重庆蔡家嘉陵江大桥主桥设计探讨

陈玮，王兴达，张茜

（招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆400067）

1 工程概述

重庆市蔡家嘉陵江大桥工程北接北碚区蔡家组团，南接北部新区礼嘉组团，大桥桥址位于渝武高速马鞍石大桥上游1 600 m、轨道6 号线嘉陵江大桥下游1 000 m 处。本项目是主干路系统的关键节点之一，南接礼嘉片区礼白路，跨过嘉陵江，北接蔡家片区代家院子立交，全长约3 420 m，城市主干道设计车速为60 km/h，双向8 车道，标准路幅宽为37.5 m 和42 m。全线含特大桥1 座（蔡家嘉陵江大桥）、互通式立交2 座（金山寺立交、小湾立交）。

2 主要控制条件

北岸冲沟和山体地形对本项目线路布线影响较大，南岸地形对线路影响相对较小。桥位位于弯道中，与上游的蔡家轨道桥间距1 100 m，与下游马鞍石大桥间距1 700 m，均不能满足GB 50139—2014《内河通航标准》[1]关于桥梁选址与弯道、相邻过河建筑物的距离要求。因此，如在此建桥，需要加大通航孔跨度或采取一跨通航水域的桥型方案。Ⅲ级航道通航净高要求为10 m。根据实测流速及模型试验，桥区相对横向流速大于0.8 m/s，大桥应一跨通航水域。从现状条件、航道变迁与调整、航运发展需求等方面综合论证得出，桥位处通航水域宽度为260 m。

3 桥型可行方案选择

3.1 主桥特点分析

3.1.1 桥高

斜拉桥下塔柱高度达110 m，上塔柱高度接近100 m，下塔柱高度大于上塔柱，索塔选型时需考虑整体美观且与周边协调。

3.1.2 桥宽

双向8 车道，桥面宽度较大，桥梁主梁宽度达37.5 m，含风嘴宽度达39.3 m，属超宽斜拉桥，主梁设计需考虑施工及运营阶段不发生开裂；桥梁耐久性要求高，需有完善的耐久性措施。

3.2 桥型可行方案分析

就本桥主跨320 m 跨径而言，斜拉桥、钢桁连续梁桥、拱桥及连续刚构混合梁桥具有较好的适应性；而其他桥型，诸如悬索桥等桥型因为结构特点或造价原因均不适宜。斜拉桥由高大苍劲的主塔、纤细柔美的主梁、富有韵律的拉索组成，其跨越能力大、结构力线简洁清晰、整体均衡、布局和谐、景观优美，可重点考虑斜拉桥方案。

针对上述特点，大跨钢桁连续梁方案、中承式拱桥及连续刚构混合梁桥对本桥位地形也有较好的适应性。

3.2.1 连续钢桁梁桥方案构思

桥面离河床110 m，约为跨径的1/3，通航净空超过70 m，有条件设置上承式钢桁连续梁，可大大降低主墩高度，且与地形融合较好。重庆市跨江桥梁尚无此类桥型，可创造出新的桥型景观。由于南岸边跨伸入缓和曲线，边跨不宜取大，边墩可设拉压支座，这不仅能减小主桥规模，还能更好地适应线形。

当前，世界上类似的桥梁多采用此办法，即主桥跨径为320 m、边跨为140 m。对于该桥梁来说，其结构安全可靠，且对曲线段边跨适应性较强，但考虑到该桥型造价较高、后期养护费用较高的因素，不推荐该桥型。

3.2.2 拱桥方案构思

方案采用90 m+320 m+90 m 中承式钢箱系杆拱桥，主跨320 m 按照通航及泄洪确定，边跨的选取则是尽量避开南岸曲线段，采用90 m 边跨。桥型方案主体突出、外形轮廓柔和、与周边环境基本融合协调，且属成熟桥型，有跨径76 m+360 m+76 m 的广州丫髻沙大桥可供借鉴。

但值得注意的是，该桥型施工难度大、施工风险大、造价高、景观协调性一般，且该桥型边跨较小，通航能力较弱。

3.2.3 连续刚构混合梁桥构思

桥面离河床110 m，约为跨径的1/3，通航净空超过70 m，有条件设置连续刚构混合梁桥，重庆市石板坡长江大桥复线桥采用此桥型，可以借鉴。该桥梁结构安全可靠，且对曲线段边跨适应性较强，但主桥跨中100 m 长钢箱梁需采用浮吊拼装施工，考虑到嘉陵江河道弯道半径小，钢箱梁浮运存在不确定因素多，施工难度及风险较大。

另外，由于钢箱浮运及吊装过程中对江面航运交通影响较大，故而必须协调航运部门及海事管理部门，并得到相关部门审批。可预见的是，若采用该施工方式，则本项目协调工作量大、工程造价较高、景观欠佳。

3.2.4 单塔斜拉桥方案构思

采用单塔斜拉桥，将主塔设在北岸，主跨320 m 跨越嘉陵江，边跨160 m+95 m 设置于北岸，全桥位于直线上。单塔设置还可改善桥面上、下塔的高度比例关系，并成为嘉陵江上最高桥塔，具有一定的标志性。但是，325 m 主跨单塔斜拉桥施工风险相对较大，风险相当于640 m 跨径的双塔斜拉桥，且造价相对较高，因此不推荐该桥型。

3.2.5 双塔斜拉桥方案构思

主跨320 m 双塔斜拉桥跨越嘉陵江，左右边跨各为140 m。大桥南岸位于半径为430 m 的曲线上，考虑通航后双塔斜拉桥左边跨布置落在缓和曲线段上，目前国内外已有很多曲线斜拉桥的成功先例。相对于主跨320 m 的单塔斜拉桥，双塔斜拉桥施工安全性更高，造价相对较低，景观上均衡、稳定，因此，140 m+320 m+140 m 双塔斜拉桥为本阶段推荐方案。

通过上述比较可以看出，斜拉桥、钢混凝土组合梁桥及拱桥均适宜本项目。经研究决定，本项目推荐采用双塔斜拉桥方案。

4 蔡家嘉陵江大桥主桥设计

4.1 总体布置

桥梁全长1 411 m，主桥采用双塔双索面等高塔斜拉桥，桥跨布置为140 m+320 m+140 m=600 m；主桥南侧边跨80.785 m 范围内处于道路平面缓和曲线段，过渡墩处偏心距离为2.272 m。桥台为重力式桥台，长8.0 m。

4.2 支承体系

主梁支承体系的选择需结合动力特性、静力特性、施工以及经济性等因素综合考虑，采用刚构体系即过渡墩处设置竖向支承，塔梁墩固结。

刚构体系塔梁结合部施工不需体系转换，仅过渡墩设置竖向支承即可，主塔对结构整体刚度贡献大，结构自身动力特性好、经济性较好，尽管主跨跨长320 m，但由于墩高大、刚度适中，混凝土收缩及降温引起的应力小，不作为设计的考虑因素。

综上，本桥主梁采用的支承体系为：桥塔处采用塔梁固结体系，边墩均设置竖向支座。

4.3 主梁构造

主梁采用分离式混凝土的断面布置形式，相关结构及数据为：

1）主梁为预应力混凝土结构，梁高3.3 m，全宽39.3 m，顶面宽37.5 m。

2）主梁顶板厚0.2 m，底板0.4 cm，直腹板厚0.4～1 m，斜腹板厚0.3 m。

3）全桥标准段横梁厚0.35 m，端横梁厚3.3 m。

4）主梁采用纵向预应力布置，横梁配置横向预应力，其中，纵向钢束由顶板钢束、底板钢束组成。

5）主梁采用C55 混凝土。断面如图1 所示。前，国内外大跨径斜拉桥斜拉索的塔端锚固方式主要有钢锚箱、钢锚梁、环向预应力3 种，初步设计结合本桥索塔的锚固条件后，可对钢锚箱以及环向预应力2 种塔端锚固方式进行比较，以更好地从中选择出更合适的方案。

图1 蔡家嘉陵江大桥主桥横断面布置图（单位：cm）

斜拉桥的索塔锚固区作为承受索及梁荷载的主要部位，由于斜拉索索力较大、锚固点相对集中，致使塔柱的索、梁锚固区有应力集中且应力分布很复杂的难点。为确保锚固区域具有足够的水平向承载能力和抗裂安全度，根据桥塔的设计情况，每束斜拉索锚固区域环向预应力推荐采用U 形布置，采用15 根φs15.2 mm 高强度低松弛（Ⅱ级松弛）7 股型钢绞线，预应力采用U 形布置，环向预应力曲线半径为1.4 m。

4.4 斜拉索

近似平行索面，塔上标准间距2.0 m，主梁上标准间距6.3 m。斜拉索采用成品平行钢丝拉索。两塔各设24 对索，全桥设48 对索。

4.5 主塔形式

主塔为钢筋混凝土结构，分别由下、上塔柱及中横梁组成：（1）塔高（从承台顶面算起）为214.5 m，承台顶高程169.4 m；（2）桥面以下高约110 m，横桥向宽41.75 m，塔柱横桥向顶宽4.5 m，底部宽8.5 m，顺桥向顶宽6.0 m，底宽10.0 m，采用单箱单室截面；（3）横梁中部高5.0 m，为单箱单室截面；（4）塔柱根部局部范围内横桥向连城整体，以抵抗船舶撞击。塔柱采用C50 级混凝土。

主墩采用分离式基础，单个承台横桥向宽17.5 m，顺桥向宽21 m，承台高6.0 m，主墩设12 根直径为2.5 m 的桩基，每个主塔共24 根桩基。

对于斜拉桥索塔锚固区构造来说，其不仅应保证由桥梁恒载、活载作用产生的拉索索力传递和承力的合理性，还应满足施工的要求，同时需考虑方便养护和拉索的后期更换。目

5 结语

曲线斜拉桥作为斜拉桥的重要分支之一，现阶段主要被应用于对线型要求（例如，两端接线走向必须位于曲线之上、兼顾景观需求等）较高的桥梁。鉴于蔡家嘉陵江大桥周围环境较复杂且工程要求较高，选用桥墩较高主梁较宽的曲线斜拉桥是较适宜方案。在保证桥梁稳定性的同时，还具有美观性，可作为曲线斜拉桥工程的参考案例。