淺析行人過街設(shè)施的方案設(shè)計(jì)

王彩花

(太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

隨著太原市社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，城市快速化進(jìn)程不斷加快，人民群眾的生活水平日益提高，機(jī)動(dòng)車數(shù)量不斷增加，城市行人過街設(shè)施建設(shè)步伐滯后與城市化水平快速發(fā)展的矛盾日顯突出，嚴(yán)重制約著城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。自 2007 年開始，太原市逐步加快推進(jìn)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加大多渠道融資力度，加快完善路網(wǎng)框架；但是由于快速路和主干路行人過街設(shè)施建設(shè)的滯后性，行人過街基本依靠人行橫道線，人車互相搶道的現(xiàn)象日益嚴(yán)重，一方面直接影響道路路段的通行能力，同時(shí)對(duì)行人也存在較大的安全隱患，嚴(yán)重地影響居民的正常生活及幸福指數(shù)。平交已不能有效地緩解城市發(fā)展所帶來的交通問題了，必須朝拓展車輛和人群的流通渠道進(jìn)行，才能有效地解決問題。

1 工程背景

隨著2007年濱河?xùn)|西路快速路的形成和2013年中環(huán)快速路、建設(shè)路快速路，并州路塢城路等城市主干路的改造完成，滿足了城市機(jī)動(dòng)車保有量快速發(fā)展對(duì)道路的迫切需求；但是立體過街設(shè)施少、行人過街難的問題卻進(jìn)一步加劇。雖然有關(guān)部門已經(jīng)多次不遺余力地整頓市區(qū)交通——比如，限制非法營運(yùn)摩托車上路、設(shè)交通隔離防護(hù)欄、設(shè)交通安全島和劃斑馬線、設(shè)摩托車道等等措施，充分利用原有的道路設(shè)施對(duì)車輛和人群進(jìn)行流向限制的交通治理[1]；但同時(shí)也看到，這種方法并沒有從根本上緩解城市發(fā)展所帶來的交通問題了。因此太原市近幾年急需結(jié)合現(xiàn)狀行人過街需求及道路兩側(cè)土地開發(fā)情況綜合考慮設(shè)置和完善行人過街設(shè)施。同時(shí)根據(jù)《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》[2]要求，行人橫過市區(qū)封閉式道路或快速干道，可每隔300～400m應(yīng)設(shè)一座。

2 工程方案設(shè)計(jì)

2.1 行人過街設(shè)施布置原則

1)根據(jù)《太原市人行過街設(shè)施專項(xiàng)規(guī)劃》的設(shè)置原則，進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃；2)根據(jù)不同路段，不同區(qū)位，對(duì)于關(guān)注民生，解決百姓反映強(qiáng)烈且沖突較為嚴(yán)重的重點(diǎn)地段；3)充分利用社會(huì)資金力量，完善人行過街系統(tǒng)；4)改善既有快速路和主干路行人過街設(shè)施間距過長、效率低下的情況，使相關(guān)道路區(qū)域附近的居民能安全高效過街；5)近期已改造或已建成主干路的重點(diǎn)地段(密集商業(yè)街區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等)設(shè)置行人過街設(shè)施，以保證在道路較寬、車流量多的主干路段提供行人安全通道，保證交通暢通；6)在人流集散的交通樞紐地區(qū)等特殊區(qū)域設(shè)置人行天橋；7)在各大醫(yī)院、學(xué)校和公園主要出入口所在的快速主干路上，為了方便居民快速安全過街，尤其是早高峰時(shí)段，其穿行對(duì)道路的交通影響較大，適當(dāng)路段增設(shè)行人過街設(shè)施。

2.2 工程建設(shè)選址

鐵路東側(cè)享堂新村等居民出行均需穿過鐵路人行通道，該人行通道附近受條件所限，未能設(shè)置人行道，也不能設(shè)置公交車站，公交出行的居民只能向北走210m到路東側(cè)公交站(總共有12路公交車途經(jīng)該站)，或繞行400m至立交范圍過街。因?yàn)闈竞勇吩O(shè)計(jì)車速60km/h，北中環(huán)澗河立交及臥虎山路高架橋距離較近，中間地面段長度僅145m，主線通行車速較快，輔路車流密集、交叉變道，且道路東側(cè)緊鄰鐵路干線，橫穿馬路相當(dāng)危險(xiǎn)，建議該處建設(shè)人行天橋以方便群眾出行，考慮到人行梯道布置空間，天橋只能建于澗河路兩側(cè)礦機(jī)宿舍公交站之間。

2.3 工程建設(shè)規(guī)模

澗河路道路現(xiàn)狀：澗河路立交北側(cè)天橋位置處道路為非標(biāo)準(zhǔn)斷面，處于兩座立交橋之間地面出入段，且受東側(cè)鐵路限制，東側(cè)部分路段僅有人行道及非機(jī)動(dòng)車道，道路人行道寬2.5m，非機(jī)動(dòng)車道寬4m，機(jī)動(dòng)車道總寬35.5m。道路橫斷面布置詳見下圖。澗河路管線情況：從東到西的管線依次有雨水、中壓燃?xì)狻⒐?、雨水、電力、電信等管線。由于天橋梯道靠近道路紅線，與現(xiàn)狀管線均無沖突；但東側(cè)距離鐵路較近，施工時(shí)會(huì)對(duì)鐵路邊坡造成一定影響。

2.4 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1)天橋下道路等級(jí)：城市主干路(60km/h)；2)荷載標(biāo)準(zhǔn)：人群荷載按相關(guān)規(guī)范執(zhí)行；嚴(yán)禁在主橋兩側(cè)設(shè)置通體遮擋廣告牌；3)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年；4)凈高和凈空：天橋下機(jī)動(dòng)車道范圍內(nèi)橋下凈高不小于4.5m；5)抗震設(shè)防要求[3]：地震基本烈度：8度，地震動(dòng)峰值加速度0.20g，設(shè)計(jì)特征周期0.45s；橋梁抗震設(shè)防分類：丁類；6)環(huán)境類別：Ⅳ類。

2.5 方案設(shè)計(jì)構(gòu)思

方案一：擬建的行人過街設(shè)施不宜采用地下通道，首先城市已建道路下面埋置管線較多，高程上與管線沖突嚴(yán)重；另外通道結(jié)構(gòu)雖然造價(jià)相對(duì)低，但是如若采用開挖施工方案需要中斷交通，對(duì)交通影響太大；如若采用頂推施工，西側(cè)為小區(qū)的擋墻，東側(cè)為高鐵線路，沒有足夠的施工空間；綜上所述考慮上跨人行天橋方案。

方案二：擬建的行人過街設(shè)施宜采用人行天橋，不宜采用混凝土主梁結(jié)構(gòu)。鑒于常規(guī)快速路和主干路的多車道寬度，單跨跨徑通常在20～40m之間，主梁高度較高，而且景觀效果一般，同時(shí)由于梁高導(dǎo)致樓梯的布置范圍加長，綜合來講雖然混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)約了造價(jià)，但是考慮由于一定周期內(nèi)施工占道使得部分路段臨時(shí)封閉造成的對(duì)整體交通有著更大的影響和社會(huì)影響，因此一般排除上部采用混凝土結(jié)構(gòu)，而選擇建筑高度較小、可以裝配式施工的鋼梁。采用鋼梁可在鋼結(jié)構(gòu)加工廠內(nèi)節(jié)段施工主梁，運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接，然后分段或整體吊裝就位。大大縮短施工工期，盡可能減小對(duì)下穿道路的交通影響。

方案三：主橋采用一跨等截面桁架橋，主梁梁高為4m，人行天橋跨徑為45.0m。橋梁橫斷面寬度：0.25m(欄桿)+4.0m+0.25m(欄桿)=4.5m；兩端分別設(shè)置1∶2梯道和1∶4梯道(含推坡)，以滿足非機(jī)動(dòng)車推行。橋墩采用V型墩，簡潔美觀；基礎(chǔ)采用樁基。方案優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)外觀大方、通透；缺點(diǎn)：周邊沒有樹木等遮擋，上部結(jié)構(gòu)較大，稍顯突兀。施工特點(diǎn)少支架，節(jié)段或整體吊裝施工。

方案四：主橋采用剛性吊桿的系桿拱橋，拱高為5.0m，矢跨比為1/8.4，主跨45.0m；橋梁橫斷面寬度：0.25m(欄桿)+4.0m(凈寬)+0.25m(欄桿)=4.5m；兩端分別設(shè)置1：2梯道和1∶4梯道(含推坡)，以滿足非機(jī)動(dòng)車推行。橋墩采用V型墩，簡潔美觀；基礎(chǔ)采用樁基。方案優(yōu)點(diǎn)：主橋線型優(yōu)美、簡潔，造價(jià)較低，1∶4梯道可兼顧自行車等推行過街；節(jié)段或整體吊裝施工。

擬建的人行天橋位于居住社區(qū)、學(xué)校附近，只有橋位設(shè)置合理，方便行人通行，且結(jié)構(gòu)形式新穎，才能將行人真正引導(dǎo)到人行橋上，通過以上分析，推薦擬建人行天橋結(jié)構(gòu)形式方案四[4]。

3 工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

3.1 結(jié)構(gòu)總體布置

澗河立交北側(cè)天橋主橋上部為一跨簡支鋼桁架拱橋結(jié)構(gòu)，矢跨比1∶11.25，跨徑45.0m，拱軸線為2.2次拋物線，拱軸線方程為y=-(4+0.1995)*(x/22.45)2.2+(4+0.1995)，拋物線坐標(biāo)原點(diǎn)為主縱梁兩端1/2梁高連線之中點(diǎn)。主橋橋?qū)?.26m=0.45m(拱肋)+0.18m(欄桿)+3m(人行道)+0.18m(欄桿)+0.45m(拱肋)；拱肋、拱圈及腹板均采用焊接帶懸臂箱型截面，橫梁采用HW200x300x8x12，系梁采用HM250x175x7x11，主梁構(gòu)件采用Q345qd。鋼梯道長度合計(jì)為38.14m，寬度為2.16m，含推坡梯道坡度為1：4；另一側(cè)含推坡梯道長度合計(jì)為44.84m，寬度為2.16m，梯道坡度為1：2.8。主橋基礎(chǔ)采用樁基+承臺(tái)的形式，承臺(tái)平面尺寸為2.0×5.0m，厚度為1.5m，樁基為2根直徑1.0m的鉆孔灌注樁；推坡道和梯道采用樁基礎(chǔ)，樁徑1.0m。主橋橋墩采用橫向V形墩+系梁形式，墩柱采用鋼筋混凝土外包鋼板結(jié)構(gòu)形式，系梁采用鋼結(jié)構(gòu)。邊墩柱順橋向尺寸為0.8m，橫橋向?qū)挾葹?.6m。

3.2 結(jié)構(gòu)分析

采用Midas Civil空間模型，拱肋、主梁、橫梁均用梁單元模擬，模型共有394個(gè)單元[5-6]?？臻g有限元模型及主要計(jì)算結(jié)果如圖1-6。

圖2 主拱圈正應(yīng)力(單位：Mpa)

圖3 主梁正應(yīng)力(單位：Mpa)

圖4 橫梁正應(yīng)力(單位：Mpa)

圖5 豎向基頻

圖6 一階橫向失穩(wěn)模態(tài)

由以上計(jì)算結(jié)果可以看出，最大拉應(yīng)力為115Mpa，最大壓應(yīng)力為125Mpa，滿足規(guī)范最大應(yīng)力245Mpa要求。豎向自振頻率為3.6Hz，滿足規(guī)范不小于3Hz的要求。人群荷載下最大豎線位移為18.3mm，滿足規(guī)范L/800=45000/800=56.2mm的要求。

由以上計(jì)算結(jié)果可以看出，第一階失穩(wěn)模態(tài)的特征值為5.76，滿足規(guī)范不小于2.5的要求。結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求，方案可行。

經(jīng)比選，方案四橋型簡潔，線條優(yōu)美，與周圍環(huán)境較融合，造價(jià)相差不大，方案四可行。

4 結(jié)語

通過對(duì)澗河立交北側(cè)天橋的實(shí)例設(shè)計(jì)分析與研究，對(duì)行人過街設(shè)施的方案設(shè)計(jì)提出如下的建。

1)行人過街設(shè)施的選址布局必須與城市道路路網(wǎng)規(guī)劃相一致而且要適應(yīng)交通需要才能較好起到應(yīng)有作用；同時(shí)一般都建在交通繁忙、人流密集的區(qū)域，如何合理組織人流疏導(dǎo)交通，考慮何種橋型在施工期間不中斷交通，是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)及難點(diǎn)。

2)行人過街設(shè)施的方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)宜與周邊的自然景觀協(xié)調(diào)和諧統(tǒng)一，立面簡潔流暢，給人良好視覺效果。眾所周知，結(jié)構(gòu)的跨越能力取決于結(jié)構(gòu)斷面的剛度，如何利用截面空間換取結(jié)構(gòu)剛度，是我們本次設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，城市繁華地帶不宜采用截面厚重體量龐大的結(jié)構(gòu)形式，輕盈、簡潔、通透的結(jié)構(gòu)形式更能順應(yīng)周邊復(fù)雜的環(huán)境及景觀要求；我們選用輕型桁架結(jié)構(gòu)，利用其通透的特點(diǎn)，斷面的空間，良好的跨越能力，較大的剛重比及快速的安裝工藝等優(yōu)勢(shì)，達(dá)到減少支墩對(duì)地下管線的影響，盡可能少的遷移地下管線，減少對(duì)路面交通的影響，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響等目的。

3)行人過街設(shè)施的方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)與周邊規(guī)劃及社會(huì)發(fā)展相協(xié)調(diào)。本設(shè)計(jì)從全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的科學(xué)發(fā)展觀的角度，強(qiáng)調(diào)安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等因素，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)選型、安全選型，最終選擇有利于對(duì)環(huán)境影響小的、對(duì)現(xiàn)有道路改造少、結(jié)構(gòu)安全冗余度高、百姓通行方便的結(jié)構(gòu)方案。

4)今后設(shè)計(jì)細(xì)化時(shí)，應(yīng)與規(guī)劃、城建部門充分溝通，結(jié)合當(dāng)?shù)亻L遠(yuǎn)期規(guī)劃目標(biāo)對(duì)現(xiàn)有方案作相應(yīng)調(diào)整，同時(shí)優(yōu)化立面表現(xiàn)的設(shè)計(jì)，使本次設(shè)計(jì)的天橋達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)。