微山船闸大桥桥墩防护方案的选择

2014-04-08李纯李先锋

山东水利 2014年10期

关键词：防撞船闸航道

李纯，李先锋

微山船闸大桥桥墩防护方案的选择

李纯1，李先锋2

（1.济宁市水利机械公司，山东济宁 272000；2.济宁市港航局，山东济宁 272000）

微山船闸上游船闸大桥是微山二线船闸配套工程设施，横跨京杭运河主航道上，其中右岸桥墩处于微山二线船闸上游引航道的右边坡上，过往船舶时有碰撞，本文阐述了通航孔的桥墩防撞的必要性及原理，并对防撞方案进行了优选。

微山船闸；桥墩防护；橡胶护舷；防护方案

微山船闸大桥为微山二线船闸过闸公路桥。微山二线船闸位于山东省济宁南四湖的二级坝水利航运枢纽东半部，该桥梁工程位于二级坝上，坝顶是一条二级公路，用于沟通船闸两侧交通，大桥东临南水北调工程（东线）二级坝输水泵站，西邻二级坝水利枢纽工程第一节制闸。微山二线船闸设计通航等级为Ⅱ级，桥梁通航净空高7 m，通航净宽60 m。主桥为3跨45 m＋80 m＋45 m，主跨单孔通航，主跨两端桥墩分置于微山二线船闸上游引航道左右岸边坡上，其中右岸桥墩位于引航道边沿，过往船舶时有碰撞，通航船舶的大型化、高密度对桥墩的防护提出了较高的要求，必须加以重视。

1 防撞的必要性、基本原理及形式

1.1 防撞的必要性

近年来，船舶与桥梁墩柱的碰撞事故不断发生，对人民生命财产都造成了巨大的损害。船舶与桥梁的碰撞是一种偶然事件，其碰撞形式有很大的不确定性，尤其是其碰撞荷载的大小不易确定。因此，大型桥梁需要进行桥墩防撞设计，保证桥梁在发生较严重的船舶碰撞事故之后能保证结构的整体性，且对交通的影响最小，而且能够在相对较短的时间内完成对桥梁损伤的维修；在较小的碰撞事故之后能继续使用。

1.2 防撞的基本原理

采取桥梁防撞设施的目的是保护桥梁，防止船舶撞击桥梁时桥梁发生整体或局部破坏。桥梁防撞设施方式大体上可分为两种：一种是隔离式，在可能发生碰撞的区域外沿设置碰撞设施，与被保护桥梁之间产生一个隔离区，在船舶失控或者是发生意外事故将发生碰撞时最先碰撞到碰撞设施，由碰撞设施承受船舶的撞击力，再通过隔离区最后到达桥梁，通过碰撞设施的消能阻力后再碰撞到桥梁的力量就非常小，这样就不会对桥梁产生破坏；另一种方式是消能式，在桥梁碰撞区直接安装，未设置隔离区，船舶碰撞的动能主要由消能设施承担，最终还会有部分动能传递到桥梁上，桥梁承受剩余的所有动能，当船舶的碰撞动能过大时就会对桥梁产生破坏性的碰撞，所以消能式防碰撞设施是具有局限性的。

1.3 防撞设施的基本形式

采用不同形式的防撞设施，可以阻止船舶撞击力传到桥墩，或者通过缓冲消能延长船舶的碰撞时间，减小船舶撞击力，保障桥梁安全。防撞设施的设计需要根据桥墩的自身抗撞能力、桥墩的位置、桥墩的外形、水流的速度、水位变化情况、通航船舶类型、碰撞速度等因素进行。经过多年的研究应用，设计出多种类型的桥墩防撞设施，主要有缓冲材料方式、缓冲设施工程方式、重力方式、桩方式、人工岛方式、围堰方式、浮体系泊方式、非结构物防撞系统方式等。

2 防撞方案的选择

2.1 确定防护桥墩

微山船闸大桥主跨三跨过河，单孔通航，5#桥墩位于靠船墩外侧，不存在被船舶碰撞的风险，4#桥墩位于航道右岸的边坡上，当高水位通航时，被船舶碰撞的可能性较大，为保障桥梁的安全，需要对4#桥墩进行防碰撞防护。

2.2 防撞设施应满足的基本要求

1）防撞设施能被船舶运输、港航管理部门和桥梁管理部门接受并认可其防护功能；2）防撞设施不能影响航道的通航，尽量少占用或者不占用航道，并能适应水位变化的要求；3）不因设置防撞装置而增加新的问题，如回流淤积、破坏桥墩强度等；4）对船舶的撞击能量进行消能缓冲，使船舶不能直接撞击桥墩，或使船舶碰撞力控制在安全范围内；5）通过合理的结构、材料布置，通过设施的消能，尽量减少船舶的损伤；6）防撞设施制造、安装、维修经济方便，经久耐用，功能可靠。

2.3 防撞方案的比选

根据4#桥墩设计说明和图纸可以看出，引航道底面边线距离桥墩10 m，桥墩位于通航航道外侧。桥墩处护坡面高程约31.5 m，上级湖正常蓄水位34.5 m，最低通航水位33.0 m，由此可以计算出桥墩处护坡面以上常年保持在1.5～3 m的水深，在高水位时过往船舶就可以到达该水域，船舶侧向碰撞桥墩的情况就会必然发生；船舶在正常操控下不会驶出航道槽太多，只有失控状态下才可能会大幅度偏离航道槽，由于桥墩处护坡面高程高出航道底面约2.7 m，因受吃水限制船舶完全驶出航道槽的可能性较低，所以船舶正向撞击的几率就会大大减少，但也不是绝对没有。通过具体分析，微山船闸大桥4#桥墩所面临的危险主要是临河面侧面的碰擦或撞击，顺河面垂直面撞击次之，背河面则没有被碰撞或撞击的危险，为满足防撞要求，拟出以下几种方案。

方案一：在桥墩上下游两侧各设置防撞桩防护方案。本方案较成熟，分群桩式和独立桩式，在各地均有应用。就微山船闸大桥而言，过往船舶航速慢（船舶进出闸速度一般不会太快），正面撞击力小，独立桩就可以满足防护要求，但该方案施工难度较大，施工成本较高，后期维护费用低。

方案二：在桥墩周围设置人工岛式防护方案。微山船闸大桥4#桥墩位于航道边坡上，可以在桥墩周围设置人工岛阻止船舶靠近，以船舶驶入人工岛阻止区即搁浅的原理防止碰撞事故的发生，防护可靠性高，但该方案施工困难，防冲刷要求高，如果施工质量不好，将会导致人工防护岛冲刷损毁并淤积航道，影响船舶通航，施工成本高，后期维护费用较低。

方案三：在桥墩周围设置浮体系泊式防护方案。微山船闸大桥4#桥墩自通航以来受到的碰撞事故主要是以轻微碰撞和运动摩擦为主，垂直面直接撞击情况较少。这种方案尤其适宜轻微碰擦和运动摩擦的防护，该方案施工成本低，后期维护费用也较低。

经分析，按照节约资金、施工方便、安全有效的原则应选择方案三，浮体采用护套式充气橡胶护舷，橡胶护舷是当今国际流行的船舶护舷产品，利用压缩空气作为缓冲介质，具有吸收冲击能量大，耐冲击疲劳性能优异，安装简易等优点。

2.4 护舷安装

微山船闸大桥4#桥墩平面尺寸为8 m×2 m的矩形，考虑运输方便、安装简易采用1.5 m×3 m柱形护套式充气橡胶护舷，轮胎护套可以有效保护气囊免受损坏，承担消除船舶摩擦破坏力，充气气囊的浮力可以使整个护套式充气橡胶护舷约2/3的体积浮在水面以上，并能自主随水位的升降而上下浮动。各护舷浮体之间采用锚链相互连接，在临河面连接3个，上下游两侧各1个，形成三面防护，连接锚链围绕桥墩一周形成闭环，确保整体防护装置不偏离桥墩太多，既能有效保护桥墩免受船舶的碰擦还不影响航道的通航。