福州城市森林步道建造關(guān)鍵技術(shù)研究

薛東波

(廣東省基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 廣東廣州 510620)

0 引言

國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)城市森林步道沿線多為樹(shù)木，地形復(fù)雜、地勢(shì)陡峭，起伏較大。對(duì)于道路系統(tǒng)不完善或者新開(kāi)發(fā)的山區(qū)，建設(shè)森林步道需要大量砍伐樹(shù)木，而且在施工過(guò)程中會(huì)對(duì)地面植被造成較大程度的破壞，給生態(tài)環(huán)境造成影響。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，生態(tài)環(huán)保、低碳節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益比最大化等，已成為建設(shè)城市森林步道趨勢(shì)。結(jié)合國(guó)內(nèi)外城市森林步道建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，福州城市森林步道工程建設(shè)是以“社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益最大化的理念引領(lǐng)，實(shí)現(xiàn)了在超長(zhǎng)鋼桁架棧道上綠色生態(tài)與人性化的協(xié)調(diào)統(tǒng)一”，并在工程上打破了開(kāi)山填路破壞大、污染山火風(fēng)險(xiǎn)大、水泥木材不生態(tài)的傳統(tǒng)建設(shè)模式，打開(kāi)了山地步道項(xiàng)目“小而巧、小而美、小而省”的綠色建設(shè)新思路，為今后建設(shè)類似工程提供參考[1]。

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 工程概況

福州城市森林步道(又稱“福道”)，是福建省生態(tài)建設(shè)的重要實(shí)踐和重點(diǎn)民生工程。工程總投資6億元，是全國(guó)首條、亞洲最長(zhǎng)的鋼結(jié)構(gòu)森林步道。福道環(huán)線總長(zhǎng)19 km，含鋼結(jié)構(gòu)棧道、登山步道和車(chē)行道，其中鋼結(jié)構(gòu)架空步道長(zhǎng)約8.2 km，登山步道長(zhǎng)約6 km。福道在山地密林、地形多樣復(fù)雜的環(huán)境下建造，串聯(lián)起市中心4座山、5個(gè)公園，共規(guī)劃10個(gè)出入口與城市對(duì)接，沿線共有7座地標(biāo)性服務(wù)建構(gòu)筑物，兩座特色景橋梁。

1.2 工程特點(diǎn)與難點(diǎn)

(1)當(dāng)?shù)卣敖ㄔO(shè)單位對(duì)生態(tài)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)極高，要求保護(hù)原始地形和植被，做到無(wú)便道，微創(chuàng)施工；

(2)本工程為國(guó)內(nèi)首條鋼結(jié)構(gòu)城市森林棧道，無(wú)先例可借鑒和參考；

(4)作為亞洲最長(zhǎng)的鋼桁架林端棧道，將無(wú)障礙、優(yōu)美園林曲線、輕巧結(jié)構(gòu)樣式結(jié)合，并全線實(shí)現(xiàn)需克服許多技術(shù)難點(diǎn)；

(5)工程地形險(xiǎn)峻復(fù)雜，施工條件惡劣，大型車(chē)輛無(wú)法通過(guò)，材料運(yùn)輸困難；

(6)山地密林環(huán)境下，棧道建設(shè)的森林防火、植被保護(hù)、地形保護(hù)、防塵防水土流失等，都是施工的巨大難題；

(7)本工程沿著山體及懸崖設(shè)計(jì)棧道，桁架棧道盤(pán)旋于山體，懸崖棧道懸挑在險(xiǎn)峻的懸崖上，山勢(shì)陡峭，安裝難度極大。

2 主要建造關(guān)鍵技術(shù)

2.1 山地密林環(huán)境下綠色生態(tài)建造技術(shù)

通過(guò)與上位綠道規(guī)劃和城市功能銜接的山地密林環(huán)境下，低影響綜合選線規(guī)劃，以降低建設(shè)對(duì)山體的影響，如圖1所示。福道建造采用輕巧通透的低影響“Y”型單柱棧道結(jié)構(gòu)形式、可循環(huán)回收達(dá)80%以上的全鋼結(jié)構(gòu)棧道主材應(yīng)用，不僅避免了資源浪費(fèi)，還能在山地密林環(huán)境下，有效降低火災(zāi)發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)性，符合國(guó)家生態(tài)建設(shè)的總體要求。

圖1 綜合選線規(guī)劃

全線鋼結(jié)構(gòu)棧道采用彈性好、韌性大的透光透水踏面設(shè)計(jì)應(yīng)用，使得橋梁通體結(jié)構(gòu)透光透水，全線8.2 km，2.4 m寬，近20 000 m2的棧道下方空間的植被可以接受陽(yáng)光和雨露，生長(zhǎng)不受影響，對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)起到重要作用[2]。

裝配式結(jié)構(gòu)和螺栓連接的綜合運(yùn)用建造方式，要求精準(zhǔn)且精細(xì)化的設(shè)計(jì)施工。在鋼結(jié)構(gòu)棧道施工過(guò)程中，極大減少了現(xiàn)場(chǎng)加工、安裝施工造成的粉塵、污染和森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，是綠色生態(tài)理念貫穿項(xiàng)目建設(shè)全過(guò)程的重要措施。

1）分析大數(shù)據(jù)對(duì)城市交通系統(tǒng)在日常運(yùn)營(yíng)中的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析對(duì)事件進(jìn)行預(yù)演，估計(jì)事件的偏差。通過(guò)對(duì)事件偏差程度的分析，考慮是否可以采取相應(yīng)的防范措施，同時(shí)還可以對(duì)一些特殊情況進(jìn)行深入的探討。

在山地密林環(huán)境下，為滿足建設(shè)生態(tài)的要求，創(chuàng)新采用微創(chuàng)施工技術(shù)，將施工對(duì)自然環(huán)境的破壞降到最低,做到對(duì)原生態(tài)環(huán)境最大的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)“四節(jié)一保”的綠色施工。

2.2 超長(zhǎng)森林步道的人性化設(shè)計(jì)技術(shù)

福道建造通過(guò)林端棧道、車(chē)行道、登山步道串聯(lián)形成易疏散、多選擇的立體游線系統(tǒng)，如圖2所示。超長(zhǎng)林端無(wú)障礙棧橋采用1∶16坡度設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)全齡段、全條件人群的便捷舒適游覽。采用富有彈性的鋼格柵板踏面設(shè)計(jì)，不僅減小了步行對(duì)膝蓋的壓力，還提高了行人步行舒適性[3]。

圖2 林端棧道、登山步道和車(chē)行道立體串聯(lián)

福道注重生態(tài)設(shè)計(jì)和精細(xì)建設(shè)。緊鄰棧道兩側(cè)的都是原生大樹(shù)，與棧道線位重合的胸徑15 cm以上的樹(shù)，都必須保留從棧道中穿出。給穿梭在森林棧道的游客帶來(lái)了舒心體驗(yàn)。

為滿足游客夜間安全、舒適地穿梭在森林棧道，創(chuàng)新采用滿足步行照明且降低對(duì)野生動(dòng)物影響的約束性柔和照明設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)游客舒適性游覽與生態(tài)、動(dòng)物和諧共處。

2.3 棧道結(jié)構(gòu)多元化模塊融合設(shè)計(jì)技術(shù)

將園林曲線、輕巧造型與裝配式模塊融合，實(shí)現(xiàn)符合傳統(tǒng)審美、貼合山地的超長(zhǎng)林端森林棧道，如圖3所示。

圖3 掩映在密林中的優(yōu)美棧道曲線

(1)無(wú)障礙和美學(xué)并重：將園林道路空間曲線的曲徑通幽特點(diǎn)與無(wú)障礙設(shè)計(jì)相結(jié)合，既保證園林景觀貼合山地形態(tài)的優(yōu)美曲線要求，又克服了復(fù)雜山地環(huán)境下各類人群的無(wú)障礙適用需求，是福道建設(shè)的重要?jiǎng)?chuàng)新。

(2)無(wú)障礙模塊標(biāo)準(zhǔn)化：超長(zhǎng)棧橋采取標(biāo)準(zhǔn)化裝配式設(shè)計(jì)是技術(shù)發(fā)展的方向。將無(wú)障礙標(biāo)準(zhǔn)要求的輪椅坡道最大高度與水平長(zhǎng)度的有關(guān)規(guī)定結(jié)合構(gòu)件的模塊化裝配式設(shè)計(jì)是福道建設(shè)的一項(xiàng)重要?jiǎng)?chuàng)新。

(3)低碳環(huán)保安全施工：鋼管桁架構(gòu)件適用于法蘭盤(pán)螺栓拼接，而模塊化設(shè)計(jì)有利于工廠標(biāo)準(zhǔn)化加工、現(xiàn)場(chǎng)裝配。相較于現(xiàn)場(chǎng)焊接施工，螺栓拼接提高了施工質(zhì)量及精準(zhǔn)度，減小現(xiàn)場(chǎng)的揚(yáng)塵、廢氣等污染物，施工低碳環(huán)保，避免焊接火星，降低了密林施工的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)制作安裝設(shè)備研制及應(yīng)用技術(shù)

為了使曲線徑向連接的現(xiàn)代感極強(qiáng)的棧道造型與自然環(huán)境的高度協(xié)調(diào)融合，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高精度、高效化、生態(tài)化預(yù)制拼裝棧橋的設(shè)計(jì)施工，采用BIM技術(shù)平臺(tái)是協(xié)同設(shè)計(jì)、施工管理和后期運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)。利用BIM協(xié)調(diào)性、模擬性、可視性、優(yōu)化性的特點(diǎn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目造型尺度的把握、銜接和精細(xì)化模塊設(shè)計(jì)。極大提高了圖紙及鋼結(jié)構(gòu)加工過(guò)程中實(shí)施效果的預(yù)判和調(diào)整，極大的增加了工程質(zhì)量的把控。

鋼結(jié)構(gòu)安裝設(shè)備研制及應(yīng)用技術(shù)部分，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了多功能裝配式棧道鋪設(shè)機(jī)與漸進(jìn)式施工技術(shù)，解決了密林山地環(huán)境的運(yùn)輸、吊裝等難題[4]。棧道鋪設(shè)機(jī)包含“起重設(shè)備”及“運(yùn)輸車(chē)”兩部分，采用先進(jìn)的系統(tǒng)控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了載荷保護(hù)、防滑保護(hù)、防傾斜保護(hù)、防出軌保護(hù)等創(chuàng)新內(nèi)容，利用已成形的橋段，多方向、漸進(jìn)式安裝鋼結(jié)構(gòu)棧道，實(shí)現(xiàn)綠色生態(tài)建設(shè)，如圖4所示。

圖4 多功能裝配式棧道鋪設(shè)機(jī)與漸進(jìn)式施工技術(shù)

2.5 跨地形結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)

(1)山體索塔組合鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)

福道全線穿梭多變的地形與復(fù)雜的山勢(shì)，山中樹(shù)多林密，樹(shù)木高度均在10 m以上(終點(diǎn)段大樹(shù)密集，樹(shù)的高度≥13 m)，根據(jù)建設(shè)單位要求，不能砍伐樹(shù)木及破壞地貌結(jié)構(gòu)。建造過(guò)程存在著運(yùn)輸材料無(wú)道路通行、鋼結(jié)構(gòu)安裝定位精度技術(shù)要求高、施工面窄長(zhǎng)且成彎曲狀分布、步道多條高空電網(wǎng)從上方穿過(guò)、施工現(xiàn)場(chǎng)安裝難度大，工期緊湊等難題。

如果采用塔吊等方式進(jìn)行吊裝，其成本過(guò)高。針對(duì)以上難題，創(chuàng)新采用索道運(yùn)輸構(gòu)件，解決了無(wú)道路運(yùn)輸?shù)碾y題[5]。創(chuàng)新研制異型構(gòu)件Y型鋼柱雙吊桿裝置，2個(gè)井架可以依次交錯(cuò)向前周轉(zhuǎn)使用，安裝及拆卸方便快捷，節(jié)能高效。不僅可以避免單個(gè)拔桿吊裝穩(wěn)定性差、安裝精度低的問(wèn)題；還能最大程度的保護(hù)原生植被。 創(chuàng)新研制架空棧道欄桿安裝裝置，實(shí)現(xiàn)景觀步道兩側(cè)欄桿同時(shí)安裝，并且可以行走推運(yùn)，對(duì)外部環(huán)境依賴性低。

(2)懸崖棧道鋼結(jié)構(gòu)組合吊裝施工技術(shù)

懸崖棧道始于福州客運(yùn)汽車(chē)西站，標(biāo)高從27.85 m至89.60 m，沿著山體及懸崖設(shè)計(jì)，桁架棧道盤(pán)旋于山體，懸挑在險(xiǎn)峻的懸崖上，山勢(shì)陡峭，安裝難度非常大。

懸崖棧道結(jié)構(gòu)形式分為鋼懸崖棧道和桁架式懸崖棧道兩種。現(xiàn)場(chǎng)跨越地形復(fù)雜，施工區(qū)段不利于起重設(shè)備停放，大部分構(gòu)件難以用汽車(chē)吊直接吊裝，需其他機(jī)械配合施工。因地制宜，充分發(fā)揮各類吊裝設(shè)備的功能，建立了空間交叉吊裝管理體系，具體分4個(gè)區(qū)域進(jìn)行安裝，如圖5所示。

圖5 懸崖棧道施工平面圖

(1)CW65-CW43區(qū)段采用大型汽車(chē)吊(200 t)吊裝。

(2)CW42-CW34區(qū)段選用拔桿吊裝。

(3)CW34-CW05區(qū)段采用50 t履帶吊、拔桿吊裝，構(gòu)件采用人工、驢、馬、拖拉機(jī)等進(jìn)行接駁運(yùn)輸，50 t履帶吊和構(gòu)件由500 t汽車(chē)吊從西客站后院吊裝至上部平臺(tái)。

(4)CW05-CW01區(qū)段選用拔桿吊裝。

有效解決了懸挑式棧道與桁架式懸崖棧道鋼結(jié)構(gòu)安裝受場(chǎng)地限制的難題。

3 結(jié)語(yǔ)

福州城市森林步道作為國(guó)內(nèi)首條鋼結(jié)構(gòu)懸空棧道，在山地密林和多樣地形環(huán)境下，創(chuàng)新采用山地密林環(huán)境下綠色生態(tài)建造技術(shù)、超長(zhǎng)森林步道的人性化設(shè)計(jì)技術(shù)、棧道結(jié)構(gòu)多元化模塊融合設(shè)計(jì)技術(shù)、鋼結(jié)構(gòu)制作安裝設(shè)備研制，及應(yīng)用技術(shù)，及跨地形結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)等多項(xiàng)建造關(guān)鍵技術(shù)，適應(yīng)了多變的地形與復(fù)雜的山勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了在山地密林環(huán)境下的低影響建造，將超長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)棧道與自然環(huán)境、游客的舒適體驗(yàn)融合。福道創(chuàng)新、人性化的設(shè)計(jì)，精細(xì)、微創(chuàng)的施工，為國(guó)內(nèi)山地步道生態(tài)建造帶來(lái)全新的思路和實(shí)踐，是建設(shè)美麗中國(guó)——綠水青山就是金山銀山最佳詮釋[6]。