同濟健康天橋設計

2022-08-09 06:10:56郭俊峰邱奕龍

城市道橋與防洪 2022年6期

衛超，郭俊峰，邱奕龍

（武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北武漢 430015）

0 引言

同濟健康天橋橫跨武漢市繁忙的解放大道，兩側分別與同濟醫院門診大樓和同濟醫院生殖醫學中心相連。同濟醫院是湖北省武漢市的重點醫療機構，門診量極大。為方便病患者就醫，同時便于周邊社會人群過街，2019 年9 月，武漢市啟動同濟健康天橋的建設。

同濟健康天橋地處繁華鬧市區，周邊構筑物密集，解放大道兩側管線密集，橋位附近還布置有地鐵14 號線同濟醫院站，天橋要在上述因素的制約下建設。同時，同濟健康天橋被譽為國內紀念抗擊新冠肺炎的第一橋，在市政天橋建設領域中，具有很強的代表性。

1 天橋橋位選擇與影響因素分析

同濟健康天橋地處繁華鬧市區，周邊構筑物密集，解放大道兩側管線密集，橋位處布置有地鐵14號線同濟醫院站，天橋總體設計受限制因素較多，在滿足功能、安全、景觀的前提下，盡量減少管線遷改。

1.1 解放大道斷面

解放大道是縱貫漢口中心城區的一條城市主干路，位于城市核心區，交通十分繁忙。天橋橋位處解放大道為雙向10 車道布置。機動車道范圍內不能布置橋墩。

1.2 天橋周邊構筑物

天橋北側為同濟醫院門診大樓，南側為同濟醫院生殖醫學中心和新世界K11 購物中心（見圖1）。社會車輛從解放大道輔路進出K11 購物中心，導致在第四象限不能布置天橋結構。

圖1 天橋周邊構筑物

1.3 地鐵與市政管線

根據與武漢地鐵集團和地鐵14 號線前期設計單位對接情況，地鐵14 號線在同濟醫院西側、崇仁路口東側范圍設置同濟醫院站，地鐵盾構入地區域正好位于門診大樓前。根據地鐵14 號線設計單位提供的地鐵區間及控制線要求，天橋主體結構及基礎布置區域為地鐵控制線至寶康路之間約30 m 范圍內。

根據地形和管線測量情況，天橋南北兩側均布置有10 kV 電力管線、燃氣、給水、雨水、通信、弱電等管線（見圖2）。上述管線橋梁基礎布置、主跨跨度均有很大影響。

圖2 地鐵與市政管線

2 天橋總體布置

根據前面天橋建設影響因素分析，天橋主跨53 m，一跨跨越解放大道。兩側通過平臺跨越兩側輔道下市政管線。平臺下設置主墩和邊墩。

天橋南北兩側分別設置上下行自動扶梯和1∶2梯道。上下行自動扶梯寬3.3 m，長15.086 m。梯道寬2.5 m，長12.8 m。北側垂直電梯布置受地面寬度限制，在同濟醫院門診大樓院內，南側垂直電梯布置在平臺東側（見圖3）。

圖3 天橋總體布置（單位：m）

根據規劃和建設單位要求，天橋設置雨棚，雨雪天氣行人過街將不受影響。

3 天橋結構設計

3.1 天橋主橋設計

天橋主跨53 m，采用變截面桁架梁橋。桁架梁上下弦桿中心處端部梁高4.2 m，中心最大高度7.035 m。桁架梁上下弦桿尺寸為0.6 m×0.4 m（高×寬），斜桿尺寸為0.3 m×0.4 m（高×寬），端部豎桿尺寸為0.5 m×0.4 m（高×寬）。主梁均采用Q355C 鋼板制作（見圖4）。

圖4 主橋立面布置

桁架梁上弦桿線型采用直線和圓曲線擬合，下弦桿預拱度為40 cm，以便于縱向排水。

主梁北側平臺下設主墩Z1 與Z3。其中，Z1 主墩采用鋼結構墩柱，與鋼平臺固結。Z1 主墩直徑1.4 m，鋼管主材Q355C，壁厚24 mm，鋼管內填充C35 微膨脹混凝土。Z3 主墩與鋼平臺通過支座連接。Z3 主墩采用樁柱式結構，墩柱頂設置0.9 m 高蓋梁，蓋梁寬度為1.2 m。蓋梁下設置直徑為1.0 m 墩柱和1.2 m直徑鉆孔灌注樁基礎。

主梁南側平臺下設主墩Z2 與Z4。其中，Z2 主墩采用鋼結構墩柱，與鋼平臺固結。Z2 主墩直徑1.4 m，鋼管主材Q355C，壁厚24 mm，鋼管內填充C35 微膨脹混凝土。Z4 主墩與鋼平臺通過支座連接。Z4 主墩采用樁柱式結構，墩柱頂設置0.9 m 高蓋梁，蓋梁寬度為1.2 m。蓋梁下設置直徑為1.0 m 墩柱和1.2 m直徑鉆孔灌注樁基礎。

北側鋼平臺全長8.1 m，寬5～6 m，平臺中心處高度1.2 m；南側鋼平臺全長12.31 m，寬5～5.5 m，平臺中心處高度1.2 m。鋼平臺均采用Q355C 鋼板制作。

主墩墩柱設1.8 m 高承臺，承臺采用C35 混凝土。主墩基礎采用直徑1.8 m 鉆孔灌注樁，混凝土采用C35 水下混凝土。

3.2 天橋梯道設計

天橋南北兩側梯道均為1∶2 梯道，長度均為12.8 m，中間設置2 m 寬休息平臺。其中，鋼結構梯道長11.9 m，梯臺長0.9 m。梯道一端與主梁鋼平臺焊接，一端通過支座支撐在梯道臺帽上。

梯道寬度均為2.5 m，結構高度為0.6 m，采用雙邊箱結構。兩個邊箱寬度均為0.25 m，中間人行踏步寬度為2.0 m。梯道采用鋼結構，鋼材材質為Q355C。

梯道臺帽高0.7 m，寬1.2 m，臺帽下接直徑為1.0 m 鉆孔灌注樁。

3.3 天橋基礎控制原則

本天橋位于地鐵14 號線同濟醫院站影響線內，地鐵14 號線為遠期線路，目前暫無詳細設計資料。考慮到遠期地鐵實施時可能對樁基周邊土層產生撓動，為保證橋梁安全，天橋樁基礎設計時，采取以下控制原則：

（1）在滿足承載力要求的前提下，主橋Z1、Z2 主墩樁基持力層進入5-2 中風化泥巖不小于1 倍樁基直徑。

（2）Z3、Z4、T1、T2 墩臺樁基承載力，從地鐵區間及站點底板以下開始計算樁側摩阻力，考慮到可能的沉降影響，樁基礎承載力只計算側阻力，不計入樁端承載力。

在上述原則下，Z3、T1～T3 墩臺樁端持力層為4-3 中粗砂夾礫卵石, 其中Z4、T1、T2 樁基進入4-3中粗砂夾礫卵石不小于1 倍樁基直徑，Z3 樁基進入4-3 中粗砂夾礫卵石不小于5 m。

4 天橋主橋計算要點

天橋主橋采用變截面桁架梁橋，桁架梁頂面設置雨棚。橋梁計算分為靜力計算和動力計算兩部分。靜力計算主要是結構安全計算，對橋梁進行承載能力極限狀態和正常使用極限狀態進行安全驗算。動力計算主要是進行舒適度驗算。結構計算采用Midas Civil 2019 進行計算，根據計算，截面上下緣應力見圖5、圖6。

圖5 截面上緣應力包絡圖

圖6 截面下緣應力包絡圖

從圖5、圖6 計算結果可知，該鋼桁架拱橋截面上緣最大拉應力為96.1 MPa，最大壓應力為117.1 MPa；下緣最大拉應力為96.1 MPa，最大壓應力為135.4 MPa，滿足規范要求。天橋豎向最大位移31 mm，滿足規范要求。

根據計算，天橋豎向自振頻率為3.2 Hz，大于3 Hz，滿足規范要求[1]。天橋高密度人群工況時，橋梁跨中最大加速度為0.212 m/s2，小于0.5m/s2，滿足舒適度要求。

5 天橋景觀元素亮點

同濟健康天橋設計期間，時值湖北武漢抗疫的關鍵時刻，全國各地的白衣戰士逆行而上，馳援湖北，為控制疫情、保護人民的生命安全做出了巨大的貢獻。救城之恩銘刻在每一個湖北武漢人的心中，感恩之情融入設計中，在天橋鋼化玻璃欄板上深深地刻上全國30 個省市自治區地圖板塊、人民解放軍醫療隊人數、支援疫情地區（見圖7、圖8）。我們希望這里不僅是一座滿足過街功能的景觀人行天橋，而且是一條以致敬白衣戰士在抗疫過程中勇敢無畏精神的文化紀念長廊，讓我們以此向全國馳援湖北武漢披堅執銳的白衣戰士致以崇高的敬意。