薛家偉 文 坡

(1.湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430051； 2.中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430056)

某人行索橋方案研究

薛家偉1文 坡2

(1.湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430051； 2.中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430056)

通過(guò)對(duì)鋼箱梁斜拉橋及鋼箱梁吊橋兩個(gè)方案的綜合比選，確定采用鋼筋吊橋方案，并對(duì)橋梁的總體布置要求進(jìn)行了介紹，主要闡述了鋼梁、主纜及吊索等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為同類橋梁設(shè)計(jì)選型提供了參考。

人行索橋，鋼箱梁吊橋，鋼箱梁斜拉橋

1 工程概況

該索橋位于某市中山區(qū)，跨越港口路連接中心公園和馬山。橋位處所跨越的港口路路面布置為8.44 m(坡腳綠化帶)+5.0 m(人行道)+15.0 m(行車道)+5.0 m(人行道)+5.3 m(坡腳綠化帶)=38.74 m。該索橋設(shè)計(jì)方案采用簡(jiǎn)支鋼箱梁吊索橋，跨度為48 m，鋼梁跨度布置為1.0 m+48.0 m+1.0 m=50.0 m，橋面凈寬為3.20 m。

2 橋址區(qū)工程地質(zhì)概況及巖土層特性

2.1 橋址區(qū)工程地質(zhì)概況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，擬建橋址處可見(jiàn)到大量裸露基巖，周邊地勢(shì)較為平坦，應(yīng)屬侵蝕殘山地貌單元，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，場(chǎng)地沿線及鄰近地區(qū)全新世以來(lái)未發(fā)現(xiàn)活動(dòng)斷裂，對(duì)索橋的修建無(wú)不利影響，適宜建設(shè)本工程。

2.2 橋址區(qū)巖土層特性

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探揭示及土工試驗(yàn)結(jié)果，本場(chǎng)地主要由以下幾個(gè)土層組成：1)填筑土：揭示厚度為3.35 m。2)碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：揭示厚度為3.80 m～12.00 m。3)中～微風(fēng)化花崗巖：控制厚度為9.90 m～21.65 m。

3 橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本景觀橋主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下。1)主橋橋面人行凈寬不小于3.2 m。2)設(shè)計(jì)荷載：人群荷載按4.0 kN/m2計(jì)。3)溫度變化：-6.2 ℃～47.3 ℃。4)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：地震動(dòng)峰值加速度0.05g，對(duì)應(yīng)基本烈度6度，按7度構(gòu)造措施設(shè)防。

4 方案構(gòu)思及選擇

4.1 方案構(gòu)思

索橋定位為該區(qū)的標(biāo)識(shí)性景觀，設(shè)計(jì)從突出橋梁視覺(jué)效果、協(xié)調(diào)橋梁與城市環(huán)境的關(guān)系等多方面考慮，從景觀的角度更多地詮釋橋梁景觀的空間、美學(xué)與社會(huì)屬性，力求橋梁造型美觀、結(jié)構(gòu)新穎及形式多樣。經(jīng)分析，形成了鋼箱梁斜拉橋及鋼箱梁吊橋兩個(gè)方案。

4.2 方案選擇

1)鋼箱梁斜拉橋方案。主橋結(jié)構(gòu)形式采用鋼管塔斜拉橋方案，上部結(jié)構(gòu)由主梁、主塔以及斜拉索組成。本方案設(shè)計(jì)理念來(lái)自乘風(fēng)破浪的帆船，展示橋梁獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形態(tài)，突出橋梁的線條，打破橋的視覺(jué)靜態(tài)平衡，顯示出動(dòng)態(tài)效果(見(jiàn)圖1)。充分利用現(xiàn)有條件，規(guī)劃一座獨(dú)塔斜拉橋，對(duì)港口路一跨而過(guò)。在造型上追求雕塑感的形體語(yǔ)言，主塔向后傾斜，增強(qiáng)了動(dòng)勢(shì)，構(gòu)成了動(dòng)態(tài)的均衡美。主拉索呈扇形展開(kāi)，并向主塔匯聚，充分展示了主塔的力量。主梁梁高為1.45 m，采用上寬下窄梯形鋼箱梁結(jié)構(gòu)形式。斜拉橋主塔采用鋼管結(jié)構(gòu)，由3根φ351×16鋼管經(jīng)φ140×10的鋼管連接一體而成為一船帆結(jié)構(gòu)，下端固結(jié)于所修建的平臺(tái)上。斜拉索采用光面鋼絞線成品索，背索采用PES15-13φ5型號(hào)，鋼梁上拉索采用PES15-7φ5型號(hào)。下部結(jié)構(gòu)暫按明挖基礎(chǔ)考慮。

2)鋼箱梁吊橋方案。本方案采用鋼箱梁吊橋結(jié)構(gòu)形式，上部結(jié)構(gòu)由主梁、主纜以及斜吊索組成(見(jiàn)圖2)。在此方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，鋼箱梁外側(cè)表面上設(shè)置有拼貼，這一細(xì)小設(shè)計(jì)取自船腹的構(gòu)造，區(qū)別于以往普通梁成形后的生硬與沉悶，使整座橋更加富有層次感和空間節(jié)奏感。傾斜吊索設(shè)計(jì)提取于船只桅桿的設(shè)計(jì)元素，天橋的懸桿顛覆以往的序列形態(tài)，向左右以動(dòng)勢(shì)的形式進(jìn)行排列，整個(gè)吊索采用左右不對(duì)稱的手法，從榕樹(shù)臺(tái)一方延伸放大至馬山，從視覺(jué)上消失于整個(gè)山體的灌木叢中，與環(huán)境融為一體。主梁梁高為1.45 m，采用上平下圓船形鋼箱梁結(jié)構(gòu)形式。主纜采用PES5-163鍍鋅平行鋼絲束，榕樹(shù)側(cè)主纜錨固于修筑的斜形矮塔上，馬山側(cè)主纜錨固于山體上。主纜下面采用斜吊索與鋼梁連接，斜吊索采用PES5-55型低應(yīng)力防腐拉索。下部結(jié)構(gòu)暫按明挖基礎(chǔ)考慮。

3)兩個(gè)方案比選。經(jīng)工程造價(jià)估算，兩個(gè)橋梁方案總造價(jià)相差無(wú)幾。鋼箱梁吊橋方案結(jié)合橋址的地形、地貌條件，以山為塔、山橋一體，充分考慮了橋梁的使用功能與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性，達(dá)到了完美的景觀效果。經(jīng)專家評(píng)審，一致推薦采用鋼箱梁吊橋方案。

5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1 總體布置

本橋采用跨度為48 m的鋼箱梁吊橋方案(見(jiàn)圖3)。

主梁為主要受力結(jié)構(gòu)，主索及吊索為次要受力構(gòu)件，并兼具景觀裝飾作用。主纜線型為分段懸鏈線，兩支點(diǎn)采用不等高情況，矢高6.579 m，矢跨比為1/10.384。為突出景觀效果，主纜橫向采用變寬度設(shè)置，兩端錨固點(diǎn)間的寬度分別為4.06 m，7.06 m；吊索與鋼梁在橫橋向有傾角，吊索軸線與鉛垂線橫向夾角在5.469 0°～10.774 1°之間變化。

5.2 鋼梁設(shè)計(jì)

鋼梁橋跨布置為1.0+48.0+1.0=50.0 m，為橋面排水的需要，將鋼梁橫斷面設(shè)置有1.0%的雙向橫坡，主梁為等高度截面，橫斷面中心梁高為1.522 5 m。鋼梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)為4.0 m，單個(gè)節(jié)段重量為6.43 t。鋼梁設(shè)置有29道橫隔板，板厚為10 mm，橫隔板間距布置為3×1.0 m+22×2.0 m+3×1.0 m；為方便箱內(nèi)的焊接及檢修，在橫隔板上開(kāi)設(shè)有φ500 mm的過(guò)人孔。

鋼梁頂板寬4.5 m，板厚為14 mm，設(shè)置有間距為400 mm的尺寸為150 mm×12 mm的縱向加勁肋進(jìn)行加勁。鋼梁底板與兩側(cè)腹板采用圓弧形過(guò)渡并融為一體，板厚為12 mm，設(shè)置有間距為350 mm的尺寸為125 mm×10 mm的縱向加勁肋進(jìn)行加勁。

鋼梁節(jié)段間連接采用焊接結(jié)構(gòu)形式，其中頂板、底板及圓弧形腹板采用對(duì)接焊方式，縱向加勁肋采用嵌補(bǔ)段工地對(duì)接。為滿足鋼梁線形的需要，采用頂板、底板不同焊縫寬度的方式來(lái)調(diào)節(jié)。

鋼梁與吊索錨固，采用錨拉耳板構(gòu)造，吊索與耳板為銷接，錨拉耳板熔透焊接于鋼梁頂板上。

5.3 主纜及吊索設(shè)計(jì)

全橋共兩根主纜，主纜采用φ80 mm的ZAB無(wú)油8×37(a)+IWR-1770鋼絲繩，通過(guò)特制的錨固螺紋桿錨固于兩端擴(kuò)大基礎(chǔ)上的錨體內(nèi)，且可通過(guò)螺紋桿調(diào)節(jié)主纜的長(zhǎng)度。鋼絲繩表面做鍍鋅處理后進(jìn)行涂裝防護(hù)。每根主纜鋼絲繩最小破斷力3 920 kN，重約1.803 t。

索夾形式的選取與主纜選型對(duì)應(yīng)，采用以高強(qiáng)度螺桿對(duì)左右兩半索夾對(duì)合連接的結(jié)構(gòu)形式，索夾內(nèi)壁根據(jù)主纜截面形狀加工。吊索采用直徑為20 mm的鋼絲繩，并設(shè)有可調(diào)長(zhǎng)度裝置。吊桿兩端以耳板與索夾耳板和加勁梁錨板實(shí)現(xiàn)縱向鉸接。索夾運(yùn)至安裝位置后，先將兩半索夾就位合龍，穿入螺桿并初緊，每根M16螺桿設(shè)計(jì)初緊拉力為28.6kN。在吊索安裝張拉完畢及主纜防護(hù)前，分兩次再?gòu)埨?，補(bǔ)足螺桿拉力。

5.4 錨碇及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

兩側(cè)主纜錨碇采用擴(kuò)大基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式。馬山側(cè)主纜錨碇基礎(chǔ)分為兩塊，鋼梁支座處設(shè)置有橋臺(tái)基礎(chǔ)。中心公園側(cè)主纜錨固錨體為一整體結(jié)構(gòu)，為與景觀相協(xié)調(diào)，設(shè)置一矮塔造型，下部為擴(kuò)大基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式。

1)馬山側(cè)錨碇。馬山側(cè)錨碇埋置于山體內(nèi)部，單個(gè)錨體在平面上為矩形，橫向?qū)?.0 m，順橋向長(zhǎng)6.0 m。錨體采用混凝土結(jié)構(gòu)，分為錨塊、錨體及擴(kuò)大基礎(chǔ)3塊，主纜施工時(shí)為便于安裝，將主纜端部錨頭埋置于錨塊內(nèi)部，通過(guò)端部的螺紋桿調(diào)節(jié)主纜長(zhǎng)度。

2)中心公園側(cè)錨塔及擴(kuò)大基礎(chǔ)。中心公園側(cè)主纜錨固于設(shè)置的錨塔上，錨塔分為兩塊，錨固形式與馬山側(cè)相同。下部擴(kuò)大基礎(chǔ)分為兩塊，上面一塊橫向?qū)挒?.5 m,順橋向?qū)挒?.65 m，高為2.8 m；下面一塊橫向?qū)挒?.5 m，順橋向?qū)挒?.25 m，高為1.2 m。馬山側(cè)錨碇采用放坡開(kāi)挖形式施工，其余基礎(chǔ)可以采用擋土開(kāi)挖，并應(yīng)注意開(kāi)挖的邊坡穩(wěn)定，必要時(shí)應(yīng)采取支護(hù)措施。

6 結(jié)語(yǔ)

本橋采用鋼箱梁吊橋結(jié)構(gòu)形式，以山為塔、山橋一體，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、造型美觀等優(yōu)點(diǎn)，充分展示了當(dāng)?shù)氐娜宋谋尘?。設(shè)計(jì)中采用合理的主纜垂跨比、特殊的主纜錨固形式及索夾構(gòu)造，既滿足橋梁的使用功能需要，又使橋梁整體協(xié)調(diào)一致，對(duì)同類橋梁設(shè)計(jì)選型有一定的參考價(jià)值。

[1] 和丕壯.橋梁美學(xué)[M].北京：人民交通出版社，1999.

[2] 嚴(yán)國(guó)敏.現(xiàn)代懸索橋[M].北京：人民交通出版社，2002.

Researchonsomepedestrianbridgescheme

XUEJia-wei1WENPo2

(1.HubeiCommunicationsPlanningandDesignInstitute,Wuhan430051,China; 2.ChinaRailwayBridgeSurveyDesignInstituteGroupCo.,Ltd,Wuhan430056,China)

According to the comprehensive comparison of the two schemes for the cable-stayed bridge with steel box girder and steel box girder suspension bridge, the paper chooses the latter one, introduces the general allocation requirements for the bridge, and mainly illustrates the bridge design points including the steel beam, the main cable and the hanging bracket, so as to provide some reference for the design selection of similar bridges.

pedestrian suspension bridge, steel box girder suspension bridge, cable-stayed bridge with steel box girder

1009-6825(2014)14-0191-02

2014-03-09

薛家偉(1979- )，男，工程師； 文 坡(1979- )，男，碩士，工程師

U448.11

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