梁拱结合飞耀桥都——重庆礼嘉嘉陵江大桥设计创新实践|嘉陵江|桥型|桥墩|梁拱|梁桥

重庆礼嘉嘉陵江大桥距朝天门两江交汇处上游约26.8公里，大桥全长785m，主跨245m，双向8车道，采用双幅桥布置，每幅桥标准宽18m，设计时速80km/h。

该桥位于马鞍石嘉陵江大桥和沪蓉铁路井口嘉陵江大桥之间，是重庆“七纵八横”快速路网中二横线的控制性节点工程，连接两江新区和沙坪坝区，是连通沙滨路、井口与两江新区大竹林、礼嘉等区域的重要交通要道。根据城市总体规划，轨道交通15号线与礼嘉嘉陵江大桥同走廊过江（见图1）。

图1 桥位平面布置图

礼嘉嘉陵江大桥的建设将对完善重庆主城北部快速路网结构，分流和缓解高家花园大桥、双碑大桥的交通压力；有效带动重庆主城向西发展，带动周边区域城市发展具有重要意义。

设计理念

城市跨江特大桥常以功能为主导，桥型方案在立足于总体线位基础上，以实现结构受力合理、效率最优为前提，提出安全、经济、合理、美观的桥型布置形式。

重庆是著名的山水之城，因桥梁众多而被公认为“桥都”。为彰显“桥都”特色，让每座桥梁都成为艺术精品，对每一座跨江大桥都必须精心设计。在礼嘉嘉陵江大桥桥型方案构思中，需要跳出“就桥论桥”的固有思维格局。要充分考虑所选桥型对重庆这座典型的山水城市的区域空间环境影响；要在深刻理解和遵循城市总体规划、城市空间形态规划和区域城市设计的基础上，结合桥位周边地形地貌、嘉陵江水位高度、水面宽度、桥梁邻近的中梁山山际线，对桥梁形态、体量进行控制，保证桥梁融入环境并与之形成有机共同体；要遵循“整体系统观、环境保护观、科学发展观”和“以人为本”的总体规划理念，并贯彻城市桥梁群“整体有秩序、单体要美观”的设计思想。

在桥型选择上，需要选用结构合理、传力路径明确的结构形式，在造型上充分展示结构自身所展现出的力与美。作为重庆主城区内的特大型跨江城市桥梁，礼嘉嘉陵江大桥除需满足快速路二横线交通功能外，还应力求新颖、独特、美观，充分展现“桥都文化”的特色和底蕴，打造“桥”与“山、水、城”相互辉映的美景，更好地展现地域文化内涵和城市新形象。

桥梁方案设计

桥型方案比选

礼嘉嘉陵江大桥桥位处于不对称的U形河谷斜坡地貌，沙坪坝侧江岸地形陡峭，而礼嘉侧江岸地势相对平缓，三峡库区蓄水位条件下的江面宽度约360m。桥位地处微弯河段，航道等级为内河Ⅲ级，单孔双向通航，净空尺度160×10m；经通航和行洪论证，大桥采用245m的主跨布置。通航孔按照船舶行驶航迹线整体偏向沙坪坝侧设置。

就该桥的通航孔跨要求和地形条件而言，梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥在技术上均可实现。

（a）上承式梁拱结合刚构+变截面连续梁组合桥

（b）变截面连续刚构桥

（c）矮塔斜拉桥

（d）独塔斜拉桥

图2 适宜采用的桥型方案实景合成效果图

综合考虑地形限制、通航要求、经济性能，以及“桥都”重庆对于桥梁造型的创新性和独特性需求等因素，采用跨径布置为（140+245+190+130+80）m的预应力混凝土上承式梁拱结合刚构+变截面连续梁组合桥梁作为实施方案（见图3）。

图3 礼嘉嘉陵江大桥桥型布置

路轨共建桥梁方案构想

随着城市经济的飞速发展，城市规模的不断扩大，城市道路及轨道交通系统过江的刚性需求也日益增加；另一方面，受制于用地规划、航道布置、行洪要求、工程投资等多方面综合因素的影响，城市过江通道资源十分有限。将轨道交通和道路交通形成双层桥面共用同一个过江通道，可以充分利用稀缺的过江桥位资源，节约土地，减少工程投资。

有鉴于此，笔者在充分利用预应力混凝土上承式梁拱结合刚构桥优点的基础上提出了如下设想：将城市道路交通布置于上弦梁桥面之上，城市轨道交通布置于上弦梁箱室内，轨道交通承轨结构直接设置在水平底板上，箱室内轨道按照轨道交通隧道断面界限要求控制，满足接触线网、检修线网等设施的空间要求（见图4）。

图4 路轨两用上承式梁拱结合刚构桥方案三维内剖图

相对于常规双层钢桁梁桥存在的结构振动和噪音大，工程造价高、后期养护量大等缺点，该桥型结构具有受力合理、造价经济、养护方便、降低噪音、外形简洁美观等优点。该桥型结构还可以在功能上拓展为“道路交通+轨道交通+管线过江”的组合形式，既：将城市道路交通布置于上弦梁桥面之上，上弦梁箱室内为轨道交通系统、城市综合管廊过江系统。

由于礼嘉嘉陵江大桥在开展设计工作时，轨道交通15号线尚为远景线路，线路走向及建设时序尚不明确。综合规划和建设行政主管部门、建设单位的意见，确定快速路二横线与轨道交通15号线采用路轨分建模式，即根据轨道交通15号线工程建设计划，适时、单独在礼嘉嘉陵江大桥下游临近位置处建造轨道专用桥。

桥梁总体设计和技术创新

桥梁总体设计

礼嘉嘉陵江大桥采用上承式PC梁拱结合刚构组合桥，主要构件由主墩、梁拱三角区段上弦梁、梁拱三角区段下弦拱、梁拱汇合段、常规梁段等五部分组成。梁拱三角区段上弦梁及汇合后常规梁段主梁截面形式采用竖直腹板的单箱单室截面。该桥梁下弦拱、梁拱汇合段和常规梁段底缘曲线采用2次抛物线、梁拱三角区段上弦梁长度Ls=61.6 m，Ls/(1/2 L)=0.5，主墩墩高H=72m，梁拱三角区段根部总高度H0=31m、下弦拱高h1=4.8m、上弦梁高h2=5m、跨中梁高h3=5m、墩梁结合处高h4=6.6m（见图5）。

图5 上承式PC梁拱结合刚构的结构构成和参数示意

上弦梁、上弦梁与下弦拱的梁拱汇合段、常规梁段均按全预应力混凝土构件设计，主梁采用三向预应力体系，下弦拱按小偏心受压钢筋混凝土构件设计。正常使用极限状态最不利组合下，主梁最大主压应力为20.2Mpa，最大主拉应力为1.0Mpa；下弦拱最大主压应力为18.1Mpa，最大主拉应力为0.4Mpa，受力性能满足要求。主梁在汽车荷载作用下的主跨最大竖向挠度（正负挠度绝对值之和）的挠跨比为1/4711<1/4000；结构自重、二期恒载和汽车荷载作用下的20年收缩徐变引起的主跨跨中最大竖向挠跨比为1/6730 <1/4000。计算分析结果表明，该桥型具有很大的结构刚度和非常优异的长期挠度控制效果。

技术创新

礼嘉嘉陵江大桥所采用的上承式PC梁拱结合刚构组合桥是一种在常规变截面PC连续刚构桥、空腹式PC连续刚构桥基础上的新改进桥型。相对于常规大跨度变截面混凝土连续刚构，该桥型将根部梁高加高，去除了腹板受力低效区域，以减轻结构自重，优化结构受力。与国内已建或在建的空腹式PC连续刚构桥相比，其梁-拱三角区的镂空区域更大、梁拱结合段距主墩纵向距离与主跨跨径的比值更大，下弦拱显得更为纤细。该桥型与空腹式PC连续刚构桥在力学特征、设计和建造方法上有着显著区别。

该桥型通过对普通变截面预应力混凝土连续刚构和上承式钢筋混凝土拱桥进行结构体系上的组合，充分发挥连续刚构桥、上承式拱桥各自具有的优点，通过在结构构造、力学性能上进行设计优化，形成结构受力高效、对地基承载能力要求不高，受力特点上具有 “无推力-自平衡”的优点，以克服常规大跨度预应力混凝土连续刚构普遍存在的运营期跨中下挠和梁体开裂等质量通病，具有创新意义和推广应用价值。

在桥梁建造的绿色环保方面，在设计方案中就充分考虑了大桥施工对环境，尤其是对桥位水域环境和嘉陵江通航影响。笔者提出了该桥的梁拱结合三角区的上弦梁和下弦拱均采用临时斜拉扣挂法施工、梁拱结合三角区以外的梁段均采用挂篮节段悬浇施工的工法（见图6），属世界首次，没有成功经验可以借鉴。

图6 礼嘉大桥施工实景

该施工方法减轻了大桥建造过程对环境的影响，节约了施工费用，最大程度减小了对嘉陵江航道通航影响，极大缩短了工期。礼嘉嘉陵江大桥在建造过程中具有施工状态变化大、体系转换多、施工工艺复杂和施工控制要求高等诸多难点。该桥在梁-拱三角区上弦梁和下弦拱汇合前均为悬臂结构，上弦梁、下弦拱在架设过程中均具有自身刚度小的特点，对于施工过程中线形和应力控制精度要求很高，通过使用临时斜拉扣索，主动调整施工过程中下弦拱的受力状态，以保证混凝土不会开裂。

为解决礼嘉大桥设计和建造所面临的系列难题，针对梁拱结合刚构桥结构行为与设计、施工和智慧建造技术开展了多项科学技术研究，形成了《梁拱结合刚构桥建设关键技术研究》成套建设关键技术成果，为这种创新的桥梁结构建造提供系统、完善的技术支持。

礼嘉嘉陵江大桥的桥面排水采用在人行道外侧设置预制排水槽，巧妙地解决了常规排水管外挂在主梁外侧，对桥梁景观造成不利影响的问题，避免了采用常规排水管由于暴露在外受太阳紫外线影响，造成的损坏老化的质量通病，以及难以维护的问题。该桥桥面排水系统目的是对常规降雨、桥面日常冲洗、事故车辆泄漏冲洗的污水进行收集排水，避免将其直接排放到桥梁跨越的水域环境造成污染。当遭遇特大暴雨时，超出设计重现期径流量的部分雨水，可由预制排水槽直接溢流排至桥下，有效防止了桥面积水造成对行车安全的不利影响。

桥梁景观设计

桥梁造型

礼嘉嘉陵江大桥采用了造型平缓、形态低调、环境融入性强的上承式梁拱结合刚构桥作为推荐实施方案。通过立足整体，关注细节，删繁就简，应用简练、流畅、连续的线条来雕琢桥梁造型，实现了整体和谐，比例协调，美观雅致的效果，并有别于国内已建成桥梁，充分体现了原创性、独特性和唯一性。

在整体造型设计上，根据远山延绵、近水涟漪的环境特点，桥面平直，主跨跨中和边跨梁段底缘、梁拱结合段梁底缘线形与下弦箱拱底缘线形一致，立面呈拱形，犹如飞虹，彰显优美的曲线造型。梁拱三角区不设拱上立柱，既具有梁桥的简洁，又有拱桥的优美，形态自然过渡于山水之境，同环境相得益彰（见图7）。充分展现该桥所具有的“造型之美”“跨越之美”和“力量之美”，为“桥都”重庆增添了一种新桥型。

图7 礼嘉大桥建成实景

桥墩作为直接传递竖向荷载的主构件，该桥采用钢筋混凝土空心薄壁桥墩。为区别于千篇一律的矩形截面桥墩外形，该桥桥墩造型设计从墩柱的线条刻画着手。大桥所有桥墩截面均设计为六边形，在迎水面和背水面均设置分水尖，实现了视觉体量的削减；在桥墩顶部采用笔尖造型的挡块，与主梁匀顺和谐地衔接过渡，利用简练、硬朗、刚直的竖向力线条塑造桥墩的外观造型，从而营造丰富的光影效果、增强其视觉形象（见图8）。

图8 桥墩造型实景

桥墩截面从顶到底逐渐变大，在增大抗船撞能力的同时又可避免桥梁整体造型头重脚轻的视角感受，更显稳固坚实。

桥梁文化寓意

通过对桥位周边环境和区域文化的调研，结合该桥简洁大气的造型，流畅的线条，形似展翅飞燕的特点，确定了景观设计以“鸿福齐飞”为主题，寓意大桥所连接的“井双商圈”和“礼嘉商圈”在礼嘉大桥的带动之下，社会经济蓬勃发展，展翅高飞。

桥梁色彩涂装

为保证礼嘉嘉陵江大桥与周边环境和谐，通过对桥梁所处环境色彩分析研究，确定主桥混凝土外露表面涂装色彩采用浅灰色，该涂装色彩在混凝土本色的基础上提亮，并在表面观感上提升。桥面防撞护栏、人行护栏主体、外挂排水槽考虑到耐脏，采用中灰色，人行道环氧陶粒铺装层采用红棕色。

该桥涂装按长效型设计，设计使用年限≥20 年。全部采用滚涂施工工艺，避免施工过程对周边环境的污染，所采用涂料具有优异的耐候性、耐酸碱性、耐洗刷性、耐老化性，各项技术指标远高于国家标准。涂层外观色彩靓丽持久，日晒雨淋不褪色，超强自洁利于环保。

人行护栏

该桥人行护栏采用混凝土预制构件与金属构件组合而成的复合栏杆，简洁大气，栅栏上设置飞燕造型，与桥梁主体形态和设计主题相呼应。通过在主桥两端头设置，每端各设置4块浮雕展示板，展现了重庆地标建筑和巴渝文化特色（见图9）。

图9 人行护栏造型和建成实景

桥铭牌

该桥桥铭牌采用磐石造型，以砂岩质感和色彩为底搭配红色文字使桥名醒目而独树一帜。由于礼嘉大桥是城市快速路上的跨江桥梁，车速很快，将桥铭牌设置于桥梁中分带之间，便于过往车辆通过时能清楚地看到。桥铭牌立于主桥梁端，横跨两幅桥梁，为便于过江应急供水管道从桥梁中分带通过，设置钢横梁底座对桥铭牌进行适当抬高。为减轻自重，减小作用于主梁翼缘端部的荷载，采用内设焊接型钢骨架，外包GRC，形成了磐石造型的效果（见图10）。

图10 桥铭牌建成实景

作为位于重庆主城区内的跨江城市特大桥梁，礼嘉嘉陵江大桥创新地采用上承式梁拱结合刚构+变截面连续梁组合桥方案适应地形条件、满足结构受力性能、通航、行洪、环保等各方面要求，满足“桥都”重庆对于桥梁造型的创新性和独特性需求。该桥造型简洁大气，线条流畅，充分展现了“造型之美“跨越之美”和“力量之美”。

经过全体建设者1395天的奋战，礼嘉嘉陵江大桥已于2021年9月29日提前60天顺利建成通车。该桥作为全国首例大跨度上承式梁拱结合刚构组合桥，为今后国内外类似工程设计提供了借鉴，对推动桥梁技术进步具有重要意义。

本文刊载 / 《桥梁》杂志

2021年第5期总第103期

作者 / 赖亚平乔云强刘安双

作者单位 / 林同棪国际工程咨询（中国）有限公司

编辑 / 陈晨

美编 / 赵雯

责编 / 裴小吟

审校 / 李天颖裴小吟廖玲

联系人：李天颖