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、鋼桁梁、鋼箱系桿拱組合結構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，另在橋面兩側各設有2.5m寬人行道。主線引橋為多聯(lián)多跨75m布跨的雙層預應力混凝土橋梁，上層橋為連續(xù)剛構，通行公路車輛；下層橋為連續(xù)梁，通行輕軌。
大橋主橋主要設計技術標準：
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
設計荷載：城市A級；跨座式單軌列車352t；人群2.4kN/m2
設計風速：橋位區(qū)地面以上20m高度處，頻率1％的10分鐘平均風速為26.7m/s
地震烈度：基本烈度6度，按7度設防
設計洪水頻率：1/300
設計通航凈寬: 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 施工中的主橋結構
2 . 主橋結構體系
重慶菜園壩長江大橋主橋由420m中跨和兩側對稱布置的102m+88 m邊跨組成，主橋全長為800 m。大橋結構體系包含下列基本結構：
圖2 大橋方案總體布置（單位：cm）
1）交界墩、邊墩及其基礎
P15、P16橋墩采用12×12×6m的擴大基礎；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的4.1m×4m實體樁基礎。
P15、P20墩身用4.1×4m等截面空心薄壁結構，P16、P19墩身用4×4.3m的等截面空心薄壁結構。
邊墩（P16、P19）主要功能，滿足支撐主桁梁的同時，墩頂設置有9根PESH7-91豎向拉桿索，與剛構形成超靜定結構，并能通過系桿索和豎向拉桿索調節(jié)剛構及主墩內力。
2）預應力混凝土剛構
P17主墩基礎由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的擴大基礎形式，墩身采用變截面空心薄壁結構。
Y型剛構由前后懸臂、主橫梁、前后次橫梁、前后主橫梁及系桿索錨固件等組成。
剛構前懸臂為10×6～5.2×3.6m的變截面空心薄壁結構，從前懸臂頂沿中心向下15m長為實心構造。在離墩中心50m處設置了系桿索錨固鍵及一道前次橫梁，橫梁根部設置了桁梁支點吊索。在離墩中心32.91m處設置一道前主橫梁。主橫梁設置在兩墩頂部，連接主墩及兩側剛構，結構造型為六邊形寶石結構，高為6m，底寬3.5m，頂寬7.6m。
剛構后懸臂為10×6～4×3.6m的變截面空心薄壁結構，從后懸臂頂沿中心向下10m長為實心構造。在離主墩中心102m處設置了3.0×1.5m后次橫梁。在離墩中心68.07m處設置一道后主橫梁，截面為3.6×3.3m。在邊墩墩頂實心部設置了系桿索錨固結構和豎向拉桿索。
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)點設支座。除設在邊墩橫梁上的4個縱向阻尼限位器之外，鋼桁梁在縱向與剛構和拱結構主體沒有連接。主梁僅有的兩個縱向伸縮縫分別設在梁端的主、引橋相接處。
鋼桁梁采用正交異性橋面板與桁架的組合結構，并采用整體節(jié)點和整體節(jié)段設計，把鋼桁梁的桿件、節(jié)點、正交異性橋面板塊在廠內拼裝成整體節(jié)段，作為基本單元運至工地進行吊裝拼接?？傞L800m的鋼桁梁分為51個節(jié)段單元，其中標準節(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) 主拱結構
本橋主拱結構為提籃式鋼箱拱，跨度320m，矢高約56.44m，主拱肋內傾角為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水平線，分為23個節(jié)段。其中包括：起拱段、標準段（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準中心距為16m。橫橋向梁段內沿橋面系主橫梁腹板橫向設錨點，采用雙側雙吊桿索。吊桿索采用HDPE護套平行鋼絲索，上端為冷鑄錨頭，直接錨在拱箱內橫隔板上，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、活載傳到剛構前次橫梁根部。為了使鋼梁的縱向位移不引起過大的索內局部應力，索上端冷鑄錨頭設有轉動球鉸。
6) 系桿索
菜園壩長江大橋系桿索分為中跨系桿索和剛構系桿索兩組。系桿索由高強度低松弛鍍鋅預應力鋼絞線制成， 外包HDPE保護層。中跨系桿共8根，單側4根，設在橋面之下，穿過橋面系橫梁，錨固在兩側剛構前端部的剪力鍵內。剛構系桿索共有14根，單側7根。
7）大型纜索吊機
本工程纜索吊機是實現(xiàn)鋼梁整體節(jié)段安裝及中跨鋼箱拱和鋼桁梁施工的關鍵設施，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，上下游主索各設兩臺起重小車。
圖8 纜索吊機總體布置
圖7 鋼桁梁整體節(jié)段吊裝 圖6 鋼箱拱節(jié)段吊裝
3． 主要技術特點及創(chuàng)新
1) 首創(chuàng)剛構、鋼桁梁、系桿拱組合結構體系
大橋主體是由三個子結構組成，即一對預應力混凝土Y型剛構邊跨和一個320m的鋼箱提籃拱中跨組成的組合結構。三個相對分離的子結構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構懸臂直線化，其受力特性已從拱的特性轉化為梁的特性，桿件受力從受壓為主變?yōu)槭軓潪橹?，采用了預應力結構；特別是為了實現(xiàn)空間的提籃拱結構，Y型剛構也設計成了前后懸臂端在平面上內收的、懸臂斷面扭轉的空間結構。
3）主動控制體系設計
菜園壩長江大橋首次采用了大型結構主動控制體系，即中跨系桿與邊跨系桿分開設置，獨立錨固，通過設置在Y構前懸臂前端的系桿錨固鍵連為一體，Y構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構進行內力與線形的調整與控制。
4) 大節(jié)段整體鋼桁梁的設計
菜園壩長江大橋在國內首次采用正交異性板鋼桁梁整體節(jié)段安裝技術，實現(xiàn)了鋼桁梁整體節(jié)段設計、制造、運輸和吊裝綜合技術的突破，提高了工地鋼梁安裝速度，更好地保證了結構質量。
5) 鋼絞線系桿索的應用
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)了大橋重要結構的可視、可檢、可調、可換，以確保大橋的耐久性。
6) 大型纜索吊機
菜園壩長江大橋采用大型纜索吊機施工技術，吊機跨度420m、塔架高152m、凈吊重280t、纜索承受集中荷載達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行鋼箱提籃拱單榀節(jié)段安裝，克服了起拱節(jié)段準確定位、拱肋節(jié)段空間對接等技術難題，實現(xiàn)了空間拱肋的三維坐標控制，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-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提供了強有力的技術支撐。
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、準確地對橋梁運行狀態(tài)下出現(xiàn)的異?；蚬收线M行診斷判定，確保菜園壩長江大橋的運行安全。
4 有關資料
橋名：重慶菜園壩長江大橋
橋型：剛構、鋼桁梁、系桿拱組合結構
跨徑：88+102+420+102+88m
設計單位：重慶交通科研設計院/林同棪國際公司
施工單位：中鐵大橋局集團
建設業(yè)主：重慶市城市建設投資公司
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
