南沙蕉門河柔性吊橋總體設(shè)計

鄭云華

（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北武漢 430010）

1 工程概況

該項目位于南沙蕉門河中心區(qū)中央商務(wù)區(qū)。蕉門河中心區(qū)中央商務(wù)區(qū)位于南沙新區(qū)的中心位置，被稱為“城市客廳”。蕉門中央商務(wù)區(qū)東臨環(huán)市大道，北臨進(jìn)港大道，南面為雙山大道，隔河西望鳳凰大道和南沙區(qū)政府。

人行橋設(shè)計起點(diǎn)為蕉門河西岸濱水大道西側(cè)，跨濱水大道、蕉門河和海濱路，設(shè)計終點(diǎn)為海濱路東側(cè)。實(shí)現(xiàn)金嶺碼頭兩岸一體化，連通蕉門河兩岸公園區(qū)，方便濱江濕地公園兩側(cè)步行交通，是游客往返兩岸游覽蕉門河公園的重要通道，也是蕉門公園一個重要的親水平臺。沿蕉門河兩岸自行車和步行休閑綠道已初步形成，成為南沙的特色名片。

2 水文工程地質(zhì)情況

蕉門河北連小虎瀝，南接橫門瀝，兩頭均設(shè)有水閘?，F(xiàn)狀水閘運(yùn)行水位5～6 m（廣州高程），蕉門河常水位約為5.2 m，堤頂高程為6.3～6.5 m。

地表水屬于珠江水系入海部分，水系發(fā)育，河涌、魚塘、田間灌溉水道眾多，匯集于珠江后注入南海。地表水受大氣降水及潮汐水補(bǔ)給，季節(jié)和日夜?jié)q落潮影響較大，水流量差異較大。

因地勢較低，地下水位高，主要為第四系孔隙潛水，由大氣降水及地表水直接補(bǔ)給。上覆蓋層主要為淤泥、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土及礫砂、中粗砂等，其中淤泥、淤泥質(zhì)土透水性極弱，為相對隔水層，富水程度差，而下伏花崗巖風(fēng)化殘積粉質(zhì)黏土與風(fēng)化巖帶透水性弱，因而地下水主要貯存于中部粉細(xì)砂、中粗砂等砂土層中，為主要含水層，其透水性及貯水性較好，并具弱承壓性。沿線路處于沉積平原，地勢低洼，地下水與周圍水力聯(lián)系較好，降水及地表水滲透和側(cè)向逕流補(bǔ)給，同時接受海水補(bǔ)給?；鶐r風(fēng)化裂隙水主要賦存于下伏基巖強(qiáng)～中風(fēng)化帶中，其透水性、富水性差，接受第四系孔隙潛水滲濾補(bǔ)給。

主要地質(zhì)層特征如下。

（1）人工填土（Qml）：分布在表層，為修筑公路棄土，鄉(xiāng)村小路填土。層厚一般0.50～4.50 m。黃色，稍濕，松散，主要由粉細(xì)砂堆填而成，局部地段含碎石、塊石等，分布廣泛。

（2）耕土：褐黃色，軟塑，主要由粉質(zhì)黏土組成，含植物根須。厚0～1.0 m。

（3）海陸交互相沉積層：呈層狀連續(xù)分布，全線均有揭露，層頂?shù)酌嫫鸱^大，層厚15.00～35.00 m，層面埋深4.50～0.00 m。深灰色，以淤泥為主，一般9 m以上多混淤泥質(zhì)粉砂薄層或團(tuán)塊，局部夾細(xì)砂，主要由泥質(zhì)組成，含有機(jī)質(zhì)或腐植土，偶見少量貝殼殘骸，局部含少量粉細(xì)砂。土質(zhì)均勻，手捏黏滑，黏性強(qiáng)，呈流塑狀，個別軟塑狀，飽和。屬高壓縮性土，物理力學(xué)性質(zhì)差，為穩(wěn)定及變形的控制土層。

（4）海陸交互相沉積層：粉質(zhì)黏土，灰黃及灰白色，可塑，厚0～2.0 m；中砂，灰黑色，稍密，飽和，厚 0～2.0 m。

（5）殘積層：成份為砂質(zhì)粘黏土，褐黃～灰白色，可塑～硬塑，為花崗巖風(fēng)化殘積土，厚3～14 m。

（6）燕山期花崗巖，隱伏于第四系土層之下，屬滕窯巖體，層面埋深不一，起伏大?；野咨L(fēng)化成青灰、灰白色，中粗?！坏攘＝Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由長石、石英和黑云母組成，以巖基形式侵入。根據(jù)風(fēng)化程度及裂隙發(fā)育程度，可劃分為全、強(qiáng)、弱風(fēng)化三帶。

3 橋梁總體設(shè)計

3.1 橋梁縱斷面設(shè)計及橋位選擇

人行橋主要是實(shí)現(xiàn)金嶺碼頭兩岸一體化，連通蕉門河兩岸公園區(qū)，方便濱江濕地公園兩側(cè)步行交通，人行橋只要滿足蕉門河的通航要求即可。人行橋修建在蕉門公園核心位置，為了減少對蕉門公園景觀的影響，人行橋應(yīng)該盡可能修建得輕巧，最好能與兩岸親水平臺銜接自然，人行橋兩側(cè)縱坡不能太陡，這樣行人行走、殘疾人推行、自行車騎行等都會感覺到輕松，增加游客游園的愉快心情。本次人行橋設(shè)計不僅要求造型美觀、滿足功能，而且還希望在使用體驗(yàn)等細(xì)節(jié)上做到盡善盡美。

因此，本次人行橋設(shè)計縱坡采用一個較緩的縱坡，雙向縱坡均采用3%，人行道不直接與兩側(cè)親水平臺銜接，而是采用梯道以及殘疾人坡道與地面轉(zhuǎn)換銜接。為避免直接在親水平臺上修建梯道及坡道，導(dǎo)致占用較大片親水平臺，因此本次設(shè)計最終天橋梯道采用直接與濱水大道、海濱大道人行道銜接的方案，跨過蕉門公園內(nèi)的親水平臺，同時橋下設(shè)置2.5 m的人行凈空。

橋位選擇上，人行橋不能直接修建在蕉門公園正門內(nèi)的親水平臺上，此處會嚴(yán)重影響蕉門公園的景觀，本次設(shè)計考慮將人行橋修建在正門軸線向蕉門河上游偏移70m的位置處，此處既方便與濱水大道、海濱路人行道相銜接，也方便與蕉門公園自然地融合在一起。

3.2 橋型結(jié)構(gòu)設(shè)計

吊橋是一種古老的橋型，中國修建了大量的人行吊橋，特別是在景區(qū)尤其多。吊橋跨越能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)輕巧、塔高及梁高很小，能與周圍景觀協(xié)調(diào)一致。

人行橋橋位正好位于蕉門公園正中心，園區(qū)蕉門河水面開闊，能給游客帶來愉悅的心情，增加游園的感受，若在水中立墩將會大大破壞蕉門公園的景觀，由于吊橋跨越能力較強(qiáng)且非常輕巧，可以直接一跨跨過蕉門河，因此人行橋采用吊橋比采用其它橋型具有較大的優(yōu)勢。

本次人行橋設(shè)計主橋采用（37.5+150+37.5）m柔性吊橋結(jié)構(gòu)，索塔設(shè)置在親水平臺邊上，主跨一跨跨過蕉門河，兩邊邊跨分別跨過一河兩岸的親水平臺，邊跨直接到濱水大道與海濱路上，然后通過梯道和坡道與現(xiàn)狀人行道相銜接。從立面看，人行吊橋自然下垂的弧形主纜索和寬闊的水面以及水面下主纜索的倒影三者相映成趣，營造出一種自然和諧的景觀效果。從橋頭沿吊橋縱向看，吊橋兩側(cè)的吊桿形成的廊道，猶如一位好客的主人張開雙臂歡迎來自五湖四海的人們。

（1）結(jié)構(gòu)體系和總體布置

人行橋采用柔性吊橋，橋?qū)? m，主跨跨徑150 m，主索矢跨比為1/15，邊跨跨徑37.5 m，橋道系采用橫梁＋縱梁＋橋面板的結(jié)構(gòu)形式，橋塔采用鋼筋混凝土門式結(jié)構(gòu)，塔柱略向外傾斜以保證橋道系全寬通過。

人行橋起終點(diǎn)分別與濱水大道及海濱路人行道接順，橋下碼頭及公園平臺行人通行凈空滿足大于2.5 m的要求。由于橋頭標(biāo)高與濱水大道及海濱路的人行道高差分別為2.03 m、2.83 m，故人行橋橋頭與兩側(cè)人行道銜接時，上游采用人行梯道的形式，下游采用1∶12的坡道形式，梯道及坡道寬均為5 m。圖1、圖2分別為人行橋立面圖、橫斷面圖。

（2）主索及錨固

橋梁橫向共設(shè)2個索面，單個索面采用單主索形式，主索采用19根帶熱鑄錨頭的成品鋼絲繩組成正六邊形，排列方式為（1＋6＋12），主索外切圓直徑為鋼絲繩直徑的5倍。主索成橋線形為二次拋物線，以塔頂索鞍中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，方程為y＝4 f×x（1－x）/l2。主索空纜狀態(tài)線形根據(jù)主索在恒載作用下的變形反推得出。

主索鋼絲繩在通過散索箍后散開，其中每根鋼絲繩端頭設(shè)置T型錨頭，通過將T型錨頭栓于兩根錨固于混凝土錨碇中的螺桿上來實(shí)現(xiàn)主索錨固。通過調(diào)節(jié)螺母可以實(shí)現(xiàn)主索長度調(diào)整。

（3）吊索及錨固

吊索采用帶熱鑄錨頭的成品鋼絲繩，上端設(shè)有吊環(huán)，下端設(shè)有φ70 mm螺桿。吊索上端通過銷子與索夾吊耳連接，下端通過φ70 mm螺桿與橋道系橫梁連接（栓接），吊索間距2 m，通過調(diào)節(jié)螺母實(shí)現(xiàn)吊索長度調(diào)整。

圖1 人行橋立面（單位：cm）

圖2 人行橋橫斷面（單位：cm）

（4）索夾

索夾有兩種形式可選擇：一是索夾由上下對合（雙主索）或左右對合（單主索）的內(nèi)六邊形鑄鋼件組成，高強(qiáng)螺栓緊固；二是索夾采用簡易索夾，索夾由上下對合（雙主索）或左右對合（單主索）的內(nèi)六邊形鋼板組成，高強(qiáng)螺栓緊固。主跨索夾下工廠焊接兩塊吊耳鋼板，錨跨索夾不設(shè)吊耳。

（5）橋道系

橋道系由鋼橫梁、縱梁和鋼橋面板組成。橫梁采用兩根槽鋼背向組成，凈距80 mm，上下設(shè)綴板。橫梁腹板開孔供橋道系下的橫向穩(wěn)定鋼絲繩通過。橫梁中心間距2 m，與吊索對應(yīng)?？v梁采用槽鋼，橫橋向共設(shè)20根。縱梁與橫梁采用貼角焊焊接?？v梁槽鋼標(biāo)準(zhǔn)長度6 m，縱向采用搭接鋼板螺栓連接?？v梁接頭在橫橋向錯開排列，每根橫梁上的接頭數(shù)量不多于5個。橋面板采用10 mm厚的鋼板，每個節(jié)間橋面鋼板由兩塊構(gòu)成，鋼板之間采用坡口焊連接成整體。鋼板與縱梁之間采用焊接。橋面兩側(cè)設(shè)[40槽鋼護(hù)輪帶，槽鋼置于橫梁上并與其焊接。鋼橋面板上開4排通風(fēng)孔。

（6）索塔

采用雙柱門式橋塔，塔頂設(shè)上橫梁，塔底設(shè)下橫梁。塔頂預(yù)埋索鞍底板。

（7）索鞍

索鞍采用鑄鋼和焊接結(jié)合形成，即采用鑄鋼鞍槽、支承板、鞍座上板，然后工廠焊接加勁肋，鞍座下板也采用鑄鋼。索鞍下設(shè)45鋼輥軸。

（8）支座及伸縮縫

支座采用拉壓支座，一端采用水平有限位移支座，一端為活動支座。伸縮縫處橋面鋼板延伸到橋臺上，并允許其在橋臺上滑動。

（9）防腐

主索防腐采用黃油或?yàn)r青橡膠。纏繞玻璃纖維布兩層，兩層之間涂一層瀝青橡膠，索鞍內(nèi)主索不纏繞玻璃纖維布，鞍槽內(nèi)填入黃油或?yàn)r青橡膠，鞍槽上蓋鋼板封閉。索夾內(nèi)填入黃油或?yàn)r青橡膠。吊索采用在工廠熱擠PE方式防腐。橋道系鋼結(jié)構(gòu)、索鞍、索夾、錨桿、錨頭進(jìn)行二度底漆、三度面漆涂裝（按TB/T1527-2004辦理）。

（10）橋頭梯道及坡道

該橋共設(shè)2處梯道和2處坡道。

梯道坡度為1∶4，寬5 m，中間部位設(shè)0.6 m寬自行車推行坡道，中間平臺深度為2 m。踏步高為0.1 m，寬0.4 m。梯道梁采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

坡道坡度為1∶12，采用混凝土路面結(jié)構(gòu)，坡道靠近河一側(cè)設(shè)擋墻。

（11）主要材料

主索：采用帶熱鑄錨頭（高溫灌注Zn93-Al6-Cu1合金）并符合（GB/T8918-1996）標(biāo)準(zhǔn)的鋼芯鋼絲繩（6×19W＋I(xiàn)WR型），鋼絲繩彈性模量取為1.2×105 MPa，公稱抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 570 MPa。

吊索：采用帶熱鑄錨頭（高溫灌注Zn93-Al6-Cu1合金）并符合（GB/T8918-1996）標(biāo)準(zhǔn)的鋼芯鋼絲繩（6×19W＋I(xiàn)WR型），鋼絲繩彈性模量取為1.2×105 MPa，公稱抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 570 MPa。

組成橋道系的鋼橫梁、縱梁和鋼橋面板中，鋼橫梁和縱梁采用符合（GB/T707-1988）要求的Q345熱軋槽鋼，鋼橋面板采用Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼板（《碳素結(jié)構(gòu)鋼》GB/T700-2006，下同）。

索鞍、索夾采用中碳鑄造碳鋼（《一般工程用鑄造碳鋼材》GB/T11352-2009），索鞍輥軸采用45號鋼（《優(yōu)質(zhì)碳素合金鋼》GB/T699-1999）。

各種銷子（吊耳、支座）均采用45號鋼。

索塔采用C40鋼筋混凝土。

（12）主要施工工序

錨碇施工→索塔施工→工廠制作主索用成品鋼絲繩（普通鋼絲繩+冷鑄錨頭）→ 工廠制作成品吊索（普通鋼絲繩+冷鑄錨頭）→ 工廠制作索鞍、索夾 → 工廠或現(xiàn)場制作橋道系橫梁 → 主索架設(shè)→吊索安裝→橋道系橫梁安裝（為便于施工，從岸邊向跨中施工）→橋道系縱梁安裝→鋼橋面板或木橋面板安裝→主索防護(hù)。

4 結(jié)語

人行橋的設(shè)計以輕盈謙卑的姿態(tài)，貼近水面橫跨蕉門河，與蕉門河親切對話，形成水平向?yàn)橹黧w的空間結(jié)構(gòu)形態(tài)。在橋梁設(shè)計時，我們必須注重橋梁的美學(xué)價值，體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性、合理性和建筑藝術(shù)的時效性、生命力，設(shè)計出結(jié)構(gòu)最合理、美學(xué)效應(yīng)最佳的橋梁。