1. 前言
本文意欲與與兩部分橋梁建設(shè)者商討橋墩防船撞的問題：一是橋梁設(shè)計師，他們是工程技術(shù)人員，在橋梁建設(shè)中最能動的人員。“本橋跨航線，需要防船撞”，往往是橋梁設(shè)計師首先提出的；還有橋梁建設(shè)方的人員，他們有時是提出者，有時是支持人，有時是決定者，有時是出資人。兩部分人員對于橋梁防撞都非常重要，都起決定性作用。
以前曾經(jīng)有過一種觀點，認(rèn)為一旦橋梁建好了，標(biāo)志設(shè)立了，船就不應(yīng)該撞上去。一旦撞上去就要船方賠錢。長江第一橋，1957年至2011年被撞76次時，累計賠了約500萬元。但仍然屢撞不止。南京長江大橋和黃石長江公路橋等橋梁也接連發(fā)生船撞橋事故。經(jīng)過研究知道：船橋相撞，有船的問題也有橋的問題，建設(shè)跨越航道的橋梁時，若能比較多地考慮原來的航道，橋建成后，船撞橋的事故就會少，反之就多。于是就提出了一個問題：“建設(shè)橋梁時，為了防船撞應(yīng)該注意些什么？”。
橋梁設(shè)計規(guī)范中已經(jīng)有一些關(guān)于防船撞的要求和橋墩對于水平抗力的要求，但是不夠
明確，例如規(guī)范中談到了關(guān)于流放木材的撞擊和對流冰的水平抗力，而對通航河流的船撞力就不夠明確------。
如果規(guī)范中已經(jīng)明確的要求沒有達(dá)到，此設(shè)計應(yīng)該是不及格的。但是，從及格到更好或最好，有很大的空間，就是必要性到充分性的空間。可以在此貫徹科學(xué)發(fā)展觀，可以實現(xiàn)在保護(hù)橋的同時也保護(hù)船，因而使環(huán)境也得到保護(hù)。做到最好、最充分。
為此，本文在最后，建議學(xué)習(xí)美國公路橋梁設(shè)計規(guī)范的辦法，專門列出：“防御船撞橋”一節(jié)，美國橋梁規(guī)范在該節(jié)（3.14節(jié)）內(nèi)列出了14點，我們根據(jù)近20年中國的實踐，建議列出8點。
2. 船撞橋的現(xiàn)狀
——避免災(zāi)害性事故的迫切性
船橋相撞，有船的問題也有橋的問題，跨越航道建橋時，若能比較多地考慮原來的航道，橋建成后船撞橋的事故就會少，反之就多。首先從現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生的船撞橋而致橋塌、船沉、人亡、財產(chǎn)損失和嚴(yán)重影響環(huán)境等災(zāi)害性事故出發(fā)，說明船撞橋現(xiàn)狀對防船撞要求的迫切性。
下面兩個表分別是世界和我國較嚴(yán)重的船撞橋事故。
表1. 1960年至1991年世界30次重大船撞橋事故表（按年序）
Table 1. The bigger accidents of bridge collision with ship in the word（list by year）
雖然表列的事故以美國最多，但亞、歐、澳各洲都有的，船撞橋事故普遍存在。我國2007-06-15廣東佛湛公路南海九江大橋被撞塌，是廣為人知的一次次船撞塌橋事故，這次事故表明：“按現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范提供的橋墩水平抗力不能滿足實際情況”。此外，公路橋設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的“通航河流的橋墩應(yīng)該考慮船舶撞擊作用”、“在可能遭受船舶撞擊作用的橋墩應(yīng)做防撞設(shè)施的設(shè)計”等條款，均未在該橋的設(shè)計中得到體現(xiàn)。
表2 是2007-2012年我國21次較大的船舶與橋梁相撞事故（其嚴(yán)重程度稍低于上表中的30次）。
表2. 2007-2012年我國較大的船舶與橋梁相撞事故*
Table2. The bigger accidents of bridge collision with ship in China from 2007 to 2012
注：*標(biāo)題中“較大的船舶與橋梁相撞事故”，是指橋毀、船沉、死人、嚴(yán)重污染環(huán)境或有重大交通影響者。
3.種災(zāi)害性事故：塌橋；船沉；污染環(huán)境舉例
3-1塌橋
穗湛公路九江大橋建成于1988年，獨塔雙索面兩主跨為2x160m，載入李國豪等編的《中國大橋》畫冊，建成至撞塌前均認(rèn)為符合規(guī)范，質(zhì)量良好。被1500t運沙船“南桂機(jī)035”撞塌水中引橋第一墩，塌下50m跨4跨，死9人。專家認(rèn)為規(guī)范給出的橋墩水平抗力要求太低，“規(guī)范不符合實際，就應(yīng)該修改規(guī)范”（范立礎(chǔ)寧波演講）。
寧波至舟山連島公路橋中的金塘大橋剛剛架好梁，尚未正式通車，預(yù)制梁重1600t（兩端尚未固定），被空載的“勤豐128”號沿海貨船刮下，將4名駕駛員壓入下層艙室死亡，船沉。如果混凝土箱梁已經(jīng)固定，則事故變?yōu)楣稳ノU，或刮去頂層。這是自1949年以來船撞橋墩后沉沒的最大一艘船。
3-2 船沉
2013-5-12南京長江大橋6號墩與鑫川8號萬噸礦石船舷側(cè)碰擦，進(jìn)水。該船長139米，載重噸12539t，本次航行載有12500噸石灰石，被撞后約航行了3.5km，沉沒在該橋下游的八卦洲邊上，12名船員棄船獲救。這是1949年以來我國被橋梁撞沉的最大的船舶。
3-3 嚴(yán)重污染環(huán)境
2007-11-07 “釜山”號集裝箱船撞上舊金山海灣大橋橋塔墩，橋塔墩周圍直立的的型鋼將船身撕開一條30米長的裂縫，22萬升的重油泄漏進(jìn)舊金山灣水域，出動了多種人員，使用了多種方法，耗費約2億美元，希望能夠在2年后生態(tài)得以恢復(fù)。
3．必須遵守和必須考慮的問題
——規(guī)范中已有的相關(guān)規(guī)定
“橋梁是水陸交通的交織點,如何減少甚至避免發(fā)生船撞橋事故，將發(fā)生事故的損害降到最低，是屬于橋梁設(shè)計四原則（安全、功能、經(jīng)濟(jì)、美觀）中“安全”范疇的主要課題之一。
以往，我國對此是比較忽視的, 我國歷版橋梁設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的內(nèi)河船只設(shè)計撞擊力與實際發(fā)生的撞擊力差距甚大。即使2004年新版規(guī)范中對海輪撞擊的作用力也偏小，且都與船速無關(guān)。是不合理的。”
[4]
在相關(guān)的橋梁設(shè)計規(guī)范中,有關(guān)防船撞和水平抗力的規(guī)定有:
JTJ062-91, “橋位應(yīng)選在河道順直、穩(wěn)定---；不宜選在不穩(wěn)定的河汊、河床沖淤嚴(yán)重、水流會合口、急彎、卡口---。”
JTJ 311中 3.1.5節(jié)規(guī)定：通航海輪橋梁的橋孔布置和凈空應(yīng)滿足相應(yīng)通航標(biāo)準(zhǔn) 。
GB 50139規(guī)定：內(nèi)河通航橋梁的橋孔布置和凈空應(yīng)滿足《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定；
JTG D60-2004《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》中：
3.1.3節(jié)，“橋梁縱軸宜與主流流向正交，墩臺軸線應(yīng)與最高通航水位時的主流方向一致，必須斜交時其偏角不應(yīng)超過5°”的規(guī)定；。
4.1.6節(jié)之2，“偶然組合。永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用某種代表值效應(yīng)、一種偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)相結(jié)合”
4.3.8節(jié)，作用于橋墩上的流水壓力的規(guī)定，橋墩形狀系數(shù)方形為，1.5，圓端形為0.6；
4.3.9節(jié)，橋墩冰壓力的規(guī)定，和“強(qiáng)烈流冰”作用的規(guī)定；
4.4.2節(jié),“位于通航河流或有漂流物的河流中的橋梁墩臺，設(shè)計時應(yīng)考慮船舶或漂流物的撞擊作用” 和漂流物橫橋向撞擊力的規(guī)定等 。
下面用幾個實例說明沒有體現(xiàn)規(guī)范精神:
3.1斜交偏角超標(biāo)
湖北黃石長江公路橋橋址選在彎道上斜交偏角超過5°。此橋于1995年12月建成，使用了15年，已于2010年9月于上游不到1km處建成鄂東長江大橋，通車。
3.2應(yīng)計入船撞力這一偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值
由于沒有將船撞力這一偶然作用組合進(jìn)去，通航孔邊上橋墩水平抗力不足，采用墩外攔船裝置，投資較大。
3.3 橋墩平面形狀應(yīng)符合通航要求
自古以來，我國通航河流上的橋梁，橋墩平面都是流線型的。規(guī)范規(guī)定，“----橋墩形狀系數(shù)：方形為，1.5，圓端形為0.6------”；萬一船撞上橋，斜面可以分力，如果碰上平面，橋墩受力大，船舶損傷也大。
3.4 船舶易于偏航相遇的橋墩應(yīng)有相應(yīng)的水平抗力
JTG D60-2004《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》中4.4.2節(jié)“位于通航河流或有漂流物的河流中的橋梁墩臺，設(shè)計時應(yīng)考慮船舶或漂流物的撞擊作用” 和漂流物橫橋向撞擊力的規(guī)定等 。
下圖所示的橋梁，主通航孔兩側(cè)的小墩，被偏航船舶撞上的幾率較大，應(yīng)在滿足垂向載荷的基礎(chǔ)上，為水平載荷加大橋墩尺寸
4. 優(yōu)良設(shè)計應(yīng)該考慮的問題
——兼顧船、橋和環(huán)境的科學(xué)發(fā)展觀
對于船舶撞擊作用在2004年公路規(guī)范分為內(nèi)河船舶和海輪兩表，實際上長江、珠江等河流的下游，大量通行江海直達(dá)型船舶，近三十年來設(shè)計的這類船舶可從日本、韓國、東南亞各國港口直達(dá)我國的南京、武漢、廣州等港口。將河船與海船對墩的水平作用力規(guī)定為大小各異的兩個表，既沒有理論基礎(chǔ)，也不符合4.4節(jié)第4條的公式，急需改變
[7]。
在該規(guī)范中，一艘江海直達(dá)型載重量3000噸（3000DWT）的船，由江入海，撞擊力在兩表中分別查出為1400kN和19600kN相差十多倍。讓橋梁設(shè)計者無所適從。很多橋梁在方案階段委托船舶運輸研究所作“船撞力標(biāo)準(zhǔn)研究”專題，就是這個原因——就是認(rèn)為規(guī)范的這一條沒有用了。
情況在不斷變化，國民經(jīng)濟(jì)在發(fā)展。航道中通航的船舶越來越多，越來越大，越來越快。因此，規(guī)范也應(yīng)不斷的修訂和發(fā)展。
一些新設(shè)計的橋梁，在已經(jīng)符合了規(guī)范之后，進(jìn)一步提高，為兼顧陸路車輛運輸和水上船舶運輸做出了良好示例。舉例說明：
4.1跨越航道的橋梁應(yīng)兼顧大船和小船增加通航孔
小船和拖駁，動力小、航速低，平時靠邊航行，江中心流速大，豐水期船舶上水航行時甚至不能在流速大的江中心過橋。該橋設(shè)計師對方案橋型及時進(jìn)行修改，增加了船舶航行的通道，減少了水中引橋的橋墩數(shù)量，將水面盡量多地留給航船，增加了社會和諧，實踐了先進(jìn)的科學(xué)發(fā)展觀的理念。見下圖：
4.2跨越航道的橋梁應(yīng)該采用大跨少墩
對于寬闊水面應(yīng)該采用大跨少墩，甚至一跨過江，把航道盡量多地留給船舶。大跨的橋墩，水平抗力自然會增加，自然會保護(hù)橋墩的，“但不要一昧追求增大跨徑，如力爭要一跨過江、爭創(chuàng)某種紀(jì)錄等。增大跨徑必然會使造價急劇上升，增大跨徑是花大錢。選用較小跨徑，加設(shè)有效的防撞設(shè)施是花小錢”
[4]（要作經(jīng)濟(jì)比較，湛江海灣大橋是一個經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較后作出選擇的例子）。
跨徑大了橋墩自然會大，橋墩撞不垮的同時，為了保護(hù)船，可以在大墩的迎船方向增加柔性防撞裝置，如圖16a，而不是相反，如圖16b。
正如圖中看到的，木護(hù)舷不外露鋼釘?shù)冉饘贅?gòu)件，則可以避免碰擦引起的火花和碰擦引致的船體破壞。而在未能做到鋼構(gòu)件不凸出的防撞裝置于嚴(yán)重地破損船體的同時，也嚴(yán)重地破壞了環(huán)境。
例如：1970年，美·德克薩斯州阿瑟（Arthur）港，發(fā)生了一起有人員傷亡的事故，該事件中，一艘運載汽油的駁船被防護(hù)物上的鋼構(gòu)件撕裂引燃了油料。
1960年，美·紐約基爾航道外通道橋，相撞船舶的船殼被撕裂了100英尺。
2007年11月7日，釜山號大型集裝箱船與美國的奧克蘭海灣大橋東懸索橋的西塔發(fā)生碰撞，船身被撕開一條30米長的裂縫，22萬升的重油泄漏進(jìn)舊金山灣區(qū)，估計雖然花費2億美元去清理，2年之內(nèi)生態(tài)恢復(fù)不過來。
4.3跨越航道的橋梁其橋墩基礎(chǔ)類型和施工方法應(yīng)考慮船撞力
橋墩基礎(chǔ)的類型對于水平抗力是有很大差別的:
沉井(箱)基礎(chǔ) 抗船撞能力較強(qiáng)
樁群基礎(chǔ) 抗船撞能力較弱
高樁承臺基礎(chǔ) 抗船撞能力最差
應(yīng)根據(jù)橋位處的水文、地質(zhì)情況和防撞設(shè)施設(shè)置。詳細(xì)分析技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件選定。
對于航道上航行的帶有球鼻首海輪的橋墩，還要防止球鼻首直接撞擊樁身。
4.4跨域航道的橋梁應(yīng)避免使用雙柱墩、排架墩和薄壁墩
雙柱墩、薄壁墩和排架墩易于被撞塌的實例很多。1994年設(shè)計單位為長江繁忙航道選用了薄壁墩，交通部動員了幾個研究所和高校，提出了鋼結(jié)構(gòu)壓潰吸能防撞方案、液囊柔性防撞方案和固體摩擦粘滯性元件防撞方案等3個方案，最后才解決了問題。
5跨越航道的拱橋應(yīng)避免使用上承式和中承式梁
跨越航道盡量不用上承式和中承式橋梁，這是經(jīng)驗告訴我們的。瑞典特殃（Tjorn）大橋被撞塌是一個典型實例，撞塌之后重建的新橋采用了便利通航的形式。萬州長江公路橋建設(shè)時水位較低，建設(shè)時也很省錢，現(xiàn)在水位升高，補(bǔ)建了防撞裝置，由于原設(shè)計的拱腳沒有水平抗力設(shè)計，只好采用橋外攔阻裝置，這個裝置建設(shè)費用與原來建橋投資差不多。中承式橋梁雖然比上承式空間大一些，但跨越航道的橋梁盡量不用為好。
4.6 避免建設(shè)橋群
以重慶白沙沱長江大橋為例，該橋是雙線鐵路橋，北接成渝鐵路，南接川黔鐵路，修建于1958年，全長820.3m，共16個橋孔，主跨為4孔80m連續(xù)鋼桁梁。對橋區(qū)航運帶來了嚴(yán)重的影響，原因是大橋上游僅2.2km為貓兒峽谷的地維長江大橋，下游為1km左右的江心洲將長江分為左右兩汊，左汊為主水道，通航，右汊（南汊）不通航。長江汛期，在貓兒峽大流速作用下，下行船舶以高航速出地維大橋進(jìn)入橋區(qū)后，很難避開80m跨度的橋墩。此外，橋孔出口正對下游江心洲洲頭，船舶需要克服彎道環(huán)流及復(fù)雜流態(tài)影響，避開洲頭轉(zhuǎn)向左汊下行。
[3]
前面一節(jié)涉及規(guī)范，講的是：“不要”和“應(yīng)該”；接著一節(jié)講的是：“希望”與“和諧”。兩節(jié)加起來只談到跨越通航河流的橋梁.專業(yè)人士估計，跨越航道的橋梁約占橋梁總數(shù)的十分之一。
4.7 我國已有兼顧船、橋和環(huán)境的三不壞橋梁柔性防船撞裝置
于2014-03-28在浙江寧波召開的“國際船橋相撞及其防護(hù)學(xué)術(shù)研討會”上，代表們宣布我國已經(jīng)有了可以兼顧船、橋和環(huán)境的三不壞橋梁柔性防船撞裝置。（雖然將比較危險、比較易于撞塌的老橋，裝上三不壞橋梁柔性防船撞裝置還需要很長的時間和很大的工程量。）
橋梁柔性防船撞裝置為護(hù)舷式直接構(gòu)造，被撞時橋墩是受力的，其構(gòu)造由剛性較大的外鋼圍被多個粘滯性防撞圈支撐，可以將船撞力削減至原來的50%左右。
由于三不壞橋梁柔性防船撞裝置并不與來著船舶交換很多的能量（只交換10%～15%），
因此三不壞橋梁柔性防船撞裝置比較小、比較省錢，湛江海灣大橋（50000t船的航道）的三不壞橋梁柔性防船撞裝置約用了2600萬元，建設(shè)成本只是平行方案的三分之一左右。
以前，國內(nèi)外一些船撞橋?qū)嵈囼?，對撞后船舶進(jìn)行壓潰和變形量的測量，以對應(yīng)于測得的船撞力，屬于認(rèn)識世界的范疇（因為那時還沒有柔性防船撞的方法，還不能化險為夷）。這次屬于驗證試驗，告訴人們已經(jīng)找到了將船撥回航道的方法，做到遇難呈祥，避免損失，能夠做到船橋雙贏，和諧久安。
5. 橋梁設(shè)計規(guī)范中“防船撞”一節(jié)
——中外規(guī)范“防船撞”內(nèi)容
《美國公路橋梁設(shè)計規(guī)范》第3.14節(jié)載有：
橋梁重要性分類；設(shè)計船只；倒塌年頻率（船只頻率分布、偏航概率、幾何概率、倒塌概率）；設(shè)計沖擊速度；船只撞擊能量；輪船對橋墩的撞擊力；駁船對橋墩的撞擊力；駁船船頭損壞長度；在極端極限狀態(tài)時的損壞；撞擊力的取用等各點。
建議在我國 《橋涵設(shè)計規(guī)范》已有的6點關(guān)于防御船撞橋和水平抗力的規(guī)定的基礎(chǔ)上予以集中，參考美國《橋梁設(shè)計規(guī)范》的方法，寫成一節(jié)：——“跨航線橋梁防船撞設(shè)計”
內(nèi)容包括
(1)橋位選擇的有關(guān)注意事項 橋位不宜處于彎道、汊道、險灘、分流口、匯流口、港口作業(yè)區(qū)、錨地等。
(2)把盡量多的水面留給航道 橋梁設(shè)計跨越航線時，應(yīng)不礙航，主槽不設(shè)墩，把盡量多的水面留給航道。
(3)橋梁軸線與水流流向應(yīng)垂直 跨越主槽的橋梁，其軸線與水流流向夾角不宜超過5°。
(4)通航河流橋梁墩臺應(yīng)設(shè)計成尖形或流線型 跨航線或有漂流物的橋梁墩臺，在萬一船舶或漂流物撞上時應(yīng)能夠分力。
(5)可能遭受大型船舶撞擊的橋墩應(yīng)設(shè)置保護(hù)橋和船的防撞設(shè)施 防撞設(shè)施應(yīng)考慮能夠同時保護(hù)橋和船，從而也保護(hù)環(huán)境。
(6)撞擊力作為一種偶然載荷100%地計入水平抗力。船撞力是偶然載荷，與永久作用和可變作用相結(jié)合時，用標(biāo)準(zhǔn)值相結(jié)合 。
(7)設(shè)計船撞力的選定 在橋梁規(guī)劃開始時，用經(jīng)驗公式或線圖估算，設(shè)計圖紙后可用數(shù)值法計算。
(8)給出船撞墩過程的圖解 設(shè)計人應(yīng)該用圖解法或仿真方法給出船撞墩過程的圖解，以分析以說明防撞裝置的實效。
參考文獻(xiàn)
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（作者：陳國虞）
