同濟(jì)健康天橋設(shè)計(jì)

衛(wèi) 超，郭俊峰，邱奕龍

（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430015）

0 引 言

同濟(jì)健康天橋橫跨武漢市繁忙的解放大道，兩側(cè)分別與同濟(jì)醫(yī)院門(mén)診大樓和同濟(jì)醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)中心相連。同濟(jì)醫(yī)院是湖北省武漢市的重點(diǎn)醫(yī)療機(jī)構(gòu)，門(mén)診量極大。為方便病患者就醫(yī)，同時(shí)便于周邊社會(huì)人群過(guò)街，2019 年9 月，武漢市啟動(dòng)同濟(jì)健康天橋的建設(shè)。

同濟(jì)健康天橋地處繁華鬧市區(qū)，周邊構(gòu)筑物密集，解放大道兩側(cè)管線密集，橋位附近還布置有地鐵14 號(hào)線同濟(jì)醫(yī)院站，天橋要在上述因素的制約下建設(shè)。同時(shí)，同濟(jì)健康天橋被譽(yù)為國(guó)內(nèi)紀(jì)念抗擊新冠肺炎的第一橋，在市政天橋建設(shè)領(lǐng)域中，具有很強(qiáng)的代表性。

1 天橋橋位選擇與影響因素分析

同濟(jì)健康天橋地處繁華鬧市區(qū)，周邊構(gòu)筑物密集，解放大道兩側(cè)管線密集，橋位處布置有地鐵14號(hào)線同濟(jì)醫(yī)院站，天橋總體設(shè)計(jì)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(qū)的一條城市主干路，位于城市核心區(qū)，交通十分繁忙。天橋橋位處解放大道為雙向10 車(chē)道布置。機(jī)動(dòng)車(chē)道范圍內(nèi)不能布置橋墩。

1.2 天橋周邊構(gòu)筑物

天橋北側(cè)為同濟(jì)醫(yī)院門(mén)診大樓，南側(cè)為同濟(jì)醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)中心和新世界K11 購(gòu)物中心（見(jiàn)圖1）。社會(huì)車(chē)輛從解放大道輔路進(jìn)出K11 購(gòu)物中心，導(dǎo)致在第四象限不能布置天橋結(jié)構(gòu)。

圖1 天橋周邊構(gòu)筑物

1.3 地鐵與市政管線

根據(jù)與武漢地鐵集團(tuán)和地鐵14 號(hào)線前期設(shè)計(jì)單位對(duì)接情況，地鐵14 號(hào)線在同濟(jì)醫(yī)院西側(cè)、崇仁路口東側(cè)范圍設(shè)置同濟(jì)醫(yī)院站，地鐵盾構(gòu)入地區(qū)域正好位于門(mén)診大樓前。根據(jù)地鐵14 號(hào)線設(shè)計(jì)單位提供的地鐵區(qū)間及控制線要求，天橋主體結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)布置區(qū)域?yàn)榈罔F控制線至寶康路之間約30 m 范圍內(nèi)。

根據(jù)地形和管線測(cè)量情況，天橋南北兩側(cè)均布置有10 kV 電力管線、燃?xì)狻⒔o水、雨水、通信、弱電等管線（見(jiàn)圖2）。上述管線橋梁基礎(chǔ)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(jù)前面天橋建設(shè)影響因素分析，天橋主跨53 m，一跨跨越解放大道。兩側(cè)通過(guò)平臺(tái)跨越兩側(cè)輔道下市政管線。平臺(tái)下設(shè)置主墩和邊墩。

天橋南北兩側(cè)分別設(shè)置上下行自動(dòng)扶梯和1∶2梯道。上下行自動(dòng)扶梯寬3.3 m，長(zhǎng)15.086 m。梯道寬2.5 m，長(zhǎng)12.8 m。北側(cè)垂直電梯布置受地面寬度限制，在同濟(jì)醫(yī)院門(mén)診大樓院內(nèi)，南側(cè)垂直電梯布置在平臺(tái)東側(cè)（見(jiàn)圖3）。

圖3 天橋總體布置（單位：m）

根據(jù)規(guī)劃和建設(shè)單位要求，天橋設(shè)置雨棚，雨雪天氣行人過(guò)街將不受影響。

3 天橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 天橋主橋設(shè)計(jì)

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(jiàn)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(yù)拱度為40 cm，以便于縱向排水。

主梁北側(cè)平臺(tái)下設(shè)主墩Z(yǔ)1 與Z3。其中，Z1 主墩采用鋼結(jié)構(gòu)墩柱，與鋼平臺(tái)固結(jié)。Z1 主墩直徑1.4 m，鋼管主材Q355C，壁厚24 mm，鋼管內(nèi)填充C35 微膨脹混凝土。Z3 主墩與鋼平臺(tái)通過(guò)支座連接。Z3 主墩采用樁柱式結(jié)構(gòu)，墩柱頂設(shè)置0.9 m 高蓋梁，蓋梁寬度為1.2 m。蓋梁下設(shè)置直徑為1.0 m 墩柱和1.2 m直徑鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

主梁南側(cè)平臺(tái)下設(shè)主墩Z(yǔ)2 與Z4。其中，Z2 主墩采用鋼結(jié)構(gòu)墩柱，與鋼平臺(tái)固結(jié)。Z2 主墩直徑1.4 m，鋼管主材Q355C，壁厚24 mm，鋼管內(nèi)填充C35 微膨脹混凝土。Z4 主墩與鋼平臺(tái)通過(guò)支座連接。Z4 主墩采用樁柱式結(jié)構(gòu)，墩柱頂設(shè)置0.9 m 高蓋梁，蓋梁寬度為1.2 m。蓋梁下設(shè)置直徑為1.0 m 墩柱和1.2 m直徑鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

北側(cè)鋼平臺(tái)全長(zhǎng)8.1 m，寬5～6 m，平臺(tái)中心處高度1.2 m；南側(cè)鋼平臺(tái)全長(zhǎng)12.31 m，寬5～5.5 m，平臺(tái)中心處高度1.2 m。鋼平臺(tái)均采用Q355C 鋼板制作。

主墩墩柱設(shè)1.8 m 高承臺(tái)，承臺(tái)采用C35 混凝土。主墩基礎(chǔ)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(shè)計(jì)

天橋南北兩側(cè)梯道均為1∶2 梯道，長(zhǎng)度均為12.8 m，中間設(shè)置2 m 寬休息平臺(tái)。其中，鋼結(jié)構(gòu)梯道長(zhǎng)11.9 m，梯臺(tái)長(zhǎng)0.9 m。梯道一端與主梁鋼平臺(tái)焊接，一端通過(guò)支座支撐在梯道臺(tái)帽上。

梯道寬度均為2.5 m，結(jié)構(gòu)高度為0.6 m，采用雙邊箱結(jié)構(gòu)。兩個(gè)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(jié)構(gòu)，鋼材材質(zhì)為Q355C。

梯道臺(tái)帽高0.7 m，寬1.2 m，臺(tái)帽下接直徑為1.0 m 鉆孔灌注樁。

3.3 天橋基礎(chǔ)控制原則

本天橋位于地鐵14 號(hào)線同濟(jì)醫(yī)院站影響線內(nèi)，地鐵14 號(hào)線為遠(yuǎn)期線路，目前暫無(wú)詳細(xì)設(shè)計(jì)資料。考慮到遠(yuǎn)期地鐵實(shí)施時(shí)可能對(duì)樁基周邊土層產(chǎn)生撓動(dòng)，為保證橋梁安全，天橋樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，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(jìn)入5-2 中風(fēng)化泥巖不小于1 倍樁基直徑。

（2）Z3、Z4、T1、T2 墩臺(tái)樁基承載力，從地鐵區(qū)間及站點(diǎn)底板以下開(kāi)始計(jì)算樁側(cè)摩阻力，考慮到可能的沉降影響，樁基礎(chǔ)承載力只計(jì)算側(cè)阻力，不計(jì)入樁端承載力。

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

4 天橋主橋計(jì)算要點(diǎn)

天橋主橋采用變截面桁架梁橋，桁架梁頂面設(shè)置雨棚。橋梁計(jì)算分為靜力計(jì)算和動(dòng)力計(jì)算兩部分。靜力計(jì)算主要是結(jié)構(gòu)安全計(jì)算，對(duì)橋梁進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行安全驗(yàn)算。動(dòng)力計(jì)算主要是進(jìn)行舒適度驗(yàn)算。結(jié)構(gòu)計(jì)算采用Midas Civil 2019 進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算，截面上下緣應(yīng)力見(jiàn)圖5、圖6。

圖5 截面上緣應(yīng)力包絡(luò)圖

圖6 截面下緣應(yīng)力包絡(luò)圖

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

根據(jù)計(jì)算，天橋豎向自振頻率為3.2 Hz，大于3 Hz，滿足規(guī)范要求[1]。天橋高密度人群工況時(shí)，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(diǎn)

同濟(jì)健康天橋設(shè)計(jì)期間，時(shí)值湖北武漢抗疫的關(guān)鍵時(shí)刻，全國(guó)各地的白衣戰(zhàn)士逆行而上，馳援湖北，為控制疫情、保護(hù)人民的生命安全做出了巨大的貢獻(xiàn)。救城之恩銘刻在每一個(gè)湖北武漢人的心中，感恩之情融入設(shè)計(jì)中，在天橋鋼化玻璃欄板上深深地刻上全國(guó)30 個(gè)省市自治區(qū)地圖板塊、人民解放軍醫(yī)療隊(duì)人數(shù)、支援疫情地區(qū)（見(jiàn)圖7、圖8）。我們希望這里不僅是一座滿足過(guò)街功能的景觀人行天橋，而且是一條以致敬白衣戰(zhàn)士在抗疫過(guò)程中勇敢無(wú)畏精神的文化紀(jì)念長(zhǎng)廊，讓我們以此向全國(guó)馳援湖北武漢披堅(jiān)執(zhí)銳的白衣戰(zhàn)士致以崇高的敬意。

圖7 天橋?qū)嵕?/p>

圖8 天橋鋼化玻璃欄板

6 結(jié) 語(yǔ)

同濟(jì)健康天橋的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，正值全國(guó)抗擊新冠肺炎的時(shí)期，本天橋的建設(shè)更具紀(jì)念意義。目前天橋已經(jīng)建成并投入使用，成了一道靚麗的風(fēng)景線（見(jiàn)圖9）。

圖9 天橋?qū)嵕?/p>