引江济淮工程是安徽省的“南水北调”工程，是辐射长江、润泽安徽、造福淮河、惠及河南的超级民生工程，是国家水利重点工程、安徽省1号工程。渡槽水桥位于合肥市郊，在合肥空港、西部新城和六安东部新城的交汇处，处在著名的江淮分水岭，引江济淮河道在此处下挖近36m深，干渠渡槽与引江济淮河道呈空间十字立体交叉，形成河上有河的水立交。
基于引江济淮的工程地位、渡槽水桥的地理位置、水桥工程规模及其水立交的新颖性，该桥将形成上下通水、水上有水，上下通航、船上有船的新景象，必将成为城市的新地标。建成两年多来运行良好，也已成为市民郊游、摄影之地。
图1项目功能及地理位置示意图
特有的技术特点与挑战
淠河总干渠源自皖西大别山，全长104.5公里。主要承担六安、合肥等沿线的农业灌溉和城市供水。始建于1958年，利用自然河道开挖沟通而成，河道狭长较浅，具有一定地上河的特征。干渠为季节性河流，水深随季节性变化大，平均水深在2～4m，极值水深在1～5m。
引江济淮河道在此处开挖深度近36m，宽度达280m，中断了干渠，两水因为高差太大而不能相汇，形成了两条河道的空间立体交叉。由于干渠向合肥城市供水，施工期间不可中断，因此在原干渠正常通水的情况下，在河道的弯曲段截弯取直，确定为渡槽的桥位，桥梁建成后再进行通水转换，因而采用先建桥、后挖河的时序。而时序变化的河道后开挖，也带来了土体浸水膨胀蠕变、边坡内外失衡的可能，对已建桥梁基础产生偏载变位影响。这对边坡稳定和桥梁基础变位控制，提出了较高要求。
图2桥址开挖断面图
下层引江济淮航道等级Ⅱ级，通航净高10m，通行船舶2000吨级。上层干渠Ⅵ级航道，通行船舶100吨级，渡槽设计水深4.0m，校核水深5.05m，流量150m3/s，渡槽净宽2×16m，长246m。槽内最大水体重量39754t，约4万吨，相当于公路的135个车道荷载，铁路的25线荷载。
图3公路、铁路荷载示意图
通常情况下，百米跨度的桥梁承受的荷载约是其自重的0.2倍，承受荷载远小于桥梁自重。而本桥则是近2倍，相差了一个数量级，是明显的承受荷载远大于桥梁自重，属于超级重载。而水深的较大涨落，又使渡槽的水重在1～4万吨之间变化，这样的水来水往和常见的车来车往就大不相同，因而本桥既承受了超级重载，又承受了超级可变重载的两大特点，荷载之重、变化之大也正是本桥最关键的特征。
由于干渠为航道，需要通行船舶，因此该水桥不能像常规渡槽一样闭口或锁口，只能为开口的U形断面。而开口断面的渡槽为不稳定结构，尤其在大质量水体水压、晃动和船舶撞击作用下，会产生侧向力，这就对本桥的侧向刚度和整体扭转提出了更高要求。
这些特殊的建设条件与常规桥梁大不相同，该种“超级且可变”特殊荷载下的桥梁在国内外尚属少见。其超级重载下的竖向刚度、超级可变重载下的挠度起伏、横向开口断面的扭转、水槽与桥体的力线传递、水凉钢热的温差效应、水体与钢槽的流固耦合、水体振动与地震影响、上下河道船撞、先建后挖的基础变位及大体量桥体的景观，这一系列问题均鲜有先例可循，少知和未知问题突出，难以即时定性、更难以即刻定量，因此概念设计尤为重要。由本桥的建设条件出发，以问题为导向，以主次为目标，由概念推论方案、由方案指导设计，由定性到定量，完成从抽象到具体、从模糊到清晰、从粗略到精细的不断推论，演化和优化全过程设计，这是非常必要的，也应该是最为有效的。
创新亮点
创新结构组合方式
解决超级下挠和起伏
基于水重远大于桥重，在超级重载下其竖向刚度就是桥梁的抗力，能抵抗超级重压最直接的办法就是加大结构尺寸，自然梁高的贡献最大，36m深的“峡谷”使得本桥有足够的空间设置梁高。当然即使有足够的梁高，但如能变成双幅桥，则单桥宽度减少一半，高宽比大幅降低，也是一个非常见效的办法。经水利研究并批复，得以将32m槽宽变更为2个16m的槽宽，即整幅变成左右分离的双幅，宽桥变成窄桥。
变单幅后刚度能力虽然得到事半功倍的解决，但单幅承受的2万吨荷载仍为超级重载，水重桥重比基本不变，在其作用下挠度依然很大，因而又回到了刚度问题。由于梁高也不能无限增大，不能高得不像桥，基于该桥的特殊性，其优雅性还是很重要的。因此，所熟知的梁桥力学能力可以用预应力解决、不够用斜拉索解决、再不够用吊杆解决，由平到斜再到竖，随着角度和施力的增大，效果也是相当明显的。
图4不同桥式竖向变形功效示意图
但本桥由于是季节性河流，可变的超级重载必然引起上上下下的挠度起伏，水来了则向下挠，就算扛得住，水走了是否会向上挠？答案是必然的。什么样的桥，水来了压不下去？水走了还抬不上来？平直的梁桥是最容易下挠的，反之也是最容易起伏的，斜拉、悬索桥是最可控下挠的，但起伏却又最不可控，而拱起来的拱桥是最能抗压的，但却又是最难起伏的。因此利用本桥足够的净空，在等高的梁式水槽下面加上拱，就可形成向下时拱“托”梁，拱能抗压；向上时梁“压”拱，梁能压弯。以期水来水往，桥梁伏不下去，也起不上来，从而既解决刚度承载力问题，又能解决挠度起伏问题。而这样的梁拱组合，恰又适应“峡谷”的风貌。
图5渡槽水桥总体布置图
经设计与计算，采用梁拱组合的桁架结构，桥梁跨径布置为68+110+68m，总长246m，目前位列世界第一。而在如此水重之下，桥梁的高度仍然达到了7.2～16.2m，相当于3～5层楼之高，结构体量仍很庞大，但有效地控制了下挠和起伏，较好地解决了竖向刚度和挠度问题。
巧设下拱以下制上
应对横向变形和扭转
过水的U形槽要行船，必须为开口断面，不能闭合成箱。上层梁式U槽在水压力作用下，侧面出现侧倾，底面出现下挠，在内外侧温差、水流晃动或侧壁船撞作用下出现扭转，这样的断面是一个较为不稳定的结构。
因此，U槽自身需要一定的侧向刚度和底部横向刚度，自然这个刚度是需要代价的，马格德堡水桥和三峡升船机槽壁都是采用外桁+内加劲壁板的双层结构。本桥为上梁下拱型式，梁式U槽上开口，设计利用下拱的横联进行闭口，达到上开下合，运用杠杆原理以下制上，有效控制了侧面倾斜度。同时利用M形横联，也解决了渡槽底板的压弯下挠问题。在桥梁全长较大的范围内直接控制了横桥向的变形和扭转，其他位置依靠约束达到扭转刚度传递，从而较好地解决了横向变形和扭转问题，也可为U槽与桥体分离创造了条件。
图6渡槽水桥M形横联及横断面图
槽桥内外分合化繁为简
实现受力传递巧妙高效
槽用来盛水的，显然是密闭的U形面，而桥架则是桁，镂空的，两者连接组合在一起，其断面则是外空内实的矩形，而这样的断面结构很是少见，内外型式、刚度特性、传力路径均差异较大，受力显然就复杂了，不能清晰而明确。
图7槽壁直板加劲、波形板结构示意图
新构件一专多能
化解超大温差、船撞及共振
一般桥梁的梯度温差通常都是上下温差，而本桥的特点则是内外温差，内部流水与外部钢板的温差甚至可达60℃之多，温差效应更大，结构影响面也更大。显而易见，波形板良好的自身变形，释放了大温差对桥梁结构的不利影响，超好地解决了水凉、钢热的温差效应。
槽壁内通船，槽壁板可能会发生船撞，波形板的凹、凸起到加劲作用，提高了槽壁的抗船撞能力。同时波形板的变形又可以对撞击进行一定的缓冲，完全改变了直板在较高应力作用下的受撞情形。
由于桥上为大质量流动的水体，在某种情形下的晃动可能会引起桥梁的振动甚至共振，而波形板的凹凸对水流起到了散水、碎浪作用，有效应对了流固耦合效应，同理也可以起到较好的减振作用。通过摩擦摆支座减小了地震上传，也通过大质量水体的消能，可进一步降低上部桥体结构的地震反应。
图8渡槽水工试验、振动试验图
施工因应水桥无水定制
大幅减少工期和造价
由于桥体结构庞大，本是扛水的，但在施工架设时没有万吨之水，自己扛自己是有着非常大的结构富余。同时又有较低支架的先天条件，因此架设时可采用少支架法拼装，还充分利用无外载时自身刚度大的特点，充分发挥施工监控技术，在确保安装精度的前提下，采用了梁上架梁，履带车上桥拼装的方案，变小节段为大节段；并还采用了从桥台向跨中的非平衡法拼装，整个拼装如同U形订书钉，由单根钉向一排钉拼装，逐步增强横向稳定性。采用这样的施工方案，有效地简化了节段拼装，降低了施工难度，提高了控制精度和拼装进度，还省去了施工栈桥和龙门吊，并不受雨季基坑内漫水影响，大大节约了施工工期和造价。
图9渡槽土体试验、施工架设示意图
渐进式充水试验
秋后算总账式验证
图10渡槽充水试验图
构建大空间景观
渡槽水桥与立体通航各美其美
桥梁的高度达到7.2～16.2m，相当于3～5层楼高，侧面积达到2800m2,相当于6～7个篮球场，加之横向左右幅桥近50m宽。在如此体量下，形成了平面大巨幕、实体大立方。基于本桥的地理位置及其新颖性和特殊性，桥梁景观也是重要的一方面，如何将大平面、大立体景观化，也是协同贯穿了概念设计的全过程。
桥梁分为左右双幅时，桥面宽水面上形成分流结构，增加了水中看点，如同停泊的一条长船；桥头变宽处设置观景平台和停车区，配以景观绿化增加了平面的维度变化；分流岛处设置监控景观塔，桥面上增加了标志物；桥梁采用梁拱组合后，桥梁纵向增添了曲线的流畅性和柔美度；采用镂空的桁架结构，将大平侧面凹凸化，增加了立体感和层影感；桁架节点采用焊接，避免了栓接的大节点板和锚栓的疤痕感；槽壁采用波形板，槽内大侧面增加了脉动性，侧壁水面形成波动线形，在一定流速下策动形成水涟漪景象；桥体采用深蓝色系，呼应天蓝蓝、水蓝蓝，天、水、桥一色。
图11渡槽水桥建成实景图
本桥正是依据水体荷载集度超大且超量级可变的最大特征，采用概念设计、顶层设计、逆向思维，优先推论总体和边界的概念方案，创造性提出了上桁下拱、上开下合、外桁内波的结构受力体系；再逐级分解、拆积木，创新性提出左右分幅、桁拱波板、留岛开挖、由边到中、桥上架桥等设计与施工方案；再结合仿真计算、科研试验、专题研究，完成图纸设计、工程施工；最后进行施工监控和充水验证，有效且较为巧妙解决了本桥特有的大集度、大可变、大温差问题。成功把上下、左右、内外、表里的结构相生做到了相得益彰，又完美地把分合、即离、刚柔、虚实的结构相克做到了对立统一，从尺度、力度、气度等各个方面，较好地实践和阐释了中国古典审美和东方工程哲学。