城市复杂地形条件下步行廊桥的方案比选研究

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(1.浙江省交通运输科学研究院，浙江 杭州 311305；2.广东中誉设计院有限公司 深圳分公司，广东 深圳 518034；3.长沙学院 土木工程学院，湖南 长沙 410022;4.南宁交通投资集团有限责任公司，广西 南宁 530022；5.湖南工学院，湖南 衡阳 421002)

1 概述

本项目位于皇岗口岸南一路高架桥与福田保税区一号通道之间的间隙处，处于皇岗口岸与福田口岸之间[1，2]。本项目新建人行连廊起于皇岗口岸车港城2楼，与皇岗口岸南一路高架桥平行设置，以扶手电梯和梯道的形式接现状绿地，并将该绿地改造为人流缓冲区，人行连廊终于该缓冲区。本廊桥工程包括渔农村裕亨花园至车港城高架桥入口处廊桥以及与现状外部市政的衔接的人行道工程(第1联)、与车港城二层连接段(第2联)。第1联廊桥宽度定为4.5 m，第2联与车港城拼宽4.5 m，钢箱梁主梁高1.3 m，桥下净高5.5 m。同时设有1座梯道，2座扶梯，1座垂直电梯，并在天桥上设置雨棚。步行廊桥方案效果图如图1所示。文献[3，4]也对人行天桥的设计做了相关描述，同时也有部分学者介绍了新材料[5，6]在人行天桥中的应用情况，本文则是根据复杂的地形条件来进行城市步行廊桥的方案比选研究。

图1 步行廊桥方案效果图

2 桥梁设计控制条件

新建步行廊桥处在皇岗口岸南一路高架桥与福田区一号通道之间的间隙处(见图2)，步行廊桥的线形已无调整的空间。因此步行廊桥的走向基本确定，宜根据现场的约束控制条件来调整步行廊桥的跨径组成，尤其是与皇岗口岸车港城2楼衔接处环境制约因素多。

2.1 现状道路

拟建廊桥桥址处地面以上有车港城出入口高架桥，至香港的南一路高架桥；地面有由香港至福田保税区一号通道，规划的渔农村二通道，规划的消防通道以及外交贵宾通道。

拟建廊桥基本上是东西走向，北邻车港城高架桥，南邻至香港的高架桥。位于两高架桥之间的间隙处。因由香港至福田保税区一号通道车流量较大，且不可中断，故主跨径选择32 m直接跨越。其他桥墩位置尽量避开现状道路，桥墩周边需新建防撞墙。

2.2 现状建筑

本项目主要服务于皇岗口岸和福田口岸，皇岗口岸位于广东省深圳市福田区，与香港新界落马洲口岸相对，是深圳与香港之间的5个一线口岸之一，皇岗口岸是目前中国规模最大的客货综合性公路口岸；福田口岸位于中国广东省深圳市福田区皇岗，是一个连接香港与中国深圳边境的陆路口岸，和深圳地铁龙华线福田口岸站位于同一座大楼中。在香港方面对应的口岸是位于港铁东路线落马洲站内的落马洲支线管制站，一条双层的空调人行天桥负责跨越深圳河连接两个口岸。

福田口岸位于皇岗口岸附近，面朝裕亨花园，东临港城华庭小区，与地铁4号线终点站位于同一座大楼中，轨道接驳；皇岗口岸周边道路交通较为方便、公交接驳完善，口岸周边有多个大型公交停车场；皇岗口岸与福田口岸隔区相望。

拟建步行廊桥桥址现状建筑如图2所示，图中皇岗口岸车港城一层和至香港的南一路高架桥桥下均有海关管理用房，房屋中间是VIP贵宾过关通道。此处为廊桥第1联和第2联的结合处，分联墩的布设受到车港城、高架桥、海关管理用房和VIP贵宾通道的制约。

2.3 现状管线

拟建步行廊桥桥址处地下管线密集，主跨32 m东侧桥墩处有电力管380VΦ8 mm架空塑胶管、地上监控，电力等管道线路。在桥梁初步跨径布设的位置中，需要临时或永久迁改的管线情况见表1。

表1 管线冲突位置表位置冲突的管线名称及规格管线点号埋深/m数量/m处理方法电力管380VΦ8mm架空塑胶管L4～L5架空15 73临改/恢复Z3桥墩电力管380VΦ60mm埋地铁管LD19～LD200 4156 51临改/恢复电信管200×100mm管块D26～D270 42121 98临改/恢复电信管Φ60mm埋地铁管D25～D28047 70临改/恢复Z6桥墩电信管300×200mm塑胶管D1～D30 8017 67永久改移电信管800×600mm塑胶管D4～D51 4023 15临改/恢复Z7桥墩雨水管Φ200mm塑胶管Y2～Y30 8322 43临改/恢复Z8桥墩污水管Φ400mm塑胶管W6～W70 8710 62永久改移Z9桥墩污水管Φ400mm塑胶管W1～W22 086 39永久改移

2.4 协调单位多

拟建步行廊桥处，涉及的需要协调的单位有车港城、海关、边检、质检、公安等等。尤以海关的制约因素最多，如廊桥的施工不能影响其管理用房、车辆检测用房的使用，不能影响VIP通道的畅通等等。桥墩位置不能影响监控录像的工作。协调单位中任何一方的意见都制约着本项目的实施。另外，此处的行政划分归中央直属，相关手续的申办需沟通协调的时间也比较多。

3 桥型设计方案比选

福田、皇岗两口岸片区步行廊桥通道连接方案桥梁主梁采用连续钢箱梁结构，梁宽4.5 m，人行步道净宽4.0 m。西侧设置1∶4 梯道及2部扶梯和1部垂直电梯，梯道全宽3.8 m，净宽3.3 m，梯道采用连续钢板梁；东侧接顺皇岗口岸车港城2 楼平台，并相应拓宽。桥梁梯道及主梁上均设置雨篷，雨篷形式采用蜂窝铝板。下部结构主墩采用桩接承台，梯道墩采用桩接柱结构形式。主桥桥梁面积693 m2，梯道面积318.1 m2。

根据口岸的出行量，结合周边小区居民过街及过境要求，预测廊桥2020年高峰小时交通量为5 120人次/h。方案设计阶段，主桥长154 m，跨径布置为3×24 m+(32+25+25)m。在施工图设计阶段，考虑到项目上下部所受制约因素较多，除主跨32 m不变外，其他跨径需要根据现场实际加以调整，尤其是与车港城2层接顺段的第2联。本文就第2联的连接形式提出了6个设计方案，以征求各协调单位的意见，方案比选情况如表2所示。

表2 步行廊桥方案比选表比选内容方案1方案2方案3方案4方案5方案6(推荐)结构型式独立式门架单独受力，不影响邻近高架桥受力 增大悬挑梁截面，并在增大截面范围内张拉负弯矩钢束，拟建钢箱梁搭在悬挑梁上 充分利用建筑原有的嵌岩桩基础，外扩立柱支撑钢梁，不与原建筑悬挑梁发生关系，受力明确 不影响原建筑结构，通过压缩建筑内车道来扩建人行道不影响原建筑结构，通过新建二层入口桥来保证原车道数不影响原建筑结构，通过拼宽扩建人行道 工艺要求新增门架，占用地面面积较多，施工受场地限制难度大新增负弯矩钢束波纹管Φ80mm，很容易干扰到建筑主次梁的钢绞线和钢筋，对原建筑结构产生不利影响，施工难度大需要在原有砼立柱和承台上植筋，工艺成熟。消防和监控管线有10处需要迁改 工艺简单，所需设备少，占用施工场地少 工艺简单，需要新建57 8m2桥梁 工艺简单，所需设备少，占用施工场地少 工期施工周期较长施工周期较长施工周期较方案1短施工周期短施工周期短施工周期较短 对车港城结构安全的影响无影响很大影响很小无无无使用性能线路顺畅线路顺畅线路顺畅压缩二层一车道 保留原有车道数 线路顺畅造价高高高低较低较低与相关部门的协调难度大大大小小小外观门架柱会压缩桥下通道，还需迁移高架桥下方的工作房对建筑外观影响较小会压缩桥下净空，但原本桥下净空为7 5m，富余较多。室内部分管线需要挪动位置 需拆除部分原有高架桥护栏，压缩车行道 需拆除部分原有高架桥护栏及二层管理用房会压缩桥下净空，需拆除部分原有高架桥护栏

3.1 方案1

在原有高架桥中间建立独立式门架，预制钢箱梁(高1.3 m，宽2.3 m)置于门架上。门架柱为0.6 m矩形截面，门架梁宽1.0 m，高1.0 m。门架净宽3.4 m，内设行车道3.0 m。

优点：新建人行天桥独立受力，不影响两边高架桥；线路比较顺畅。

缺点：外观整体性较差，需要迁移高架桥下面的海关工作房，工程量较大，门架占地面积较大，且影响地面交通。

3.2 方案2

采用增大截面法，将车港城建筑悬挑梁底宽从1.2 m增大至3.6 m，并在增大截面范围内张拉负弯矩钢束，拟建2.3 m人行钢箱梁搭在悬挑梁上。

优点：对建筑外观影响较小。

缺点：建筑原纵横梁为预应力大梁，新增负弯矩钢束波纹管Φ 80 mm，很容易干扰到建筑主次梁的钢绞线和钢筋，对原建筑结构产生不利影响，施工难度大。

3.3 方案3

在原有车港城建筑的混凝土柱上植筋，两侧分别外扩0.4 m×0.6 m砼立柱，立柱上搭设1.2 m(高)×0.4 m(宽)钢梁，钢梁上托1.3 m(高)×2.3 m(宽)人行钢箱梁。原桩基为C30砼人工挖孔嵌岩桩，独桩接承台，桩径1.6 m，C20砼护壁厚0.15 m，桩端入微风化岩层不小于0.5 m。

缺点：会压缩桥下净空，但原本桥下净空为7.5 m，富余较多。

3.4 方案4

原有人行道宽2.2 m，向室内拓宽2.3 m，占用室内1个车道。新建人行天桥与车港城室内人行道形成折线型人行道。

优点：占地面积小，不影响地面交通。

缺点：需拆除左边高架桥护栏，占用原有的室内行车道路，线路不顺畅。

3.5 方案5

拆除原有车港城二楼的车辆管理收费用房，新建约57.8 m2的桥梁接顺管理用房所在车道，同时新增桥梁面积也填补了现状车港城和高架桥之间的空白部分。

优点：占地面积小，不影响地面交通。

缺点：需拆除左边高架桥护栏，占用原有的室内行车道路，线路不顺畅。

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3.6 方案6

在现状车港城建筑的立柱70 cm外新建L型桥墩，墩柱截面1.2 m×1.2 m。L型桥墩悬挑部位支撑2.3 m宽钢箱梁，与车港城建筑悬挑梁拼宽形成4.5 m宽的桥面。

优点：施工占地面积小，线路顺畅，对现状车港城建筑无影响。

缺点：会压缩桥下净空。

通过上述6种方案的比选，综合各协调单位的意见和建议，最终一致推选方案6作为本项目的实施方案。将步行廊桥的设计和施工工作对现状各单位工作的影响降低到最小。施工图设计阶段，步行廊桥主桥第1联为1.5 m+(25+25+32+19+16+16+13.5)m 7跨连续直腹板钢箱梁；车港城接顺段为8.06 m和21.575 m简支直腹板钢箱梁，曲线半径150 m；1∶4梯道为(7.6+8.8+8.3) m 3跨钢箱梁。步行廊桥典型断面图如图3所示。

a)车港城接顺段断面图b)分联墩处断面图c)标准断面图

4 结构计算

步行廊桥桥面总宽4.5 m，两侧栏杆及雨棚立柱均宽0.25 m，桥面净宽4.0 m。钢箱梁顶底板和腹板厚度16 mm，采用Q235-C级钢。

采用MIDAS/Civil有限元软件建立步行廊桥的有限元分析模型。其中钢箱梁采用箱型截面梁单元模拟，支座采用一般支承模拟，墩底固结。第1联主桥的有限元模型如图4所示。

图4 第1联主梁结构离散图

4.1 支反力及支座选型

在最不利作用效应组合下，单个支座最小支反力出现在6号墩圆弧内侧处，为51 kN，单个支座最大支反力出现在3号墩圆弧外侧处，为1 368.3 kN，没出现负反力。

1号墩顶最大纵向位移是30 mm，整体升温位移是21 mm，升温温度梯度位移是8 mm，故中墩支座选用GYZ 450×99，支座厚度99 mm，允许最大位移33 mm，承载力1 521 kN；边墩支座选用GYZF4 400×101，支座厚度101 mm，允许最大位移33 mm，承载力1 195 kN。

4.2 钢箱梁计算

最不利作用效应组合下最大拉应力为76.4 MPa，最大压应力为70.7 MPa，最大剪应力为25.8 MPa。自重和人群荷载产生的最大挠度28.7 mm，设置预拱度20 mm。

根据《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)第4.3.1和4.3.2条:

按构造配置横向加劲肋即可，可不作腹板稳定性的计算。

4.3 桥面板计算

桥面板最大拉应力为94.8 MPa，最大压应力为84.5 MPa，均小于135 MPa，应力均满足要求。

4.4 其他

通过计算，步行廊桥竖向一阶自振频率为4.022 Hz，>3 Hz，横向一阶自振频率为1.492 Hz，>1.2 Hz，纵向一阶自振频率为0.514 Hz，<1.25 Hz，满足规范[7]要求。

5 结语

福田、皇岗两口岸片区步行廊桥通道连接工程所新建的步行廊桥，从2000年便开始了方案的论证。随着深港经济一体化进程加快，香港与内地的交流不断密切和内地人员赴港个人游及“一签多行”政策的推行，由此带来的通关需求还将迅猛增长。因此本项目建设势在必行。步行廊桥于2014年完成方案设计，于2015年3月完成施工图设计，目前正在施工建设中。本项目的实施可为其他处于复杂地形条件下的城市桥梁方案比选提供宝贵经验。

[1] 湘潭市规划建筑设计院深圳分院.福田、皇岗两口岸片区步行廊桥通道连接工程方案设计[Z].2014.

[2] 广东中誉设计院有限公司.福田、皇岗两口岸片区步行廊桥通道连接工程施工图设计[Z].2015.

[3] 冯树民，裴玉龙.人行天桥与人行地道的比选设置[J].哈尔滨工业大学学报,2007，39(8)：1289-1291.

[4] 王士刚，李永乐.德国莱茵河畔威尔与法国惠宁恩之间的人行天桥设计[J].世界桥梁,2012，40(6)：15-18.

[5] 单波，周泉，肖岩.现代竹结构技术在人行天桥中的研究与应用[J].湖南大学学报(自然科学版)，2009，36(10)：29-34.

[6] 程晓东.新型铝合金结构在城市人行天桥中的应用[J].桥梁建设，2007，37(6)：38-41.

[7] CJJ 69-95，城市人行天桥与人行地道技术规范[S].