青島西海岸珊瑚貝橋創意構思與總體設計

俞 雷，李永君，強瑋怡

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092]

1 工程概況

青島西海岸中央商務區位于黃島開發區與原膠南市的交界，是西海岸新區“一核、兩港、五區、一帶”的核心部分，名人島通過華山路與濱海大道連接，珊瑚貝橋位于華山路上，是進入名人島的主要橋梁。工程起點為濱海大道- 華山路交叉口，終點名人島連島橋南頭，全長640 m，見圖1。

圖1 華山路平面布置圖

名人島規劃建設影視文化和游艇產業項目，布置游艇產業園、大劇院、酒店群、部分居住及商業配套等功能。珊瑚貝橋的功能定位為青島市的濱海標志性景觀橋梁，橋梁的創意構思和總體設計均圍繞這一目標展開。

2 建設條件

工程海域范圍內水深浪急，橋梁的總體布置、結構設計等受風、潮汐、潮流、波浪、風暴潮等影響大，因此開展了風暴潮和潮流數學模型試驗及波浪模型試驗研究。通過與相關單位的反復研究，最終確定了滿足用海要求的橋梁跨徑布置、梁底標高和墩柱尺寸。

工程所處海洋氯化物環境，對橋梁結構耐久性設計提出高要求。設計根據構件所處的大氣區、浪濺區、水位變動區及水下區的不同要求，制定不同的耐久性措施：鋼箱梁采用梁內除濕+ 梁內外防腐涂裝，橋面以上鋼結構拱采用封閉+梁內外防腐涂裝；橋墩和下部結構采用提高原材料要求和砼強度等級、增加保護層厚度及硅烷浸漬等措施。

3 設計理念

橋梁工程以如下設計理念為指導，開展創新設計：

（1）功能性。將大橋建設成為以交通為主要功能，結合橋位處的自然、人文風貌，構筑一座融交通、觀賞于一體的景觀橋梁。

（2）地標性。以打造地標性橋梁為目標，為名人島打造一道亮麗的風景線，實現“車在橋上走，人在畫中游”。

（3）原創性。橋梁造型追求原創性，避免與國內外橋梁雷同，獲得設計外觀專利保護。

名人島建成實景鳥瞰見圖2。

圖2 名人島建成實景鳥瞰圖

4 技術標準

（1）道路等級：城市主干路。

（2）主線車道：6 車道。

（3）設計車速：40 km/h。

（4）汽車荷載等級：城-A 級。

（5）橋梁設計基準期：100 a。

（6）設計安全等級：一級。

（7）結構環境類別：Ⅲ類。

（8）設計風速：100 a 一遇V10=33.9 m/s。

（9）地震基本烈度6 度，地震動峰值加速度0.05g。

（10）設計洪水頻率：P=1/100。

（11）波浪力：按波浪模型試驗研究報告取值。

5 創意構思

“山、河、海、島、灣、礁、灘”是西海岸獨有的資源組合，是建設世界一流的現代化濱海城市中心區、打造“未來之城”的自然基礎和景觀優勢。珊瑚貝橋（見圖3）作為名人島乃至西海岸的地標性橋梁，其景觀特色尤為關鍵。

圖3 珊瑚貝橋創意構思手繪圖

橋型構思，如果采用梁橋，景觀過于平淡。如果采用斜拉橋、懸索橋或傳統拱橋，造型容易與國內外已建橋梁雷同，無法體現原創性。于是構思方向集中于造型可能更豐富的空間異形拱橋，力爭以震撼的空間感受和多變的光影效果，帶給游客過目難忘的出行體驗，同時成為名人島的標志，見圖4。

圖4 珊瑚貝橋創意效果圖

最終橋梁創意構思以海洋中獨具魅力的珊瑚造型為靈感來源，橋梁整體造型采用珊瑚拱形鋼結構，將寓意吉祥、智慧、平安、美麗的珊瑚精神植入景觀橋梁的形象特質中。橋梁的景觀創意理念為“夢幻珊瑚”。

車輛從橋上通過時，穿過尺度巨大的拱門，空間感帶來視覺沖擊和心理震撼，仿佛進入一個新的世界——名人島。行人在橋上漫步，透過靈動的拱肋“窗洞”，可欣賞海景（見圖5）。從空中俯瞰橋梁，形似蝴蝶浮在海面。從濱海大道和名人島上遠眺橋梁，原創的拱肋造型，實現地標功能。

圖5 珊瑚貝橋行人視角建成實景

6 總體設計

6.1 總體布置

橋梁工程為分為主橋及引橋，橋梁全長290 m，雙向六車道規模，機動車道兩側各布置4 m 人非混合道，橋面標準斷面全寬36 m。主橋為40 m+70 m+70 m+40 m 鋼結構連續箱梁，梁上設置鋼結構空間曲面異形拱，引橋為35 m+35 m 鋼結構連續箱梁，見圖6。

6.2 主體結構

（1）主梁

主橋上部結構采用40 m+70 m+70 m+40 m 等高度連續鋼箱梁結構，梁高3.0 m，正交異性鋼橋面板。頂板厚16～25 mm（人非共板處厚14 mm），腹板厚12～16 mm，底板厚14～25 mm。

（2）橋面以上鋼結構拱

橋面以上鋼結構拱為復雜的空間多肢拱形結構,橫橋向寬度1.2 m。拱肋和拱枝均采用鋼箱結構，鋼箱表面鋼板板厚14 mm（拱底局部加強為20 mm），頂、腹、底板均設板式加勁肋。拱肋和拱枝的圓弧倒角采用8 mm 外包鋼板現場焊接安裝。

優美的造型對橋梁設計提出了新的挑戰。鋼結構空間曲面異形拱與鋼箱梁剛接，整體參與結構二期恒載和活載受力，橫向風作用下鋼拱需滿足強度和剛度要求。設計通過建立全橋板單元模型對各種工況下拱結構的應力、變形進行了精細化分析，見圖7。

圖7 珊瑚貝橋三維有限元分析圖

（3）橋墩

橋墩采用空心薄壁墩，橋墩外形為光滑三維曲面。中主墩墩身底部8.9 m×9.8 m（順橋向×橫橋向），頂部25.8 m×22 m（順橋向×橫橋向）；邊主墩墩身底部8.9 m×9.7m（順橋向×橫橋向），頂部23.8 m×20.9 m（順橋向×橫橋向）。橋墩內部設水平、豎直向隔板，支座處壁厚2.5 m，外壁厚0.6 m，隔板厚0.4 m。橋墩橫斷面端部設R=2 m 圓角。

承臺尺寸10.44 m×14.5 m（順橋向×橫橋向），端部設R=2 m 圓角，厚度2.5 m，承臺頂面周邊設0.3 m×0.3 m 倒角。承臺封底厚1.5 m。主橋中墩基礎為10 根φ1.5 m 鉆孔灌注樁，主橋邊墩基礎為8根φ1.5 m 鉆孔灌注樁，按嵌巖樁設計。

6.3 附屬結構

充分重視橋梁附屬工程與細節設計，注重橋梁的遠觀和近看效果。橋梁的人行護欄作為鋼結構曲面拱的延伸與整個橋梁造型自然過渡；通過鋼結構加工工藝的反復調研，論證了曲面鋼結構拱圓弧倒角的施工可行性，通過優化構造設計舍棄了鋼箱拱斷面直倒角的常規做法，明顯提高了橋梁的近景效果；鋼箱梁內部和橋墩支座的檢修人孔設計與人行護欄和橋墩造型巧妙結合，做到了景觀與功能的統一。通過反復推敲細節設計，使得橋梁建成后的實景效果超越了方案階段的效果圖，得到了廣泛好評，見圖8。

圖8 珊瑚貝橋附屬設施建成實景

7 夜景亮化

夜景亮化是珊瑚貝橋的重要亮點，夜晚在五彩的燈光映照下珊瑚貝橋宛如絢麗的彩貝殼（見圖9）。全橋采用了地面、護欄、殼壁、外面等四維受光方式，亮化出珊瑚貝橋拱造型的立體空間形象，玲瓏剔透；內白外彩出光，白光集中，彩光縹緲，實現扇貝含珠的效果，體現海上拾珍的理念；外立面通過彩色光的變化，流光溢彩，體現海洋多變的顏色；橋內通道滿足功能照明同時，實現幕墻投影。

圖9 珊瑚貝橋夜景亮化實景

8 BIM 設計

本項目橋梁造型獨特，曲面復雜多變，二維圖紙很難清晰表達構造尺寸，因此開展了BIM 正向設計工作。應用CATIA 軟件，采用參數化方法，對全橋鋼結構進行實體建模，推敲結構尺度，進行碰撞檢查，優化結構設計。BIM 三維模型直接用于三維有限元分析、鋼結構加工深化設計和施工放樣（見圖10）。實踐證明，對于復雜景觀橋梁，BIM 正向設計可以極大提高設計效率和施工精度，是高效的設計手段。

圖10 珊瑚貝橋BIM 模型

9 施工過程

橋位平均水深約4 m，平均潮差2.5 m，橋梁西側設置臨時施工鋼便，橋樁基承臺采用圍堰法施工。根據現場條件，鋼箱梁采用工廠加工板單元，現場在鋼管支架平臺上拼裝焊接工藝，鋼箱梁形成連續梁結構后拆除梁底支架平臺。鋼結構拱采用工廠加工節段，現場預拼裝確認無誤后運至橋面，在橋面臨時支架上吊裝焊接，見圖11、圖12。

圖11 珊瑚貝橋鋼結構拱現場預拼裝施工

圖12 珊瑚貝橋鋼結構橋面拼裝施工

10 結語

橋梁造型構思放棄了景觀橋梁的常規設計手法，大膽采用空間曲面的構形，在造型藝術及表現方式上有所創新。設計過程中，聯合景觀、建筑、雕塑、視覺藝術及夜景亮化等各領域的專家對橋梁的造型、尺度和色彩等細節，仔細推敲優化。設計和施工期間，橋梁BIM 正向設計的成功運用收到了良好效果。

珊瑚貝橋于2015 年3 月開工，經過20 個月的建設，于2016 年10 月順利建成通車。項目建成后，獲得社會各界的廣泛好評，作為西海岸的網紅打卡地和東方影都的影視外景地，珊瑚貝橋成為青島市的新一代標志性景觀橋梁，如期實現了預定的目標。希望本項目的設計和工程實踐能為國內城市景觀橋梁的建設提供有益的參考和借鑒。