1. 工程概况
重庆菜园坝长江大桥地处重庆市主城区中心地带。桥址处年平均温度18.3℃，汛期最大流量86200m3/s，最高流速4.07m/s。大桥工程由主桥、南北引桥、菜园坝立交、苏家坝立交、南城隧道等几部分组成，路线全长约4000m。其中800m长的刚构、钢桁梁、钢箱系杆拱组合结构主桥是大桥工程的重要组成部分，是一座公、轨两用的特大桥梁，主桥通行荷载为六车道公路交通和双线轨道交通，另在桥面两侧各设有2.5m宽人行道。主线引桥为多联多跨75m布跨的双层预应力混凝土桥梁，上层桥为连续刚构，通行公路车辆；下层桥为连续梁，通行轻轨。
大桥主桥主要设计技术标准：
行车速度：公路车辆V=60km/h；轨道交通Vˊ=75km/h
桥面宽度：桥面净宽B=2.5+12.25+1.0+12.25+2.5=30. 5m
轨道交通下层通行，净宽Bˊ=8.6m
设计荷载：城市A级；跨座式单轨列车352t；人群2.4kN/m2
设计风速：桥位区地面以上20m高度处，频率1％的10分钟平均风速为26.7m/s
地震烈度：基本烈度6度，按7度设防
设计洪水频率：1/300
设计通航净宽: 三峡工程蓄水前不小于385m；三峡工程蓄水后不小于378m
船舶撞击力：横桥向采用1400kN，顺桥向采用1100kN
图1 施工中的主桥结构
2 . 主桥结构体系
重庆菜园坝长江大桥主桥由420m中跨和两侧对称布置的102m+88 m边跨组成，主桥全长为800 m。大桥结构体系包含下列基本结构：
图2 大桥方案总体布置（单位：cm）
1）交界墩、边墩及其基础
P15、P16桥墩采用12×12×6m的扩大基础；P19桥墩采用4Φ2.5m桩基和12×12×4m的承台。P20桥墩采用与墩身尺寸对应的4.1m×4m实体桩基础。
P15、P20墩身用4.1×4m等截面空心薄壁结构，P16、P19墩身用4×4.3m的等截面空心薄壁结构。
边墩（P16、P19）主要功能，满足支撑主桁梁的同时，墩顶设置有9根PESH7-91竖向拉杆索，与刚构形成超静定结构，并能通过系杆索和竖向拉杆索调节刚构及主墩内力。
2）预应力混凝土刚构
P17主墩基础由9根直径3m的挖孔桩及17×17×5m的承台组成，P18主墩采用17×17×6m的扩大基础形式，墩身采用变截面空心薄壁结构。
Y型刚构由前后悬臂、主横梁、前后次横梁、前后主横梁及系杆索锚固件等组成。
刚构前悬臂为10×6～5.2×3.6m的变截面空心薄壁结构，从前悬臂顶沿中心向下15m长为实心构造。在离墩中心50m处设置了系杆索锚固键及一道前次横梁，横梁根部设置了桁梁支点吊索。在离墩中心32.91m处设置一道前主横梁。主横梁设置在两墩顶部，连接主墩及两侧刚构，结构造型为六边形宝石结构，高为6m，底宽3.5m，顶宽7.6m。
刚构后悬臂为10×6～4×3.6m的变截面空心薄壁结构，从后悬臂顶沿中心向下10m长为实心构造。在离主墩中心102m处设置了3.0×1.5m后次横梁。在离墩中心68.07m处设置一道后主横梁，截面为3.6×3.3m。在边墩墩顶实心部设置了系杆索锚固结构和竖向拉杆索。
3) 钢桁梁
主桥钢桁梁采用桁架和正交异性桥面板组合体系。800m的连续钢桁梁在大跨拱内以吊杆索作弹性支承、在拱与梁的交接处以多束支点吊索通过托梁为支点、在边墩及交界墩下弦节点设支座。除设在边墩横梁上的4个纵向阻尼限位器之外，钢桁梁在纵向与刚构和拱结构主体没有连接。主梁仅有的两个纵向伸缩缝分别设在梁端的主、引桥相接处。
钢桁梁采用正交异性桥面板与桁架的组合结构，并采用整体节点和整体节段设计，把钢桁梁的杆件、节点、正交异性桥面板块在厂内拼装成整体节段，作为基本单元运至工地进行吊装拼接。总长800m的钢桁梁分为51个节段单元，其中标准节段长为16m, 宽39.8m,高11.20m，重240t。最重节段宽43m，重约360 t。
图3 钢桁梁横断面图
4) 主拱结构
本桥主拱结构为提篮式钢箱拱，跨度320m，矢高约56.44m，主拱肋内倾角为10.67°。拱肋箱型截面尺寸为2.4m× 4.0m，板厚在24～40 mm之间变化。两片拱肋通过6道钢箱横撑连为一体。上下游拱肋沿着桥轴立面内水平线，分为23个节段。其中包括：起拱段、标准段（分有横撑及无横撑两类）、合拢段。单榀吊装施工，单肋最重节段为92t。
5) 吊杆索及支点吊索
大桥沿桥轴水平向吊点标准中心距为16m。横桥向梁段内沿桥面系主横梁腹板横向设锚点，采用双侧双吊杆索。吊杆索采用HDPE护套平行钢丝索，上端为冷铸锚头，直接锚在拱箱内横隔板上，下端桥面锚点为穿销铰。
除了拱上吊杆索，拱与梁交接处的托梁吊索是本桥承力最大的吊索组。2 × 6 – 187的吊索将数千吨的恒载、活载传到刚构前次横梁根部。为了使钢梁的纵向位移不引起过大的索内局部应力，索上端冷铸锚头设有转动球铰。
6) 系杆索
菜园坝长江大桥系杆索分为中跨系杆索和刚构系杆索两组。系杆索由高强度低松弛镀锌预应力钢绞线制成， 外包HDPE保护层。中跨系杆共8根，单侧4根，设在桥面之下，穿过桥面系横梁，锚固在两侧刚构前端部的剪力键内。刚构系杆索共有14根，单侧7根。
7）大型缆索吊机
本工程缆索吊机是实现钢梁整体节段安装及中跨钢箱拱和钢桁梁施工的关键设施，其跨度为420m，最大净吊重280t，最大矢跨比1/13，最大起升高度150m。主索分2组，中心距34m，每组主索由12φ60钢丝绳组成，上下游主索各设两台起重小车。
图8 缆索吊机总体布置
图7 钢桁梁整体节段吊装 图6 钢箱拱节段吊装
3． 主要技术特点及创新
1) 首创刚构、钢桁梁、系杆拱组合结构体系
大桥主体是由三个子结构组成，即一对预应力混凝土Y型刚构边跨和一个320m的钢箱提篮拱中跨组成的组合结构。三个相对分离的子结构通过中跨系杆和边跨系杆连接成主跨420m的系杆拱桥。
2) 空间的Y型刚构体系
对于桥面下的拱部分，取消了主梁下的支撑立柱，并将Y构悬臂直线化，其受力特性已从拱的特性转化为梁的特性，杆件受力从受压为主变为受弯为主，采用了预应力结构；特别是为了实现空间的提篮拱结构，Y型刚构也设计成了前后悬臂端在平面上内收的、悬臂断面扭转的空间结构。
3）主动控制体系设计
菜园坝长江大桥首次采用了大型结构主动控制体系，即中跨系杆与边跨系杆分开设置，独立锚固，通过设置在Y构前悬臂前端的系杆锚固键连为一体，Y构后悬臂与边墩通过竖向拉杆索连接。三套相对独立的拉索体系可在实施过程及成桥后对大桥主体结构进行内力与线形的调整与控制。
4) 大节段整体钢桁梁的设计
菜园坝长江大桥在国内首次采用正交异性板钢桁梁整体节段安装技术，实现了钢桁梁整体节段设计、制造、运输和吊装综合技术的突破，提高了工地钢梁安装速度，更好地保证了结构质量。
5) 钢绞线系杆索的应用
从系杆的可实施性、可操作性、可更换性考虑，采用了钢绞线系杆索，实现了大桥重要结构的可视、可检、可调、可换，以确保大桥的耐久性。
6) 大型缆索吊机
菜园坝长江大桥采用大型缆索吊机施工技术，吊机跨度420m、塔架高152m、净吊重280t、缆索承受集中荷载达420t，吊重盲区为35m，缆索塔架铰接于扣索塔架顶。
7) 单榀拱肋安装
首次采用斜拉扣挂法进行钢箱提篮拱单榀节段安装，克服了起拱节段准确定位、拱肋节段空间对接等技术难题，实现了空间拱肋的三维坐标控制，丰富了提篮拱桥的施工方法，解决了特殊条件下双榀安装受预拼场地限制、运输受通航条件限制的难题。
8）主拱拱肋钢混接头大比例模型试验研究、前次横梁接头大比例模型试验研究、主梁下弦-轨道横梁整体节点疲劳试验研究、主桥关键施工阶段及成桥气动特性试验研究、公轨两用钢混组合刚构-系杆拱施工控制研究、钢桥面铺装试验研究等科研项目的开展为大桥建设提供了强有力的技术支撑。
9）建立桥梁运行状态监测与诊断系统，以使现代化的桥梁拥有信息化的安全保障体系，从而能够及时、准确地对桥梁运行状态下出现的异常或故障进行诊断判定，确保菜园坝长江大桥的运行安全。
4 有关资料
桥名：重庆菜园坝长江大桥
桥型：刚构、钢桁梁、系杆拱组合结构
跨径：88+102+420+102+88m
设计单位：重庆交通科研设计院/林同棪国际公司
施工单位：中铁大桥局集团
建设业主：重庆市城市建设投资公司
混凝土用量(主桥): 53000m3
钢材用量(主桥)： 25900 t
造价（全桥建安费）：9.5亿元
建成日期：2007年10月
