滕樹強(qiáng)，龔成博

（四川港航建設(shè)工程有限公司，四川成都 610000）

1 橋梁情況

金沙江中壩大橋位于四川省宜賓市城區(qū)，大橋全長965 m，主跨跨徑252 m，邊跨跨徑175 m，是一座大跨度獨(dú)塔即鋼筋混凝土梁斜拉橋，于2003年12 月建成通車。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：設(shè)計(jì)荷載汽車—超20 級(jí)，掛車—120，人群3.5 kN/m2；橋面凈寬30 m；設(shè)計(jì)時(shí)速60 km/h；設(shè)計(jì)洪水頻率1/300；通航等級(jí)Ⅲ級(jí)；抗震設(shè)防烈度為7 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.1 g，第一組。主橋基礎(chǔ)采用樁基承臺(tái)，設(shè)置了3 排共15 根直徑2.8 m 的鉆孔灌注樁，承臺(tái)厚6.5 m，樁長26 m，按嵌巖樁設(shè)計(jì)。

塔、墩固結(jié)，塔型選用H 型索塔，索塔高154.11 m，橋面以上高116.90 m。金沙江中壩大橋通航孔采用主跨252 m（16#～17#墩）跨過金沙江航道，只有17#橋墩占用主航道。

2 航道條件

中壩大橋橋區(qū)河段位于金沙江水富至宜賓河段，自向家壩升船機(jī)下引航道口門區(qū)至宜賓合江門全長30 km，總落差8.09 m，平均比降0.27 ‰，一般河面寬250 m，最大河面寬330 m，灘上最小河面寬90 m，灘上最大流速可達(dá)4 m/s 以上，洪、枯水水位變幅較大，最大變幅約25 m，具有典型的山區(qū)河流特征。現(xiàn)河段基本達(dá)到Ⅳ級(jí)航道，在98 %的保證率水位時(shí)，航道尺度可達(dá)到1.8×40×320 m，有礙航灘險(xiǎn)13 個(gè)，航道條件較差，暫未實(shí)施航標(biāo)維護(hù)，夜間不通航。金沙江宜賓合江門至向家壩常年可通航1 000 t 級(jí)以上船舶，豐水期通行2 000 至6 000 t 級(jí)船舶，遠(yuǎn)期規(guī)劃為Ⅰ級(jí)航道，屬長江干線管理河段。

中壩大橋位于金沙江與岷江匯合口上游約2.5 km 處，河段較為順直，河面寬窄相間，工程河段橋梁較多，從上至下依次有成貴鐵路金沙江大橋、中壩大橋、金沙江鐵路大橋（宜珙鐵路）、南門大橋、戎州大橋，屬橋群河段，通航條件受上、下游橋梁凈空尺度控制，目前中壩大橋僅在跨中位置的上、下游面設(shè)有橋涵標(biāo)，未設(shè)置側(cè)面標(biāo)。

通航孔左岸主墩16#墩位于左岸防洪坡腳外側(cè)，對(duì)通航基本無影響。右岸主墩17#墩位右岸防洪堤外側(cè)，距離防洪堤坡腳約50 m，通航孔雖然覆蓋低水時(shí)的主航槽，但由于洪水期17#主墩位于主流河道內(nèi)，不僅占用航行水域，而且橋墩產(chǎn)生紊流，進(jìn)一步影響航道水域的水流條件，洪水期17#墩存在被船舶撞擊的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)通航影響較大，存在較大通航安全隱患。

圖1 橋位通航環(huán)境示意圖

圖2 中壩大橋橋墩布置圖

3 通航凈空尺度復(fù)核

由于金沙江中壩大橋建成運(yùn)行年份較早，隨著上游向家壩樞紐建成，改變了橋區(qū)河段的水沙條件，另外橋區(qū)河段兩岸防洪堤的修建也改變了水流邊界條件。數(shù)值模擬結(jié)合上下游地形，模型范圍為橋軸線上游1 600 m 至下游1 400 m，計(jì)算工況分析選取5 個(gè)工況，計(jì)算工況見下表：

表1 數(shù)模計(jì)算工況及邊界條件

圖3 橋區(qū)河段流場圖（Q=28 200 m3/s）

圖4 橋區(qū)河段水深圖（Q=26 500 m3/s）

圖5 橋區(qū)河段水深圖（Q=8 000 m3/s）

圖6 橋區(qū)河段流場圖（Q=8 000 m3/s）

經(jīng)計(jì)算，近期橋區(qū)河段按照Ⅲ航道標(biāo)準(zhǔn)，中壩大橋的設(shè)計(jì)最高通航水位取10 年一遇時(shí)，通航凈空高度為12.58 m；遠(yuǎn)期航道等級(jí)提升至Ⅰ級(jí)航道后，中壩大橋的通航凈空高度為10.74 m，均不滿足《長江干線通航標(biāo)準(zhǔn)》（JTS 180-4-2020）中重慶小南海至云南水富最小通航凈空高度18 m 的要求。當(dāng)流量Q≤8 000 m3/s，橋位處通航凈空高度才滿足《長江干線通航標(biāo)準(zhǔn)》（JTS 180-4-2020）中重慶小南海至云南水富最小通航凈空高度18 m 的要求。

大橋橋軸線與河道不完全正交，與水流方向的夾角約9 °左右，根據(jù)數(shù)模計(jì)算結(jié)果，20 年一遇洪水時(shí)，橋位處流速2.93～6.07 m/s；10 年一遇洪水時(shí)，橋位處流速2.73～5.97 m/s；2 年一遇洪水時(shí)，橋位處流速1.67～4.17 m/s。近期設(shè)計(jì)最高通航水位10年一遇時(shí)，橋軸線上游3 倍代表船隊(duì)長度范圍內(nèi)，河道右岸橫向流速基本超過0.8 m/s，不滿足《長江干線通航標(biāo)準(zhǔn)》（JTS 180-4-2020）的相關(guān)規(guī)定，大橋不得在通航水域內(nèi)設(shè)置墩柱。洪水期當(dāng)流量Q≤8 000 m3/s，不受長江水位頂托時(shí)，中壩大橋也只能滿足單向通航要求。

4 橋梁船撞效應(yīng)計(jì)算

采用橋梁樁基空間靜力計(jì)算程序和Midas Civil軟件，將橫橋向、縱橋向的水平船撞力施加到水位線以上2 m 的地方，計(jì)算橋墩或樁基的最不利內(nèi)力，確定控制截面。調(diào)整水平船撞力大小，比較控制截面的承載能力與彎曲變形能力。當(dāng)控制截面內(nèi)力與彎曲變形達(dá)到截面性能指標(biāo)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的水平船撞力即為橋墩在該水位下的極限船撞抗力。

針對(duì)中壩金沙江大橋建立了17#墩的Midas Civil 有限元模型，船撞抗力計(jì)算的荷載組合為：自重+二期恒載+船撞力。

表3 中壩大橋船撞設(shè)防船撞力匯總表

圖7 中壩大橋主橋計(jì)算模型

圖8 主塔17#墩模型

經(jīng)計(jì)算中壩大橋17#橋墩自身抗力不滿足設(shè)防要求，而航道等級(jí)及代表船型又比較高，為減少防撞設(shè)施工程量和今后維護(hù)量，船只在經(jīng)過橋梁的時(shí)候通過通航管制，降低船行速度。在設(shè)置傳統(tǒng)助航標(biāo)志外，有條件情況下設(shè)置主動(dòng)防撞設(shè)施。中壩大橋17#橋墩自身抗力不滿足規(guī)范要求；建議在橋墩上安裝防撞設(shè)施，達(dá)到緩沖分散船舶撞擊力的效果。

5 通航安全保障措施

因中壩大橋通航凈空尺度不能滿足規(guī)范要求，且通航孔右側(cè)17#主墩抗撞能力不足，需指定相應(yīng)的通航安全保障措施。

1）目前中壩大橋僅在跨中位置的上、下游面布置有橋涵標(biāo)，需完善橋區(qū)河段助導(dǎo)航設(shè)施以準(zhǔn)確標(biāo)示橋區(qū)航道和通航環(huán)境，保障通航安全；

2）橋區(qū)河段航行船舶應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行《長江干線水上交通安全管理特別規(guī)定》（2017 年11 月交通運(yùn)輸部令32 號(hào)）以及《長江海事局橋梁通航安全管理規(guī)定》（2015 年1 月）等相關(guān)規(guī)定，橋區(qū)河段船舶應(yīng)嚴(yán)格按照長江海事局關(guān)于《長江上游界石盤至成貴高鐵宜賓金沙江大橋航段分道航行規(guī)則（試行）》（2019 年3 月1 日起施行）以及2020 年11月附錄內(nèi)容調(diào)整的相關(guān)規(guī)定航行；

3）中壩大橋的通航凈空高度不滿足《長江干線通航標(biāo)準(zhǔn)》（JTS 180-4-2020）中重慶小南海至云南水富最小通航凈空高度18 m 的要求。且下游南門大橋、戎州大橋的通航凈高比中壩大橋的更低，故應(yīng)統(tǒng)一考慮，按照通航凈高最低的橋梁進(jìn)行控制，嚴(yán)格限制通行船舶的高度；

4）加強(qiáng)與上游向家壩樞紐及上下游水文站的聯(lián)系，及時(shí)掌握水情變化情況，特別是預(yù)報(bào)水位24 h 以內(nèi)上漲或者下落超過3 m 時(shí)，應(yīng)禁航。另外，經(jīng)計(jì)算當(dāng)流量超過8 000 m3/s 時(shí)，中壩大橋的通航凈空尺度不能滿足通航凈高要求，也應(yīng)禁航；

5）工程河段橋梁較多，從上游的成貴鐵路至河口，短短的6.1 km 河段內(nèi)就有5 座跨河橋梁，為此應(yīng)對(duì)橋區(qū)河段綜合考慮設(shè)置助導(dǎo)航標(biāo)志，如在中壩大橋上游約1 km 的地方設(shè)置警示標(biāo)志提醒下水船舶即將進(jìn)入橋群河段，注意控制航速、航向，謹(jǐn)慎駕駛；

6）因中壩大橋與下游宜珙鐵路橋距離較近，建議將中壩大橋上游500 m 至宜珙鐵路橋下游250 m之間劃定為橋區(qū)水域，并制定相應(yīng)的管理制度；

7）經(jīng)計(jì)算，洪水期當(dāng)流量Q≤8 000 m3/s，不受長江水位頂托時(shí)，中壩大橋也只能滿足單向通航要求，因兩岸均建有防洪堤，洪水期通航水域?qū)挾韧卣褂邢蓿瑸榇昂叫邪踩?，禁止在橋區(qū)河段會(huì)船，為此橋區(qū)河段全年都應(yīng)采用單向通航，并設(shè)置相應(yīng)的助導(dǎo)航設(shè)施；

8）目前橋區(qū)河段不具備夜航條件，故應(yīng)進(jìn)一步明確禁止船舶夜航；

9）橋區(qū)水域水流條件受向家壩樞紐下泄流量變化影響較大，為此，橋梁管理單位應(yīng)與海事、航道部門以及向家壩樞紐加強(qiáng)聯(lián)系，建立聯(lián)動(dòng)機(jī)制，以確保船舶航行安全。

6 結(jié)語

對(duì)于建成年份較早的跨河橋梁，可能存在建設(shè)初期未能考慮到遠(yuǎn)期航道發(fā)展的影響，未專門進(jìn)行通航方面的專題研究。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，三峽船閘通航，上游地區(qū)經(jīng)濟(jì)騰飛，長江干線航道的通航船舶噸位日益增大，每日通航船舶數(shù)量也逐漸增加，這些外部條件的變化，導(dǎo)致早起建成運(yùn)行的部分橋梁成為限制通航的制約因素，且因船舶噸位增加，吃水深度、通航凈空的要求也隨之增加，對(duì)橋梁抗撞性能也提出了更高的要求，造成已建橋梁在通航方面可能存在安全隱患，為降低對(duì)船舶及橋梁的安全影響，建議相關(guān)管理部門應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，首先分析其通航環(huán)境，復(fù)核橋梁通航凈空尺度是否滿足要求，其次應(yīng)在橋區(qū)河段配布必要的助導(dǎo)航標(biāo)志，并在橋墩適當(dāng)位置增設(shè)防撞設(shè)施，再次在管理措施上制定相應(yīng)的通航安全保障制度，如單向通航、限制通航、禁止夜航等，以消除安全隱患，確保船舶航行安全和橋梁結(jié)構(gòu)自身安全。