新型橋墩防船撞裝置的探討

陸明龍

摘要：船舶與通航橋梁的碰撞事故在世界范圍內頻繁發生，有可能造成巨大的人員傷亡和嚴重的環境污染。為橋墩設置一種物理保護系統是減輕事故破壞的可行性方案。針對船撞橋的問題，簡述了橋墩防撞的目的和意義，總結了橋墩防撞設施的分類，并探討了新型的防撞裝置。

關鍵詞：橋墩；船只；碰撞；防撞設施；新型防撞裝置

1前言

跨越沿?；騼群臃泵降赖臉蛄航Y構，由于氣候、駕駛員操作失誤、機械故障等不利因素，容易被船舶碰撞。在被船舶碰撞的情況下，橋梁受到巨大的能量，難免會損壞甚至倒塌。根據美國國有公路運輸管理員協會（AASHTO）的統計結果，在1960年至2002年間，全球共有31座主要橋梁因船只的碰撞而倒塌，造成342人死亡。橋梁由于船舶碰撞造成的人員傷亡和經濟損失則更加嚴重了。

我國最早建成的長江大橋武漢大橋，據統計，武漢大橋自建成到2000年，共被船只碰撞70余次，其中橋墩受撞的次數高達67次。武漢大橋由于被橋梁碰撞留下的風險是十分巨大的。2007年，廣東九江大橋橋墩因受船只碰撞，倒塌長度200余米，8人在事故中死亡。我國建成的橋梁眾多，因受船只碰撞造成的威脅十分巨大。橋梁防撞的意識必須引起工程人員的重視，設計出能承受船舶碰撞產生的沖擊荷載的橋梁結構是至關重要的。另外，給橋墩提供一種保護裝置，將船舶施加在橋墩的沖擊荷載降低到非破壞性水平，使暴露在外的橋墩的損傷最小化，是橋墩防撞的主要研究內容。

2防撞設施的分類

目前，防撞設施可分為主動防撞設施和被動防撞設施兩大類。主動防撞設施是指通過航標、橋涵標及相關警示標志、導航系統等引導船舶沿正確航道行駛的設施，如航標燈、霧天黃燈、閃燈系統、雷達靶、GPS衛星導航區域系統、激光預警系統、VTS監控系統等預警式設施。主動防撞裝置在船舶撞上橋墩之前就發出信號讓駕駛員注意，保持警惕，及時調離前進的方向，是一種非接觸式防撞設施。由于主動防撞設施并不能完全保證船舶不會撞上橋墩，故需增加在發生碰撞時減輕破壞和損失的防護裝置，這種防護設施就稱為被動防撞設施。

上世紀80年代，日本學者按照設施設置的地點，把被動防撞設施分為直接構造和間接構造。直接構造的原理是通過削弱船撞力和加強橋墩等措施，利用橋墩的抵抗力承受船的撞擊而不發生破壞。間接構造的基本原理是：船在撞上橋墩時，先撞到橋墩外的防護裝置，吸收船舶的一部分或全部能量，“御敵于國門之外”，船只撞不到橋墩，使橋墩免受損傷和破壞。

1991年，國際橋梁及結構工程協會將防撞結構分為以下5種：1）擋板系統；2）支撐樁系統；3）系纜樁系統；4）人工島系統；5）浮動保護系統。每個保護系統都有自己的應用領域，通常可根據橋梁所處的環境及通航情況設置防撞設施。

我國學者在1995年，根據船撞橋后的損傷結果把防撞設施分為以下三種：①保護橋墩，防撞設施不損壞的設施；②但保護橋墩，防撞設施損壞的設施；③能同時保護橋墩、船和防撞設施，也稱“三不壞”防撞設施。

3新型防撞裝置

對于傳統的防撞裝置，雖在一定程度上能保護橋墩免受破壞，但不能保證碰撞后防護裝置和船只不會受到損害。防護裝置如果碰撞后毀壞了，那么事故之后就要更換防護裝置，防護裝置由于其性能要求高，其成本往往是很大的，更換一次裝置需要花費很多的人力和財力，甚至會影響航道的通行，較長時間阻止航道暢通。同理，船只如果在碰撞后發生破壞，不僅造成船上的人員傷害，大范圍漏油還會導致下游水環境污染，給人用水造成威脅。因此，我們需要研究前己敘述的“三不壞”防護裝置。以下主要探討最近我國學者和專家們研究并應用于實際工程中的新型防撞裝置。

3.1雙壁鋼圍堰自旋浮筒

雙壁鋼圍堰主體結構由兩層鋼圍堰，鋼圍堰之間設w型鋼折板組成。w型鋼折板可以起緩沖作用，延長碰撞的時間。外層鋼圍堰設置自旋浮筒，自旋浮筒環繞著橡膠層，浮筒內部設置橫隔板。在碰撞的過程中，自旋浮筒由于接觸面的摩擦力帶動浮筒自旋，同時撥動船頭，改變船體行駛的方向，減小船只的損傷。自旋浮筒和雙層鋼圍堰兩者的變形可以抵抗沖擊力，消耗能量，從而達到減小橋墩的損傷程度。雙壁鋼圍堰自旋浮筒是一種改進后的新型橋墩防撞裝置，生產成本低，施工方便，對于中小型橋梁通航較小的具有良好的防撞效果，應用前景好。

3.2 FRP防撞浮箱

纖維增強復合材料（FRP）是指經一定工藝程序復合形成的新型高性能材料，具有強度高、耐腐蝕性強、可工廠預制等優點。FRP防撞浮箱總體結構形式是由外圍箱體結構、附在外圍箱體結構內壁板上的薄壁消能簡體和掛在外圍箱體結構外壁上的薄壁消能簡體組成。其中，外圍箱體結構的材料是FRP，主要承受外來荷載的撞擊。箱體結構內壁上的消能簡體，能減小箱體結構與橋墩的接觸，發生撞擊時可消耗能量。箱體結構外壁上的消能簡體在碰撞時，可通過自身的變形將傳遞的動能轉化為內能，作為緩沖結構延長撞擊的時間。

FRP防撞浮箱應用于我國重慶的黃花園嘉陵江大橋，具有高性能的耗能能力，結構新穎，更換方便，顯著降低了碰撞力，延長碰撞持續時間，具有很好的應用前景。

3.3 SPS夾層板（聚氨酯鋼夾層結構板）防撞套箱

防撞套箱整體結構構造比較簡單，形狀為曲面圓環形，套箱由里到外材料為鋼板+聚氨酯芯層+鋼板。SPS夾層板是指在兩層鋼板件澆注聚氨酯彈性體而形成的復合結構構件。構件里的鋼板主要承受沖擊力，聚氨酯層可以吸收能量，傳遞分散應力，減小對橋墩的沖擊。SPS夾層板具有質輕高強、加工方便、減震緩沖性能好、抗沖擊性能好、修理方便、綠色環保等優點。SPS夾層板屬于浮動式裝置，可以隨水面高度變化而上下浮動。SPS夾層板防撞套箱與普通的防撞裝置相比，表面光滑，且能轉動。當船撞到套箱時，SPS夾層板防撞套箱能撥開船頭，改變船的前進方向，大大降低了船舶的損傷程度，是屬于“三不壞”裝置。目前，我國廣東江門市小岡大橋20#橋墩的防撞裝置應用了SPS夾層板防撞套箱。SPS夾層板防撞套箱是一種新型的防撞裝置，在很多方面有創新，具有良好的應用前景和參考意義。

4結語

船舶與橋墩碰撞的事故影響到橋梁的運營安全，帶來極大的破壞成本和嚴重環境后果。橋梁防撞裝置各有優缺點，根據工程實際情況，安裝耗能能力強且“三不壞”的新型橋墩防船撞裝置，對橋墩和船的安全運行至關重要。