潭溪山步行桥

Tanxishan Glass Landscape Pedestaian Bridge

潭溪山步行桥位于山东省淄博市淄川区,建造于潭溪山顶海拔700米的崖壁之上,景观桥与潭溪山风景相得益彰。外凸的弧形桥梁更增加了游客观赏美景的视野,桥面梁、索和拱形成的张力结构展现了桥梁的力度美和结构美,潭溪山步行桥已经成为景区的一个标志性建筑。

桥面跨度117米、宽2.45米,外弧最大半径90米,悬空高度101米,最大承载量3.5吨/平方米,总承载可达900吨,单次承重1万人。它被誉为“齐鲁空中走廊”,与山崖风格浑然一体。晴天时,蓝天和白云的倒影铺满玻璃桥面,有踏云而行的快感;云雾天气,玻璃桥则在雾中若隐若现,宛如海市蜃楼。

结构体系

潭溪山步行桥为单侧悬挂式拱梁体系,主拱中心曲线为抛物线,跨度109m,高25m,拱平面与水平面夹角60度,拱截面φ2000×30,拱脚处放大为φ2000~4000×30长圆形;桥面截面为1m高钢箱梁,箱型梁中心为圆弧,半径为85m,矢高20m,桥面宽度2.4m,桥面梁与拱之间设15根φ45的PE索。

创新性设计技术

(1)设计方面要解决的难点之一是岩体的稳定性问题。

设计中应用了三维激光扫描定位技术,设置了6个扫描站点悬崖岩体全貌进行了扫描,通过点云拼接、去噪处理,构建了崖体、桥墩及基础的三维数值计算模型,通过数值计算与分析,确保了悬崖岩体的稳定性。

三维激光扫描还同时解决了桥墩定位、桩基及桩体定位、桥面与支承拱架制作尺寸的精确性问题。

(2)设计方面要解决的难点之二是设计目标的可实现性问题。

采用设计—制作—施工全过程一体化设计理念,在充分考虑预应力张拉、桥面和拱架安装的可实施性及避免危险高空作业的目标下,进行结构的预应力初始状态设计与计算。考虑斜拉索的初始预应力由拱架和桥面自重的相互作用产生,通过调整拉索原长及预应力值使得初始状态下桥面中点起拱600mm左右,在人行荷载下,桥面不产生向下的挠度。这样的设计理念,避免了在桥面上布置张拉工装、进行危险的高空作业。

创新性施工技术和装置

(1)平移和旋转施工方案

景区运输条件很差,桥面和拱架只能小段工厂制作、运输到现场安装。但现场场地狭小,采用自悬崖底部搭设脚手架或支撑柱的方案,或者悬崖底部拼接、整体提升的方案,代价极大、危险性较高。而一体化设计理念实现的条件是桥面和拱架需布置在一定的位置、连接斜拉索的两端后由桥面和拱架的自重导入预应力。而只有将桥面和拱架放置在其夹角小于120度的位置上,才能连接无应力的长度为原长的斜拉索。综合以上因素,采用旋转桥面和拱架的安装方法就自然形成。

因为施工现场场地狭小,拱架拼接时在悬崖顶部附近的台阶处搭设了支承胎架。桥面矢高小于拱架,因无场地同时搭设桥面的支承胎架,实际施工时是设置了滑移轨道、将桥面置于拱架上部拼接、然后将桥面整体平移至其位置后旋转。

(2)临时旋转铰接节点构造

桥面与拱架的拱脚设计均为刚接连接,为了实现旋转施工,必须设置临时的旋转铰接节点,旋转到位后再固定和封装节点。临时铰接节点采用简单的销轴连接方式,两拱脚处销轴位于拱脚连线上,销轴节点必须满足大角度旋转的要求。

(3)拱推力主动平衡装置

拱在水平位置拱脚无推力,而拱在旋转过程中,拱脚会产生随与地面夹角变化的推力。这一推力会使临时旋转节点上的钢板抵紧而产生摩擦力,当摩擦力很大时会使拱无法旋转。所以,必须设置抵抗拱脚推力的平衡装置。当然可以设置连接两个拱脚的拉索来被动地抵抗拱脚推力,但长度109m的水平索拉力事实上仅取决于垂度、基本为定值,无法平衡变化的拱脚推力。实际施工时,在平衡索的两端各设置了一套张拉工装,通过液压千斤顶输入相应的数值、产生相应的所需的平衡力,实现了拱脚水平力的主动平衡。千斤顶输入数值根据施工过程的数值计算随拱旋转角度输入。

(4)摇摆柱子及爬升装置

为拱的旋转提供推力是旋转施工实施的关键。在跨度的1/3处两个位置各设置一根摇摆柱,摇摆柱的基础为铰接连接、可以360度旋转。摇摆柱中设置爬升装置,爬升装置由一组液压千斤顶和钢套筒组成。钢套筒在千斤顶推力下可以沿摇摆柱爬升、停止爬升后可予以定位。千斤顶顶升推力根据施工过程的数值计算随拱旋转角度输入。

当桥面拱旋转角度小于90度时,摇摆柱承受压力。当桥面拱旋转至90度附近时,摇摆柱轴力会产生由压至拉的很大的变化,在设计摇摆柱基础时必须考虑最大的拉压力。

运维全过程的控制与监测技术

运行过程中的舒适度是景观人行桥必须考虑的问题。计算分析表明,潭溪山步行桥的舒适度为CL4不可接受类别。工程中,设置了10个TMD,使桥梁舒适度达到了CL1最好类别。施工完成后、TMD安装前后的人行现场实测证明了数值计算与分析的正确性。

为了确保潭溪山步行桥在运行期特别是节假日高峰运行期的安全性,对人行桥建立了运营期全寿命健康监测系统。对每根索布置了EM索力传感器,在桥面上布置了三个三向加速度仪。如果加速度值超过设定的门槛值,系统将自动向人行桥运行管理部门和负责人报警。