跨新孟河橋梁及防船撞設施設計

何 琴，顧 昊，張紅艷

（1.江蘇省水利科學研究院，江蘇 南京 210017；2.江蘇省秦淮河水利工程管理處，江蘇 南京 210022）

1 概 況

新孟河延伸拓浚工程因平地開河或河道拓浚破壞原有道路交通，故新建、拆建橋梁恢復交通。其中新孟河工程運河以北段一般跨河橋梁19 座。橋梁方案除受水利、航道等行業要求外，還與現狀道路規模、周邊構筑物的情況密切相關。如何合理確定跨河橋的總體方案，對恢復改善既有交通、順利推進主體工程建設、減少周邊環境影響和降低工程造價等都有著非常重要的作用。通過對工程實施過程中考慮到的各種因素進行梳理、分析和總結，指導后續工程運營管理，為類似工程提供參考。

2 主要技術標準

（1）橋梁荷載標準：公路-I 級、城A 級。

（2）橋梁設計洪水頻率及對應水位：1/100（6.44 m）。

（3）抗震烈度：地震基本烈度7 度，地震動加速度峰值為0.10g。

（4）航道要求：VI 級航道，最高通航水位5.63 m，最低通航水位2.75 m。

3 橋梁方案設計

橋梁方案的確定與需河道拓浚后的河道設計成果、航道要求、周邊場地情況密切相關。

在現有跨河橋梁中，水中設置墩柱的情況比較普遍，特別是在水域寬闊的天然河道上[1]。新孟河為VI 級航道，其橋跨布置需結合航道要求，同時考慮水中墩柱防撞設計，確保橋梁、船舶安全。

3.1 河道橫斷面

本工程河道底寬80 m，口寬根據河道所在段用地、周邊構筑物情況采用116～126.4 m。設計河道典型斷面之一如圖1 所示。

圖1 設計河道典型斷面之一

結合河道設計口寬及橋軸線與河道中心交角，周邊地形條件，新建的銀山橋、三茅殿大橋橋位處地形標高較低，橋梁總長385 m，小河橋143.16 m，東風橋180 m，其余橋梁總長140 m。跨徑具體布置需結合航道要求等進一步選定。

3.2 通航凈空

通航影響評價報告根據《內河通航標準》（GB 50139—2014）的相關規定，跨河橋梁最小通航凈空綜合考慮航道、現狀、規劃、功能定位，貨運量預測、項目功能等情況，結合航道水流條件、設計船型及周邊臨、跨河建筑物情況[2]，沿線橋梁多采用雙孔單向通航，每孔凈空尺度不小于25×4.5 m，橋軸線法線與設計航道中心線交角較大的東風橋、三茅殿橋、銀山橋凈寬不小于30 m。單孔雙向通航的小河橋與下游江宜高速公路橋對孔布置，通航尺度為70 m×4.5 m。

根據航道要求及橋軸線法線與設計航道中心線交角情況，各橋梁通航孔跨徑見表1。

表1 橋梁通航孔跨徑選擇

非通航孔跨徑結合橋梁總長進行配跨。

3.3 橋型方案

小河橋考慮橋墩及防船撞設施尺寸，按通航凈空尺度要求，主跨不小于82 m。適合82 m 本跨徑的常用橋型有變截面預應力混凝土連續箱梁、下承式鋼管混凝土拱橋、鋼桁架梁橋等。

結合橋頭西側現狀道路、東側現狀政泰路標高和沿線構筑物分布，本工程需考慮建筑高度較低的橋型，變截面預應力混凝土連續箱梁結構高度在可供選擇的橋型中最高，難以采用；根據以往類似工程鋼桁架梁橋造價高，故基于減少橋梁工程規模和總投資，本工程推薦采用下承式鋼管混凝土拱橋。

（1）拱肋橫向布置方案

小河橋所在道路橫斷面布置為3（人行道）+24（車行道）+3（人行道）=30 m，如考慮直接在機動車外側設置兩片拱肋，橫梁高度大，增加了既有橫向道路改造范圍及橋頭現有建筑物的拆遷，設計對拱肋橫向布置進行比選，見表2。

表2 拱肋布置方案比選

綜上，綜合拆建、對周邊居民出行影響、經濟性，采用三片拱肋布置。

（2）拱肋截面形狀的比選

荷載在邊拱和中間拱的分配比例不同，考慮結構受力不同和三片拱變形協調需要，邊拱肋和中拱肋截面應該不同。目前對三片拱的截面主要采用啞鈴型或矩形,其特點見表3。

表3 拱肋截面形式的比選

綜上，小河橋采用三片拱鋼管混凝土系桿拱橋，拱肋采用矩形截面。實施方案采用三片拱肋的鋼管混凝土下承式拱橋，如圖2 所示。

圖2 小河橋成橋圖

其他跨河橋梁跨徑介于20～45 m，結合經濟比選、地方要求采用裝配式預應力混凝土小箱梁，先簡支后結構連續方案，效果圖如圖3 所示。

4 橋梁防船撞設計

4.1 船撞標準的選定

該航段的航道規劃等級為Ⅵ級，以拖帶船隊作為設計船型[3]，參數見表4。

表4 設計船型采用表

船舶撞擊作用設計值根據航評報告建議按300 t船舶考慮；荷載按《公路橋涵設計通用規范》（JTGD60－2015）[4]取用，見表5。

表5 內河船舶撞擊作用設計值

4.2 防船撞設施選用及分析

防船撞設施一般分為主動防船撞設施和被動防船撞設施，其中結構型防船撞設施是近年來發展較快的一種被動防船撞設施。

以往針對各座橋梁常僅設置橋涵標、橋柱燈、橋名牌等，本工程根據航道要求沿線一并設置了側面標、管線標、航道信息提示牌、橋梁警告提示牌等警示標志或安全監控預警設施等主動防船撞設施。

復合材料防船撞設施在防船撞消能、使用壽命、施工難易、耐腐蝕性、后期養護、對船體影響等方面均具有較強的優勢，是近年來結構性防船撞設施中使用較多的一類，本工程結合經濟因素，從消能方式、能量吸收方式、優劣等方面對橡膠護舷和復合材料防撞護舷進行了梳理[5]，見表6。

表6 防船撞設施對比分析表

本工程復合材料防撞設施厚0.3 m，兩側共占用通航凈寬0.6 m，且實設凈寬均能滿足航評要求。防撞設施構造及安裝后的成果如圖4 所示。

圖4 復合材料防撞護舷橋梁

4.3 防撞方案防撞能力驗證

本工程利用Patran 軟件建立船橋碰撞有限元模型，定義模型材料屬性、載荷、速度、約束等條件，對典型橋梁在VI 級航道100 t 船舶噸級進行有限元分析。

撞擊工況采用滿載下高水位正撞，撞擊速度為1.67 m/s，未安裝復合材料防撞設施有限元分析結果見表7。

安裝復合材料防撞設施后船舶撞擊力及設防效果見表8。

表8 復合材料防撞設施設防效果分析表

根據以上分析結果，0.3 m 厚的復合材料防撞設施能夠滿足規劃VI 級航道通行100 t 級船舶的防撞性能要求。

5 結 語

跨新孟河航道橋梁較多，橋梁方案的確定涉及交通、市政、航道等行業主管部門，以及地形、地物、用地、周邊構筑物的影響。本工程的順利實施，其經驗對類似工程具有較高的參考借鑒作用。

在運營過程中，應加強對過往船舶、工程船舶、靠離泊船舶實施有效監控，確保在既定的標準內通行，防止船撞橋事件的發生。同時，定期對橋梁進行巡視和維護，以增加橋梁的運行狀況的動態了解，降低船撞事故發生的風險。