淺談廈門山海健康步道節(jié)點(diǎn)橋梁—和美橋設(shè)計(jì)

蔣 帥 廈門市市政工程設(shè)計(jì)院有限公司

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來越多的城市景觀橋梁如雨后春筍拔地而起，在滿足使用需求的同時(shí)，憑借優(yōu)美的曲線和大膽優(yōu)美的造型贏得越來越多的關(guān)注和認(rèn)可。本文基于廈門山海健康步道和美橋節(jié)點(diǎn)，闡述景觀橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程及重難點(diǎn)分析，在確保設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)安全性，也為施工提供依據(jù)，為相關(guān)的景觀橋梁設(shè)計(jì)提供參考。

2 工程概況

廈門山海健康步道串聯(lián)廈門島中北部“八山三水”等重要生態(tài)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建本島東西向連系的山海步行通廊。全線長約23km，包含新建10.2km的連接山體和水系的高架步道以及7座大跨度異形節(jié)點(diǎn)橋梁，橋梁總長1.4km；主線步道橋（路）面寬2.6m，節(jié)點(diǎn)橋梁寬度3.8m。

本文針對其中的和美橋節(jié)點(diǎn)展開研究：和美橋橋梁采用單塔弧形單索面鋼結(jié)構(gòu)形式，連接狐尾山和仙岳山，橋梁橫跨仙岳路和海滄大橋引橋，橋梁斷面總寬4.4m，塔高50m，項(xiàng)目采用的單塔單索面曲線懸索結(jié)構(gòu)跨徑達(dá)216.7m，該橋成為世界同類橋型人行橋最大跨徑，于2021年該橋獲得世界人行橋銀獎(jiǎng)。

3 景觀橋設(shè)計(jì)

3.1 現(xiàn)狀調(diào)查

狐尾山公園位于廈門市區(qū)，面積70.64公頃。山體呈南北走向，由大小9個(gè)山峰組成，主峰海拔139.45m，綠樹成蔭，風(fēng)景秀麗，是一個(gè)天然的氧吧；仙岳山位于湖里區(qū)，山體綿延起伏，峰巒疊翠，天際線優(yōu)美，五座山峰由西向東并序排列，成為城市和湖里工業(yè)區(qū)的極佳背景及綠色屏障，山體森林覆蓋率90%以上，形成綠意盎然的林海景觀，是城市生態(tài)圈的重要組成環(huán)節(jié)。

狐尾山與仙岳山之間相隔著仙岳路高架層和地面層，在仙岳路高架道路寬度為24.5m，地面層道路寬度為29m，高架段與地面的高差大約為9m。和美橋橫跨狐尾山與仙岳山之間，高差達(dá)48m，現(xiàn)狀道路現(xiàn)有的交通網(wǎng)絡(luò)繁雜，道路前后延展的建筑界面多為不同高度的建筑，空間維度多樣化。本節(jié)點(diǎn)交通流量相對密集，也是進(jìn)出島的主要景觀點(diǎn)。因此和美橋在實(shí)現(xiàn)橋接仙岳山和狐尾山的基礎(chǔ)上，橋梁應(yīng)采用輕巧，簡潔的造型，既要求步道能有效、快速通過，又能成為地標(biāo)，完美地融入周邊的現(xiàn)代化。

圖1 和美橋效果圖

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1 總體布置

為減小對交通繁忙的仙岳路的影響，并且考慮路景觀及通行視覺的影響。由本橋連接狐尾山與仙岳公園，起點(diǎn)狐尾山道路高程約36m，終點(diǎn)仙岳公園標(biāo)高約34.52m，按照整體步道坡度，本橋?yàn)閮啥烁咧虚g低的縱斷面設(shè)計(jì)，橋面縱坡為4%。人行橋連續(xù)設(shè)置并跨越現(xiàn)狀市政道路仙岳路。

本橋采用單側(cè)懸掛曲線懸索橋體系，跨徑布置為：216.7m+10m，全長226.7m。邊跨（10m跨）為連續(xù)梁體系，主跨（216.7m跨）為組合體系。懸索橋主纜北側(cè)一端錨固在主梁上，另一端與背索相連錨固在地錨錨碇上；南側(cè)一端錨固在地錨錨碇上，另一端與背索相連錨固在地錨錨碇上。由于主梁為空間曲線形式，主纜錨固點(diǎn)的水平分力由兩側(cè)的地錨錨碇和橋臺承擔(dān)，主梁承擔(dān)由于傾斜設(shè)置的懸掛索而產(chǎn)生的軸向拉力和扭矩。橋塔位于橋梁216.7m主跨的對稱軸位置，兩側(cè)的橋梁在幾何平面上是對稱的。懸吊索等距對稱地布置在索塔兩側(cè)，并與橋面及主纜連接因此本橋設(shè)置為兩跨一聯(lián)結(jié)構(gòu)。

本橋平面處于半徑為172m的圓弧上，橋梁總寬為4.4m；橋梁起終點(diǎn)側(cè)與山見步道采用坡道連接。縱斷面設(shè)計(jì)主要考慮起終點(diǎn)標(biāo)高、橋梁坡度及仙岳路通行凈空。人行橋起點(diǎn)標(biāo)高36.000m，終點(diǎn)標(biāo)高34.52m，坡度4.00%，在橋中設(shè)置半徑為300m的豎向圓弧過過渡段，跨越仙岳路滿足道路通行凈空5m的要求。

3.堅(jiān)持全球視野。我國的鄉(xiāng)村振興是全球鄉(xiāng)村治理體系不可或缺的一個(gè)重要組成部分，鄉(xiāng)村振興規(guī)劃要堅(jiān)持國際視野，努力在全球鄉(xiāng)村治理體系中貢獻(xiàn)中國方案和中國智慧。[2]

橋塔北側(cè)主梁位于四條22萬千伏高壓線下方，橋面與高壓線最小距離約為36m，滿足規(guī)范要求。施工期間應(yīng)注意加強(qiáng)安全防護(hù)措施。

3.2.2 主梁

主梁采用扁平鋼箱構(gòu)，梁高1.2m，標(biāo)準(zhǔn)段頂板寬4.0m，底板寬0.9m，箱內(nèi)設(shè)置2道腹板。箱梁頂板厚18mm，底板厚18mm，腹板厚14mm。箱梁內(nèi)頂板設(shè)置5道12mm厚，140mm高縱向U型板肋，底板設(shè)置6道12mm高140mm厚縱向U型板肋，每個(gè)腹板設(shè)一道12mm厚，140mm高縱向U型板肋。主梁橫隔板在每個(gè)錨點(diǎn)和支座點(diǎn)均設(shè)置，同時(shí)在錨點(diǎn)間等距設(shè)置以提高主梁的整體剛度，支點(diǎn)橫隔板厚18mm，錨點(diǎn)橫隔板厚14mm，一般橫隔板厚12mm。為了抑制風(fēng)荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的振動(dòng)，在梁截面高度較大的一側(cè)設(shè)置了600mm長的分流板。

圖2 主梁橫斷面設(shè)計(jì)

3.2.3 橋塔

采用高度更低、體量感更好的V型橋塔造型。橋塔斷面為菱形，塔頂?shù)锥藬嗝鎸蔷€長1.6m，塔中斷面對角線長2.977m，采用直線型變截面，變截面處為橋塔的。橋塔的兩肢均采用梭形箱型截面，壁厚30mm。在橋塔變截面位置設(shè)置橫隔板，橫隔板30mm，塔上對應(yīng)主纜和背索的錨固位置設(shè)置耳板。橋塔基礎(chǔ)采用群樁基礎(chǔ)，承臺尺寸6.25m×6.25m，布置4根直徑1.5m樁基。橋塔與基礎(chǔ)采用球鉸支座連接。

圖3 橋塔橫斷面圖

主纜索面設(shè)計(jì)為空間雙索面，基本線型設(shè)計(jì)為空間二次拋物線，并通過采用力密度法進(jìn)行結(jié)構(gòu)找型后得到。橋梁主跨長217m，主纜一端錨固在主梁梁體，另一端錨固在塔頂端；背索一端錨固在塔頂端，另一端錨固在錨碇。吊桿布置在主跨內(nèi)，吊桿基本間距5.92m。

主纜鋼絲一般由熱處理的碳素結(jié)構(gòu)鋼盤條經(jīng)多次連續(xù)冷拔而成。主纜鋼絲束一般由平行鋼絲PE索、鍍鋅或環(huán)氧鋼絞線索。平行鋼絲拉索在工廠制造，將若干根高強(qiáng)鋼絲緊密排列成六邊形，經(jīng)左旋輕度扭絞而成。

3.2.5 錨碇

南側(cè)主纜直接通過地錨錨碇，主梁水平力有橋臺承擔(dān)。背索錨碇采用群樁基礎(chǔ)，布置4根直徑1.5m灌注樁基礎(chǔ)。

3.2.6 基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)及擴(kuò)大基礎(chǔ)的比選：樁基具有承載力高、沉降量小而較均勻的特點(diǎn)，幾乎可以應(yīng)用于各種工程地質(zhì)條件和各種類型的工程，尤其是適用于建筑在軟弱地基上的重型建（構(gòu)）筑物。因此，在沿海以及軟土地區(qū)，樁基應(yīng)用比較廣泛。當(dāng)?shù)鼗鶞\層土質(zhì)較差，力層埋藏較深，需要采用深基礎(chǔ)才能滿足結(jié)構(gòu)物對地基強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性要求時(shí)，可采用樁基礎(chǔ)。樁基的施工方法有挖孔樁（人工挖孔、機(jī)械成孔士、鉆孔樁（沖擊鉆、回旋鉆）等，適用性較廣，可根據(jù)地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)荷載、施工設(shè)備、工期限制及對附近建筑物產(chǎn)生的影響等來選擇樁基的施工方法。

與樁基相比，擴(kuò)大基礎(chǔ)與土體的接觸面積更大，所以單位面積對土體的作用力較小，對土層強(qiáng)度要求低，埋深較淺，適用于巖層埋深非常淺的地質(zhì)條件。但擴(kuò)大基礎(chǔ)通常是采用明挖的施工方法進(jìn)行，開挖面積較大。

為了減少開挖面積，保護(hù)林木，最大限度地節(jié)約資源，減少施工對環(huán)境的負(fù)面影響，順應(yīng)“綠色施工”的號召，本項(xiàng)目下部基礎(chǔ)采用樁基。

4 要點(diǎn)分析

橋梁設(shè)計(jì)本身不僅僅是橋梁的結(jié)構(gòu)，盡管橋梁結(jié)構(gòu)是橋梁設(shè)計(jì)的根本和關(guān)鍵，但是如何將所設(shè)計(jì)的橋梁形成集景觀效果、使用功能、安全耐久都達(dá)到統(tǒng)一，才是橋梁設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)。

橋梁設(shè)計(jì)的目的是最好的實(shí)現(xiàn)整體景觀需求和創(chuàng)造深刻內(nèi)涵的橋梁形式，同時(shí)滿足業(yè)主使用功能和經(jīng)濟(jì)性的要求，以及得到最佳的安全性和功能使用性。通過創(chuàng)造性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和新型的建筑材料和飾面材料在目前的設(shè)計(jì)中的充分應(yīng)用，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將越來越能滿足人們對特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。結(jié)構(gòu)盡可能采用高強(qiáng)材料，具有節(jié)約資源、良好的生態(tài)性和經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)。

如下幾點(diǎn)將作為橋梁設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)要素和設(shè)計(jì)邊界條件：（1）清晰可讀的結(jié)構(gòu)體系：既保證橋梁的視覺合理性，亦應(yīng)保證結(jié)構(gòu)受力上的合理性；（2）外露的橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件：彰顯結(jié)構(gòu)構(gòu)件在整體設(shè)計(jì)中重要性和唯一性；（3）精致美觀而且受力有效的連接節(jié)點(diǎn)：強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)工業(yè)化和連接構(gòu)造；（4）橋梁結(jié)構(gòu)體系一定程度上需要服從功能的要求：本項(xiàng)目作為本地塊景觀標(biāo)志的建筑物，為了使用功能和建筑效果的需要，在設(shè)計(jì)深化的過程中可能會(huì)產(chǎn)生一定影響結(jié)構(gòu)有效性的因素。所以整體方案設(shè)計(jì)為一個(gè)冗余度較高、接納性較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)體系。這樣結(jié)構(gòu)體系才不會(huì)因?yàn)橐恍┘?xì)微功能調(diào)整而喪失其有效性。

5 結(jié)束語

景觀橋梁在滿足日常使用需求的同時(shí)，被群眾賦予更多的觀賞價(jià)值，與周圍的自然環(huán)境相互融合、映襯。景觀橋梁獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式增加了設(shè)計(jì)難度，為適應(yīng)新的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)人員需要深入結(jié)合現(xiàn)狀條件，把握橋梁設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)要素和設(shè)計(jì)邊界條件，選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。在保證景觀效果的前提下，使設(shè)計(jì)達(dá)到最經(jīng)濟(jì)、最合理、最易于施工的設(shè)計(jì)方案。