥梁防撞设计要尽可能的满足施工要求，要按照一定的设计程序来完成。1、制定桥梁防船撞系统设计规范，规范中应规定桥梁防船撞设施的要求，型号，技术参数等等，且防撞设施应与桥梁同时设计、施工、同时投入使用；2、考虑桥位选定与防撞的关系，规定哪种情况必须设置防撞系统，哪种桥位不可设置，并进行经济对比认证；3、外载的确定，要根据桥

14、、船、港航管理三方面的要求，进行航道通过的船只大小、种类、航速等的分析，确定防撞设施的大小；4、防撞设施的设计，防撞效果的计算，工程施工图的设计，安装设计等；5、典型部件实验以及验证防撞能力；6、实际测试实验，防撞效果，能力，恢复性等，获得数据再进一步完善。桥墩防撞问题的设计，涉及水力学，岩土力学，地质学，桥梁工程，船舶工程，船舶结构力学，碰撞力学，船舶材料学等等，从发生的几起船撞桥事故可以看出目前在继承和发展桥梁防撞在科技方面是一个很迫切的问题，桥梁防撞问题的多面性和多科性，也决定了防撞装置研究的难度，所以桥梁防撞装置的设计更加不能马虎必须按照一定设计要求和程序一步一步的来。5. 工程实例下

15、面以广东崖门大桥为实例，研究己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。5.1.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：5.2. 设计目标设计目标如下：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；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

16、量，保证主桥自身结构抗撞能力仅作为安全储备。5.3.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4寺点：加桩，提高桥墩自身结构强度；增加防撞墙，增加保护范围，降低船舶撞击力；增设组合式释能附体防撞设施，采用永临结合和

17、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，

18、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：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；增加防撞墙，增加保护范围，降低船舶撞击力；优化钢覆材料护舷，提高防撞护舷的单位吸能量；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

19、（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：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；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；增加防撞墙，增加保护范围，降低船舶撞击力；优化钢覆材料护舷，提高防撞护

20、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。5.4.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。6. 桥梁防撞设施的分类及应用目前世界有多种类型的桥梁防撞设施，但其基本原理和设计依据都是基于能量吸收、动量缓冲而设计的，并旦每种桥梁防撞措施都有其特点和使用条件，据此将各种桥梁防撞设施分为如下几类：6.1.弹性变形型桥梁防撞设施直接构造弹性变形型桥梁防撞设施，其原理是以弹性变形吸收冲撞能量。主要采用木板、橡胶等材料，形成桥墩周围的缓冲保护层。例如当桥梁所处的航道水位涨落幅度较大时，从桥梁和船舶的安全角度考虑，可以选择浮式柔性护套作为防撞措施，其构造以装配式蜂窝状充气为王体，同时辅以柔性护舷和钢浮箱等附属设施，可随水位涨落而自由升降，当航船不慎碰向桥墩时，可将短时间较大强度的冲击碰撞变成延时性的柔性消能过程，从而达到保护桥梁和船舶安全的FI的。应用实例：日本岩黑岛大桥就在其2#墩的角部设置了槽型护舷，能够承受200吨级船