论航道中桥梁桥墩防撞技术及设施

摘要：在水利运输过程中，船舶撞损桥墩属于高发事故。由于航道墩撞击破坏性影响巨大，为降低碰撞造成的损失，应在航道墩设计与加固中充分利用了弹性变形防撞、人工防撞、重力式防撞、薄壳围堰防撞等防撞技术。本文以实际工程为例，对航道中桥梁桥墩防撞技术进行探讨。

关键词：航道桥梁桥墩防撞技术

1.工程概况

某桥梁工程自建成45年来，先后受到了60多次的船舶撞击，钢梁撞损三次，桥墩撞损58次，导致桥墩上多位置受到了严重的损害。由于不断受到撞损，严重影响了大桥的安全性，引起了铁道部门、公安部门的高度重视，要求采取科学的桥梁桥墩防撞措施，保证桥梁的安全性。

2.桥墩撞损分析

桥梁运营过程中，排水量超过2000t的船舶撞击事故一共出现了7次，其中最严重的一次撞损事故船舶的排水量达到了9000t。大部分的撞损事故都是小型船舶造成的，虽然小型船舶的撞损事故并不会对桥梁造成严重的毁损，但是如果任其发展必然会对桥梁的使用寿命造成影响。从事故出现时的水位情况看，水位标高低于24m的撞击一共出现了55次，占到了总撞损事故的82.3%，超过水位标高27m的事故一共出现了4次，其中最严重的一次水位标高为28m，一艘载有2000t的船舶右侧尾部撞到的五号墩。

从事故发生的时间段分析，发生在夜间的事故达到了27次，发生在白天的事故有36次，撞损事故发生概率相差不大，但是中午12点～下午15点时间段内发生的事故概率比较多，一共发生了17次，比其他时间段的事故率明显要高出很多。

根据船舶的航行的方向看，上水船舶出现在膨胀的次数比较少，只占到了总事故概率的6.5%，而下水船的碰撞概率相对来说则比较高，大约占到了总事故概率的85.2%。因此，在进行桥墩防撞设计时，需要重点考虑下水方向的撞损影响。该大桥受到的60多次桥墩撞损事故中，总体上可以分为4种。

（1）前进过程中船头撞到的桥墩上，如图1所示。这种事故对桥墩造成的危害比较大，大约占到了总事故率的35.2%。

（2）横漂船船侧撞击到了桥墩上，这种情况和船只靠码头的情况比较相似，受舵和水流的作用影响，船不能保持轴向前进，因为船横漂的速度要低于前进速度，因此，造成的撞损程度也比较小。这类事故出现概率比较多，占到了总概率的56.2%，如图2所示。

（3）横漂船的重心刚好撞击到桥墩上。这种情况是一种较为极端的情况，由于船的重心正好撞击到桥墩上，受水流合力影响，船头后发生旋转，逐步转变成顺流而下。

（4）船头直接装到桥墩上。这种情况比较极端，当船撞到桥墩上后，船会和桥墩交换所有的动能，受水流、桥墩端部外形、操作等因素的影响，相撞后会瞬间滑开并转变成第一类情况，这种情况出现的概率比较小，在设置桥墩防护时可以忽略。

3.选择桥墩防护结构

由于该大桥属于一级航道，通航跨度达到了127m，减去桥墩占据的6.5m，航道净宽值为121.5m，按照规定要求，航道净宽要控制在100m以上，所以，桥墩防护结构一个边最大只可以占到10.75m，通过分析后发现此工程使用绳索方式或者舷式比较合理。综合分析后，决定采用充水胶囊防撞器方案。

为了验证防撞效果，使用两个比较大的测力元件对前后钢护箱上的压力分布情况进行检测，然后利用两块比较小的测力板对桥墩的受力值进行检测。

检测证明，在最大行程运行状态下船头的出力大小为384kg，胶管效能率为25%，充水胶囊小能量达到了30%，根据绘制的充水胶囊工作曲线不难发现（如图3所示，f指的胶囊压力，

l指的是外部压力），从加压开始到压力值升达到最大耗费的时间要远低于胶管的时间，并且当受到的外部压力大于胶囊控制压力时，胶囊的压力也不会继续变大，而会通过消能的形式转化掉。使用胶管进行消能时，随着受到的外力越来越大，胶管受到的压力也会越来越大，无法再起到消除能耗的效果，如图4所示。

综上所述，使用柔性消能措施是比较合理的，理论计算值和实际情况基本一致，使用该方案不仅可以防止桥墩受到船舶外力撞击后受到大的损伤，而且防撞设施还具有良好的自我恢复能力，防撞设施具有良好的吸能效果。因此，本桥梁工程的防撞使用柔性消能防护系统，选择流体稳压柔性胶囊进行防撞施工。

4.桥墩防撞设施组成及应用效果

防撞装置主要由下面几个部分构成。

（1）外层小型钢轨枕木滑道。钢轨枕木滑道主要是由一段段交叉构成的，当船舶产生撞击的时候首先会撞到钢轨枕木滑道上，然后把集中的撞击应利分散层平面力均匀的作用到防撞设备上。

（2）外钢浮箱。

（3）外层胶管箱。

（4）内钢浮箱。

（5）内壁胶管和胶板。

当船舶撞击到防撞装置上时，首先会撞击到处于最外层的钢轨枕木滑到上，利用枕木和钢轨将船舶撞击过程中产生的撞击力平均分散到外层胶管束上，有效防止了应力集中的情况。在将胶管束压缩到一定的范围值后（外钢浮箱移动力达到6000kn时），中部充水胶囊群会有水喷出，外层的钢浮箱受到挤压，充水胶囊会产生移动。与此同时橡胶垫板和内层胶管也会产生压缩变形，在撞击过程结束后压缩变形才会完成。撞击过程完成后，充水胶囊会自动进行充水，所有的防撞设施也会逐步恢复到原装，只需要工作人员简单对受到撞击的位置稍加修理就可以再次投入使用。

5.结论

交通运输作为影响我国经济发展的基础，如果一些对交通影响比较大的桥梁工程受到严重的撞损伤必然会造成非常大的经济损失，本文以实际工程为例，对大桥桥墩防撞进行了研究，分析了多年来桥梁撞损的实际情况，然后结合桥墩的具体情况制定了对应的防撞措施。由于选择的防撞设施柔软性良好，当桥墩受到船舶的碰撞时，防撞实施可以同时保护船舶和桥墩，避免了船舶事故的出现，而且防撞设施结构很小，达到了设计要求。此外，防撞设施还具有随水位升高及受到碰撞后自行恢复的能力，不仅最大限度的保证了船舶和桥墩的安全，而且节省了资金的投入，具有较高的推广应用价值。