擦亮城市“名片”——城市大跨度桥梁建设特点与创新设计

城市大跨度桥梁作为连接城市交通网络的重要节点，不仅承担着大量汽车、非机动车和行人便捷通行的交通功能，还具有美化城市景观的“城市名片”作用。受限于城市环境中的各种构筑物、障碍物、复杂的接线要求和管线系统,城市桥梁的设计和建设往往比公路桥梁需要考虑的因素更多,城市桥梁设计需因地制宜选择桥型方案，重视桥梁景观及人非系统等交通功能需求，精心打造高品质桥梁。

（1）注重桥梁环境景观融合——追求“一桥一景”。城市大跨度桥梁是城市景观的一部分，设计上应注重桥型景观及与周围环境的协调。作为桥梁工程师，应精心处理桥型景观，使大跨度桥梁成为城市的名片和标志，承载城市历史与精神文脉，实现“一桥一景”。

（2）注重两岸路网交通衔接——快捷的过江通道。城市大跨度桥梁作为城市内复杂、庞大的交通网络中的重要节点工程，在设计和建设中不仅要考虑桥位处的自然条件，还要特别注重与两岸路网的交通衔接，形成快捷、便利的交通通道，更好的服务两岸居民。

（3）注重人非系统功能需求——舒适的人非走廊。城市桥梁通常用于连接市区内人口稠密地区，除了要满足机动车通行需求外，往往还需要为行人和非机动车提供方便、安全、舒适的通行通道。因此，在设计和建设中有许多不同于纯机动车桥的技术标准和要求。

（4）注重细节及多专业协调——完善的系统工程。城市大跨度桥梁的完善功能需要多专业协调配合实现。景观照明、功能照明、交通监控、桥面排水、管理维护等都是城市大跨度桥梁设计中的重要组成部分，只有注重细节才能使城市大跨度桥梁更加实用和耐久。

城市桥梁选型与景观设计需符合造型优美、环境协调、象征意义三项原则。造型优美涵盖功能美和形式美，功能美要求结构稳固、承载高效，形式美运用比例、节奏等桥梁美学手法彰显力学与艺术融合之美。环境协调原则体现为：在自然中顺应山水、融入生态，于城市环境中协调建筑风格、契合街区氛围等，使大桥融入环境，做到桥景相融。象征意义层面，则需深入挖掘历史文化内涵，将自然景观、人文景观、历史文化融入其中，使之成为具有寓意，彰显城市品格的标志性景观桥梁。

斜拉桥、系杆拱桥和自锚式悬索桥为自平衡体系，无需大型推力基础，对较小空间的城市环境适应性强，景观效果好，是城市大跨度桥梁常用的结构形式。

斜拉桥景观设计，索塔造型是灵魂核心。注重形体美，以流畅线条勾勒挺拔身姿；把握比例美，尤其应注意桥面以上塔高及桥面以下高度的比例协调，使各部分契合美学规则，彰显和谐大气；雕琢细节美，用精致细节展现匠心。此外，高耸索塔还需与城市天际线相融，协同周边景致，共筑城市景观。同时斜拉索构建的索空间搭配夜景亮化，可以勾勒多样线条，成为暗夜中独特景致。宁波外滩大桥、大榭二桥和中兴大桥是根据环境特点设计的三座特色斜拉桥。

宁波外滩大桥地处城市核心区三江口老外滩，主桥为主跨225m独塔斜拉桥。主塔墩位于东岸浅滩区，下层通航净高仅10m，若采用常规的独塔斜拉桥，边跨长度会过长，桥塔高度也会过高，桥面以上塔高和桥面以下塔高比例失衡。为此，设计创新性提出了三角形索塔方案，借助刚性后斜杆有效平衡主跨拉索拉力，成功将边跨长度大幅缩减至82m，同时使塔高降至92m。这一设计在有效降低造价的同时，与周边环境实现了精妙融合，成为三江口的标志性建筑。

图1 宁波外滩大桥

宁波大榭二桥是连接大榭岛与北仑的大型跨海桥梁工程，主桥为主跨392m双塔单索面特大型跨海斜拉桥。大榭岛有丰富的港运文化和海洋文化底蕴，基于“港口大榭、扬帆大榭”的设计理念，设计创新提出了国内首座大型“帆”形混合塔斜拉桥。桥塔采用混合塔，上塔柱锚固区为钢结构、中下塔柱为混凝土，并采用传剪承压组合的外形顺接连接技术，使主塔钢与混凝土结合部浑然一体。在结构体系上，通过采用设置外边跨的5跨连续协作体系减少桥塔纵向弯矩，并使斜拉索布置更为舒展。

图2 宁波大榭二桥

宁波中兴大桥是中兴北路跨越甬江的特大桥工程，受60m航空限高限制，采用主跨400m单索面矮塔斜拉桥，是国内外最大跨度的矮塔斜拉桥。为解决60m航空限高下矮塔斜拉桥结构受力难题，提出V形主塔创新设计，通过塔柱外倾增大拉索倾角，减小无索区长度，提升受力效率约25%。同时V形主塔立面造型也较为丰富，寓意“未来之窗”。

图3 宁波中兴大桥

在城市跨河拱桥的设计中，诸多要点左右其整体景观呈现。考虑到通航净空需求以及桥梁立面的形体美学因素，中承式拱桥因其特性成为合适之选。其拱肋断面形状、空间倾角与拱间风撑等构造细节，恰似构建景观的 “骨架”，为独特风貌筑牢根基。同时，中承式拱桥景观塑造时，拱梁结合区不容忽视，需协调构件尺寸比例，雕琢连接构造细节，以此尽显精巧与和谐美感。宁波明州大桥、株洲湘江清水塘大桥是根据环境特点设计的两座特色拱桥。

宁波明州大桥是东外环路跨越甬江的一座重要大桥，主桥为主跨450m中承式双肢系杆拱桥。根据主桥桥下净空与跨径比例，单肢中承式拱桥桥面以上拱肋高度过大，总体外形不够协调，而双肢中承式拱桥桥型外形线条优美、协调，造型设计别出心裁，标志性较为突出。结构设计上，拱肋微微内倾，既增加拱肋稳定性又赋予主拱韵律感；拱座采用固结形式，中跨主梁端部设置牛腿支座支承，通过设置强大的水平系杆平衡主拱推力。

图4 宁波明州大桥

湖南株洲清水塘大桥是连接株洲市清水塘片区的跨湘江大桥，主桥为主跨408m中承式双层钢桁拱桥。设计上独具匠心，将边中跨比缩短至0.245，有效减轻边跨上肢拱肋受压状况，从而得以取消边跨风撑，边跨拱肋采用全开敞式设计，提供了更好的行车体验和景观效果。中跨设置米字型风撑，提高了主拱横向抗风能力，减小主拱断面，同时更显韵律协调感。

图5 株洲清水塘大桥

自锚式悬索桥在城市跨河桥景观方面优势明显，是丰富桥型景观的有力竞争者。其设计重点有三：索塔造型似桥梁“脊梁”，或刚劲或秀丽，奠定整体风格；主缆形式多元，平面索面简洁规整，空间索面可塑多样风格；主缆锚固构造体量大，需精琢景观细节，使其隐于环境，达成和谐相融。

待建的宁波常洪大桥是世纪大道快速路跨越甬江的特大桥，主跨420m，受60m航空限高限制，大桥设计方案采用大跨度自锚式悬索斜拉协作体系，以“世纪之门”为设计理念，桥塔采用Art-deco风格全焊钢塔。由于大桥桥面以上桥塔高度较小，索塔横梁采用镂空处理，避免实体横梁带来“头重脚轻”感。主桥端部设置桥头堡，一方面作为行人上下桥的通道，另一方面起到巧妙隐藏大型锚固块的作用，在功能实用性与美学之间实现精妙平衡。

图6 宁波常洪大桥设计方案

随着绿色低碳出行理念的深入人心，步行与非机动车出行因其成本低、停车方便、受交通拥堵影响小等多重优势，在城市中、短途交通出行中起到了不可替代的作用。在城市跨江桥梁的建设中，如何为人非慢行交通提供合理、直接、便捷通道，成为近年来设计方案重点考虑的内容之一。

（1）降低非机动车爬行高度。大跨度桥梁桥下航道净空要求、两端横向道路与主桥之间的距离，是节点人非通道设计的控制性因素，对引桥的纵坡设计产生决定性影响。根据《城市道路工程设计规范》（CJJ37_2012），路段非机动车骑行的道路纵坡需不大于3.5%，且坡长不大于150m，坡度、坡长均较小，不利于桥接坡与两侧道路接顺，这是众多城市跨江（河）桥梁无法实现人非过江的主要原因。因此，降低人非系统的爬行长度和高度，设计安全、舒适的平面和立面线型是需重点研究的方向。

（2）人车分离营造良好环境。人车共面的单层交通布置形式较为常见，但对于大跨度城市桥梁而言，可考虑将人非通道布置于结构下层或外挑以获得更加经济的设计方案。人车分离的跨江人非系统与机动车系统互不干扰。在保证人非系统基本交通功能的前提下，将人非过江与观景相结合，可打造出安全舒适、富有特色的人非慢行空间。

（3）注重技术经济综合比选。人非慢行系统在大桥上有多种布置形式，尤其对人车分离布置而言，因其特殊的结构构造和连接方式，在设计中必须进行详细周密的技术经济比较，在满足桥梁结构安全、人非过江舒适性和慢行综合景观要求的前提下，尽量减少桥梁的整体造价。

城市桥梁人非系统布置与引桥机动车道纵坡密切相关。当纵坡不大于 3.5%，可在机动车道两侧设置人非系统，两者纵断面保持一致；当纵坡超过3.5%，可采用人车分离的错层布置，机动车与非机动车分别采用不同纵断面设计，减小非机动车道纵坡，满足骑行要求。根据人非系统在桥梁横断面上的布置位置不同，人车分离的系统布置又可分为双层廊道布置、梁底外侧布置和外挑分离布置。

（1）双层廊道布置案例

宁波梅山春晓大桥是连接梅山岛与北仑区的大型桥梁工程，主桥为主跨336m中承式双层桁架拱桥，采用人车上下分离、下层纵移开启的创新设计，为国内外首座双层纵移开启式桥梁。大桥下层悬挂人非通道桥架，其跨中108m范围可向两侧纵移（伸缩）打开，以满足海轮避台风通航要求；下层桥架正常闭合时可满足游艇全天候通航要求。该开启技术巧妙解决了纵坡受限条件下桥上慢行交通与大型船舶同时通行的问题，对桥下通航及正常桥梁运营影响小，克服了传统竖转开启、平转开启及垂直提升技术开启时交通中断、车辆及行人无法通行的弊端。大桥上层车行交通跨过两侧海岸路直通主路口，充分发挥车行交通的快速性；下层慢行系统廊道环境优美舒适，并与两侧海岸路沟通便捷，并将纵坡控制在2.5%之内，以满足自行车骑行及比赛要求。本设计充分体现了以人为本，注重桥梁景观，营造和谐环境的设计理念。

图7 宁波梅山春晓大桥人非慢性系统

清水塘大桥是株洲市第八座跨湘江大桥，为主跨408m双层钢桁拱桥，上层桥面宽32m，双向6车道，下层布置慢行人非道，休闲区净宽10m。大桥下层通过钢拉杆吊挂人非通道桥面。下层吊杆系统按三个方向设置，竖向吊杆为承重吊杆，间隔布置的横向斜吊杆用以控制横向振动，纵向斜吊杆起到控制纵向振动的作用。

图8 株洲清水塘大桥人非慢行系统

（2）梁底外侧布置案例

宁波中兴大桥主桥为400m跨径V形矮塔斜拉桥，主梁采用单箱三室整体钢箱梁，梁高4.5～10.0m。在主桥段，设计充分利用箱梁断面的高度空间，将人非慢行系统悬挑布置于主梁底缘外侧。如此布置有以下优势：相较于人非慢行系统与车行系统同层布置，梁底外侧布置可减少4m爬升高度，有效降低了人非系统纵坡，解决了非机动车骑行过江难题；另一方面梁底外侧布置方案可将桥梁断面宽度由41m减少至29m，使得单塔中央索面布置成为可能，桥面简洁、通透，提升了桥梁整体建筑效果，综合优势明显。为丰富下层人非空间，对通道侧面和顶面进行装饰，并利用线条灯反射营造无界之感，带来全新的空间美感体验。

图9 宁波中兴大桥人非慢性系统

（3）外挑分离式布置案例

宁波外滩大桥坐落于城市核心区三江口老外滩，建设单位要求大桥串联贯通两岸滨江步道，丰富市民的过江行走体验。设计采用在主梁两侧向下悬挑伸出曲线的人行桥，宛如海鸥羽翼，简洁而轻灵，直接延伸到江边滨江步道。外挑式人行桥设计充分考虑了与周边地块功能及环境的协调性，与两岸景观衔接恰到好处，作为行人在江面上观光旅游的慢行步道，为市民提供了亲水接触的体验空间。

图10 宁波外滩大桥人非慢性系统

由于我国各大城市的桥梁管养水平参差不齐，城市大跨度桥梁更应从设计源头上注重提升结构耐久性能。对大跨度钢结构桥梁而言，桥面防渗漏、杆件防积水、钢塔和钢拱等养护可到达性等耐久性细节设计非常关键。

钢箱梁桥通常为“十桥九漏”，钢桥面上的拉索导管孔、管件进梁孔和检修人孔，都是桥面渗水进入梁体的薄弱部位。传统的拉索导管孔内一般采用橡胶堵头密封、灌注油脂密封，实际使用中，由于拉索长期振动，且室外环境高温日晒，橡胶、油脂易发生材料老化，防水密封体系快速失效。宁波大榭二桥在拉索密封方面采用了新型拉索铝箔充气气囊防腐技术，柔性及高耐久性的铝箔气囊可以适应严苛的使用环境，实际使用效果良好。另在桥面管线开孔方面，宜采用显著高出桥面的倒U形穿线管，防止雨水从预留穿线管进入桥体。

图11 气囊密封示意图

拱肋、平联等钢结构外表面，由于结构布置原因，容易出现积水区，可在所有的低点设排水孔，令雨水快速排出。对于焊接节点等不适合通过排水孔排水的情况，则可采用薄钢板封闭可能出现的低洼区域。

图12 大榭二桥桥塔内外提升装置示意

钢塔、钢拱和钢梁等钢结构防腐工作区域需设置可抵达的养护作业设备，如钢塔可设置收放式的外幕养护设备，钢拱可设置爬拱养护桁车等，这些措施可以有效保障后期维养工作的开展。