南沙蕉门河柔性吊桥总体设计

郑云华

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北武汉 430010）

1 工程概况

该项目位于南沙蕉门河中心区中央商务区。蕉门河中心区中央商务区位于南沙新区的中心位置，被称为“城市客厅”。蕉门中央商务区东临环市大道，北临进港大道，南面为双山大道，隔河西望凤凰大道和南沙区政府。

人行桥设计起点为蕉门河西岸滨水大道西侧，跨滨水大道、蕉门河和海滨路，设计终点为海滨路东侧。实现金岭码头两岸一体化，连通蕉门河两岸公园区，方便滨江湿地公园两侧步行交通，是游客往返两岸游览蕉门河公园的重要通道，也是蕉门公园一个重要的亲水平台。沿蕉门河两岸自行车和步行休闲绿道已初步形成，成为南沙的特色名片。

2 水文工程地质情况

蕉门河北连小虎沥，南接横门沥，两头均设有水闸。现状水闸运行水位5～6 m（广州高程），蕉门河常水位约为5.2 m，堤顶高程为6.3～6.5 m。

地表水属于珠江水系入海部分，水系发育，河涌、鱼塘、田间灌溉水道众多，汇集于珠江后注入南海。地表水受大气降水及潮汐水补给，季节和日夜涨落潮影响较大，水流量差异较大。

因地势较低，地下水位高，主要为第四系孔隙潜水，由大气降水及地表水直接补给。上覆盖层主要为淤泥、淤泥质土、粉质黏土及砾砂、中粗砂等，其中淤泥、淤泥质土透水性极弱，为相对隔水层，富水程度差，而下伏花岗岩风化残积粉质黏土与风化岩带透水性弱，因而地下水主要贮存于中部粉细砂、中粗砂等砂土层中，为主要含水层，其透水性及贮水性较好，并具弱承压性。沿线路处于沉积平原，地势低洼，地下水与周围水力联系较好，降水及地表水渗透和侧向迳流补给，同时接受海水补给。基岩风化裂隙水主要赋存于下伏基岩强～中风化带中，其透水性、富水性差，接受第四系孔隙潜水渗滤补给。

主要地质层特征如下。

（1）人工填土（Qml）：分布在表层，为修筑公路弃土，乡村小路填土。层厚一般0.50～4.50 m。黄色，稍湿，松散，主要由粉细砂堆填而成，局部地段含碎石、块石等，分布广泛。

（2）耕土：褐黄色，软塑，主要由粉质黏土组成，含植物根须。厚0～1.0 m。

（3）海陆交互相沉积层：呈层状连续分布，全线均有揭露，层顶底面起伏较大，层厚15.00～35.00 m，层面埋深4.50～0.00 m。深灰色，以淤泥为主，一般9 m以上多混淤泥质粉砂薄层或团块，局部夹细砂，主要由泥质组成，含有机质或腐植土，偶见少量贝壳残骸，局部含少量粉细砂。土质均匀，手捏黏滑，黏性强，呈流塑状，个别软塑状，饱和。属高压缩性土，物理力学性质差，为稳定及变形的控制土层。

（4）海陆交互相沉积层：粉质黏土，灰黄及灰白色，可塑，厚0～2.0 m；中砂，灰黑色，稍密，饱和，厚 0～2.0 m。

（5）残积层：成份为砂质粘黏土，褐黄～灰白色，可塑～硬塑，为花岗岩风化残积土，厚3～14 m。

（6）燕山期花岗岩，隐伏于第四系土层之下，属滕窑岩体，层面埋深不一，起伏大。灰白色，风化成青灰、灰白色，中粗粒～不等粒结构，块状构造，主要由长石、石英和黑云母组成，以岩基形式侵入。根据风化程度及裂隙发育程度，可划分为全、强、弱风化三带。

3 桥梁总体设计

3.1 桥梁纵断面设计及桥位选择

人行桥主要是实现金岭码头两岸一体化，连通蕉门河两岸公园区，方便滨江湿地公园两侧步行交通，人行桥只要满足蕉门河的通航要求即可。人行桥修建在蕉门公园核心位置，为了减少对蕉门公园景观的影响，人行桥应该尽可能修建得轻巧，最好能与两岸亲水平台衔接自然，人行桥两侧纵坡不能太陡，这样行人行走、残疾人推行、自行车骑行等都会感觉到轻松，增加游客游园的愉快心情。本次人行桥设计不仅要求造型美观、满足功能，而且还希望在使用体验等细节上做到尽善尽美。

因此，本次人行桥设计纵坡采用一个较缓的纵坡，双向纵坡均采用3%，人行道不直接与两侧亲水平台衔接，而是采用梯道以及残疾人坡道与地面转换衔接。为避免直接在亲水平台上修建梯道及坡道，导致占用较大片亲水平台，因此本次设计最终天桥梯道采用直接与滨水大道、海滨大道人行道衔接的方案，跨过蕉门公园内的亲水平台，同时桥下设置2.5 m的人行净空。

桥位选择上，人行桥不能直接修建在蕉门公园正门内的亲水平台上，此处会严重影响蕉门公园的景观，本次设计考虑将人行桥修建在正门轴线向蕉门河上游偏移70m的位置处，此处既方便与滨水大道、海滨路人行道相衔接，也方便与蕉门公园自然地融合在一起。

3.2 桥型结构设计

吊桥是一种古老的桥型，中国修建了大量的人行吊桥，特别是在景区尤其多。吊桥跨越能力强、结构轻巧、塔高及梁高很小，能与周围景观协调一致。

人行桥桥位正好位于蕉门公园正中心，园区蕉门河水面开阔，能给游客带来愉悦的心情，增加游园的感受，若在水中立墩将会大大破坏蕉门公园的景观，由于吊桥跨越能力较强且非常轻巧，可以直接一跨跨过蕉门河，因此人行桥采用吊桥比采用其它桥型具有较大的优势。

本次人行桥设计主桥采用（37.5+150+37.5）m柔性吊桥结构，索塔设置在亲水平台边上，主跨一跨跨过蕉门河，两边边跨分别跨过一河两岸的亲水平台，边跨直接到滨水大道与海滨路上，然后通过梯道和坡道与现状人行道相衔接。从立面看，人行吊桥自然下垂的弧形主缆索和宽阔的水面以及水面下主缆索的倒影三者相映成趣，营造出一种自然和谐的景观效果。从桥头沿吊桥纵向看，吊桥两侧的吊杆形成的廊道，犹如一位好客的主人张开双臂欢迎来自五湖四海的人们。

（1）结构体系和总体布置

人行桥采用柔性吊桥，桥宽7 m，主跨跨径150 m，主索矢跨比为1/15，边跨跨径37.5 m，桥道系采用横梁＋纵梁＋桥面板的结构形式，桥塔采用钢筋混凝土门式结构，塔柱略向外倾斜以保证桥道系全宽通过。

人行桥起终点分别与滨水大道及海滨路人行道接顺，桥下码头及公园平台行人通行净空满足大于2.5 m的要求。由于桥头标高与滨水大道及海滨路的人行道高差分别为2.03 m、2.83 m，故人行桥桥头与两侧人行道衔接时，上游采用人行梯道的形式，下游采用1∶12的坡道形式，梯道及坡道宽均为5 m。图1、图2分别为人行桥立面图、横断面图。

（2）主索及锚固

桥梁横向共设2个索面，单个索面采用单主索形式，主索采用19根带热铸锚头的成品钢丝绳组成正六边形，排列方式为（1＋6＋12），主索外切圆直径为钢丝绳直径的5倍。主索成桥线形为二次抛物线，以塔顶索鞍中心为坐标原点，方程为y＝4 f×x（1－x）/l2。主索空缆状态线形根据主索在恒载作用下的变形反推得出。

主索钢丝绳在通过散索箍后散开，其中每根钢丝绳端头设置T型锚头，通过将T型锚头栓于两根锚固于混凝土锚碇中的螺杆上来实现主索锚固。通过调节螺母可以实现主索长度调整。

（3）吊索及锚固

吊索采用带热铸锚头的成品钢丝绳，上端设有吊环，下端设有φ70 mm螺杆。吊索上端通过销子与索夹吊耳连接，下端通过φ70 mm螺杆与桥道系横梁连接（栓接），吊索间距2 m，通过调节螺母实现吊索长度调整。

图1 人行桥立面（单位：cm）

图2 人行桥横断面（单位：cm）

（4）索夹

索夹有两种形式可选择：一是索夹由上下对合（双主索）或左右对合（单主索）的内六边形铸钢件组成，高强螺栓紧固；二是索夹采用简易索夹，索夹由上下对合（双主索）或左右对合（单主索）的内六边形钢板组成，高强螺栓紧固。主跨索夹下工厂焊接两块吊耳钢板，锚跨索夹不设吊耳。

（5）桥道系

桥道系由钢横梁、纵梁和钢桥面板组成。横梁采用两根槽钢背向组成，净距80 mm，上下设缀板。横梁腹板开孔供桥道系下的横向稳定钢丝绳通过。横梁中心间距2 m，与吊索对应。纵梁采用槽钢，横桥向共设20根。纵梁与横梁采用贴角焊焊接。纵梁槽钢标准长度6 m，纵向采用搭接钢板螺栓连接。纵梁接头在横桥向错开排列，每根横梁上的接头数量不多于5个。桥面板采用10 mm厚的钢板，每个节间桥面钢板由两块构成，钢板之间采用坡口焊连接成整体。钢板与纵梁之间采用焊接。桥面两侧设[40槽钢护轮带，槽钢置于横梁上并与其焊接。钢桥面板上开4排通风孔。

（6）索塔

采用双柱门式桥塔，塔顶设上横梁，塔底设下横梁。塔顶预埋索鞍底板。

（7）索鞍

索鞍采用铸钢和焊接结合形成，即采用铸钢鞍槽、支承板、鞍座上板，然后工厂焊接加劲肋，鞍座下板也采用铸钢。索鞍下设45钢辊轴。

（8）支座及伸缩缝

支座采用拉压支座，一端采用水平有限位移支座，一端为活动支座。伸缩缝处桥面钢板延伸到桥台上，并允许其在桥台上滑动。

（9）防腐

主索防腐采用黄油或沥青橡胶。缠绕玻璃纤维布两层，两层之间涂一层沥青橡胶，索鞍内主索不缠绕玻璃纤维布，鞍槽内填入黄油或沥青橡胶，鞍槽上盖钢板封闭。索夹内填入黄油或沥青橡胶。吊索采用在工厂热挤PE方式防腐。桥道系钢结构、索鞍、索夹、锚杆、锚头进行二度底漆、三度面漆涂装（按TB/T1527-2004办理）。

（10）桥头梯道及坡道

该桥共设2处梯道和2处坡道。

梯道坡度为1∶4，宽5 m，中间部位设0.6 m宽自行车推行坡道，中间平台深度为2 m。踏步高为0.1 m，宽0.4 m。梯道梁采用钢筋混凝土结构。

坡道坡度为1∶12，采用混凝土路面结构，坡道靠近河一侧设挡墙。

（11）主要材料

主索：采用带热铸锚头（高温灌注Zn93-Al6-Cu1合金）并符合（GB/T8918-1996）标准的钢芯钢丝绳（6×19W＋IWR型），钢丝绳弹性模量取为1.2×105 MPa，公称抗拉标准强度为1 570 MPa。

吊索：采用带热铸锚头（高温灌注Zn93-Al6-Cu1合金）并符合（GB/T8918-1996）标准的钢芯钢丝绳（6×19W＋IWR型），钢丝绳弹性模量取为1.2×105 MPa，公称抗拉标准强度为1 570 MPa。

组成桥道系的钢横梁、纵梁和钢桥面板中，钢横梁和纵梁采用符合（GB/T707-1988）要求的Q345热轧槽钢，钢桥面板采用Q235碳素结构钢板（《碳素结构钢》GB/T700-2006，下同）。

索鞍、索夹采用中碳铸造碳钢（《一般工程用铸造碳钢材》GB/T11352-2009），索鞍辊轴采用45号钢（《优质碳素合金钢》GB/T699-1999）。

各种销子（吊耳、支座）均采用45号钢。

索塔采用C40钢筋混凝土。

（12）主要施工工序

锚碇施工→索塔施工→工厂制作主索用成品钢丝绳（普通钢丝绳+冷铸锚头）→ 工厂制作成品吊索（普通钢丝绳+冷铸锚头）→ 工厂制作索鞍、索夹 → 工厂或现场制作桥道系横梁 → 主索架设→吊索安装→桥道系横梁安装（为便于施工，从岸边向跨中施工）→桥道系纵梁安装→钢桥面板或木桥面板安装→主索防护。

4 结语

人行桥的设计以轻盈谦卑的姿态，贴近水面横跨蕉门河，与蕉门河亲切对话，形成水平向为主体的空间结构形态。在桥梁设计时，我们必须注重桥梁的美学价值，体现出结构的先进性、合理性和建筑艺术的时效性、生命力，设计出结构最合理、美学效应最佳的桥梁。