1. 工程概況
重慶菜園壩長江大橋地處重慶市主城區(qū)中心地帶。橋址處年平均溫度18.3℃，汛期最大流量86200m3/s，最高流速4.07m/s。大橋工程由主橋、南北引橋、菜園壩立交、蘇家壩立交、南城隧道等幾部分組成，路線全長約4000m。其中800m長的剛構(gòu)、鋼桁梁、鋼箱系桿拱組合結(jié)構(gòu)主橋是大橋工程的重要組成部分，是一座公、軌兩用的特大橋梁，主橋通行荷載為六車道公路交通和雙線軌道交通，另在橋面兩側(cè)各設(shè)有2.5m寬人行道。主線引橋為多聯(lián)多跨75m布跨的雙層預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，上層橋為連續(xù)剛構(gòu)，通行公路車輛；下層橋為連續(xù)梁，通行輕軌。
大橋主橋主要設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：
行車速度：公路車輛V=60km/h；軌道交通Vˊ=75km/h
橋面寬度：橋面凈寬B=2.5+12.25+1.0+12.25+2.5=30. 5m
軌道交通下層通行，凈寬Bˊ=8.6m
設(shè)計荷載：城市A級；跨座式單軌列車352t；人群2.4kN/m2
設(shè)計風(fēng)速：橋位區(qū)地面以上20m高度處，頻率1％的10分鐘平均風(fēng)速為26.7m/s
地震烈度：基本烈度6度，按7度設(shè)防
設(shè)計洪水頻率：1/300
設(shè)計通航凈寬: 三峽工程蓄水前不小于385m；三峽工程蓄水后不小于378m
船舶撞擊力：橫橋向采用1400kN，順橋向采用1100kN
圖1 施工中的主橋結(jié)構(gòu)
2 . 主橋結(jié)構(gòu)體系
重慶菜園壩長江大橋主橋由420m中跨和兩側(cè)對稱布置的102m+88 m邊跨組成，主橋全長為800 m。大橋結(jié)構(gòu)體系包含下列基本結(jié)構(gòu)：
圖2 大橋方案總體布置（單位：cm）
1）交界墩、邊墩及其基礎(chǔ)
P15、P16橋墩采用12×12×6m的擴(kuò)大基礎(chǔ)；P19橋墩采用4Φ2.5m樁基和12×12×4m的承臺。P20橋墩采用與墩身尺寸對應(yīng)的4.1m×4m實體樁基礎(chǔ)。
P15、P20墩身用4.1×4m等截面空心薄壁結(jié)構(gòu)，P16、P19墩身用4×4.3m的等截面空心薄壁結(jié)構(gòu)。
邊墩（P16、P19）主要功能，滿足支撐主桁梁的同時，墩頂設(shè)置有9根PESH7-91豎向拉桿索，與剛構(gòu)形成超靜定結(jié)構(gòu)，并能通過系桿索和豎向拉桿索調(diào)節(jié)剛構(gòu)及主墩內(nèi)力。
2）預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)
P17主墩基礎(chǔ)由9根直徑3m的挖孔樁及17×17×5m的承臺組成，P18主墩采用17×17×6m的擴(kuò)大基礎(chǔ)形式，墩身采用變截面空心薄壁結(jié)構(gòu)。
Y型剛構(gòu)由前后懸臂、主橫梁、前后次橫梁、前后主橫梁及系桿索錨固件等組成。
剛構(gòu)前懸臂為10×6～5.2×3.6m的變截面空心薄壁結(jié)構(gòu)，從前懸臂頂沿中心向下15m長為實心構(gòu)造。在離墩中心50m處設(shè)置了系桿索錨固鍵及一道前次橫梁，橫梁根部設(shè)置了桁梁支點吊索。在離墩中心32.91m處設(shè)置一道前主橫梁。主橫梁設(shè)置在兩墩頂部，連接主墩及兩側(cè)剛構(gòu)，結(jié)構(gòu)造型為六邊形寶石結(jié)構(gòu)，高為6m，底寬3.5m，頂寬7.6m。
剛構(gòu)后懸臂為10×6～4×3.6m的變截面空心薄壁結(jié)構(gòu)，從后懸臂頂沿中心向下10m長為實心構(gòu)造。在離主墩中心102m處設(shè)置了3.0×1.5m后次橫梁。在離墩中心68.07m處設(shè)置一道后主橫梁，截面為3.6×3.3m。在邊墩墩頂實心部設(shè)置了系桿索錨固結(jié)構(gòu)和豎向拉桿索。
3) 鋼桁梁
主橋鋼桁梁采用桁架和正交異性橋面板組合體系。800m的連續(xù)鋼桁梁在大跨拱內(nèi)以吊桿索作彈性支承、在拱與梁的交接處以多束支點吊索通過托梁為支點、在邊墩及交界墩下弦節(jié)點設(shè)支座。除設(shè)在邊墩橫梁上的4個縱向阻尼限位器之外，鋼桁梁在縱向與剛構(gòu)和拱結(jié)構(gòu)主體沒有連接。主梁僅有的兩個縱向伸縮縫分別設(shè)在梁端的主、引橋相接處。
鋼桁梁采用正交異性橋面板與桁架的組合結(jié)構(gòu)，并采用整體節(jié)點和整體節(jié)段設(shè)計，把鋼桁梁的桿件、節(jié)點、正交異性橋面板塊在廠內(nèi)拼裝成整體節(jié)段，作為基本單元運至工地進(jìn)行吊裝拼接?？傞L800m的鋼桁梁分為51個節(jié)段單元，其中標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長為16m, 寬39.8m,高11.20m，重240t。最重節(jié)段寬43m，重約360 t。
圖3 鋼桁梁橫斷面圖
4) 主拱結(jié)構(gòu)
本橋主拱結(jié)構(gòu)為提籃式鋼箱拱，跨度320m，矢高約56.44m，主拱肋內(nèi)傾角為10.67°。拱肋箱型截面尺寸為2.4m× 4.0m，板厚在24～40 mm之間變化。兩片拱肋通過6道鋼箱橫撐連為一體。上下游拱肋沿著橋軸立面內(nèi)水平線，分為23個節(jié)段。其中包括：起拱段、標(biāo)準(zhǔn)段（分有橫撐及無橫撐兩類）、合攏段。單榀吊裝施工，單肋最重節(jié)段為92t。
5) 吊桿索及支點吊索
大橋沿橋軸水平向吊點標(biāo)準(zhǔn)中心距為16m。橫橋向梁段內(nèi)沿橋面系主橫梁腹板橫向設(shè)錨點，采用雙側(cè)雙吊桿索。吊桿索采用HDPE護(hù)套平行鋼絲索，上端為冷鑄錨頭，直接錨在拱箱內(nèi)橫隔板上，下端橋面錨點為穿銷鉸。
除了拱上吊桿索，拱與梁交接處的托梁吊索是本橋承力最大的吊索組。2 × 6 – 187的吊索將數(shù)千噸的恒載、活載傳到剛構(gòu)前次橫梁根部。為了使鋼梁的縱向位移不引起過大的索內(nèi)局部應(yīng)力，索上端冷鑄錨頭設(shè)有轉(zhuǎn)動球鉸。
6) 系桿索
菜園壩長江大橋系桿索分為中跨系桿索和剛構(gòu)系桿索兩組。系桿索由高強(qiáng)度低松弛鍍鋅預(yù)應(yīng)力鋼絞線制成， 外包HDPE保護(hù)層。中跨系桿共8根，單側(cè)4根，設(shè)在橋面之下，穿過橋面系橫梁，錨固在兩側(cè)剛構(gòu)前端部的剪力鍵內(nèi)。剛構(gòu)系桿索共有14根，單側(cè)7根。
7）大型纜索吊機(jī)
本工程纜索吊機(jī)是實現(xiàn)鋼梁整體節(jié)段安裝及中跨鋼箱拱和鋼桁梁施工的關(guān)鍵設(shè)施，其跨度為420m，最大凈吊重280t，最大矢跨比1/13，最大起升高度150m。主索分2組，中心距34m，每組主索由12φ60鋼絲繩組成，上下游主索各設(shè)兩臺起重小車。
圖8 纜索吊機(jī)總體布置
圖7 鋼桁梁整體節(jié)段吊裝 圖6 鋼箱拱節(jié)段吊裝
3． 主要技術(shù)特點及創(chuàng)新
1) 首創(chuàng)剛構(gòu)、鋼桁梁、系桿拱組合結(jié)構(gòu)體系
大橋主體是由三個子結(jié)構(gòu)組成，即一對預(yù)應(yīng)力混凝土Y型剛構(gòu)邊跨和一個320m的鋼箱提籃拱中跨組成的組合結(jié)構(gòu)。三個相對分離的子結(jié)構(gòu)通過中跨系桿和邊跨系桿連接成主跨420m的系桿拱橋。
2) 空間的Y型剛構(gòu)體系
對于橋面下的拱部分，取消了主梁下的支撐立柱，并將Y構(gòu)懸臂直線化，其受力特性已從拱的特性轉(zhuǎn)化為梁的特性，桿件受力從受壓為主變?yōu)槭軓潪橹?，采用了預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)；特別是為了實現(xiàn)空間的提籃拱結(jié)構(gòu)，Y型剛構(gòu)也設(shè)計成了前后懸臂端在平面上內(nèi)收的、懸臂斷面扭轉(zhuǎn)的空間結(jié)構(gòu)。
3）主動控制體系設(shè)計
菜園壩長江大橋首次采用了大型結(jié)構(gòu)主動控制體系，即中跨系桿與邊跨系桿分開設(shè)置，獨立錨固，通過設(shè)置在Y構(gòu)前懸臂前端的系桿錨固鍵連為一體，Y構(gòu)后懸臂與邊墩通過豎向拉桿索連接。三套相對獨立的拉索體系可在實施過程及成橋后對大橋主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力與線形的調(diào)整與控制。
4) 大節(jié)段整體鋼桁梁的設(shè)計
菜園壩長江大橋在國內(nèi)首次采用正交異性板鋼桁梁整體節(jié)段安裝技術(shù)，實現(xiàn)了鋼桁梁整體節(jié)段設(shè)計、制造、運輸和吊裝綜合技術(shù)的突破，提高了工地鋼梁安裝速度，更好地保證了結(jié)構(gòu)質(zhì)量。
5) 鋼絞線系桿索的應(yīng)用
從系桿的可實施性、可操作性、可更換性考慮，采用了鋼絞線系桿索，實現(xiàn)了大橋重要結(jié)構(gòu)的可視、可檢、可調(diào)、可換，以確保大橋的耐久性。
6) 大型纜索吊機(jī)
菜園壩長江大橋采用大型纜索吊機(jī)施工技術(shù)，吊機(jī)跨度420m、塔架高152m、凈吊重280t、纜索承受集中荷載達(dá)420t，吊重盲區(qū)為35m，纜索塔架鉸接于扣索塔架頂。
7) 單榀拱肋安裝
首次采用斜拉扣掛法進(jìn)行鋼箱提籃拱單榀節(jié)段安裝，克服了起拱節(jié)段準(zhǔn)確定位、拱肋節(jié)段空間對接等技術(shù)難題，實現(xiàn)了空間拱肋的三維坐標(biāo)控制，豐富了提籃拱橋的施工方法，解決了特殊條件下雙榀安裝受預(yù)拼場地限制、運輸受通航條件限制的難題。
8）主拱拱肋鋼混接頭大比例模型試驗研究、前次橫梁接頭大比例模型試驗研究、主梁下弦-軌道橫梁整體節(jié)點疲勞試驗研究、主橋關(guān)鍵施工階段及成橋氣動特性試驗研究、公軌兩用鋼混組合剛構(gòu)-系桿拱施工控制研究、鋼橋面鋪裝試驗研究等科研項目的開展為大橋建設(shè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。
9）建立橋梁運行狀態(tài)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)，以使現(xiàn)代化的橋梁擁有信息化的安全保障體系，從而能夠及時、準(zhǔn)確地對橋梁運行狀態(tài)下出現(xiàn)的異?；蚬收线M(jìn)行診斷判定，確保菜園壩長江大橋的運行安全。
4 有關(guān)資料
橋名：重慶菜園壩長江大橋
橋型：剛構(gòu)、鋼桁梁、系桿拱組合結(jié)構(gòu)
跨徑：88+102+420+102+88m
設(shè)計單位：重慶交通科研設(shè)計院/林同棪國際公司
施工單位：中鐵大橋局集團(tuán)
建設(shè)業(yè)主：重慶市城市建設(shè)投資公司
混凝土用量(主橋): 53000m3
鋼材用量(主橋)： 25900 t
造價（全橋建安費）：9.5億元
建成日期：2007年10月
